14.12 : Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma: Prinzip

Induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) ist die am häufigsten verwendete Plasmaquelle in der Atomemissionsspektroskopie (AES), auch bezeichnet als optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES). Die ICP-Quelle oder Fackel besteht aus drei konzentrischen Quarzröhren, durch die Argongas fließt. Der Funke einer Teslaspule löst die Ionisierung des Argongases aus und erzeugt ein Hochtemperaturplasma.

Die erzeugten Ionen und Elektronen interagieren mit dem oszillierenden Magnetfeld, das von einer wassergekühlten Induktionsspule erzeugt wird, die von einem Hochfrequenzgenerator angetrieben wird. Diese Interaktion führt zu ohmscher Erwärmung, wodurch ein Hochtemperaturplasma entsteht und eine optimale Umgebung für die Elementaranalyse geschaffen wird. Der Probeneintrag bei der ICP-AES kann mit verschiedenen Methoden erfolgen, beispielsweise mit einem konzentrischen Glaszerstäuber oder elektrothermischer Verdampfung. Im ersten Fall wird die Probe mit Hilfe von Argongas mit hoher Geschwindigkeit durch den Bernoulli-Effekt transportiert und bildet feine Tröpfchen, die in das Plasma gelangen. Im zweiten Fall wird die Probe in einem Ofen verdampft und anschließend über den Argonstrom in das Plasma eingeführt.

Mögliche Modi für ICP-Spektrometer umfassen radiale oder axiale Betrachtung. Horizontal ausgerichtetes, axial betrachtetes Plasma ist ideal für hochempfindliche Analysen. Es verfügt über eine einzelne gekühlte Kegelschnittstelle (CCI), die verhindert, dass die Optik den kühleren Plasmaschweif mit berücksichtigt, wodurch Interferenzen reduziert und die Toleranz des Systems gegenüber stark gelösten Feststoffen verbessert wird. Vertikal ausgerichtetes, radial betrachtetes Plasma eignet sich für anspruchsvolle Anwendungen wie die Analyse von Ölen, organischen Lösungsmitteln, geologischen/metallischen Aufschlüssen und Lösungen mit hohem Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS).

Isotherme Konturen stellen die unterschiedlichen Temperaturbereiche dar, welchen die Probenatome im Plasma während ihrer Verweilzeit ausgesetzt sind, bevor sie den Beobachtungspunkt erreichen. Dies führt zu einer vollständigeren Zerstäubung und weniger chemischen Interferenzen. Die Verwendung von ICP in AES bietet zahlreiche Vorteile, darunter chemisch inerte Zerstäubung, gleichmäßige Temperaturverteilung, lineare Kalibrierungskurven über einen weiten Konzentrationsbereich und hohe Ionisierungsraten, was sie zu einer ausgezeichneten Wahl für ICP-MS-Anwendungen macht.