ICP-AES测定工业废水实验报告.doc

实验一 膜过滤/电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）测定工业废水中铬、锰、铁、镍、铜姓名：饶建国 教师评定_一、实验目的1. 熟悉电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）的构造及工作原理；2. 了解全谱直读等离子体原子发射光谱仪的基本操作；3. 了解实际样品预处理及ICP-AES在多元素同时测定中的应用。二、实验原理电感耦合等离子体（ICP）光源是利用高频感应加热原理，使流经石英管的工作气体（氩气）电离而产生的具有环状结构的高温火焰状等离子焰炬。当试液经过蠕动泵入雾化器后，被雾化的试液以气溶胶的形式进入到等离子焰炬的环形通道中，在其高温作用下被蒸发、原子化、激发并发射出相应的元素特征谱线。ICP光源激发能力强、稳定性好、基体效应小、检出限低、且无自吸效应，线性范围可达几个数量级，是目前性能最好、应用最为广泛的原子发射激发光源。ICP光源中试样原子发射的各种波长辐射经分光系统后进入检测器被检测，可根据试样激发后是否产生某元素的特征辐射波长进行定性分析；在一定浓度范围及一定工作条件下（如ICP光源的入射功率、观测高度、载气流量等），发射谱线强度与试液中待测元素含量成正比，即I=kc，据此可进行定量分析。原子发射光谱仪中普遍采用的光电检测器，如光电倍增管等，是将入射光强转换成相应大小的电信号进行检测，因此测量信号可等同于入射光强，采用光电检测器的原子发射光谱仪称为光电直读光谱仪，有多道直读光谱仪、单道扫描光谱仪和全谱直读光谱仪等三种类型，其中全谱直读光谱仪采用了中阶梯光栅分光系统和面阵型电荷转移检测器（CID），可在分光后同时对各波长辐射检测，从而真正体现了原子发射光谱可进行多元素同时检测这一显著优点，而使之成为痕量金属元素分析中最有力的工具之一。全谱直读光谱仪可在一分钟内完成原子发射法所能测定的70余种元素的定性及定量分析，是目前原子发射光谱仪的主流类型，本实验即是采用这种仪器测定工业废水中铬、锰、铁、镍、铜等重金属元素。采集的废水试样中若有悬浮物需经0.45 m滤膜过滤后才可进行测定。三、仪器与试剂1. 仪器全谱直读等离子体原子发射光谱仪：Prodigy，美国 Leeman公司2. 试剂高纯Ar稀硝酸溶液：5%（优级纯）超纯水待测水样：是否需要过滤视具体情况而定铬、锰、铁、镍、铜标准贮备液：均为1.0 mgmL-1（国家标准物质中心）铬、锰、铁、镍、铜混合标准溶液：由贮备液用5%稀硝酸逐级稀释配制，具体浓度见下表：元素CrMnFeNiCu含量/ mgL-10.00.00.00.00.01号混标0.50.50.50.50.52号混标1.01.01.01.01.03号混标5.05.05.05.05.04号混标10.010.010.010.010.05号混标四、实验步骤1. 全谱直读等离子体原子发射光谱仪测定条件如下：元素CrMnFeNiCu波长/nm206.149257.610238.204221.648324.754功率1.0 kW频率273 MHz辅助气0.5 L min-1冷却气14 Lmin-1雾化压力310.5 kPa样品提吸速率1.1 mLmin-1观测高度喷入用10 gmL-1锰标准溶液，运行仪观测位置自动调整程序机刻光栅1800条/mm（n=1-2）全息光栅3600条/mm（n=1-2）中级梯光栅30-79条/mm （n=30-125）固体检测器CID选定待测元素后，仪器软件会提供若干条分析线以供选择，可每种元素选择3-5条分析线，最后根据测定结果以效果最佳的那条定量。2. 标准混合系列溶液的测定在上述条件下，待等离子体原子发射光谱仪稳定后，按浓度从低到高的顺序依次测定系列混合标准溶液中铬、锰、铁、镍、铜的响应值。3. 待测试样的测定相同条件下，测定待测水样在选定分析波长下的响应值。五、数据记录处理要求：用origin等绘图软件绘制各元素的标准曲线，根据绘图软件提供的拟合方程和待测水样中各元素的响应值计算待测水样中铬、锰、铁、镍、铜的含量（以mgL-1表示）。实验报告中应提供标准曲线图、拟合方程及相关系数。Cr 元素 测定波长：205.552 R=0.99998 A=114.25896 B=7753.84064Y=114.25896+7753.84064xY=23340 CCr=3.01Cu元素 波长：324.75R=0.9998 A=7817.27577 B=98385.91643Y=781.27577+98385.91643xY=243774 CCu=2.40Ni元素 测定波长：341.476R=0.9993 A=851.59677 B=11080.72581Y=29736 CNi=2.61Zn元素 测定波长：213.856R=0.99997 A=912.45961 B=44955.86072Y=19848 CZn=0.42Pb元素 测定波长 ：283.305R=0.99923 A=-286.48398 B=551.06546Y=410CPb=0.224PPm六、Prodigy全谱直读等离子体原子发射光谱仪的操作及注意事项1. 开机：先开氩气（调到0.65 Mpa，小于0.3 Mpa就要换气），然后按顺序开动变压器、冷却水（只能使用蒸馏水）、固态检测器冷却系统（设置不能低于20）以后，开启计算机，启动ICP-AES光谱仪，再打开计算机中的Salsa软件，等到二次连接成功以后，关闭软件，把检测系统的温度设定在-44，再次打开软件，然后让其进行预热到35，大概需要1个小时。2. 调试：（1）建立方法和命名；（2）元素和波长的选择；（3）输入标准浓度；（4）设置分析参数（一般很少改动）。3. 测试：（1）点燃等离子体；（2）等离子体定位；（3）波长校准；（4）波长扫描和确认；（5）背景校正；（6）标准曲线的测量和确认；（7）样品分析4. 关机：关闭仪器前吸入清洗溶液(2%的硝酸溶液)10分钟，然后吸入去离子水10分钟，在线清洗样品引入系统，然后按Extinguish按钮熄火，再通一段时间氩气，使固态检测器需要驱气干燥后再关闭；然后依次退出软件操作，把软件检测系统的温度设定在20 后，打开软件，等温度到了20，关闭软件，松开蠕动泵，关闭计算机，按ICP的红色按钮关闭仪器，最后依次关闭冷却水，稳压器。七、思考题1. 比较原子发射光谱法和原子吸收光谱法在样品分析过程中，各有那些优缺点？答：原子吸收光谱法是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的方法原子发射光谱法是基于原子的发射现象，而AAS则是基于原子的吸收现象二者同属于光学分析方法原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。由于原于的吸收线比发射线的数目少得多，这样谱线重叠 的几率小得多。而且空心阴极灯一般并不发射那些邻近波长的辐射线经，因此其它辐射线干扰较小。原子吸收具有更高的灵敏度。在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态 原于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部分原 子。原子吸收法 比发射法具有更佳的信噪比这是由于激发态原子数的温度系数显著大于基态原子。2. 为什么ICP光源能够提高原子发射光谱分析的灵敏度和准确度。答：1）、温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性； 2）、“趋肤效应”有效消除自吸现象，线性范围宽（45个数量级）；3）、 ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；4）、Ar气体产生的背景干扰小； 5）、无电极放电，无电极污染3. 通过实验，你认为实验过程中各步骤应该注意哪些事项？答：1）、氩气的纯度：等离子光谱仪所用氩气的纯度要使用使用高纯氩气，一般要4个9以上，氩气不纯会造成点不着火或ICP熄火2）、气流稳定：ICP的气体控制系统是否稳定正常地运行，直接影响到仪器测定数据的好坏，如果气路中有水珠、机械杂物杂屑等都会造成气流不稳定3）、雾化器：是进样系统中最精密，最关键的部份，需要很好的维护和使用。要定期的清理，特别是测定高盐溶液之后，如果不及时清洗，会造成雾化器堵塞,每次测定完以后，关机之前要把吸管放进稀酸溶液清洗一会。雾化器堵塞以后，要用手堵住喷嘴反吹，千成不要用铁丝等硬物去捅4）、炬管：每次安装炬管,