等离子发射光谱仪iCAP6300型化学分析操作规程[1].doc-14.doc

化学分析操作规程 等离子发射光谱仪iCAP6300型操作规程一 ICP6300型原理原子发射光谱分析是根据试样物质中气态原子（或离子）被激发以后，其外层电子辐射跃迁所发射的特征辐射能（不同的光谱），来研究物质化学组成的一种方法。不同的原子具有不同的能级，在一般的情况下，原子处于能量最低的状态，即基态，当电子或其他粒子与原子相互碰撞，如果其动能稍大于原子的激发能，就可使该气态原子获得一定的能量，从原子的基态过渡至某一较高能级，这一过程叫做激发。使原子由基态跃迁到较高能级（即激发态）所需的能量称激发能，以电子伏（ev）表示。从原子能级图可以看出，原子可以被激发到不同的高能级。不同的高能级都有其固定的能量即激发电位。激发能最低的能级（第一激发态）所对应的能量为该原子的第一共振电位，由于其激发能最小，最容易被激发至该能级，因此第一共振线在元素中经常是最强的谱线，常被用作光谱定性分析的灵敏线及低浓度光谱定量分析的分析线。当电子或其他粒子与原子相互碰撞时，如果其能量大于原子的电离能，则它们相互碰撞时就可能使气态原子电离成气态的一级离子，如果能量更大，还可使离子处于激发态，甚至更进一步变成二级、三级等高级离子。因此，所谓激发能是指气态原子或离子，由基态最低能级过渡到激发态所需的能量，这种过渡称激发；而电离能是指从气态原子基态最低能级移去电子至电离状态所需的能量，移去一个电子所需能量称第一电离能，移去二个、三个电子所需能量相应为第二电离能、第三电离能。激发能和电离 能的高低是原子、离子结构固有的特征，是衡量元素激发和电离难易的程度和谱线灵敏度及波长位置的一个重要标志，其高低取决于原子或离子中原子核对外层电子的作用力的大小。二 激发光源电感耦合等离子体光源（ICP）试样中组份元素的蒸发、离解、激发、电离、谱线的发射及光谱线强度除了与试样成份的熔点、沸点、原子量、化学反应、化合物的离解能、元素的电离能、激发能、原子（离子）的能级等物理和化学性质有关以外，还跟所使用的光源特性密切相关，不同的激发光源对各类样品、各种元素具有不同的蒸发行为和激发能量，因此要根据不同的分析对象，选择具有相应特性的激发光源。电离度超过0.1%被电离了的气体，这种气体不仅含有中性原子和分子，而且含有大量的电子和离子，且电子和正离子的浓度处于平衡状态，称为电感耦合等离子体光源（ICP）。等离子体可以按温度分为高温等离子体和低温等离子体两大类。当温度高达106-108K时，所有气体的原子和分子完全离解和电离，称为高温等离子体；当温度低于105K时，气体部分电离，称为低温等离子体。三 ICP光源的装置及其形成炬管的组成：三层石英同心管组成。冷却（等离子）氩气以外管内壁相切的方向进入ICP炬管内，有效地解决了石英管壁的冷却问题。防止其被高温的ICP 烧熔。炬管置于高频线圈的正中，线圈的下端距中管的上端2-4mm ，水冷的线圈连接到 高频发生器的输出端。高频电能通过线圈耦合到炬管内电离的氩气中。当线圈上有高频电流通过时，则在线圈的轴线方向上产生一个强烈振荡的环形磁场如图所示。开始时，炬管中的原子氩并不导电，因而也不会形成放电。当点火器的高频火花放电在炬管内使小量氩气电离时，一旦在炬管内出现了导电的粒子，由于磁场的作用，其运动方向随磁场的频率而振荡，并形成与炬管同轴的环形电流。样品经雾化器被气动力吹散击碎成粒径为1-10um之间的细粒截氩气由中心管注入ICP中，雾滴在进入ICP之前，经雾化室除去大雾滴使到达ICP的气溶胶微滴快速地去溶、蒸发和原子化。四ICP光源的气流1冷却气：沿切线方向引入外管，它主要起冷却作用，保护石英炬管免被高温所熔化，使等离子体的外表面冷却并与管壁保持一定的距离。其流量约为10-20L/min，视功率的大小以及炬管的大小、质量与冷却效果而定，冷却气也称等离子气。2辅助气：通入中心管与中层管之间，其流量在0-1.5L/mim，其作用是“点燃”等离子体，并使高温的ICP底部与中心管，中层管保持一定的距离，保护中心管和中层管的顶端，尤其是中心管口不被烧熔或过热，减少气溶胶所带的盐分过多地沉积在中心管口上。另外它又起到抬升ICP，改变等离子体观察度的作用。3雾化气：也称载气或样品气，作用之一是作为动力在雾化器将样品的溶液转化为粒径只有1-10um的气溶胶，作用之二是作为载气将样品的气溶胶引入ICP，作用之三是对雾化器、雾化室、中心管起清洗作用。雾化气的流量一般在0.4-1.0L/min，或压力在15-45psi。五进样系统1同心型雾化器通入试样溶液的毛细管被一股高速的与毛细管轴相平行的氩气流所包围。采用固定式结构，具有不用调节、雾化效率较高、记忆效应小、雾化稳定性好、耐酸（HF除外）等优点。2雾化室旋流雾化室是圆锥形的，气溶胶以切线方向喷入雾化室并向下盘旋行进，这种运动产生了作用在雾滴上的离心力，从而将雾滴抛向器壁。在雾化室底部，气溶胶改变方向并与原来路线同轴地成更紧密的螺旋形向容器顶部移动。抛向器壁的大雾滴由底部的废液管排出，而小雾滴通入伸入容器顶部一小段管进入炬管。六ICP光源的重要工作参数1RF功率：对于水溶液样品，一般选用的功率为950w-1350w，对于溶液中含有机试剂或有机溶剂的样品，为使有机物充分分解，一般选用1350w-1550w的功率。在测定易激发又易电离的碱金属元素时，可选用更低的功率（750w-950w），而在测定较难激发的As、Sb、Bi等元素时，可选用1350w的功率。2雾化气流量（压力）：雾化压力通常在22-35psi间选择（最常用的是26-30psi），对于“较难”激发元素如As、Sb、Se、Cd等元素的测定可选用较小的雾化压力（24-26psi）,使气溶胶在通道中停留较长的时间，更有利于激发发射，对于K、Na等易激发又易电离的元素的测定，可选用较高雾化压力（32-35psi），使气溶胶在通道中停留时间较短，且雾化得更好，以获得更低的检出限。3观察高度：在炬管垂直放置的情况下，采用侧向采光，各种元素的最佳激发区因元素而异。所谓的观察离度是指工作线圈的顶部作为起点向上计算。观察高度在13-17mm之间。4频率：频率为27.12MHz与40.68MHz。 七、光谱仪的分光（色散）系统有适当的波长范围和波长选择，能从被检测的辐射源的特定区域里采集尽可能多的光。为达到这两个目标，系统将包括：(a)一个入射狭缝；它提供与狭缝尺寸相同的的辐射光带，(b)一个能产生一束平行光的准直器，(c)一个或两个组合的色散元件，(d)一个能使被色散的特定狭窄光带重显的聚焦元件，(e)一个或多个能使所需光带分离的出射狭缝（全谱直读型仪器无需出射狭缝）。在ICP光谱仪的分光系统中，采用的色散元件几乎全都是光栅，在一些高分辨率的系统中，棱镜也是分光系统中的一个组成部件。中阶梯光栅的角散率：db/d=(2tgb)/线色散率dl/d=(2ftgb)/分辩率R=/D=2W/(Sinb)从上面三个公式可知，中阶梯光栅的角色散率、线色散率和分辩率都与衍射角b有关，并随着b增大而增大,中阶梯光栅在175-800nm全波段范围内均有很强的能量分布，中阶梯光栅其光谱图象可聚焦在200mm2的焦面上，非常适合于半导体检测器来检测谱线。八、检测器光电转换器光电检测的原理一般是通过光电接受元件将待测谱线的光强转换为光电流，而光电流由积分电容累积，其电压与入射光的光强成正比，测量积分电容器上的电压，便获得相应的谱线强度的信息。不同的仪器其检测装置具有不同的类型，但其测量原理是一样的。其光电检测系统主要有四个部分组成：1.光电转换装置，2.积分放大电路及其开关逻辑检测，3.A/D转换电路，4.计算机系统检测出器为CID半导体固态检测器，拥有26万多个检测单元（pixel），每个单元面积为28um28um，暗电流大约为 15e-/sec/pixel，读出噪音在20e- RMS左右，读出时间为30msec/pixel。CID检测器独有非破坏性读取的性能，在分析过程中，能自动控制各单元的爆光时间。为了降低检测器的噪声，CID检测器工作在-40C左右的低温状态。冷冻方式半导体制冷。九开机/点火1、 开机（若仪器一直处于开机状态，应保持计算机同时处于开机状态）1.1确认有足够的氩气用于连续工作（储量等同瓶装1瓶）。1.2确认废液收集桶有足够的空间用于收集废液。1.3确认已打开氩气分压在0.60.7Mpa之间。1.4打开计算机。1.5若仪器处于停机状态，打开主机电源。仪器开始预热（两小时以上）。1.6启动iTEVA软件，检查联机通讯情况。2、编辑分析方法 2.1新建方法，选择所需元素及其谱线 2.2添加和删除标准，选择标准中所含的元素及其所需谱线，设置和修改元素含量。3、点火2.1再次确认氩气储量和压力，并确保连续驱气时间大于30分钟，以防止CID检测器结霜，造成CID检测器损坏。 2.2启动计算机和iTEVA软件，仪器初始化后，点击等离子状态图标，检查联机通讯情况。2.2光室温度稳定在380.2，CID温度小于-40 。2.3检查并确认进样系统（矩管、雾化室、雾化器、泵管等）是否正确安装。2.4夹好蠕动泵夹，把样品管放入蒸馏水中。2.5开启循环水。2.6开启排风。2.7打开iTEVA软件的等离子状态对话框，点击等离子开启 点火。4、稳定3.1光室稳定在380.23.2 CID温度小于403.3等离子体稳定15分钟，状态稳定后方可进行分析操作。十分析1打开或新建分析方法，选择所需元素及其谱线，有必要时，执行自动寻峰。2. 添加和删除标准，设置和修改元素含量。3. 打开标准化对话框，进行校正。4确认分析溶液无杂质后，方可分析试样。5分析完毕后，将进样管放入蒸馏水中冲洗进样系统10分钟。十一熄火1、打开iTEVA软件中的等离子状态对话框，点击等离子关闭按钮。2、关闭循环水，松开泵夹及泵管，将进样管从蒸馏水中取出3、关闭排风。4、待CID温度升至10以上时，驱气10分钟后关闭氩气十二停机若仪器长期停用（超过一个星期），关闭主机电源和气源使仪器处于停机状态。要求定期开机，以免仪器因长期放置而损坏。十三仪器维护（视具体情况而定）1、 定期更换泵管。2、 定期清洗雾化器。3、 定期清洗矩管和中心管。4、 每六个月检查一次循环水。5、 每年检查并维护光路。6、 计算机为仪器专用，对数据应定期备份。仪 器 使 用 注 意 事 项1. 每日详细记录环境温湿度，每小时室温变化不能大于2。2. 每日记录期间核查的结果，并对当天仪器状态进行记录。3. 每日对异常试样进行复验，比较结果后，注明原因。4. 每周清洗矩管和中心管，根据污染情况逐渐增加清洗酸的酸度。5. 每周采用倒吹法清洗雾化器，如果雾化器内有附着酸，可用浓硝酸冲洗。6. 详细记录备件消耗，及时补充备件。试样溶解方法及注意事项1.试样分类将不同牌号的金属分类，以便于称重及溶样。2.试样的称重不锈钢、纯钛、钛合金等标准物质或样品：称重200mg 置于250ml的三角瓶或200ml的烧杯中待用。3.试样的溶解要求1. 尽快地完成全部组分的分解。2. 不丢失待测元素。3. 不增加或少增加测定元素的空白值。4. 不增加或少增加溶液的含盐量。5. 不引入有害于雾化器和炬管的化学物质6. 溶液应清亮无杂质，