采样锥是电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)离子传输系统的核心部件,与截取锥共同构成双锥提取接口,实现常压等离子体炬与真空系统的环境过渡。其核心功能是将等离子体中心通道的载气流(含大部分离子流)通过锥孔吸入第一级真空室,为后续离子聚焦、分离及检测提供稳定离子源。
结构设计:采样锥通常采用镍、铂或高纯度不锈钢等耐腐蚀材料制成,锥体中心设有直径0.75-1.2mm的精密小孔,孔径远大于德拜长度(10??mm量级),确保离子流高效通过。锥体安装于水冷却板上,通过循环水降低高温等离子体对锥体的热损伤,延长使用寿命。其锥形设计经过精密加工,表面光滑且几何结构精确,可减少样品损失及气流干扰,提升离子传输效率。
工作原理:在真空压差作用下,等离子体气流通过采样锥小孔时形成超声射束,维持准中性状态直至电荷分离阶段。采样锥与截取锥(孔径0.4-0.9mm)相距6-7mm,共同构成逐级压差系统,使离子流经截取锥中心孔进入高真空离子透镜室,最终到达质谱分析器。这一设计有效过滤中性粒子及颗粒物,确保仅能量适中的离子进入检测系统,提升分析灵敏度与信背比。
性能优化:采样锥材质选择需兼顾耐腐蚀性与热传导性。镍锥因成本低、耐用性强,适用于常规分析;铂锥则因抗剥蚀能力优异,更适用于含有机溶剂或高活性基质样品(如润滑油、半导体溶剂)。此外,采样锥孔径优化可适应不同样品类型,例如高盐样品需选用更大孔径以减少堵塞风险,而痕量元素分析则需更小孔径以提升传输效率。
采样锥
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