Abstract
A review is presented on the historical, fundamental, and practical aspects of microwave-induced plasmas (MIP) and their application to spectrochemical analysis. In particular, the mechanism of formation and stabilization of a microwave discharge is explored and possible excitation processes involving analyte atoms are described. Conditions under which a MIP can be operated are delineated and instrumentation necessary for MIP spectroscopy is described in detail. Methods for sample introduction into a MIP are reviewed and evaluated critically and the performance of MIP sources in real sample determinations is evaluated. Overall, the MIP appears to be a highly promising and under-utilized source in atomic spectrometry.
Get full access to this article
View all access options for this article.
References
1.
Cobine
J. D.
and
Wilbur
D. A.
, J. Appl. Phys. 22 , 835 (1951 ).
2.
Broida
H. P.
and
Chapman
M. W.
, Anal. Chem. 30 , 2049 (1958 ).
3.
Ham
N. S.
and
Walsh
A.
, Spectrochim. Acta 8 , 12 (1958 ).
4.
Schmidt
W.
, Elektron. Rundschau 13 , 404 (1959 ).
5.
Lichte
F. E.
, Ph.D. Thesis , Colorado State University , 1973 .
6.
Greenfield
S.
McGeachin
H. McD.
, and
Smith
P. B.
, Talanta 22 , 1 (1975 ).
7.
Greenfield
S.
McGeachin
H. McD.
, and
Smith
P. B.
, Talanta 22 , 553 (1975 ).
8.
Greenfield
S.
McGeachin
H. McD.
, and
Smith
P. B.
, Talanta 23 , 1 (1976 ).
9.
Critescu
G.
and
Grigorovici
R.
, Bull. Soc. Roum. Phys. 42 , 37 (1941 ).
10.
Critescu
G.
and
Grigorovici
R.
, Opt. Spektrosk. 6 , 85 (1959 ).
11.
Stolov
A. L.
, Uch. Zap. Kaz. Gos. Univ. Im. S. M. Kikova 116 : (1 ), 118 (1956 ).
12.
Badarau
E.
Giurgea
M.
Giurgea
Gh.
, and
Trustia
A. T. H.
, Spectrochim. Acta 11 , 441 (1957 ).
13.
Dunken
H.
Mikkeleit
W.
, and
Kniesche
W.
, Acta Chim. Acad. Sci. Hung. 33 , 67 (1962 ).
14.
Yamamoto
M.
, Jpn. J. Appl. Phys. 1 , 235 (1962 ).
15.
Tappe
W.
and
van Calker
J.
, Fresenius' Z. Anal. Chem. 198 , 13 (1963 ).
16.
Jecht
V.
and
Kessler
W.
, Fresenius' Z. Anal. Chem. 198 , 27 (1963 ).
17.
Mavrodineanu
R.
and
Hughes
R. C.
, Spectrochim. Acta 19 , 1309 (1963 ).
18.
West
C. D.
and
Hume
D. N.
, Anal. Chem. 36 , 412 (1964 ).
19.
Yamamoto
M.
and
Murayama
S.
. Spectrochim. Acta 23A , 773 (1967 ).
20.
Murayama
S.
Matsuno
H.
, and
Yamamoto
M.
, Spectrochim. Acta 23B , 513 (1968 ).
21.
Kessler
W.
, Glastech. Ber. 44 , 479 (1971 ).
22.
Larson
G. F.
and
Fassel
V. A.
, Anal. Chem. 48 , 1161 (1976 ).
23.
Govindaraju
K.
Mevelle
G.
, and
Chouard
C.
, Anal. Chem. 48 , 1325 (1976 ).
24.
Berman
J. O.
and
Bostrum
K.
, Anal. Chem. 51 , 516 (1979 ).
25.
McCormack
A. J.
Tong
S. C.
, and
Cooke
W. D.
, Anal. Chem. 37 , 1470 (1965 ).
26.
Bache
C. A.
and
Lisk
D. J.
, Anal. Chem. 37 , 1477 (1965 ).
27.
Runnels
J. H.
and
Gibson
J. H.
, Anal. Chem. 39 , 1398 (1967 ).
28.
Sharp
B. L.
, Sel. Annu. Rev. Anal. Sci. 4 , 37 (1976 ).
29.
MacDonald
A. D.
, Microwave Breakdown in Gases (J. Wiley , New York , 1966 ).
30.
Brown
S. C.
, Basic Data of Plasma Physics (MIT Press , Cambridge, MA , 1959 ), Chap 15.
31.
Venugopalan
H.
, Reactions Under Plasma Conditions (Wiley-Interscience , New York , 1971 ).
32.
Francis
G.
, Ionization Phenomena in Gases (Butterworth , London , 1960 ), Chap 4.
33.
MacDonald
A. D.
and
Matthews
J. H.
, Can. J. Phys. 34 , 395 (1956 ).
34.
Leprince
P.
Matthieussant
G.
, and
Allis
W. P.
, J. Appl. Phys. 42 , 412 (1971 ).
35.
Fredericks
R. M.
and
Asmussen
J.
, J. Appl. Phys. 42 , 3647 (1971 ).
36.
Fredericks
R. M.
and
Asmussen
J.
, Appl. Phys. Lett. 19 , 508 (1971 ).
37.
Asmussen
J.
Mallavarpu
R.
Hamann
J. R.
, and
Park
H. C.
, Proc. IEEE 62 , 109 (1974 ).
38.
Altman
J. L.
, Microwave Circuits (Van Nostrand , Princeton, NJ , 1964 ).
39.
Halverson
S. L.
and
Hatch
A. J.
, Appl. Phys. Lett. 14 , 79 (1969 ).
40.
Busch
K. W.
and
Vickers
T. J.
, Spectrochim. Acta 28B , 85 (1973 ).
41.
Griem
H. R.
, Plasma Spectroscopy (McGraw-Hill , New York , 1964 ).
42.
Kalnicky
D. J.
Fassel
V. A.
, and
Kniseley
R. N.
, Appl. Spectrosc. 31 , 137 (1977 ).
43.
Brassem
P.
Maessen
F. J. M. J.
, and
de Galan
L.
, Spectrochim. Acta 33B , 753 (1978 ).
44.
Taylor
H. E.
Gibson
J. H.
, and
Skogerboe
R. K.
, Anal. Chem. 42 , 1569 (1970 ).
45.
Fallgatter
K. R.
Svoboda
V.
, and
Winefordner
J. D.
, Appl. Spectrosc. 25 , 347 (1971 ).
46.
Zander
A. T.
Williams
R. K.
, and
Hieftje
G. M.
, Anal. Chem. 49 , 2372 (1977 ).
47.
Hubert
J.
Moisan
M.
, and
Ricard
A.
, Spectrochim. Acta 34B , 1 (1979 ).
48.
Serravello
F. A.
and
Risby
T. H.
, Anal. Chem. 47 , 2141 (1975 ).
49.
Brassem
P.
and
Maessen
F. J. M. J.
, Spectrochim. Acta 29B , 203 (1974 ).
50.
Gagne
J. M.
Bertrand
L.
Conturie
Y.
Mah
S. Q.
, and
Monchalin
J. P.
, J. Opt. Soc. Am. 65 , 876 (1975 ).
51.
Zander
A. T.
and
Hieftje
G. M.
, Anal. Chem. 50 , 1257 (1978 ).
52.
Locqueneu-Lefebvre
M.
and
Ricard
A.
, Rev. Phys. Appl. 12 , 1213 (1977 ).
53.
Skogerboe
R. K.
and
Coleman
G. N.
, Anal. Chem. 48 , 611A (1976 ).
54.
Belousov
E. V.
and
Motorenko
A. P.
, Opt. Spektrosk. 30 (6 ), 1006 (1971 ).
55.
Johnson
E. O.
and
Malter
L.
, Phys. Rev. 80 , 58 (1950 ).
56.
Avni
R.
and
Winefordner
J. D.
, Spectrochim. Acta 30B , 281 (1975 ).
57.
Brassem
P.
and
Maessen
F. J. M. J.
, Spectrochim. Acta 30B , 547 (1975 ).
58.
Brassem
P.
Maessen
F. J. M. J.
and
de Galan
L.
, Spectrochim. Acta 31B , 537 (1976 ).
59.
Swift
J. D.
and
Schwar
M. J. R.
, Electrical Probes for Plasma Diagnostics (Elsevier , New York , 1969 ).
60.
Beenakker
C. I. M.
, Spectrochim. Acta 32B , 173 (1977 ).
61.
Houpt
P. M.
, Anal. Chim. Acta 86 , 129 (1976 ).
62.
Garber
C. C.
and
Taylor
J. W.
, Anal. Chem. 48 , 2070 (1976 ).
63.
Lampe
F. W.
Risby
T. H.
, and
Serravello
F. A.
, Anal. Chem. 49 , 560 (1977 ).
64.
Phelps
A. V.
and
Molnar
J. P.
, Phys. Rev. 89 , 1202 (1953 ).
65.
Striganov
A. R.
, and
Sventitskii
N. S.
, Tables of Spectral Lines of Neutral and Ionized Atoms (IFI/Plenum , New York , 1968 ).
66.
Moore
C. E.
, An Ultraviolet Multiplet Table , NBS Circular 488 (U.S. Government Printing Office , Washington, DC , 1950 ).
67.
Moore
C. E.
, A Revised Multiplet Table of Astrophysical Interest , NSRDS-NBS 40 (U.S. Government Printing Office , Washington, DC , 1972 ).
68.
Schrenk
W. G.
Valente
S. E.
, and
Smith
K. E.
, Appl. Spectrosc. 26 , 108 (1972 ).
69.
Fehsenfeld
F. C.
Evenson
K. M.
, and
Broida
H. P.
, Rev. Sci. Instrum. 36 , 294 (1965 ).
70.
Ramo
S.
Whinnery
J. R.
, and
VanDuzer
T.
, Fields and Waves in Communications Electronics (Wiley , New York , 1965 ).
71.
Agdur
B.
and
Eneander
B.
, J. Appl. Phys. 33 , 575 (1962 ).
72.
Rosen
P.
, J. Appl. Phys. 20 , 868 (1949 ).
73.
Alger
R. S.
, Electron Paramagnetic Resonance: Techniques and Applications (Interscience , New York , 1968 ).
74.
Lichte
F. E.
and
Skogerboe
R. K.
, Anal. Chem. 45 , 399 (1973 ).
75.
Layman
L. R.
and
Hieftje
G. M.
, Anal. Chem 47 , 194 (1975 ).
76.
Cooke
D.
Dagnall
R. M.
, and
West
T. S.
, Anal. Chim. Acta 56 , 17 (1971 ).
77.
Brink
G. O.
Fluegge
R. A.
, and
Hull
R. G.
, Rev. Sci. Instrum. 39 , 1171 (1968 ).
78.
Vidal
B.
, and
Dupret
C.
, J. Phys. E. 9 , 998 (1976 ).
79.
McCarroll
B.
, Rev. Sci. Instrum. 41 , 279 (1970 ).
80.
Vorburger
T. V.
Waclawski
B. J.
, and
Sandstrom
D. R.
, Rev. Sci. Instrum. 47 , 501 (1976 ).
81.
Murphy
E. J.
and
Brophy
J. H.
, Rev. Sci. Instrum. 50 , 635 (1979 ).
82.
Gorry
P. A.
and
Grice
R.
, J. Phys. E. Sci. Instrum. 12 , 857 (1979 ).
83.
Motley
R. W.
Bernabei
S.
, and
Hooke
W. M.
, Rev. Sci. Instrum. 50 , 1586 (1979 ).
84.
Beenakker
C. I. M.
, Spectrochim. Acta 31B , 483 (1976 ).
85.
Beenakker
C. I. M.
and
Boumans
P. W. J. M.
, Spectrochim. Acta 33B , 53 (1978 ).
86.
Beenakker
C. I. M.
Bosman
B.
, and
Boumans
P. W. J. M.
, Spectrochim. Acta , 33B , 373 (1978 ).
87.
Van Dalen
J. P. J.
Coulander
DeLessene P. A.
, and
de Galan
L.
, Spectrochim. Acta 33B , 545 (1978 ).
88.
Moisan
M.
Beaudry
C.
, and
LePrince
P.
, IEEE Trans. Pla. Sci. PS-3 , 55 (1975 ).
89.
Bertrand
L.
Gagne
J. M.
Mongeau
B.
LaPointe
B.
, and
Conturie
Y.
, J. Appl. Phys. 48 , 224 (1977 ).
90.
Bertrand
L.
Gagne
J. M.
Bosisio
R. G.
, and
Moisan
M.
, IEEE J. Quant. Elec. QE-14 , 8 (1978 ).
91.
Hammond
C. B.
and
Outred
M.
, Phys. Scripta 14 , 81 (1976 ).
92.
Outred
M.
and
Hammond
C. B.
, J. Phys. D. Appl. Phys. 13 , 1069 (1980 ).
93.
Hattori
S.
Chinen
S.
, and
Ishida
H.
, J. Phys. E. 4 , 280 (1971 ).
94.
Bovey
L.
, Spectrochim. Acta 10 , 432 (1958 ).
95.
DeCorpo
J. J.
Larkins
J. T.
McDowell
M. V.
, and
Wyatt
J. R.
, Appl. Spectrosc. 29 , 85 (1975 ).
96.
Gupta
K. C.
and
Bahl
I. J.
, Microwaves 17 (6 ), 52 (1978 ).
97.
Bailin
L. J.
Hertzler
B. L.
, and
Oberacker
D. A.
, Env. Sci. Technol. 12 , 673 (1978 ).
98.
Osepchuk
J. M.
, Microwaves 17 (1 ), 110 (1978 ).
99.
Giles
P. G.
, Microwaves , 17 (1 ), 110 (1978 ).
100.
Anonymous
, Microwaves , 17 (2 ), 23 (1978 ).
101.
Anonymous
, Microwaves , 17 (6 ), 24 (1978 ).
102.
Anonymous
, Microwaves , 18 (1 ), 27 (1979 ).
103.
Stanley
J. L.
Bentley
H. W.
, and
Denton
M. B.
, Appl. Spectrosc. 27 , 265 (1973 ).
104.
van Dalen
J. P. J.
deLezenne-Coulander
P. A.
, and
de Galan
L.
, Anal. Chim. Acta 94 , 1 (1977 ).
105.
Bache
C.
and
Lisk
D.
, Anal. Chem. 38 , 1757 (1966 ).
106.
Bache
C.
and
Lisk
D.
, Anal. Chem. 39 , 787 (1967 ).
107.
Moye
H. A.
, Anal. Chem. 39 , 1441 (1967 ).
108.
Dagnall
R. M.
Pratt
S. J.
West
T. S.
, and
Deans
D. R.
, Talanta 16 , 797 (1969 ).
109.
Dagnall
R. M.
Pratt
S. J.
West
T. S.
, and
Deans
D. R.
, Talanta 17 , 1009 (1970 ).
110.
Braun
W.
Peterson
N.
Bass
A.
, and
Kuryko
M.
, J. Chromatogr. 55 , 237 (1971 ).
111.
Bache
C.
and
Lisk
D.
, Anal. Chem. 43 , 950 (1971 ).
112.
Dagnall
R. M.
West
T. S.
, and
Whitehead
P.
, Anal. Chem. 44 , 2074 (1972 ).
113.
Dagnall
R. M.
West
T. S.
, and
Whitehead
P.
, Anal. Chim. Acta 60 , 25 (1972 ).
114.
Grossman
W.
Eng
J.
, and
Tong
Y. C.
, Anal. Chim. Acta 60 , 447 (1972 ).
115.
Dagnall
R. M.
Silvester
M.
West
T. S.
, and
Whitehead
P.
, Talanta 19 , 1226 (1972 ).
116.
Natusch
D.
and
Thorpe
T. M.
, Anal. Chem. 45 , 1185A (1973 ).
117.
Dagnall
R. M.
Johnson
D. J.
, and
West
T. S.
, Spectrosc. Lett. 6 (2 ), 87 (1973 ).
118.
Kawaguchi
H.
Sakamota
T.
, and
Mizuike
A.
, Talanta 20 , 321 (1973 ).
119.
Talmi
Y.
and
Andren
A.
, Anal. Chem. 46 , 2122 (1974 ).
120.
McLean
W. R.
, Recent Analytical Developments in the Petroleum Industry , Proceedings Institute Petroleum Symposium (Applied Science Publishers, Ltd. , London , 1974 ) Chap. 9.
121.
Talmi
Y.
, Anal. Chim. Acta 74 , 107 (1975 ).
122.
Talmi
Y.
and
Norvell
V. E.
, Anal. Chem. 47 , 1510 (1975 ).
123.
Talmi
Y.
and
Bostick
D.
, Anal. Chem. 47 , 2145 (1975 ).
124.
Schwarz
F. P.
, Anal. Chem. 50 , 1006 (1978 ).
125.
Reamer
D. C.
Zoller
W. H.
, and
O'Haver
T. C.
, Anal. Chem. 50 , 1449 (1978 ).
126.
Brenner
K. S.
, J. Chromatogr. 167 , 365 (1978 ).
127.
Schwarz
F. P.
Braun
W.
, and
Wasik
S. P.
, Anal. Chem. 50 , 1903 (1978 ).
128.
Quimby
B. D.
Uden
P. C.
, and
Barnes
R. M.
, Anal. Chem. 50 , 2112 (1978 ).
129.
Quimby
B. D.
Delaney
M. F.
Uden
P. C.
, and
Barnes
R. M.
, Anal. Chem. 51 , 875 (1979 ).
130.
Schwarz
F. P.
, Anal. Chem. 51 , 1508 (1979 ).
131.
Hobbs
J.
, Eur. Spectrosc. News 26 , 27 (1979 ).
132.
Bostick
D. T.
and
Talmi
Y.
, J. Chromatogr. Sci. 15 , 164 (1977 ).
133.
Dagnall
R. M.
West
T. S.
, and
Whitehead
P.
, Analyst (London) 98 , 647 (1973 ).
134.
Serravello
F. A.
and
Risby
T. H.
, Anal. Chem. 48 , 673 (1976 ).
135.
Mulligan
K. J.
Hahn
M. H.
Caruso
J. A.
, and
Fricke
F. L.
, Anal. Chem. 51 , 1935 (1979 ).
136.
Lichte
F. E.
and
Skogerboe
R. K.
, Anal. Chem. 44 , 1480 (1972 ).
137.
Lichte
F. E.
and
Skogerboe
R. K.
, Anal. Chem. 44 , 1321 (1972 ).
138.
Watling
R. J.
, Anal. Chim. Acta 75 , 281 (1975 ).
139.
Skogerboe
R. K.
Dick
D. L.
Pavlica
D. A.
, and
Lichte
F. E.
, Anal. Chem. 47 , 568 (1975 ).
140.
Taylor
H. E.
Gibson
J. H.
, and
Skogerboe
R. K.
, Anal. Chem. 42 , 876 (1970 ).
141.
Leis
F.
and
Laqua
K.
, Spectrochim. Acta 34B , 307 (1979 ).
142.
Ishizuka
T.
Uwamino
Y.
, Anal. Chem. 52 , 125 (1980 ).
143.
van Sandwijk
A.
van Montfort
P. F. E.
, and
Agterdenbos
J.
, Talanta 20 , 495 (1973 ).
144.
van Sandwijk
A.
and
Agterdenbos
J.
, Talanta 21 , 360 (1974 ).
145.
van Montfort
P. F. E.
and
Agterdenbos
J.
, Talanta 21 , 660 (1974 ).
146.
van Sandwijk
A.
, Chem. Weekl. 70 (38 ), L11 (1974 ).
147.
vanMontfort
P. F. E.
Agterdenbos
J.
Denissen
R.
, and
Piet
M.
, Spectrochim. Acta 33B , 47 (1978 ).
148.
van Montfort
P. F. E.
Agterdenbos
J.
, and
Jutte
B. A. H. G.
, Anal. Chem. 51 , 1553 (1979 ).
149.
Kniseley
R. N.
Amenson
H.
Butler
C. C.
, and
Fassel
V. A.
, Appl. Spectrosc. 28 , 285 (1974 ).
150.
Kawaguchi
H.
Hasegawa
M.
, and
Mizuike
A.
, Spectrochim. Acta 27B , 205 (1972 ).
151.
Kawaguchi
H.
Okada
M.
and
Mizuike
A.
, Bunseki Kagaku 25 , 344 (1976 ).
152.
Aldous
K. M.
Dagnall
R. M.
Sharp
B. L.
, and
West
T. S.
, Anal. Chim. Acta 54 , 233 (1971 ).
153.
Kawaguchi
H.
and
Vallee
B.
, Anal. Chem. 47 , 1029 (1975 ).
154.
Kawaguchi
H.
and
Auld
D.
, Clin. Chem. 21 , 591 (1975 ).
155.
Fricke
F. L.
Rose
O.
, and
Caruso
J. A.
, Talanta 23 , 317 (1976 ).
156.
Kawaguchi
H.
Atsuya
I.
, and
Vallee
B. L.
, Anal. Chem. 49 , 266 (1977 ).
157.
Atsuya
I.
Kawaguchi
H.
, and
Vallee
B. L.
, Anal. Biochem. 77 , 208 (1977 ).
158.
Atsuya
I.
Alter
G. M.
Veillon
C.
, and
Vallee
B. L.
, Anal. Biochem. 79 , 202 (1977 ).
159.
Sakamoto
T.
Kawaguchi
H.
, and
Mizuike
A.
, Bunko Kenkyu 25 , 35 (1976 ).
160.
Fricke
F. L.
Rose
O.
, and
Caruso
J. A.
, Anal. Chem. 47 , 2018 (1975 ).
161.
Kaiser
G.
Götz
D.
Schoch
P.
, and
Tölg
G.
, Talanta 22 , 889 (1975 ).
162.
Rose
O.
Mincey
D. W.
Yacynych
A. M.
Heineman
W. R.
, and
Caruso
J. A.
, Analyst 101 , 753 (1976 ).
163.
Mitchell
D. G.
Aldous
K. M.
, and
Canelli
E.
, Anal. Chem. 49 , 1235 (1977 ).
164.
Atsuya
I.
Kawaguchi
H.
Veillon
C.
, and
Vallee
B. L.
, Anal. Chem. 49 , 1489 (1977 ).
165.
Kitagawa
K.
and
Takeuchi
T.
, Anal. Chim. Acta 67 , 453 (1973 ).
166.
Campbell
J. P.
Spisz
E. W.
, and
Bowman
R. L.
, Appl. Opt. 10 , 2555 (1971 ).