电感耦合等离子体原子光谱光源工作气体的现状与发展

辛仁轩

（清华大学核能与新能源研究院，北京100084）

电感耦合等离子体原子光谱光源工作气体的现状与发展

辛仁轩

（清华大学核能与新能源研究院，北京100084）

电感耦合等离子体（ICP）光源氩气用量通常超过12L/min，是ICP光谱仪运行分析的最主要的消耗品，价格较贵。现介绍并评论多种低氩气耗量ICP光源，包括低气流炬管、水冷炬管、微型ICP炬管、双原子分子气体光源及混合气体光源等。讨论了节省氩气ICP光源技术的最新发展。

电感耦合等离子体炬；节省氩气用量；低气流等离子体；现状；进展

0 前言

从1974年出现第一台商用ICP光谱仪器至今恰好40年，在原子发射光谱技术中其发展和普及速度是较快的，这是由于该技术有某些明显特点：检出限较好，基体效应较低，可进行多元素同时测量；它的缺点也很显著：氩气用量过大，运行成本高。从ICP技术诞生开始就一直为解决氩气耗量问题进行不懈的努力［1－3］。ICP光谱技术创始人之一的英国Greenfild就采用氮气作等离子体冷却气，但广泛应用是Fassel炬管，长期使用15～20L/min氩气作为工作气体。为了降低氩气用量，其后曾试验了多种节省氩气技术［4－9］，主要有：低功率分子气体等离子体技术、小直径炬管技术、水冷炬管技术、低气流炬管技术及混合气流炬管。采用上述几种技术确实可以明显降低工作氩气用量，也能形成稳定的等离子体焰炬，并可进行ICP光谱的定量测定。但是，与Ar-ICP光源相比它们存在某些不足，到目前还未能取代Ar-ICP光源。无疑这些技术各有其创意和特色，有的技术已有良好的应用前景［10－13］。

1 分子气体用作ICP的工作气体

分子气体又叫双原子气体，是相对于单原子的惰性气体而言。在ICP光源已经试验过的分子气体有氮气、氧气、空气、二氧化碳等［14－16］。用氮气代替氩气形成等离子体是研究最多，也是被认为最有希望的一种分子气体。ICP光谱技术创始人之一的英国Greenfild就采用氮气作等离子体冷却气，高频功率3～4kW，直径炬管（28mm），用大量氮气（40L/min）冷却炬管，还需要10～20L/min的氩气作为等离子体气（中管气流），虽然元素检出限接近Ar-ICP光源，并且对湿气溶胶的承受能力也较高。但需要高达10～20L/min中间管氩气，并未节省氩气用量，这种ICP光谱仪商品化后未能被推广使用。

低功率（＜2kW）试验较多，Barnes［17－18］则以1.3kW的发生器产生全部使用氮气的ICP放电，证实了低功率氮冷ICP的可行性。使用通用Fassel炬管，20L/min以下的氮冷却气，正向高频功率1～2kW条件运行，由于低功率氮气形成稳定的等离子体比较困难，还需用少量氩气作中间管气体，这类ICP光源又称氮-Ar-ICP光源（N2－Ar-ICP），它有别于混合气体光源，所形成焰炬的外观也与纯Ar-ICP不同，体积缩小，中心通道变窄，有利于增加样品与等离子的相互作用，又可能降低溶质蒸发干扰效应。这种ICP对激发能中等或较低的元素（如Cr，Co，Ni，Mo，Tl等）原子谱线同Ar-ICP光源相比有较好或相近的检出限，而较高激发能的原子线及离子线检出限比Ar-ICP光源要差1～2个数量级。

用空气冷却ICP光源是一个更有吸引力的节省氩气的途径，正向高频功率1 200W，冷却气15L/min（空气），辅助气3L/min（氩气），雾化气0.7L/min。实验数据表明，分析线波长＞300nm激发能低于4eV的原子线，空气冷却的ICP光源优于Ar-ICP光源，分析线波长＜300nm及激发能＞5.1eV的原子线和离子线检出限均比Ar-ICP光源差1.5～2个数量级。分子气体光源在形成等离子体时，由于氮等离子体阻抗不同于氩等离子体，其反射功率较高，当回路失配时易损坏高频发生器。温度测量显示，与Ar-ICP光源相比，氮-ICP温度要低1 000K，等离子体更接近局部热力学平衡状态，缺少亚稳态Ar参加的Penning电离和激发过程，因而不存在Ar-ICP中许多元素离子谱线较强的规律。

Meyer［19］用40.68MHz的频率，功率1.5～2kW，空气冷却气流22L/min，中管气2.8L/min，雾化气0.7L/min实现全部空气运行，其检出限见表1。

表1 空气-ICP光源检出限与氩-ICP的比较Table 1 Comparsion of the detection limits for various elements in an air ICP

表1数据显示，易激发的原子线Ar-ICP和空气-ICP有相近的检出限；而激发电位较高的原子线空气-ICP检出限较差；而空气-ICP中离子线检出限比Ar-ICP光源差很多，可差1～2个数量级。与空气类似，用氮气及氧气作为ICP的工作气体也可以形成等离子体，分析性能与空气-ICP类似。我国光谱分析研究者对于分子气体用于ICP光谱分析做过许多工作，何志壮等［20－21］用自制的改进型Fassel炬管，1.2kW高频功率，外管气氮气7L/min，中间管氩气2.5L/min，雾化气氩气1L/min，用于测定钛合金中多种金属元素。朱世盛等［22－23］用商品顺序扫描等离子体光谱仪及通用Fassel炬管，1.1kW高频功率，空气冷却炬管测定了20多种元素的检出限并与氩-ICP光源进行实验比较。李义久等［24］用类似仪器和参数空气冷却ICP-AES测定硅、锗、锡、铅、磷、砷、锑、铋的检出限。实验表明，在低功率空气冷却ICP光源中具有较低激发电位原子线的检出限优于全Ar-ICP光源，并测定了实际样品。但这些非Ar-ICP光源光谱分析技术并未能推广应用。

2 气体的物理化学参数与ICP光源的分析性能

从大量实验结果可以得出这样结论：用Fassel炬管，1.2kW高频功率，用不高于20L/min氮气或空气作外管气体（冷却气）可以维持稳定的等离子体，并能用于实际样品的测定。但为什么至今商品ICP光谱仪不用价廉且来源方便的氮气及空气作工作气体？原因如下：

（1）分子气体ICP光源的检出限不如Ar-ICP光源，虽然对易激发元素的原子谱线与Ar-ICP光源检出限相近，但较高激发能的原子谱线和离子谱线则差1～2个数量级，激发温度较低及激发能不足是分子气体ICP光源的重要缺点。

（2）形成等离子体较难（点火难），欲直接用氮气及空气点火生成ICP需要在很高的高频功率或强电场下才有可能，在2kW以下的高频功率很难直接形成稳定ICP。通常需用氩气点火生成稳定等离子体后再逐渐转换成分子气体，同时在运行时还要用氩气作中间管气体（辅助气）及雾化进样气。

（3）分子气体ICP光源紫外光谱区有较强的背景辐射，它们是氮、氧的分子光谱和谱线，影响分析元素的谱线与背景比值，有些还可能干扰分析线的测定。

造成分子气体与Ar-ICP性能不同的原因在于气体的物理化学性质的差别。计算机模拟计算表明，在频率50MHz，炬管直径18mm，冷却气10L/min，中心管载气1.5L/min条件下，输入到等离子体的能量主要为加热流动状态工作气体与炬管壁散热损失，用于激发发光的能量及分解试样用得能量不到5%～10%。ICP的能量平衡与工作气体的物理化学性质直接相关［25］。与单原子气体的氩气不同，氮气要电离形成等离子体必须首先吸收能量原子化，再吸收能量电离，才能形成部分电离的弱等离子体，HH，N-N，O-O化学键能分别是435kJ/moL，159kJ/moL及138kJ/moL，而氩气在生成等离子体不需要这部分能量，分子气体所形成的等离子体的组成也比Ar-ICP复杂，其组成取决于气体分子的离解平衡和原子电离平衡，消耗高频电源的较多能量。据认为，当将高频功率增加到3～4kW时才能使等离子体具有低功率Ar-ICP光源类似的检出能力和稳定性。表2是一些ICP光源用气体的物理化学参数。

表2 气体的物理化学参数Table 2 Parameters of physics-chemistry for various gases

高频电源供给等离子体的能量消耗在4个方面：

（1）用于工作气体的电离及原子化；

（2）激发原子及分子产生发射光谱；

（3）炬管壁及焰炬的热辐射损失；

（4）工作气体流动带走的热能损失。

这些能量的消耗都与气体的物理化学性质有关。分别比较各种工作气体生成等离子体所需能量。

（1）氢气：H-H键能435kJ/moL，导热系数最大，比热也最大，氢气形成ICP所需能源最多，是最难形成稳定等离子体的气体。

（2）氦气，单原子气体，不需要离解能，但其导热系数仅次于氢气，比氩气、氮气、氧气高很多，电离电位较高，也是一种能较难形成等离子体的气体。并且其价格较高，氦气不在分析ICP用工作气体考虑范围内。但它可在低功率微波等离子体光源中用于检测有高的激发电位的非金属元素［26－27］。

（3）在氩气、氮气、氧气三种气体的导热系数及比热值中，氩气最低，它们的第一电离电位相近，并且单原子气体氩气并不需要原子化过程，Ar-ICP较氮气、氧气更容易形成稳定ICP。

（4）Ar-ICP作为光谱光源还有另一特点［28－29］，Ar（I）有两个亚稳态能级，其激发电位分别是11.55eV和11.76eV，当亚稳态氩原子返回基态时其能量用于激发和电离分析物原子，因而在Ar-ICP光谱光源中有较强的电离和激发能力，有比局部热力学平衡状态（计算值）更强的离子线，通常认为Ar-ICP是非局部热力学平衡等离子体，氮-ICP及其它分子气体ICP光源中是不具有这种性质的。表3是Ar-ICP发射光谱中离子谱线增强的情况。

表3 Ar-ICP中实验与计算（LTE）离子线与原子线强度的比Table 3 Experimental and Calculated（LTE）Values of Intensity Ratios of Ionic（Zi）and Atomic（I）Lines for Ar-ICP

3 降低氩气用量的几项技术

3.1 小直径炬管［30－34］

降低炬管直径，即减少等离子体体积就可减少冷却氩气用量。通用Fassel炬管外径大致为20mm，冷却气氩气12～18L/min，小炬管外径降低至12～16mm，氩气用量8～12L/min。有报道炬管9mm还能形成等离子体焰炬，但检出限很差。在测定岩石中稀土岩石时，用16mm内径炬管，外管氩气8.5L/min，检出限明显比通用ICP光谱差。用14mm外径的小型炬管，7.9L/min冷却气，检出限不如通用ICP。美国ARL公司等两家公司生产的ICP光谱仪配小型炬管选购件。

3.2 水冷炬管［35－36］

已有多种结构的水冷炬管，采用Fassel型炬管在炬管外管加水冷套冷却外管，冷却水流量为2L/min，冷却气降低至1L/min，辅助气0.6L/min，检出限不如通用Ar-ICP光源，有明显的基体干扰效应。

3.3 改进炬管结构或材料［37－39］

为了降低氩气用量，将Fassel炬管内部结构优化，采用大结构因子（0.93），冷却气切向入口喷嘴，喇叭形中间管，冷却气11～20L/min降低至6～7L/min测定常见元素Ba，Fe，Mn，Ti，V，Be，Mo，Cu，Zn，Co，Ni，Sr，Cr 13个元素，除Cr，Mo变坏外，其余11个元素的测定下限均与通用炬管相近。

用氮化铝陶瓷材料制造炬管也可节省些氩气，陶瓷比石英耐更高温度，且表面光滑，降低气流阻力，但陶瓷材料加工困难。

3.4 混合气体作冷却气［40－46］

在氩气中混入一定比例空气或氮气作为冷却气。采用通用Fassel炬管，正向高频功率1.15kW，空气-氩气混合气冷却ICP，测定了空气-氩气中镁、铬、镉、锰谱线强度和信背比随冷却气组成及观测高度的变化，并估算了折衷条件下的检出限。结果表明对于离子线及激发电位较高的原子线，当冷却气中引入5%～10%空气后，谱线强度最大并大于Ar-ICP中数值；对于激发电位较低的原子线，随着冷却气中空气含量的增大其谱线强度逐渐减小。多数元素谱线在空气比例超过10%后谱线强度逐渐降低。用混入空气的办法只能节省少量氩气，但在分析有机试样时，混入空气或氧气可以降低氰分子谱带造成的光谱背景，有利于光谱测量。

4 Ar-ICP光源技术的新发展

在经过对各种分子气体ICP光源进行深入实验研究后，认为用分子气体代替氩气在Fassel炬管中生成等离子体，其分析性能很难与Ar-ICP光源相匹敌，研究兴趣转移到降低Ar-ICP气体用量，具体技术路线有几种。

4.1 外冷式Ar－ICP光源［47－53］

以空气代替氩气的ICP光源不成功的原因在于空气进入炬管改变了等离子体的组成，等离子体的物理化学性质发生变化，改变了等离子体分析性能。外冷式Ar-ICP光源是将冷却气流从炬管外吹向炬管，管内是氩气气氛，形成的是Ar-ICP。

《数学课程标准》指出：“网络技术的发展对数学教育的价值、目标、内容以及教学方式产生了很大的影响。数学课程的设计与实施应根据实际情况合理地运用现代网络技术，要注意网络技术与课程内容的有机结合。要充分考虑计算器、计算机对数学学习内容和方式的影响以及所具有的优势，大力开发并向学生提供丰富的学习资源，把现代网络技术作为学生学习数学和解决问题的强有力工具，致力于改变学生的学习方式，使学生乐意并有更多的精力投入到现实的、探索性的数学活动中去。”因此在如今这个数字环境下，在小学数学教学中有效地运用网络技术，就需要我们老师采取一些方法，从而使教学过程更加优化，教学的效率进一步提高。

外冷式有两种，一种用垂直于炬管的空气吹管冷却炬管外表面，另一种将是通用Fassel炬管加冷却气套。炬管类似普通管结构，由三重石英管组成，外管有夹层，通冷却空气，外管直径20mm，进样中心管孔1.5mm。该封闭外冷式低气流Ar-ICP光源，外管氩气7L/min，高频功率1.0kW，取样锥取光，轴向观测。分析性能与通用光源相近性能，检出限也与通用ICP光源相近，该光源较灵敏的谱线均为离子线，说明光源有较高的激发能力，其最低使用功率是6L/min。

另一种外冷式炬管设计，用空气从球形炬管外面冷却石英炬管，炬管结构见图1，用透明石英加工，球形外直径24mm，内径22mm，用空气从石英炬管外侧吹扫冷却，流速为40m/s。点火用1L/min氩辅助气，功率1 400W，工作时雾化气0.4L/min，辅助气0.2L/min，氩气总流量0.6L/min。轴向观测，设计者命名叫静态高灵敏度ICP（static high-sensitivity ICP）简称SHIP炬。在运行时用功率1 100W，在SPECTRO CIROS固体检测器光谱仪上得到的检出限和背景等效浓度（BEC值）与通用Fasell炬相近（见表4）。这是目前为止见到的检出限最好低氩耗量的非Fassel炬ICP光源。对球形低气流等离子体光源的物理参数进行了实验测量，分析通道的激发温度和转动温度分别是5 000～8 000K及3 100～4 000K，电子温度高达9 000K，电离温度6 250～7 750K，在高频功率1.1kW是电子密度范围（5～8）×1015/cm3，这些物理参数与通用ICP光谱光源相似。并且这些参数之间规律也与通用ICP光源相似。SHIP有两个需要改进的问题，一个是雾化气用量太低，仅0.2L/min，远低于通用气动同心雾化器用气量，第二个问题是，炬管的冷却效果不佳，将影响石英管的寿命，显然SHIP炬欲商品化还需要改进。

图1 外冷轴向低气流ICP炬管Figure 1 Low flow，externally air cooled torch for inductively coupled plasma.1—石英炬管；2—感应线圈；3—辅助气（Ar）；4—进样管；5—进试样；6—冷却气（空气）

表4 SHIP炬和通用炬ICP-OES的检出限Table 4 Detection limits and background equivalent concentrations obtained by ICP-OES with the SHIP torch and the conventional torch

这种外冷式低气流Ar-ICP光源已用于测定纳米稀土发光材料，稀土元素的检出限Eu为0.08mg/L，Ho为0.18mg/L，La为0.36mg/L，Tb为0.56mg/L，Ce为3.14mg/L。相对标准偏差（RSD）为1%～2.2%，与通用ICP仪相近。

4.2 螺旋气流锥口Ar-ICP等离子体光源［54］

外管气流切向进入炬管螺旋上升的炬管机构比层流炬管有明显优点，容易点火及改进冷却效果并节省氩气。最近研究者设计的螺旋气流锥口Ar-ICP等离子体光源，炬管气流出口内径10mm，通用的Fassel炬管为内径18mm，高频功率1.5kW，等离子体气流9L/min，标准炬管用气为16L/min，同心雾化器进样1mL/min，在Perkin-Elmer4300全谱直读ICP光谱仪上与标准炬管在同样条件下实验比对，结果见表5，数据表明螺旋气流锥口Ar-ICP等离子体光源信背比（1mg/L混合多元素标准溶液）相近，说明该光源有良好激发能力和检出限。

表5 旋流炬与标准炬信／背比的比较Table 5 Comparsion of the S／B for various elements in piral flow ICP with standard ICP ／（L·min－1）

在2011年Perkin Elmer研制出新型ICP光源的商品Optima 8000等离子体光谱仪，以两块平行平板等离子体光源代替传统的螺旋管感应圈向等离子体传输能量，在1.2kW的正向功率条件下氩气用量8～10L/min，这种省气的新光源被称作平板等离子体光源，有良好的稳定性和检出限。

在用分子气体取代氩气作ICP光源工作气体的长期实验过程中，逐渐意识到前景并不乐观，分子气体可用于ICP，但分析性能不如Ar-ICP，这是由气体的物理化学性质所决定的，不以人的意志为转移的。所以ICP光谱光源的研究者逐渐放弃“革氩气命”想法，而是设法降低氩气用量，外冷低气流光源，螺旋气流光源，平板等离子体光源等都是这种现实主义思想的产物。严格而言，平板等离子体属于电容耦合高频等离子体（capacitively coupledplasma），电源频率可用40.68MHz，27.12MHz，13.5MHz等，在很低功率即能形成稳定等离子体，电容耦合能量转换效率比电感耦合传输高。

5 展望

降低ICP光源的氩气用量是ICP光谱技术的一个重要改进方向，在众多节省氩气工作气体技术中，用分子气体取代氩气作为冷却气的众多实验表明，可以在较低功率下形成稳定的等离子体，并可用于实际样品分析，但其分析性能不如Ar-ICP光源，不易被用户接受，目前尚无有效技术措施能改进分子气体ICP光源的分析性能。在Ar-ICP基础上采用各种措施适当降低冷却气氩气用量是比较现实的技术途径，期望本文第4节所述各项Ar-ICP光源的改进技术能在商品仪器中得到推广应用。

［1］何志壮.ICP-AES等离子炬管的现状和发展［J］.稀有金属，1982（6）：77-80.

［2］辛仁轩.等离子体发射光谱分析［M］.第二版 .北京：化学工业出版社，2011：56-63.

［3］Angleys G，Mermet J M.Theoretical aspects and design of a low-power low-flow-rate torch in ICP-AES［J］.Applied Spectroscopy，1984，38（5）：647-653.

［4］Weiss A D，Savage R N，Hieftje G M.Development and characterization of a 9-mm inductively-coupled argon plasma source for atomic emission spectrometry［J］.Analytica Chimica Acta，1981，124（2）：245-258.

［5］Hieftje G M.Mini，micro，and high-efficiency torches for the ICP-toys or tools［J］.Spectrochimica Acta（B）：t，1983，38B（11/12）：1465-148.

［6］Savage R N.Vaporization and ionization interferences in a miniature inductively coupled plasma［J］.Analytical Chemistry，1980，52（8）：1267-1270.

［7］Savage R N，Hieftje G M.Characteristics of the background emission spectrum from a miniature inductivelycoupled plasma［J］.Analytica Chimica Acta，1981，123（1）：319-324.

［8］Pfeifer T，Janzen R，Steingrobe T.Development of a novel low-flow ion source/sampling cone geometry for inductively coupled plasma mass spectrometry and application in hyphenated techniques［J］.Spectrochimica Acta（B），2012，76（10）：48-55.

［9］Barnes R M，Nikdel S.Computer simulation of ICP［J］.Applied Spectroscopy，1976，30（3）：310-318.

［10］辛仁轩 .电感耦合等离子体光谱仪器技术进展与现状［J］.中国无机分析化学，2011，1（4）：1-8.

［11］Plas P S C，Waaij A C，de Galan L.Analytical evalua-tion of an air-cooled 1L/min argon ICP［J］.Spectrochimica Acta（B），1985，40（10）：1457-1466.

［12］Rezaaiyaan R，Olesik J W，Hieftje G M.Interferences in a low-flow，low-power inductively coupled plasma［J］.Spectrochimica Acta（B），1985，40（1-2）：73-83.

［13］Montaser A.Huse G R，Wax R A.Analytical Performance of a low-gas-flow torch optimized for inductively coupled plasma atomic emission spectrometry［J］.Anal.Chem.，1984，56（2）：283-288.

［14］何志壮，曹文革 .低气流等离子体炬管的设计及其分析性能［J］.分析化学，1981，10（2）：113-116.

［15］何志壮.以N2作冷却气的小功率低气流ICP光源［J］.光谱学与光谱分析，1982，2（1）：21-25.

［16］朱世盛，童心淳.小功率空气冷却ICP-AES研究（I）［J］.分析化学，1988，16（1）：980-985.

［17］Barnes B A，Meyer G A.Low-power inductively coupled nitrogen plasma discharge fo spectrochemical analysis［J］.Anal.Chem.，1980，52（10）：1523-1525.

［18］Yang Penyuan，Barnes R M，Vechiarelli J.Low-powernitrogen and carbon dioxide ICP for spectrochemical analysis［J］.Applied Spectroscopy，1990，44（3）：533-535.

［19］Meyer G A，Thomson M D.Detemination of trace element detection limits in air and oxygen inductively coupled plasma［J］.Spectrochimica Acta（B），1985，40（1/2）：195-207.

［20］韩宝琦，谭保凤，何志壮 .以N2作冷却气的小功率ICP发射光谱法测定钛合金中钼、钒、铬、铝、铁，钇［J］.分析化学，1983，12（1）：42-47.

［21］何志壮.以氮气作冷却气的小功率低气流ICP光源性能研究［J］.分析化学，1983，11（3）：181-186.

［22］朱世盛，俞璐.小功率空气冷却ICP-AES研究（III）［J］.复旦学报，1990，29（1）：58-61.

［23］Praphaiaksit N，Wiedenn D R，Houk R S.An extennally air-cooled low-flow torch for inductively coupled plasma MS［J］.spectrochimica acta（B），2000，55（8）：1279-1293.

［24］李义久，刘亚菲，曾新平.空气冷却ICP-AES测定硅锗锡铅磷砷锑秘的检出限［J］.理化检验：化学分册，1998，34（10）：440-442.

［25］张向宇.实用化学手册［M］.第二版.北京：国防工业出版社，2011：464-465.

［26］Montaser A，Golightly D W，主编.感耦等离子体在原子光谱分析法中的应用［M］.陈隆懋，译 .北京：人民卫生出版社，1992：429-420.

［27］辛仁轩.微波等离子体光谱技术的发展（二）［J］.中国无机分析化学，2013，4（1）：1-10.

［28］陈新坤.电感耦合等离子体光普法原理和应用［M］.天津：南开大学出版社，1987：152-155.

［29］辛仁轩.等离子体发射光谱分析［M］.北京：化学工业出版社，2005：42-47.

［30］Savage R N，Hieftje G M.Development and characterization of a miniature inductively coupled plasma source for atomic emission spectrometry［J］.Anal.Chem.，1979，51（3）：408-413.

［31］Allemand C D，Barnes R M.Experimental study of reduced size inductively coupled plasma torches［J］.Anal.Chem.，1979，51（14）：2392-2394.

［32］李师鹊，甘智行，戚玲.小型炬管ICP-AES研究（II）［J］.分析化学，1986，14（7）：534-538.

［33］李师鹊，甘智行，戚玲.小型炬管研究（III）—易电离元素干扰研究［J］.光谱学与光谱分析，1987，8（5）：42-46.

［34］Savage R N，Hieftje G M.Vaporization and ionization interferences in a miniature inductively coupled plasma［J］.Anal.Chem.，1980，52（8）：1267-1272.

［35］Kornblum G R，Waa W V，Galan L D.Reduction of argon consumption by a water cooled torch in inductively coupled plasma emission spectrometry［J］.Anal.Chem.，1979，51（14）：2378-2381.

［36］Hiroshi Kawaguchi，Tetsumasa Ito，Shue Rubi.Watercooled torch for inductively coupled plasma emission spectrometry［J］.Anal.Chem.，1980，52（14）：2440-2442.

［37］plas V D，Galan L.An evaluation of ceramic materials for use in non-cooled low-flow ICP torches［J］.Spectrochimica Acta（B），1987，42（11-12）：1205-1216.

［38］何志壮，孔令仙 .电感耦合等离子光源的参数选择与分析应用［J］.分析化学，1981，9（1）：1-5.

［39］Allemand C D，Barnes R M.A sttudy of ICP torch configurations［J］.Applied Spectroscopy，1977，31（5）：435-442.

［40］Montaser A，Fassel V A，Zalewski J A.Critical comparison of Ar and Ar-N2ICP as excition soureces［J］.Applied Spectroscopy，1981，35（3）：292-301.

［41］Montaser A，Mortazavi J.Optical emission spectrometry with an inductively plasma operated in argon-nitrogen atmosphere［J］.Anal.Chem.，1980，52（2）：255-259.

［42］杜一平，唐咏秋，朱明华.有机溶液在空气-氩气ICP中的光谱特性研究［J］.光谱学与光谱分析，1991，11（6）：27-34.

［43］杜一平，唐泳秋，朱明华.空气-氩气冷却ICP-AES测定环烷酸镍中的镍、铁、镁和钙［J］.分析测试通报，1992，11（1）：83-85.

［44］李义久，曾新平，汪世龙，等 .小功率空气-氩气混合气冷却ICP中电子密度的测定［J］.光谱学与光谱分析，1999，19（3）：360-363.

［45］杜一平，唐咏秋，邵济才.空气-氩气冷却ICP-AES法测定渣油中金属元素［J］.分析试验室，1992，11（1）：68-70.

［46］辛仁轩，林毓华，王国欣.有机试液的ICP光谱分析［J］.光谱学与光谱分析，1952，2（3/4）：214-216.

［47］Ripson P A M，Jansen L B M，Galan L.Inductively coupled argon plasma atomic emission spectrometry with an externally cooled torch［J］.Anal.Chem.，1984，56（13）：2329-2335.

［48］Hasan T，Praphairaksit N，Houk R S.Low flow externally air cooled torch for inductively coupled plasma atomic emission spectrometry with axial viewing［J］.Spectrochimica Acta（B），2001，56（2）：409-418.

［49］辛仁轩，余正东，郑建明 .电感耦合等离子体发射光谱仪原理及其应用［M］.北京：冶金工业出版社，2012：141-143.

［50］Klostermeier A，Engelhard C，Evers S.New torch design for inductively coupled plasma optical emission spectrometry with minimised gas consumption［J］.J.Anal.At.Spectrom.，2005，20（2），308-314.

［51］Engelhard C，Scheffer A，Nowak S.Trace element determination using static high-sensitivity inductively coupled plasma optical emission spectrometry（SHIPOES）［J］.Analytica Chimica Acta，2007，583，319-325.

［52］Engelhard C，Vielhaber T，Scheffer A.Analysis of doped luminescent lanthanide fluoride nanoparticles by low gas flow inductively coupled plasma optical emission spectrometry［J］.Journal of Analytical Atomic Spectrometry，2008，23（3）：407-411.

［53］Nowak S，Gesell M，Holtkamp M l.Low gas flow ICPAES for the analysis of food samples after microwave digestion［J］.Talanta，2014，129（1）：575-578.

［54］Genna J L，Barnes R M.Modified inductively coupled plasma arrangement for easy ignition and low gas consumption［J］.Anal.Chem.，1977，49（9）：1450-1453.

［55］Simon A，Frentiu T，Anghela S D.Investigation of a medium power radiofrequency capacitively coupled plasma and its application to high-temperature superconductor analysis via atomic emission spectrometry［J］.J.Anal.At.Spectrom.，2005，20（8）：957-965.

［56］中国分析测试协会，编 .分析测试仪器评议［M］.北京：中国标准出版社，2012：18-21.

Current Status and Latest Progress of Working Gases in Inductively Coupled Plasma Torches

XIN Renxuan
（Institute of Nuclear and New Energy Technology，Tsinghua University，Beijing100084，China）

Argon is one of the major consumables employed as an operating gas for ICP instrument.It is well recognized that the consumption of argon exceeds 12L/min for most ICP instruments，which leading to increase the detection cost.In the paper，ways to reduce argon consumption of ICP torches had been summarized and reviewed.These toches，such as low-gas-flow torches，water-cooled torches，miniature inductively coupled plasma torches，molecular-gas torches，mixed gas toches，etc，were briefly introduced.The prospects for development of ICP torches with reduction argon consumption were presented in the end.

inductively coupled plasma torch；reduction argon consumption；low-gas-flow plasmas；status；progress

O657.31；TH744.11

：A

：2095-1035（2015）02-0023-07

2014-12-22

：2015-01-14

辛仁轩，男，教授，主要从事原子光谱技术研究和应用，是我国最早开展ICP光谱仪器和技术研究者之一。

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.02.005