光譜儀故障分析

1、ICP光譜儀點(diǎn)火 系統(tǒng)故障分析 周西林 一、前言一、前言 ?ICP光譜儀的故障有很多種， 最常 見(jiàn)的是點(diǎn)火系統(tǒng)故障， 即點(diǎn)火 系 統(tǒng)不能正常點(diǎn)燃火焰?，F(xiàn)從點(diǎn)火系 統(tǒng)的工作條件、 組成部分、 工作 原理、 參數(shù)分析入手， 分析不能 正常點(diǎn)火的故障及排除方法。 二、ICP工作的基本條件 ?RF系統(tǒng)能夠輸出持續(xù)、 穩(wěn)定、 合適的能量 到工作線圈。 ?炬管安裝良好且通有純凈、 流量適宜的氬 氣。 ?點(diǎn)火裝置向氣體中釋放適當(dāng)?shù)碾姾伞??如果其中某個(gè)條件沒(méi)有滿足則儀器不能正 常點(diǎn)火 三、三、點(diǎn)火系統(tǒng)各組成部分的 基本原理 ?ICP的 RF系統(tǒng)部分 ?ICP的功率放大部分 ?ICP的點(diǎn)火過(guò)程 ?點(diǎn)火故障分析

2、 1、ICP的 RF系統(tǒng)部分 ?RF是什么意思呢？ ?RF是Radio Frequency的縮寫，即射頻。在電子學(xué) 理論中，電流流過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng)； 交變電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁 場(chǎng)，稱為電磁波。在電磁波頻率低于 100khz時(shí)， 電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但 電磁波頻率高于100khz時(shí)，電磁波可以在空氣中 傳播。RF指具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波， 射頻技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域中被廣泛使用。 1、ICP的 RF系統(tǒng)部分 ?RF系統(tǒng)采用晶體諧振他激式振蕩源、兩級(jí)功 率放大系統(tǒng)， 雙閉環(huán)的功率反饋控制。由晶 體產(chǎn) 生的高頻振蕩信號(hào)被 RF Source (工作

3、電 壓+12 V) 進(jìn)行四倍頻( 或六倍頻) 放大， 輸出 一個(gè) 03 W 的 27.12 MHz ( 或40.68 MHz ) 信號(hào), 經(jīng)過(guò) RF Driver 工作電壓+4 8 V) 被放大到 070W， 放大單元( 工作電壓+4 0 0 0 V) 放大 到02000w， 最后輸出到工作線圈， 每一個(gè) 環(huán)節(jié)的輸入與輸出 都需要進(jìn)行精確調(diào)制， 確 保 R F系統(tǒng)正常工作。 2、ICP的功率放大部分 ICP的功率放大部分的核心部件為功率 ( PowerTube ) 它是一個(gè)大功率的真空電子 管，內(nèi)部 有一細(xì)長(zhǎng)的燈絲，當(dāng)燈絲通電 而 RF系統(tǒng)未工作時(shí), 10 A左右的燈絲電流 使燈絲發(fā)熱并發(fā)射熱

4、電子， 這些電子受 到陽(yáng)極電壓( +4000 V左右) 的吸引而向陽(yáng) 極運(yùn)動(dòng)，形成的電流被稱為陽(yáng)極電流( IP 電流) ，由于陽(yáng)極與燈絲相距較遠(yuǎn)， 只有 少數(shù)電子才能到達(dá)陽(yáng)極， 大多數(shù)電子都 損失了， 所以這時(shí)的IP電流很小， 被稱 為漏電流。 3、ICP的功率放大部分 ?而當(dāng)RF系統(tǒng)工作后，有RF Driver 輸出的高 頻信號(hào)加到功率管燈絲 與陽(yáng)極之間的柵極 上， 對(duì)燈絲發(fā)射的電子進(jìn)行加速， 這樣就 使得有大量的電子到達(dá)陽(yáng)極， 形成較大 的I P電流， 實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)的放大。功率管的 漏電流( 大約 3 0 mA) 在陰極經(jīng)一個(gè) 7 5 0 歐 姆的電阻 產(chǎn)生大約 2 0 V的偏電壓， 驅(qū)

5、動(dòng)管 子工作，確保高頻信號(hào)順利傳輸。 3、ICP的點(diǎn)火過(guò)程 ?當(dāng)操作軟件發(fā)出點(diǎn)火命令后， 儀器首先開(kāi) 啟各個(gè)輔助設(shè)備、如+48 V工作電源、循環(huán) 水、Driver 的冷卻風(fēng)扇、 功率放大的冷卻 風(fēng)扇、 等離子氣( 冷卻、 輔助、 霧化) 和吹 掃氣( Nozzle ) ，對(duì)炬管進(jìn)行凈 化， 完成后 關(guān)閉霧化氣； 等待 10 s 后加高( +4000V) ， 關(guān)閉吹掃氣， 開(kāi)始點(diǎn)火。 點(diǎn)燃后提高RF功 率 使其保持穩(wěn)定， 然后返回設(shè)置狀態(tài)， 從 而完成點(diǎn)火過(guò)程。 4 點(diǎn)火故障分析點(diǎn)火故障分析 ?I C P的點(diǎn)火過(guò)程中 I P電流變化如下： 首先 在吹掃凈化的過(guò)程中， 由于沒(méi)有加陽(yáng)極電 壓， I

6、P應(yīng)該 為 0 . 當(dāng)RF未工作時(shí)， I P應(yīng)該 為漏電流水平， 約 3 0 mA左右； R F工作 后 I P電流會(huì)迅速提高到幾百 mA。氣體在 電離前后導(dǎo)電能力的不同， 氣體未電離時(shí)I P應(yīng)為 2 0 0 mA左右， 電離后應(yīng)在 6 0 0 mA 左 右。因此， 我們可觀察到 I P電流有一個(gè) 0 30 200 600的變化過(guò)程。 4、點(diǎn)火故障分析、點(diǎn)火故障分析 ?正常的點(diǎn)火過(guò)程時(shí)間很短,可能最后一個(gè) 200 -6 0 0的變化過(guò)程不一定能觀察到， 但是當(dāng) 儀器不能點(diǎn)燃時(shí)， 我們就可以觀察到一個(gè) 完整的 I P電流變化過(guò)程， 從而可以根據(jù)它 的變化來(lái)判斷RF的工作情況。所以當(dāng)儀器 點(diǎn)火異

7、常時(shí)， 必須仔細(xì)觀察 I P的變化情況， 認(rèn)真記錄下來(lái)， 便于維修。 4、點(diǎn)火故障分析、點(diǎn)火故障分析 ?儀器右側(cè)面板的顯示窗口可以顯示 I P電流 值及其他重要的參數(shù)。 ?( 1 )當(dāng)I P電流始終為0 ： 陽(yáng)極高壓一旦啟動(dòng)， 功率管的漏電流就將達(dá)到 3 0 mA, I P電流為 0時(shí)， 有三種可能： 無(wú)高壓、 無(wú)燈絲電流 和功率管故障。 有無(wú)高壓可以在儀器右側(cè) 窗口的讀到， 然后再檢查 功率管的好壞和 是否有燈絲電流。 4、點(diǎn)火故障分析、點(diǎn)火故障分析 ?( 2 )當(dāng)I P電流為 0一30 mA： I P電流能達(dá)到 漏電流值 3 0 mA時(shí)說(shuō)明高壓與燈絲都在正 常工作，若仍無(wú)功率輸出只有兩種可

8、能： 無(wú)功率輸入和功率管無(wú)放大能力RFSource與 RF Driver出現(xiàn)故 障時(shí)就可能導(dǎo)致這樣的結(jié) 果， 常規(guī)檢查可以測(cè)量 RF Source與RF Driver r的工作電壓是否有+1 2 V 與+4 8 V。 由于是高頻信號(hào)， 若要進(jìn)一步檢查， 最好 聯(lián)系專業(yè)維修人員， 采用專門的測(cè)量工具 來(lái)進(jìn)行 。 4、點(diǎn)火故障分析、點(diǎn)火故障分析 ?( 3 )I P電流為0 30 200 mA： 如果 I P電 流是按上述值變化時(shí)， 而氣體始終沒(méi)有電 離， 可以認(rèn) 為R F系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題， 問(wèn)題可 能在于另外兩個(gè)點(diǎn)火基本條件上， 可從下 面所列的條件及位置進(jìn)行仔 細(xì)檢查和處理： 4、點(diǎn)火故障分析、點(diǎn)火

9、故障分析 ?氬氣不純； ?霧化室有積水或噴嘴堵塞； ?進(jìn)樣系統(tǒng)漏氣； ?炬管安裝不到位； ?炬管污染或損壞； ?炬管與線圈不同心； 4、點(diǎn)火故障分析、點(diǎn)火故障分析 ?中心管0型圈未安裝好； ?泵管未裝好或堵塞； ?點(diǎn)火頭距炬管太遠(yuǎn)； ?點(diǎn)火頭損壞 ； ?環(huán)境太潮濕； 其中氬氣不純導(dǎo)致不能正常點(diǎn)火是最常見(jiàn)現(xiàn) 象， 通常更換氬氣便能解決問(wèn)題。 4、點(diǎn)火故障分析、點(diǎn)火故障分析 ?( 4 )I P電流為0-30 -600 mA： 當(dāng)氬氣沒(méi)有電 離時(shí)， 出現(xiàn)這么大的I P電流， 有可能是高 壓部分 有漏電現(xiàn)象， 仔細(xì)確認(rèn)后， 應(yīng)立即 停止啟動(dòng)儀器， 避免儀器進(jìn)一步損壞。 漏 電的位置一般多為電容和 線圈

10、， 可以對(duì)這 部分進(jìn)行認(rèn)真檢查。 另外， 調(diào)諧不好也可 能產(chǎn)生大的 I P電流， 可嘗試調(diào)整一下調(diào)諧 馬達(dá)的位置， 再進(jìn)行一次點(diǎn)火。 出現(xiàn)大的I P電流一定要引起重視， 不能反復(fù)試機(jī)， 否則會(huì)釀成嚴(yán)重后果。 四、常見(jiàn)故障分類和排除四、常見(jiàn)故障分類和排除 ?點(diǎn)不著火 ?點(diǎn)火后熄火 ?測(cè)定精密度差 ?測(cè)定靈敏度差 ?電源電壓不正確; ?氬氣不純;點(diǎn)火頭太遠(yuǎn)或點(diǎn)火頭 損壞； ?進(jìn)樣系統(tǒng)漏氣,氣路堵塞,造成等 離子體氣體不夠; ?炬管污染；(多為:水平火炬) 1、點(diǎn)不著火 ?冷卻循環(huán)水太臟; ?高壓大于3500VDC供給不正確; ?高頻源,功率放大器損壞. ?水,排風(fēng),門等及過(guò)流開(kāi)關(guān)連鎖保護(hù)開(kāi)關(guān) 損壞

11、 ?調(diào)諧和反射功率太大 1、點(diǎn)不著火、點(diǎn)不著火 ?進(jìn)樣系統(tǒng)漏氣(特別是霧化器與霧化器相 連密封圈等漏氣; ?光纖探頭太臟,用無(wú)水乙醇清潔或者更換. ?運(yùn)行樣品與儀器硬件和分析條件不匹配 (用水溶液條件和硬件分析高 鹽溶液) ?循環(huán)泵夾沒(méi)固定或循環(huán)泵管壞 ?功率管老化(功率管一般使用5年左右) ?水,排風(fēng),門等及過(guò)流開(kāi)關(guān)連鎖保護(hù)開(kāi)關(guān)損 壞 2、點(diǎn)火后熄火、點(diǎn)火后熄火 ?進(jìn)樣系統(tǒng)有堵塞或太臟,需要檢查進(jìn)樣系需要檢查進(jìn)樣系 統(tǒng)(毛細(xì)管,泵管,霧化器,霧化室,中心管,炬管) 并做清潔處理; ?排風(fēng)風(fēng)量太大,焰炬飄動(dòng)太大(利用風(fēng)門控制利用風(fēng)門控制 風(fēng)量到要求范圍) ?泵夾調(diào)節(jié)太緊或太松(優(yōu)化好泵夾調(diào)節(jié)位置) 3、測(cè)定精密度差、測(cè)定精密度差 ?譜線因?yàn)楣馐覝囟茸兓^(guò)大或者震動(dòng)發(fā)生譜線漂 移:左右偏離可以等其恒溫或者采用大約 1- 10ug/ml 的待測(cè)元素溶液進(jìn)行譜線尋峰校準(zhǔn) ; ?進(jìn)樣系統(tǒng)有堵塞或太臟