Plasma acoplado inductivamente

Un plasma acoplado inductivamente (ICP) o un plasma acoplado por transformador (TCP) es un tipo de plasma Fuente en la que la energía es suministrada por corrientes eléctricas que se producen por inducción electromagnética, es decir, por campos magnéticos variables en el tiempo.

Operación

Hay tres tipos de geometrías ICP: plana (Fig. 3 (a)), cilíndrica (Fig. 3 (b)) y semitoroidal (Fig. 3 (c)).

En geometría plana, el electrodo es un trozo de metal plano enrollado como una espiral (o bobina). En geometría cilíndrica, es como un resorte helicoidal. En geometría semitoroidal, se trata de un solenoide toroidal cortado a lo largo de su diámetro principal en dos mitades iguales.

Cuando una corriente eléctrica variable en el tiempo pasa a través de la bobina, crea un campo magnético variable en el tiempo a su alrededor, con flujo

${displaystyle Phi =pi ¿Qué?$,

donde r es la distancia al centro de la bobina (y del tubo de cuarzo).

Según la ley de inducción de Faraday-Lenz, esto crea una fuerza electromotriz azimutal en el gas enrarecido:

${displaystyle ¿Qué?$,

que corresponde a las intensidades de campo eléctrico de

${displaystyle E={frac}{2pi} {fnMicroc} ################################################################################################################################################################################################################################################################ {0} {2}sin omega t}$,

que conduce a la formación de trayectorias de electrones que proporcionan una generación de plasma. La dependencia de r sugiere que el movimiento de los iones del gas es más intenso en la región exterior de la llama, donde la temperatura es mayor. En la antorcha real, la llama se enfría desde el exterior mediante el gas refrigerante, por lo que la parte exterior más caliente está en equilibrio térmico. Allí la temperatura alcanza los 5.000–6.000 K. Para una descripción más rigurosa, consulte la ecuación de Hamilton-Jacobi en campos electromagnéticos.

La frecuencia de corriente alterna utilizada en el circuito RLC que contiene la bobina suele ser de 27 a 41 MHz. Para inducir el plasma, se produce una chispa en los electrodos en la salida de gas. Argon es un ejemplo de un gas raramente usado comúnmente. La alta temperatura del plasma permite la determinación de muchos elementos, y además, para unos 60 elementos de grado de ionización en la antorcha supera el 90%. La antorcha ICP consume c. 1250–1550 W de poder, pero esto depende de la composición elemental de la muestra (debido a diferentes energías de ionización).

Los PCI tienen dos modos de operación, llamado modo capacitivo (E) con baja densidad de plasma y modo inductivo (H) con alta densidad de plasma, y la transición del modo de calentamiento E a H se produce con entradas externas.

Aplicaciones

Las temperaturas de los electrones del plasma pueden oscilar entre ~6000 K y ~10 000 K (~6 eV – ~100 eV) y suelen ser varios órdenes de magnitud mayores que la temperatura de las especies neutras. Las temperaturas de descarga del plasma de argón ICP suelen ser de ~5500 a 6500 K y, por lo tanto, son comparables a las alcanzadas en la superficie (fotosfera) del sol (~4500 K a ~6000 K). Las descargas de ICP tienen una densidad electrónica relativamente alta, del orden de 10¹⁵ cm⁻³. Como resultado, las descargas ICP tienen amplias aplicaciones donde se necesita plasma de alta densidad (HDP).

• ICP-AES, un tipo de espectroscopia de emisiones atómicas.
• ICP-MS, un tipo de espectrometría de masas.
• ICP-RIE, a type of reactive-ion etching.

Otro beneficio de las descargas ICP es que están relativamente libres de contaminación, porque los electrodos están completamente fuera de la cámara de reacción. Por el contrario, en un plasma acoplado capacitivamente (PCC), los electrodos suelen colocarse dentro del reactor y, por tanto, quedan expuestos al plasma y a las especies químicas reactivas posteriores.