电感耦合高频等离子体原子发射光谱分析(ICP—AES).doc

电感耦合高频等离子体原子发射光谱分析（ICPAES）本章要求：电感耦合高频等离子体原子发射光谱法是以电感耦合等离子焰炬为激光源的一类新型光谱分析方法（Inductively Coupled PlasmaAtomic Emission Spectrometry，简称ICPAES）。由于该法具有检出限较低、准确度及精密度高、分析速度快和线性范围宽等许多独特的优点，因此在国外ICPAES法已发展成为一种极为普遍、适用范围极广的常规分析方法，并广泛用于环境试样、岩石矿物、生物医学以及金属与合金中数十种元素的分析测定。在国内ICPAES法的研究工作始于1974年，现已有上千个科研单位、大专院校、工厂以及环境监测等部门拥有了此种分析手段，ICPAES法已成为近年来我国分析测试领域中发展最快的测试方法之一。为了使这种新型分析技术在环境监测中得到普及，环境监测人员必须对ICPAES法有所了解，在学习中应掌握以下几方面的知识。1、 电感耦合等离子体（ICP）光谱技术的发展概况。2、 ICP光源的理论基础。3、 ICP所用的高频电源。4、 ICP所需的进样装置。5、 ICP炬管及工作气体。6、 ICP仪器的分光、测光装置。7、 ICP-AES法的分析技术。8、 ICP-AES法的应用。9、 有机试液的ICP光谱分析。10、 ICP-AES法和其他分析技术的比较。参考文献1、 光谱学与光谱分析编辑部，ICP光谱分析应用技术，1982年，北京大学出版社。2、 蔡德，光谱分析辞典，1987年，光谱实验室编辑部。3、 陈新坤，电感耦合等离子体光谱法原理和应用，1987年，南开大学出版社。4、 不破敬一郎，ICP发射光谱分析，1987年，化学工业出版社。5、 辛仁轩，电感耦合等离子体光源原理、装置和应用，1984年，光谱实验室编辑部。6、 分析技术辞典，发射光谱分析，1980年，科学出版社。7、 高铮德，光谱分析常识，1985年，光谱实验室编辑部。8、 美Akbar Montaser and D.W.Golightly，陈隆懋等译，电感耦合等离子体在原子光谱分析法中的应用，1992年，人民卫生出版社。9、 魏复盛等，原子吸收光谱及其在环境分析中的应用，1988年，中国环境科学出版社。10、 高频电感耦合等离子光源光谱分析，1982年，地质出版社。11、 魏复盛等编，水和废水监测分析方法指南（中册），1994年，中国环境科学出版社。12、 魏复盛等编，水和废水监测分析方法指南（下册），1997年，中国环境科学出版社。一、 填空题（共10题）1、ICPAES法的主要优点是 、 、 、 。答：检出限低 精密度与准确度高 线性范围宽 同时或顺序测定多元素2、目前商品ICP光谱仪的主要类型有 、 、 、 、 。答：ICP摄谱仪 ICP光亮计 M+1型ICP光谱仪 顺序扫描型光谱仪 n+m型ICP光谱仪3、影响ICPAES法分析特性的三个重要因素是 、 、 。答：高频功率 观测高度 载气流量4、形成稳定的ICP放电所必须具备的三个条件是 、 、 。答：高频电磁场 工作气体 等离子体炬管5、高频发生器（又称射频功率发生器）按照工作原理可分为 、 两种。答：自激式 他激式6、ICPAES法存在的主要干扰有 、 、 、 、 。答：物理干扰 光谱干扰 化学干扰 电离干扰 去溶干扰7、由于高频发生器工作时会产生 、 、 、 、 ，所以必须注意安全防护。答：高频电磁场 紫外辐射 有害气体 噪声 可能引起高频触电8、ICPAES法的进样方法主要分为 、 、 三种方式。答：液体进样 气体挥发进样 固体进样9、ICP光谱法非发射技术主要有 、 、 、 。答：ICPMS ICPAFS ICPAAS ICPLE1S# （#激光增强电离光谱法）10、目前ICP较典型的联用技术主要有 、 、 、 、 、 。答：GC-ICP-AES GC-ICP-MS HPLC-ICP-AES HPLC-ICP-MS SFC#-ICP-AES SFC-ICP-MS （#超临界流体色谱）二、问答题（共41题）1、 什么叫发射光谱？答：物质受激发而发射光所形成的光谱，统称发射光谱。蔡德，光谱分析辞典，P93。2、 发射光谱通常分为几种？答：分为三种。（1）由灼热的固体所产生的连续光谱。（2）由分子的被激发而发射的带光谱。（3）由原子或离子的被激发而发射的线光谱。分析技术辞典 发射光谱分析，科学出版社，P2。3、 什么是发射光谱分析？答：利用试样中原子或离子所发射的特征光谱（原子发射光谱）或某些分子或基团所发射的特征带光谱（分子发射光谱）的波长或强度来检测元素的存在和它们的含量，叫发射光谱分析。分析技术辞典 发射光谱分析，科学出版社，P3。4、 试述发射光谱分析的主要过程。答：（1）将试样转变成气态并激发使之发光。（2）把产生的光辐射，用棱镜、光栅等分光仪器分解成光谱。（3）检定光谱中元素的特征谱线的存在与否或测量其强度，就可进行定性或定量分析。分析技术辞典 发射光谱分析，科学出版社，P3。5、 什么是等离子体？答：等离子体是物质在高温条件下，处于高度电离的一种存在状态。由原子、离子、电子和激发态原子、离子组成，总体呈电学中性和化学中性。为物质在常温下的固体、液体、气体状态之外的第四状态。分析技术辞典 发射光谱分析，科学出版社，P45。6、 简述等离子体的分类。答： 高温等离子体 等离子体 直流等离子喷焰 热等离子体 电感耦合等离子体 低温等离子体 微波等离子体 冷等离子体 高铮德，光谱分析常识，P25。7、 什么是等离子体光源？答：即等离子体放电光源，主要有：（1）直流电弧等离子喷焰。（2）电感耦合高频等离子焰炬。（3）电容耦合高频等离子焰炬。（4）微波等离子焰炬。（5）微波无极放电管等。分析技术辞典 发射光谱分析，科学出版社，P45。8、 试述氩等离子体的优点。答：（1）检出限较低。（2）氩是惰性气体，在这样气氛中可以减少化学反应及化学干扰。单原子分子不因分子离解而消耗能量。（3）氩的光谱较简单，对大多数元素的分析不形成严重的光谱干扰。（4）氩的电离电位最低，因此发生器的功率，冷却气的流量及维持ICP运行费用均较低廉。（5）氩不自燃、无毒、使用安全，不污染试样和环境。高频电感耦合等离子光源光谱分析，地质出版社，P67。9、 什么是顺序型等离子体光谱仪？答：一种以电感耦合高频等离子体光源激发试样，按照软件程序自动连续测定多元素的发射光谱分析仪器。此种仪器主要由等离子体光源、电子计算机控制的程序扫描单色仪及数据处理系统组成。光谱分析辞典，P302。10、ICP光谱分析仪器目前有哪几大类型？答：ICPAES 等离子体原子发射光谱ICPAAS 等离子体原子吸收光谱ICPAFS 等离子体原子荧光光谱ICPMS 等离子体质谱电感耦合等离子体光源原理、装置和应用，P53。11、什么是电感耦合高频等离子体光量计？答：ICP光量计又称同时型等离子体光谱仪，是一种以电感耦合高频等离子体光源激发试样，可以同时测定几十种元素的发射光谱分析仪器。该种仪器特别适用于大批量试样的多元素分析。12、简述ICP光量计的工作原理。答：由高频发生器提供的高频能量送至耦合线圈，同轴型等离子炬管置于线圈中，内通冷却气、辅助气和载气（一般为氩气），用泰斯拉线圈点火后，即在炬管顶端形成一个氩等离子体，试样通过雾化系统由载气将其带入等离子体，在此被激发，经分光、光电转换、测量、数据处理后，由打印机或显示器输出被测元素含量。光谱分析辞典，P82。13、电感耦合高频等离子体光谱仪由哪些部分组成？答：由电感耦合高频等离子体光源、炬管室、光谱仪、测光系统和数据处理系统等部分组成。光谱分析辞典，P82。14、ICP光谱仪中采用的分光系统主要有哪几种类型？答：（1）埃伯特（平面光栅）分光装置。（2）切纳尔特纳（平面光栅）分光装置。（3）帕邢郎格（凹面光栅）分光装置。（4）中阶梯光栅分光装置。电感耦合等离子体光源原理、装置和应用，P120。15、电感耦合高频等离子体焰炬装置由哪几部分组成？答：由高频发生器和感应圈、炬管和供气系统、试样引入系统三部分组成。光谱分析辞典，P83。16、简述电感耦合高频等离子焰炬的设备组成。答：设备由一个石英炬管和环绕它的几匝水冷却铜管线圈组成。高频电感耦合等离子光源光谱分析，地质出版社，P1。17、简述ICP炬管的结构及其气路。答：炬管是维持ICP稳定放电的关键部件。一般常采用的炬管是三重管式石英炬管。其外管内径多采用18mm，外管有1020 l/min的氩通过，此为冷却气，起维持等离子体和冷却石英管的作用。通过中间管的气体称辅助气（又称等离子气），被流经线圈的高频电流所激发。供分析的气溶胶由氩气输送到中心管，称为载气。ICP发射光谱分析，P66。18、ICPAES法对炬管有什么要求？答：（1）易点燃。（2）能够获得稳定的具有环状结构的等离子体。（3）氩耗量小。（4）功耗低。（5）具有良好的耦合效率。电感耦合等离子体光谱法原理和应用，P68。19、试述安装及使用炬管的注意事项。答：（1）安装炬管时应注意使它处于线圈的正中，注入孔则应比线圈的下缘低35mm，以防注入孔受热熔化。（2）点燃之前应先以氩将进样系统中的空气赶尽，否则ICP不易点燃，或点燃后很快熄灭。（3）经常用稀HCI或洗液将沉积在注入孔周围的盐类溶解掉，以防堵塞。高频电感耦合等离子光源光谱分析，P62。20、通入ICP炬管的工作气体起些什么作用？答：（1）提供电离气体（等离子体）。（2）冷却保护炬管。（3）输送样品。电感耦合等离子体光谱法原理和应用，P74。21、试述电感耦合高频等离子焰炬的特点。答：电感耦合高频等离子焰炬是发射光谱分析的新型激发光源之一，简称ICP，其特点有：（1）由于高频趋肤效应产生的电屏蔽大大地减缓了原子和离子的扩散，因而是非常灵敏的分析光源，一般元素的检测极限常低于108g/ml。（2）激发温度高，可达800010000K，能够激发一些在一般火焰中难以激发的元素，且不易生成难熔金属氧化物。（3）放电十分稳定，分析精密度高，偏差系数可小至0.3%。（4）等离子体的自吸效应很小，分析曲线的直线部分可包含含量范围达45个数量级。（5）基体效应小，化学干扰少，通常可用纯水配制标准溶液，或用同一套标准试样溶液来分析几种基体不同的试样。（6）可进行多元素的同时测定，并可同时测定试样的主量、少量及微量成分。分析技术辞典 发射光谱分析，P46。光谱分析辞典，P84。22、简述电感耦合高频等离子体的光学结构。答：作为光谱分析光源的ICP其外观是一个十分明亮的火焰，分为三个区域。（1）不透明、温度很高的发光焰心，位于电感线圈的区间内，分析工作很少用到它。（2）在高出线圈13cm为第二区，很明亮，稍透明，通常在这个区域能获得被分析元素的最高信噪比。（3）尾焰，这部分可延伸到焰心外几十厘米。高频电感耦合等离子光源光谱分析，P4。23、ICP光源的不足之处有哪些？答：（1）检出限不如直流电弧粉末法好。（2）雾化效率低，10%，且雾化器易堵塞，造成工作不稳定。（3）氩耗量大，不经济。（4）操作者要求严格，有一些技术、理论水平。电感耦合等离子体光源原理、装置和应用，P6。24、在ICP发射光谱分析中，影响谱线强度的因素主要有哪些？答：有输出功率、气流量和光谱观测高度等。徐金瑞等，ICP发射光谱分析，P46。25、简述ICP测量中观测高度的意义。答：单色仪光轴与燃烧器顶端的垂直距离称为观测高度。在ICP分析中，焰炬的温度分布是随高度不同而变化的，因此分析元素的基态原子在焰炬中的浓度分布也是随高度而变化的，在不同观测高度进行测量，所得灵敏度就有差异。最佳观测高度须通过实验来确定，并因元素的不同而异。光谱分析辞典，P177。26、影响等离子体温度的因素有哪些？答：（1）载气流量：流量增大，中心部位温度下降。（2）载气的压力：激发温度随载气压力的降低而增加。（3）频率和输入功率：激发温度随功率增大而增高，近似线性关系，在其它条件相同时，增加频率，放电温度降低。（4）第三元素的影响：引入低电离电位的释放剂（如Tl）的等离子体，电子温度将增加。高频电感耦合等离子光源光谱分析，P1727。27、何谓电离干扰？答：原子在火焰或等离子体的蒸气相中电离而产生的干扰。它使火焰中分析元素的中性原子数减少，因而降低分析信号。光谱分析辞典，P81。28、如何抑制或消除电离干扰？答：在标准和分析试样中加入过量的易电离元素，使火焰或等离子体中的自由电子浓度稳定在相当高的水平上，从而抑制或消除分析元素的电离。此外，由于温度愈高，电离度愈大，因此，降低温度也可减小电离干扰。光谱分析辞典，P81。29、试液酸度对ICPAES法的干扰效应主要表现在哪些方面？答：（1）提升率及其中元素的谱线强度均低于水溶液。（2）随着酸度增加，谱线强度显著降低。（3）各种无机酸的影响并不相同，按下列顺序递增：HClHNO3HClO4H3PO4H2SO4 （4）谱线强度的变化与提升率的变化成正比例。电感耦合等离子体光源原理、装置和应用，P144。30、ICPAES法中的光谱干扰主要存在哪几种类型？答：（1）谱线干扰。（2）谱带系对分析谱线的干扰。（3）连续背景对分析谱线的干扰。（4）杂散光引起的干扰。31、ICPAES法中的积分时间如何确定？答：瞬时测量表现出测量值波动较大，应取一定时间的积分测量值。积分时间应根据测量值波动大小来选择。波动性小，积分13秒即可，波动性大，积分时间长些为好。魏复盛，原子吸收光谱及其在环境分析中的应用，P37。32、ICPAES法分析中灵敏度漂移应如何校正？答：在测定过程中，气体压力改变会影响到原子化效率和基态原子的分布；另外，毛细管阻塞、废液排泄不畅，会使溶液提升量和雾化效率受到影响；以及电压变化等诸多因素都会使灵敏度发生漂移，其校正方法可每测10个样品加测一个与样品组成接近的质控样，并根据所用仪器的新旧程度适当缩短标准化的时间间隔。原子吸收光谱及其在环境分析中的应用，P37。33、ICP分析中如何避免样品间的互相沾污？答：测量时，不要依次测量浓度悬殊很大的样品，可把浓度相近的样品放在一起测定，样品之间，应用蒸馏水或溶剂冲洗之。原子吸收光谱及其在环境分析中的应用，P37。34、ICPAES法中，用来分解样品的酸，必须满足哪些条件？答：（1）尽可能使各种元素迅速、完全分解；（2）所含待测元素的量可忽略不计；（3）分解样品时，待测元素不应损失；（4）与待测元素间不形成不溶性物质；（5）测定时共存元素的影响要小；（6）不损伤雾化器、炬管等。ICP发射光谱分析，P159。35、在ICPAES法中，为什么必须特别重视标准溶液的配制？答：（1）不正确的配制方法将导致系统偏差的产生；（2）介质和酸度不合适，会产生沉淀和浑浊；（3）元素分组不当，会引起元素间谱线干扰；（4）试剂和溶剂纯度不够，会引起空白值增加、检测限变差和误差增大。电感耦合等离子体光源原理、装置和应用，P158。36、试述配制ICP分析用的多元素贮备标准溶液的注意事项。答：（1）溶剂用高纯酸或超纯酸；（2）用重蒸的离子交换水；（3）使用光谱纯、高纯或基准物质；（4）把元素分成几组配制，避免谱线干扰或形成沉淀。电感耦合等离子体光源原理、装置和应用，P159。37、当采用有机试剂进行ICP分析时，有哪些特殊要求？答：（1）高频功率一般应高于水溶液试样；（2）冷却气流量要增高，载气流量要减少，同时应通入较高流量的辅助气；（3）对炬管的结构和安装也有某些特殊要求；（4）多采用链状结