（分析化学专业论文）悬浮液进样技术在icpaes中的应用.pdf

摘要 摘要 本文通过对国内外近十几年来一百多篇文献调研总结了悬浮液进样技术在i c p a e s 及i c p m s 与a a s 中的发展与应用，详细评述了i c p a e s 悬浮液进样技术的 样品制备方法、仪器设备、校准曲线、影响悬浮液进样传输效率雾化效率和分析结 果可靠性的主要因素及该技术的应用。对常规的溶液进样系统进行改造，使其适用 于悬浮液进样，建立了悬浮液进样i c p a e s 分析方法。 在前人工作基础上设计加工了基于b a b i n g t o n 原理的v 型槽雾化器，雾化器主 体采用聚四氟乙烯( p t f e ) 材料，进样管和进气管做平行设计，进样管内径为 1 1 5m m ，进气管为阶梯状设计，喷嘴内径为o 2m m ，雾化器前端做倾斜处理，v ， 型槽表面离子化。侯验结果表明：同心雾化器、高盐雾化器、交叉流雾化器和v 型 l 槽雾化器的雾化效率传输效率分别为2 9 3 ，3 0 2 ，3 5 6 和2 3 8 ，虽然v 型槽 雾化器的雾化效率，传输效率不是最高的，但是在使用过程中不会堵塞，并且分析信 、 号强度和稳定性能够满足实验要求。、1 ， 。 通过测量由不同粒度的氧化铝粉末制备成的悬浮液与相同a l 含量水溶液中a l 的发射强度得出结论，只要样品颗粒在1 0 “m 之间，则悬浮液与水溶液的发射强度 相当，可以用水溶液标准进行校正。 比较了手工研磨、球磨机研磨和振荡球磨三种研磨手段的研磨效果，其中以振 荡球磨研磨效果最好，使用乙醇或六偏磷酸钠为助磨剂研磨原始平均粒度为2 4 5 6 9 4 岬氧化锆和1 0 6 4 7 2p m 氧化钽样品8h 后，可得到平均粒度小于lp m 的粉末，并 且粒度分布范围窄。 考察了1 5m m 、2 0m m 和3 0m i l l 内径的中心管对悬浮液气溶胶传输特性的影 响，三种不同内径的中心管允许通过的最大粒径分别为1 9 8 岬、3 1 5 岬和5 6 3 u m ，允许通过的粒径越大，进入i c p 火焰的相对细微颗粒的含量也就越高，可以得 到更强的分析信号。实验选用的进样系统由v 型槽雾化器、s c o t t 双通道雾室和3 m m 内径的石英中心管组成。 摘要 实验研究了i c p a e s 不同载气流量、辅助气流量、泵速、观察高度和射频发生 功率对铝土矿样品中f e 、s i 、m g 、c a 和t i 五种元素分析信号强度的影响，并以上 述五种参数作为考察因素，作五因素四水平正交试验。f 得到仪器的折衷工作参数为 载气流量o 8l m i n 、辅助气流量0 8l r a i n 、泵速1 5m l m i n 、观察高度6m m 、发 射功率1 2 0 0w 。降低载气流量、增大进样量、使用大内径的中心管可延长颗粒在 i c p 火焰的中心通道内的滞留时间，使样品颗粒原子化充分y 实验发现以蠕动泵辅助进样时无机酸种类和酸度对分析信号强度影响不大，本 文选用体积分数为2 的h c l 制备悬浮液。比较了琼脂糖、阿拉伯树胶粉、明胶和 t r i t o nx - 1 0 0 等几种物质，选用体积分数为0 0 5 的t r i t o n x o l 0 0 作为分散剂。 利用所研究的悬浮液进样i c p a e s 分析方法对铝土矿、氧化锆、氧化钽和奶粉 等样品进行分析，分析结果与常规方法相当。( 铝土矿样品中f e 、s i 、m g 、t i 和c a 元素的检出限分别为0 0 4 8g g m l ，0 0 2 8p , g m l ，o 0 0 1 4 g g m l ，0 0 0 0 8 肛g m l 和 o 0 1 3r t g m l ，各元素r s d 在0 3 4 - 5 5 之间) i 本文认为使用悬浮液进样i c p a e s 技术分析难溶( 熔) 样品中的杂质元素与常 规分析方法相比可简化分析步骤，减少试样损失和沾污的可能性，方法的准确度和 精密度与常规分析方法相当。 关键词：悬浮液雾化，进样技术，电感耦合等离子体原子发射光谱，i c p a e s 2 一 a b s t r a c t s l u r r ys a m p l i n gt e c h n i q u e i ni c p a e s a b s t r a c t t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n t sa n d a p p l i c a t i o n so fs l u r r ys a m p l i n gi ni c p a e s ，i c p m sa n da a sb yr e v i e w i n gm o r et h a n1 0 0l i t e r a t u r e si nr e c e n ty e a r s s l u r r y p r e p a r a t i o n ，a p p a r a t u su s e d i ne x p e r i m e n t ，c a l i b r a t i o nt e c h n i q u e s ，f a c t o r st h a ti n f l u e n c et h e n e b u l i z a t i o n t r a n s p o r te f f i c i e n c ya n dt h er e s u l t s r e l i a b i l i t yo fs l u r r yi n t r o d u c t i o n ，a n dt h e a p p l i c a t i o no fs l u r r yn e b u l i z a t i o ni n t op l a s m a sa r ec o m m e n t e d i nd e t a i l b ym o d i f y i n g t h es a m p l ei n t r o d u c t i o ns y s t e m ，i c p - a e sc a na n a l y z es l u r r ys a m p l e ，a n dt h e nd e v e l o pa m e t h o do fi c p a e sa n a l y s i su s i n gs l u r r ys a m p l i n gm e t h o d av g r o o v en e b u l i z e ri s d e s i g n e dt h a t f o l l o w sb a b i n g t o np r i n c i p l eb a s e do nt h e e x p l o r a t i o n o fo t h e rr e s e a r c h e r s t h e b o d yo ft h e n e b u l i z e ri s p t f e ，t h es a m p l e i n t r o d u c t i o nt u b e ( 中1 5n u n ) w a sp a r a l l e lt ot h eg a si n t r o d u c t i o nt u b e ，t h eg a so r i f i c e d i a m e t e rw a s0 2m mw i t has t e p p e dg a se n t r y ，as l o p e dg r o o v ei sc u ti nt h ed i s t a le n do f t h ed u a l b o r es e c t i o n ，a n dt h ew a l lo f v g r o o v ew a si o n i z e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o wt h a tt h en e b u l i z a t i o n t r a n s p o r te f f i c i e n c yo fc o n c e n t r i cn e b u l i z e r ，h i g hs a l tn e b u l i z e r ， c r o s sf l o wn e b u l i z e ra n d v - g r o o v en e b u l i z e r a r e2 9 3 ，3 0 2 ，3 5 6 a n d2 3 8 r e s p e c t i v e l y a l t h o u g ht h en e b u l i z a t i o n t r a n s p o r te f f i c i e n c yo f av g r o o v en e b u l i z e ri s n t t h eb e s t ，b u tt h es a m p l ei n l e tc a l l tb e j a m m e d ，t h ei n t e n s i t i e sa n d t h es t a b i l i t i e so f a n a l y s i s s i g n a lc a ns a t i s f yt h er e q u e s to f e x p e r i m e n t b yc o m p a r e dt h ee m i s s i o ni n t e n s i t i e so fa ii ns o l u t i o na n dt h ee q u i v a l e n ts l u r r i e s w h i c h p r e p a r e db yd i f f e r e n tp a r t i c l e ss i z e so fa 1 2 0 3 ，i tc a nb ec o n c l u d e dt h a ti fp a r t i c l e s s i z er a n g e s1 - 5 m ，t h ee m i s s i o ni n t e n s i t i e so f s l u r r ya r es i m i l a rt ot h o s eo f t h es o l u t i o n ，s o a q u e o u s c a l i b r a t i o nm a yb eu s e d s u c c e s s f u l l y t h eg r i n d i n ge f f i c i e n c i e so fm a n u a lg r i n d i n g b a l lm i l la n d “b o t t l ea n db e a d w e r e c o m p a r e di nt h i se x p e r i m e n t ，t h e “b o t t l ea n db e a d ”m e t h o dp r o v i d et h eb e s tb e h a v i o r , w i t h s o d i u mh e x a m e t a p h o s p h o t eo ra l c o h o la sd i s p e r s a n t a f t e r8hg r i n d i n g ，z r 0 2 ( o r i g i n a l m e a nd i a m e t e ri s2 4 5 6 9 4 r t m ) a n dt a 2 0 5 ( o r i g i n a lm e a nd i a m e t e r i s 1 0 6 4 7 2 m ) p o w d e r sp a r t i c l e ss i z ec a n b er e d u c e dt ol e s st h a nlp m a n dh a v e g o o d d i s t r i b u t i o n t h ee f f e c t so f1 5 i n l n ，2 0 n n na n d3 0m mi d i n j e c t o ro nt h e t r a n s p o r t c h a r a c t e r i s t i c so fs l u r r ya e r o s o la r es t u d i e di nt h i s p a p e r t h e d i f f e r e n t i d i n j e c t o r s p r o d u c e dc u t - o f f o f p a r t i c l e ss i z e sa t1 9 8 斗m ，3 1 5i t ma n d5 6 3 岬t h el a r g e rt h ec u t o f f a b s t r a c t p a r t i c l e ss i z ei s ，t h em o r et i n yp a r t i c l e sc a nr e a c ht h ei c pt o r c h ，a n dt h eh i g h e rt h es i g n a l i n t e n s i t i e sc a nb eg a i n e d t h ei n t r o d u c t i o ns y s t e mu s e di nt h i se x p e r i m e n tc o n s i s t so fav g r o o v en e b u l i z e r , as c o t td u a l p a s sc h a m b e r a n da3n l n li d i n j e c t o r s t u d i e dt h ee f f e c t so f d i f f e r e n tc a r r i e rg a sf l o wr a t e ，a u x i l i a r yg a sf l o w r a t e ，p u m pr a t e ， v i e w i n gh e i g h ta n d r f p o w e r o nt h es i g n a li n t e n s i t i e so ff e ，s i ，m g ，t ia n dc ai nb a u x i t e s a m p l e a no r t h o g o n a ie x p e r i m e n ti st a k e n i nt h i sp a p e rt of i n dt h ec o m p r o m i s ew o r k i n g c o n d i t i o n so fi c p a e s t h ea p p a r a t u s sc o m p r o m i s ew o r k i n gc o n d i t i o n s ：c a r r i e rg a sf l o w r a t ei s0 8l m i n ，a u x i l i a r yg a sf l o wr a t ei s0 8l r a i n ，p u m pr a t ei s1 5m l m i n ，v i e w i n g h e i g h ti s6 1 1 1 1 1 1a n dr f p o w e r i s1 2 0 0w l o w e rc a r r i e rg a sf l o w r a t e ，h i g h e rp u m p m t ea n d l a r g e ri d i n j e c t o rc o u l dp r o l o n g t h el a gt i m eo f t h es a m p l ep a r t i c l e si nt h ei c pt o r c hc e n t e r ， a n dt h e p a r t i c l e sc o u l d b ea t o m i z e ds u f f i c i e n t l y i n o r g a n i ca c i dt y p e a n dt h e i rc o n c e n t r a t i o nh a v en od i s t i n c te f f e c to nt h es i g n a l i n t e n s i t i e s h c i ( v o l u m ef r a c t i o n = 2 ) i su s e dt op r e p a r et h es l u r r i e s i nt h ee x p e r i m e n t a f t e rc o m p a r e da g a r ，g u ma c a c i ap o w d e r ，g e l a t i na n dt r i t o nx 一1 0 0 ，c h o o s et r i t o nx 一1 0 0 ( v o l u m ef r a c t i o n 2 0 0 5 、a sd i s p e r s a n t s l u r r yn e b u l i z a t i o ni c p a e si sa p p l i e di na n a l y s i so fi m p u r i t i e si nb a u x i t e ，z r 0 2 ， t a 2 0 5a n dm i l kp o w d e r ，t h er e s u l t sa r ee q u i v a l e n tt ot h eg e n e r a la n a l y s i sm e t h o d s l i m i t s o f q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sf o rf e ，s i ，c a ，m g ，t ia n dc a i nb a u x i t ea r e0 0 4 8g g m l ，o 0 2 8 “e , j m l ，o 0 0 1 4p _ g m l ，o 0 0 0 8g g m la n d o 0 1 3p , g m l ，w i t hp r e c i s i o no f 1 7 、去离子水眦”1 、乙醇隗 “1 、去离子水和甘油 3 9 4 1 1 、n a 4 p 2 0 7 阻3 0 ，3 2 】等。 有些样品延长研磨时间可能降低粉末粒度，但是，对有些样品而言，随着研磨 时间的延长粉末粒度有可能会增大陬3 8 - 45 1 ，有文献【2 6 4 5 1 将这种现象的产生解释为絮 凝效应，并认为絮凝效应并不影响分析结果。 图i 一1 是两种不同的物料在不同研磨时间下粒度分布情况，图中a 为氧化铝，b 为白云石。从图中可以看出研磨时间对不同的物料的影响是不同的，因此，有必要 优化研磨对阎，以获得更佳的粒度。 ( a ) 一8 h g r i n d i n g1 一口 p a r t i d eg b ，u m ( b ) 图i 1 研磨时间与平均粒径的关系 f i gi - 1 r e l a t i o n s h i p o f g r i n d i n g t i m ea n dm e a n p a r t i c l e s i z e 一5 一 u昌；一oi芑-l摹 5 5 5 4 5 3 5 2 ，；翟： 第1 部分文献综述 表i - 2 列出了部分文献针对不同样品所采用的研磨方法、研磨时间、最终粒径 以及所用助磨剂。 表i 2 悬浮液进样技术所采用的研磨方法 参考 研磨方法样品研磨时间所得粒径注释 文献 h u m a nh a i rs a m p l e s2 0 m i n ( 4 6 1 b a l lm i l lm i n e r a lc o a l 3 7 p r o过筛 【2 0 】 m u s s e ls a m p l e s2 0 m i n 2 0 b i n 样品先冻干 【2 2 】 加入n a , , p 2 0 7 o r e s 3 2 作助磨剂 e n v i r o n m e n t a l 1 0 h 加助磨剂 【3 1 】 s a m p l e s i n d u s t r i a lc a t a l y s t s2 4 h 3 岫 加入n a 4 p 2 0 7 作助磨剂 3 0 1 b o t t l ea n d 加入0 5m l 水 b e a d s l a g 3h 1 0 v t m【1 4 】 为助磨剂 s o l i ds a m p l e s1 5h 5 1 t m加入助磨剂【9 】 加入n a 4 p 2 0 7 f i r e b r i c k s2h 2 t m 【2 9 作助磨剂 加入3 m l 水做 m a r i n es e d i m e n t6 0 m i n 0 5 1 a m【4 7 助磨剂 r o t a r y s i l i c ar o c k s4 0 r a i n 2 1 m l【4 8 】 g r i n d e r c o a l3 0 m i n 2 5 l _ t r n 【4 9 】 m i c r o n i s i n g加入n a 4 p 2 0 7 m i l i 0 r e s 3 2 作助磨剂 t i 0 23 0 m i n 6 b m w j tm i l l e d 【5 0 1 c o a l 2 0 m i n 1 0 0p a n 过筛 【3 3 1 f l y a s h s e d i m e n ta n ds o i l1 0 r a i n 5 0 l a m1 3 4 1 m i x e rm i l l带液氮冷却系 t e al e a v e s 6 0 h m统提高研磨效 3 6 1 室 s o l l 5 7 1 m a【1 5 】 v i b r a t i o n a ls o i l1 5 r a i n 2 0 1 - l ma l o c h o i 助磨 3 8 】 a g a t e b a l l m i l l b i o l o g i c a ls a m p l e s ，m l n过筛 3 9 】 6 一 第1 部分文献综述 续表i 2 参考 研磨方法样品研磨时间所得粒径注释 文献 e n v i r o n m e n t a la n d 1 5 m i n 1 0 p md o 】 b i o l o g i c a ls a m p l e s 预先手工研磨5 v i b r a t i o n a l c e m e t i t2 0 m i n1 9 4 u m ( 1 8 】 到1 0 分钟 a g a t e b a l l u s i n gt u n g s t e n m i l l g e o k i 函c o lm a t e r i a l s 4 0 m i n2 1 m a 【4 8 】 c a r b i d eu t e n s i l s 1 0 m lh e x a n e 作 c e m e n t10 3 0 m i n 1 0 u m 7 】 助磨剂 h a i rs a m p l e2 0 m i n 0 8 b m5 1 1 g r o u n d w i t ha c r y o g e n i c h a i r1 3 m i n m a g n e t i c a l l y【4 2 g r i n d i n g d r i v e ni m p a c t o r 制得不同 d i s km i l lc o a l粒度梯度 2 8 】 的样品 2 2 分散手段 固体颗粒在液体中的分散程度，即如何在分析的全过程保持悬浮液的均一稳定 性【】是悬浮液雾化法i c p 光谱质谱分析的重要制约因素，如果颗粒产生絮凝则会降 低分析的准确度，向悬浮液中加入适当的分散剂和采取必要的物理分散手段是保持 悬浮液均一稳定的有效措施【2 9 】。 2 2 1 分散剂 为保证颗粒分散性好，并且不发生凝聚必须选择一种合适的分散剂，适合悬浮 液进样i c p 分析方法的分散荆必须是带来的污染最小、粘度与水相近、不会形成多 原子离子唧、能够润湿并且分散样品颗粒、阻止样品沉降。 c o i l l e r 等人【6 】认为悬浮液中的微小颗粒带很强的正电荷，分散剂可以中和这些电 荷，阻止由于不同颗粒间相互吸引而形成的团聚，从而维持颗粒的大小，如果颗粒 大小可以维持到足够小的程度，悬浮液原子化的效率也就越高。 迄今尚未对悬浮液进样技术中所使用的分散剂进行系统的研究【5 】。其中，最为 常用的分散剂为t r i t o nx 1 0 0 1 1 5 ，1 7 , 2 q2 2 ，2 6 , 2 8 , 3 3 , 3 4 , 3 6 ，4 9 , 5 2 6 2 j ，有作者f 3 3 1 认为t r i t o n x 一 1 0 0 不仅起到分散颗粒的作用，还能起到物理载带剂的作用，能够增强信号强度， 为防止出现过多泡沫，分散剂应小心加入，若向溶液中滴加一滴硅树脂做为消泡剂 一7 一 第1 部分文献综述 可消除过多的泡沫1 5 ”。近来，有许多作者将t r i t o nx 1 0 0 与其它物质一起组成混合 分散剂使用，如t r i t o nx 一1 0 0 + x a d - 2 树脂i6 3 】；t a c + t r i t o nx 1 0 0 1 3 3 】；巯基丙氨酸 + t r i t o nx 一1 0 0 3 7 】；水溶性叔胺( c f c a ) + t r i t o nx 1 0 0 4 2 】等。 其它常用的分散剂有六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠和氨水6 ，1 4 , 1 6 1 ：雨三醇+ h c i 7 】： p e n gt i a n y o u 等人 6 4 。6 6 】在使用e t v i c p a e s 对氮化硅、碳化硅中杂质钛、钇、硼、 钼和铝等元素进行分析时使用p t f e 、琼脂和t r i t o nx 1 0 0 的混合物做为分散剂，不 仅防止了难熔金属碳化物的生成，并且能消除记忆效应、显著降低基体影响和样品 颗粒大小对分析结果的影响；h s i e n - c h t m gl i a 0 等人分析各种鱼类样品时使用 e d t a 溶液作为分散剂，实验表明e d t a 对c d 、h g 、p b 等元素有一定的增敏作 用，但是，随着e d t a 浓度的增大分析信号会逐渐减弱：焦磷酸钠b2 9 , 3 0 , 4 5 1 ；甲苯 6 7 1 ；甘油6 8 1 聚丙烯酸铵0 6 9 1 ；乙醇1 7 0 】等。 在实际分析工作中，分散剂浓度不宜过大，否则会增加悬浮液的粘度，影响悬 浮液的传输效率l l ”1 。 表i 3 列出了已报导的悬浮液进样技术所采用的分散剂及适用的样品。 表i _ 3已报导的悬浮液进样技术所采用的分散剂 参考 分散剂浓度样品 文献 a 1 2 0 3 7 0 】 e t o h s o i l 【3 8 】 1 0 a l g a ef 7 1 1 g l y c e r o l 0 0 2 e n v i r o n m e n t a la n db i o l o g i c a ls a m p l e s 【4 0 h c l s i 3 n 4 7 2 】 a g a r0 1 ( m v ) z r 0 27 3 1 1 ( v ，v ) c 0 a l 【4 9 1 o p t i c a lf i b e r s【1 7 】 0 0 5 ( v v ) s t e e l m a k i n g f l u ed u s t ，f l o w e r s ，l e a v e s ， 1 9 ， s t e m 5 3 】 0 5 h u m a ns e r u m 5 4 1 t r i r o nx 1 0 0 0 0 0 4 s e d i m e n ta n ds o i l 3 4 】 0 1 ( w v )b a b yf o o ds a m p l e s1 5 5 1 0 2 ( v v ) m i l kp o w d e r 7 4 】 0 2 ( v v )v e g e t a b l e【7 5 】 0 0 0 5 ( m v ) t e al e a v e s 3 6 】 0 0 0 5 ( m v ) s o i l 【5 7 】 一8 第1 部分文献综述 续表i 3 参考 分散剂浓度样品 文献 0 0 0 5 o r g a n o t i n ( i v ) c o m p l e x e s【5 2 1 0 0 4 ( v v ) b i o l o g i c a lm a t e r i a l s【7 q 0 i ( v v 、 h a i r 【4 2 】 0 5 ( v v ) w h o l eb l o o d 5 8 】 0 0 0 5 ( v v )o p t i c a lc r y s t a l s 5 9 1 0 0 0 5 ( v v )v e g e t a b l e s【6 0 】 0 5 ( v v ) w h o l cb l o o da n du r i n e 【7 7 】 t r i t o nx 1 0 0 0 0 5 ( v v ) c o a l 1 7 8 1 0 1 ( v v 、 l a k es e d i m e n t 【6 l 】 0 5 ( m v ) s o i l f 1 5 1 l ( v v ) f i s hs a m p l e 7 9 】 0 0 0 5 m i l k p o w d e r , g l a s s 【8 0 ， 8 1 1 0 1 m v b a b yf o o d【8 2 】 0 5 ( v v )m n o ，8 3 0 5 ( t a c ) 1 a c + - 1 h t o nx 一1 0 0 0 4 ( t x - 1 0 0 ) c 0 a lf l y a s h 【3 3 】 ( m v ) n a 4 p 2 0 7 o 1 t i 0 2【5 0 1 3 r v v ) i n f a n tf o r m u l a s 8 4 】 a m m o n i as o l u t i o n 0 3 5 ( m v 1 k a o l i n 6 1 0 0 5 + l0 t r i t o nx ，1 0 0 + e t h a n o lm i n e r a lc o a l 2 0 】 ( v v ) 0 0 4 + o 0 0 5 c y s t e i n e + t r i t o nx - 1 0 0 ( v v ) s e d i m e n ts a m p l e s 【3 7 】 a m m o n i a m p o l y a c r y l a t e 0 0 1 ( v v ) f e r r i t ep o w d e r 【6 9 】 x y l e n e a i r b o r n e 【6 7 】 2 2 2 物理分散手段 悬浮液制备完成后，经常使用电磁搅拌器来保证引入等离子体区的悬浮液中的 固体颗粒能够均匀分布于液相中，并阻止固体颗粒的沉降【6 1 6 ，1 7 , 2 6 , 5 6 , 6 2 , 7 1 , 8 鄂。有作 者【4 8 】使用连续电磁搅拌法进样，在超过2 0 分钟的实验中没有发现分析信号强度有明 显的变化，可以认为电磁搅拌法可以保证悬浮液的均一稳定。但是，如果样品中含 有铁磁性物质，不宜使用电磁搅拌作为分散手段，因为这些物质可能在电磁搅拌混 合过程中与悬浮液主体发生分离1 9 】。 9 第1 部分文献综述 超声分散可以作为样品研磨的补充手段【1 l l j i l j a n am a r j a n o v i e 等a t 7 1 认为在超 声分散和搅拌过程中粉末会部分溶解，延长超声分散时间可以提高分析信号强度 3 7 1 。越来越多的分析者在使用悬浮液进样技术进行样品分析前使用超声波分散样品 【6 ，7 1 8 ，2 0 ，2 7 3 3 3 5 - 3 9 ，4 1 ，4 3 ，6 3 ，6 4 ，6 9 , 7 0 ，7 2 ，s 6 - 8 9 1 。 现在，超声分散与电磁搅拌联合使用，即，首先用超声分散，然后使用电磁搅 拌保持悬浮液的均一稳定【1 4 ，4 5 ，5 2 , 6 9 , 7 0 , 7 2 ，8 7 ，9 0 1 。实验表明【6 7 1 ，经超声分散后再使用电 磁搅拌分散的悬浮液，其发射强度要比单纯使用电磁搅拌分散要大4 倍，并且可以 获得更好的精密度与准确度1 9 “。 3 进样系统 进样系统是直接影响i c p a e s ，m s 分析性能好坏的关键设备之一，进样系统最 基本的组成有雾化器产生良好的气溶胶；雾室可分离相对较大的颗粒；矩 管，中心管将气溶胶引入等离子体区，若有特殊需要可添加其它部件，捌。 对悬浮液进样系统而言，l e b d o n 等人【5 ，m 】认为对原有的进样系统稍微进行改 造，使更多样品颗粒进入等离子体区即可获得与水溶液相近的雾化效率和原子化效 率，其中雾室和中心管是影响进入等离子体的雾滴行为的关键因素。 3 1 雾化器 对一套迸样系统而言，雾化器能提供更高的雾化效率是最为关键的因素【1 ”。不 管是对普通溶液雾化器而言还是对悬浮液雾化器而言，所有雾化器的设计和改进都 旨在提高雾化效率。 适用于悬浮液进样的雾化器的设计宗旨是当固体颗粒通过时不会发生堵塞，而 且要有较高的雾化效率【i l 。目前大多数适用于悬浮液进样的雾化器都是基于 b a b i n g t o nv 型槽雾化器原理设计的【l l ，与其它类型雾化器相比，b a b i n g t o n 型雾化器 即便在很高的基体，固体浓度下也不会堵塞，所以得到了广泛的应用 1 7 , 3 0 , 3 1 , 6 2 l 。 b a b i n g t o n 型雾化器的工作原理是当液体流经一个球体的表面此时，若水膜下 的小孔有加压的气体通过就会产生气溶胶，其工作原理如图i 2 所示【5 j 。 一1 0 第1 部分文献综述 气体 液体 j 喷雾 图i - 2 b a b i n g t o n 雾化器工作原理图 f i gi - 2 t h ep r i n c i p l e o f b a b i n g t o nt y p en e b u l i z e r 这种雾化器的主要特点是样品的传输不受毛细管的制约，因此，具有很强的耐 高盐能力，即便是固体浆液也可被雾化，最初设计的b a b i n g t o n 雾化器表现出很强 的记忆效应。后来s u d d e n d o r f 和b o y e r 提出将溶液限制在一个v 形槽中，由槽底小 孔引入气体，明显地减小了记忆效应，其结构如图i 一3 所示【5 1 。 图i - 3s u d d e n d o r f f l tb o y e r ( 1 9 7 8 ) 改进后的v 型槽雾化器 f 逛i 一3 m o d i f i e dn e b u l i z e r w i t ha v - g r o o v eb y s u d d e n d o r fa n d b o y e r ( 1 9 7 8 ) 第1 部分文献综述 基于b a b i n g t o n 原理设计的雾化器的发展大约可以分为如下几个阶段： 1 分体式高固体量雾化器：其大致结构如图i - 4 所示2 羽。从图中可以看出该 雾化器进样管和进气管相互分离，这种设计可加工性较好，但是与仪器配合性欠 佳。 图i 4 分体式p t f e 高固体量雾化器 f i gi - 4 d i v i d e dp t f eh i g h s o l i d sn e b u l i z e r 2 带撞击球的一体式高固体量雾化器：其大致结构如图i - 5 所示。该雾化器进 样管与进气管平行设计，与仪器的配合性大大增强，加撞击球的初衷是为了减小粉 末粒度，但l e b d o n 等人【1 6 1 在考察粒度对悬浮液进样分析高岭土的影响对试验了带 撞击球和不带撞击球的两种雾化器，证明带撞击球的雾化器并不能进一步减小粉末 粒度。 a a = 1 m m b = 0 4 m r a c = 3 m m d = 2 m m 图i 5 带撞击球高固体量雾化器示意图 f i gi s h i g hs o l i d s n e b u l i z e rw i t hai m p a c tb e a d 1 2 一 第1 部分文献综述 3 e b d o n 型雾化器：e b d o n 等人f 6 2 9 1 在保留了b a b i n g t o n 雾化器设计思想的基 础上对雾化器进行了改进，主要是取消了撞击球，并且将进气管作阶梯状设计，以 获取更大的气体压强，提高了雾化效率，目前该雾化器已商品化，具体设计如图i 6 所示。 葛噜骼 勰已 t e f l o n 支持体 图i - 6e b d o n 等人改进的高固体量雾化器 f i gi - 6 t h es t r u c t u r e o f h i g hs o l i dn e b u l i z e rm o d i f i e db y e b d o ne t c 4 带加热器的b a b i n g t o n 型雾化器：图i 7 是d a l g e o 等人瞰1 用悬浮液进样 i c p 法分析润滑油中金属元素时所改进的带加热器的b a b i n g t o n 型雾化器，该雾化器 可用来分析粘度较大的样品，关于该雾化器的详细设计参见文献【9 2 】。 图i 7 带加热器的b a b i n g t o n 型雾化器 f i gi 一7 b a b i n g t o nt y p e n e b u l i z e rw i t hah e a t e r 一1 3 一 努 v r 一 第1 部分文献综述 ( a ) s a m p i e i n l e t ( b ) h e a t e r ( c ) h e a t e r b l o c k ( d ) g a s i n l e t ( e ) d r a i n ( f ) b o d y ( g ) t e f l o ns p a c e r ( h ) s u p p o r t 近些年来对b a b i n g t o n 型雾化器的设计和改进工作一直没有停止，比较有代表 性的是h i r o f u m ii s o y a m a 等人【6 2 】对i c p - a e s 用b a b i n g t o n 雾化器所做的改进。图i 8 即是h i r o f u m i s o y a m a 等人改迸后的b a b i n g t o n 雾化器，主要改进是在雾化器喷嘴 前加一导流罩，据作者称能有效减少由于气溶胶在v 型槽壁上沉降所产生的分析信 号的波动问题。 j、 z 么雅憩名勉 e o ， nn 缎心孳“五警一 爿 e ee 形兹祷曩殇 ， 6j，l 、 1l 、 ，2 0、 a 图i 8 带导流罩的b a b i n g t o n 型雾化器( a ：氩气入口，b ：液体入口) f i gi - 8 b a b i n g t o nt y p en e b u l i z e rw i t hah o o d ( a ：a r g o ng a si n l e t ，b ：s o l u t i o ni n l e t ) 当然其它类型的雾化器在悬浮液进样技术中也有应用，如交叉流雾化器和玻璃 同心雾化器【2 6 5 7 1 。m i c h a e lf o u l k e s 博士给本文作者的回信中指出：将同心雾化器应 用于悬浮液进样技术中会产生毛细管堵塞、分析信号不稳定、分析结果重现性差等 问题。 3 2 雾室 雾室的作用是通过重力沉降、离心作用去除较大颗粒从而降低雾滴尺寸分布， 仅保证那些小至足以悬浮在气流中的雾滴能被载带至等离子体【5 ，m 1 。雾室的设计有 两种基本的思路一种是双通道设计，一种是单通道设计【1 1 。实验证明【1 6 】，双通道雾 室和直通型雾室对雾滴有相同的筛选作用，而旋流雾室可以将更大的颗粒载带至等 离子体，从而提高了小颗粒的相对含量以及分析信号的强度。目前常用的雾室是 1 4 第1 部分文献综述 s c o t t 双通道雾室【2 9 ，6 7 】，文献 2 6 1 使用大体积s c o t t 雾室，样品引入时分析信号的稳 定时间相对延长。 3 3 中心管，喷射管 中心管将气溶胶引入等离子体区以完成分析步骤，对高盐溶液或悬浮液分析， 为避免堵塞，通常都使用较大孔径的中心管，这种中心管不会明显降低分析性能， 并且可以延长样品在等离子体内的滞留时间嘲。 中心管