ICP光譜儀的工作用氣

     氬在空氣中含量僅為0.93%。ICP光源所用的氬氣純度需要99.99%以上。而目前商品ICP光譜儀均用氬氣作為工作氣體，未采價廉的分子氣體如氮氣和空氣等。其原因有兩個：一是氬ICP光源有良好的分析性能，分析靈敏度高且光譜背景較低；二是用氬作等離子體易于形成穩定ICP，所需的高頻功率也較低。 在ICP光譜技術發展過程中，曾多次探討用分子氣體（氮氣，空氣，氧氣，氬-氮混合氣）代替氬氣作工作氣體。分子氣體雖然在較高功率下也能形成等離子體焰炬，所形成的等離子體激發溫度也較氬等離子體低。
          首先看單原子氣體和分子氣體的電離所需能量與氣體溫度的關系。把氣體加熱到同樣溫度，分子氣體氮氣和氫氣所消耗的熱能遠高于氬氣和氦氣。可以看出分子氣體形成離子的過程分兩步，第1步分子狀態N2受熱理解為原子，然后第二步才能進行電離反應。N2分子離解所需能量為873KJ/mol，電離過程所需的能量為1402kj/mol。而惰性氣體氬以原子態存在，只給予電離能即可。Ar的電離能為1506KJ/mol,所需的能量低于分子氣體氮氣的離解能和電離能之和。
          工作氣體的電阻率，熱熔及熱導率等物理性質是影響形成穩定等離子體的另一個重要原因。氬的電阻率，熱熔和熱導率都是低的。低的熱導率可降低由于熱導散熱而造成的能量損失；提高等離子體的熱效率，熱導率的高低對于形成穩定等離子體極為重要。據試驗表明，當外管氣流量為5L/min氬氣時，石英矩管熱傳導分別損耗總能量的60%，43%及20%。由于前述的原因，氬氣易形成穩定的ICP，如高頻電源頻率為4MHz時，用氬氣為工作氣體，維持ICP的低功率為1.5kW；而用氮氣時為28kw,用氫氣為250kw。當然，提高電源頻率可以相應降低維持ICP所需的功率。用分子氣體形成的等離子體，其溫度比Ar-ICP和He-ICP要低。