ICPOES基本原理

ICP OES基本原理 概述 原子发射光谱分析是一种已有一个世纪以上悠久历史的分析方法 原子发射光谱分析的进展 在很大程度上依赖于激发光源的改进 到了60年代中期 Fassel和Greenfield分别报道了各自取得的重要研究成果 创立了电感耦合等离子体原子发射光谱新技术 这在光谱化学分析上是一次重大的突破 从此 原子发射光谱分析技术又进入一个崭新的发展时期 与此同时 其它等离子体光谱分析技术 直流等离子体 微波等离子体 也得到了长足的进步 ICP OES能分析约73种元素 原子光谱原理 物质被热激发成原子和离子测量原子和离子吸收和发出的光即 E hv hc 量子理论 吸收和发射发生在分立的能级能级和波长之间的对应关系 原子吸收和发射能量 原子基态 原子激发态 hv 吸收能量 外层电子 hv 能量发射 原子发射能量示意图 abcd Eo基态 激发态 发射 能量 b a c E3 E2 E1 E 离子化 吸收和发射 Ba Na K Fraunhofer吸收线 发射线 元素定性分析 190nm 900nm Cu 原子发射光谱的定性原理 量子力学基本理论 1 原子或离子可处于不连续的能量状态 该状态可以光谱项来描述 2 当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时 其核外电子就从一种能量状态 基态 跃迁到另一能量状态 激发态 3 处于激发态的原子或离子很不稳定 经约10 8秒便跃迁返回到基态 并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来 4 将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱 线状光谱 5 由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的 因此 对特定元素的原子或离子可产生一系列不同波长的特征光谱 通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析 半定量 半定量是对样品中一些元素的浓度进行大致估算 与定量分析相比较 半定量希望通过较少地努力来大致得到许多元素的浓度 一种半定量的方法是对许多元素进行一次曲线校正 并将标准曲线储存起来 然后在需要进行半定量时 直接采用原来的曲线对样品进行测试 结果会因仪器的飘移而产生误差或因样品基体的不同而产生误差 但对于半定量来说 可以接受 定量分析基础 I KNX其中 I 光谱强度K 常数N 原子浓度X 接近1的指数 全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪 工作模式 通过一次测定 同时记录样品中待测元素的所有发射谱线 不管这些谱线是在紫外区 还是在可见区 也不论这些待测元素是高浓度或是低浓度 多能同时完成测定 性能特点 1 由于具有同时记录待测元素的所有发射谱线的功能 所以 可以通过选择合适的谱线 有效避免光谱干扰 2 同一元素 具有很多分析谱线 不同元素具有不同的灵敏度 高灵敏度谱线检测低含量的样品 低灵敏度谱线检测高浓度样品 所以有效地拓宽了分析的浓度范围 3 分析速度极快 4 同时记录样品的背景信号 有效扣除背景影响 大大改善分析精度 何谓等离子体 高温气体 离子和电子云 整个等离子体呈电中性 RF发生器使电感线圈发生高频震荡磁场 RF发生器能量耦合到氩气中 高温达10000K 等离子体 三圆同心玻璃管 水冷的耦合线圈 磁场 辅助气 等离子体气 雾化气和样品气溶胶 等离子体溫度 等离子体区域 等离子体形成过程 ICP炬形成过程 1 Tesla线圈 高频交变电流 交变感应磁场 2 火花 氩气 气体电离 少量电荷 互相碰撞 雪崩现象 大量载流子 3 数百安极高感应电流 涡电流 Eddycurrent 瞬间加热 到10000K 等离子体 内管通入氩气形成环状结构样品通道 样品蒸发 原子化 激发 ICP光源特点 1 低检测限 蒸发和激发温度高 2 稳定 精度高 高频电流 趋肤效应 skineffect 涡流表面电流密度大 环壮结构 样品导入通道 不受样品引入影响 高稳定性3 基体效应小 matrixeffect 样品处于化学惰性环境的高温分析区 待测物难生成氧化物 停留时间长 ms级 化学干扰小 样品处于中心通道 其加热是间接的 样品性质 基体性质 如 样品组成 溶液粘度 样品分散度等 对ICP影响小 4 背景小 通过选择分析高度 避开涡流区 5 自吸效应小 样品不扩散到ICP周围的冷气层 只处于中心通道 即是处于非局部力学系统平衡 6 分析线性范围宽 ICP在分析区温度均匀 自吸收 自蚀效应小7 众多元素同时测定 激发温度高 70多种 不足 对非金属测定的灵敏度