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Troubleshooting for Common Faults and Notes by ICP-OES Analyzing Metal Elements in Organic SolventICP-OES 在分析有机样品中金属元素常见故障排除及注意事项王江洪（宁波镇海炼化利安德化学有限公司浙江315200）摘 要 使用合适的有机溶剂将有机样品稀释后直接导入电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-OES) 测定有机物中金属元素的方法，前处理简单，测定速度快，但由于 ICP-OES 直接分析有机物时常出现点炬困难、容易熄炬、炬管断裂等问题，此方法 未得到广泛应用。本文以美国 Perkin Elmer 公司 Optima 7000DV 型 ICP-OES 为例，对 ICP-OES 在分析易挥发有机样品过程中出现 的常见故障及排除方法进行探讨，并介绍了分析有机物的注意事项。关键词 ICP-OES；有机物中金属元素；故障排除；注意事项中图分类号 TH707Wang Jianghong(Ningbo ZRCC Lyondell Chemical Co.,Ltd,Zhejiang,315200)Abstract After being diluted with a suitable organic solvent,Organic samples are introduced directly into inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-OES) to analyse metal elements.This method is simple in sample preparation and fast in detection, however, common faults often occurred in ICP-OES running, such as difficult to “ignite”,easy to “turn off” and torch tube rupture,so this method is not widely used.Taking ICP-OES for example,this paper discusses common faults and troubleshooting in process of analyzing organism samples by using ICP-OES,and some notes.These are the actual encountered,and are solved and verified.Key words ICP-OES; Metal Elements in Organic Compounds;Troubleshooting Common Faults;Notes等离子体发射光谱仪（ICP-OES）已广泛应用于各行业（化妆品、食品、电子产品、冶金行业、油品 等行业）中金属元素的分析 1-5。其中分析有机样品 时，大多是通过灰化或消解过程将样品处理成无机 水溶液，再用 ICP-OES 进行测定 1,3,5-7。此方法前 处理手续繁琐，分析周期长，消解使用的试剂具有强 腐蚀性，且某些元素在处理时易损失。对于有些生 产有机产品的实验室，每天至少几十个样品需要分析，因此测量的速度和效率就成为首要选择。而使用合适的有机溶剂将有机样品稀释后直接导入 ICP 进行测定的方法，既简便快捷，准确度又高，但由于 容易出现点炬困难、熄炬、积碳、炬管断裂等问题，所以此方法多用于油品分析 8。曾有戴玉明 9、赵庆玲 10、李国栋 11 等人对 ICP 常见故障的分析，但对有 机物直接导入 ICP 引起的故障分析的文章不多，本 文将对 Perkin Elmer 公司生产的 Optima 7000DV 收稿日期：2014-01-22166Modern Scientific InstrumentsNo.4 Aug. 2014 型 ICP-OES 分析有机样品出现的常见故障排除及注意事项进行探讨，这些故障和注意事项都是本人 在分析有机样品中实际遇到、解决并得以验证的。 本文抛砖引玉，期望互相探讨，取长补短，早日实现 有机样品直接导入 ICP 这种简便方法的广泛应用。（5）点火头与点火铜片未接触，无法完成点炬。重新正确安装炬管并调节点火铜片位置，使点火铜 片与点火头接触，即可解决。（6）炬管损坏。在开机前先检查炬管的状态便 可避免由此引起的点炬失败。（7）环境湿度太大，会影响高频发生器，从而导 致点炬失败，可先用氩气吹扫一段时间再点炬，同时 打开除湿机降低环境湿度；环境湿度太大还会使切 割气中含水，出现“切割气不流动”、“切割气仍在流 动”、“切割气无法关断”，原因是切割气含水使其通 过切割气喷嘴时流通不畅，传感器浮子没有落下或 浮子粘连而点炬失败，可先后通过清理切割气喷嘴、 电磁阀及传感器浮子临时解决，另外，压缩机滤芯定 期排水气，并定期更换滤芯。要避免环境湿度太大 引起的无法点炬，应严格控制环境湿度。1常见故障与排除1.1 点炬困难只有气路系统、进样系统、点火铜片、循环冷却水等条件都具备，才能够成功“点燃”等离子炬，因此 不能正常点炬是 ICP-OES 最常见的故障之一。点 炬失败后软件都会出现提示信息，可根据提示判断 其原因，原因大致分为以下几种：（1）氩气不纯或压力不在要求范围 内。ICP- OES 使用的氩气压力应在 0.6 至 0.8MPa 之 间，压 力过低，不能形成足够纯净的氩气气氛；而压力过 高，则会造成辅助气和冷却气流量过大，容易稀释引 燃时电火花所电离的离子浓度，造成点炬困难。供 给 ICP-OES 的氩气纯度应大于 99.996%，判断是否 为氩气纯度的原因，可通过更换不同批次或不同供 应商的氩气。（2）载气压力正常，听点火有无“噼啪”声音，有 无点火器发出的“嗒嗒”声音，若都有而点不着火，可 打开屏蔽门，查看炬管和中心管的清洁度，若发现炬 管或中心管有残留样品时，可先用氩气吹扫一段时 间后再点炬。如中心管有堵塞必须疏通，可在 800 马弗炉中烧 15 分钟，待冷却后装上再试。若雾化器 堵塞，可用头发丝疏通（切忌用金属丝，否则容易损 坏雾化器），或浸泡在乙醇中并超声 5 分钟清除堵塞 物，再吹干并安装好再点炬。（3）进样系统漏气。空气泄漏进入炬管中将稀 释或污染炬管中的氩气气氛并阻止氩电离形成等离 子体，导致点炬失败。雾化系统漏气的主要部位包 括进样雾化器与雾化室连接处、载气管与雾化器连 接处、雾化室与中心管连接处。（4）炬管安装不到位产生漏气，导致点炬不成 功。重新正确安装炬管即可解决。1.2 突然熄炬“点燃”等离子炬后突然熄炬一般分为等离子 炬无法维持和仪器认为有危险而保护性熄炬两种情 况。熄炬时会有提示信息，可通过此信息及熄炬的 时间来分析熄炬的原因。1.2.1 等离子体无法维持有机样品直接导入 ICP 放电，有机物分解时吸 收较大能量，改变等离子体组成，影响等离子体的稳 定性，从而导致熄炬。可采用以下方法解决此问题： (a) 加大 RF 功率，但由于 RF 功率增加，等离子体温 度会升高，因此应适当增加冷却气流量； (b) 降低蠕 动泵速，减小载气流量，将雾化室放在制冷装置中使 样品温度降低，以减少进样量。因为有机溶剂进样 量过大，会使炬焰的负荷量偏大，不但影响等离子体 的稳定，还会引起中心管积碳；(c) 选择稀释剂时要 满足：与分析样品溶解性好、ICP 放电稳定、中等挥 发度等特点，并选择合适的稀释比例。由于有机样品分解时产生的碳粒聚集在中心 管，造成中心管部分或全部堵塞，从而导致熄炬。可 通过加大辅助气流量，增加等离子焰与中心管的距 离；也可在分析有机样品时配置加氧装置并设定适 当流量，抑制分子带（如 C2，CN 及 NH）发射，以减第4期2014年8月 王江洪 ：ICP-OES 在分析有机样品中金属元素常见故障排除及注意事项167少或避免积碳。若积碳已产生，可待仪器冷却后将中心管在 800马弗炉中烧 15 分钟即可消除积碳。 进样系统突然漏气。检查各连接处，找到漏气点并重新安装便可解决因漏气造成的熄炬。1.2.2 保护性熄炬等离子体的保护分为对高压的保护和对高频的 保护。当振荡器阻抗值达到最高限（振荡器的阻抗 值为振荡器的电压与电流的比值，其比值越高，仪器 的负荷就越高，Optima 7000V 型 ICP 的阻抗最高 限为 1.3）或 RF 发生器功率不稳时，仪器将会保护 性熄炬。自仪器调试至今，遇到最常见的是以下两 种故障：（1）排风系统未启动或排风量不足，等离子炬区 域的热量无法即时排出而积聚，振荡器阻抗值迅速 攀升至最高限，导致仪器保护性熄炬。这种情况一 般在“点燃”等离子炬 30 分钟后才会熄炬。为避免 此种情况发生，应在点炬前确认排风系统已启动且 排风量足够。（2）循环水机温度升高到维持等离子体工作的 临界值而熄炬。先检查循环水机温度设定是否正确（一般为比室温少 2），再检查水管路是否有堵塞。7000 也推出了陶瓷炬管，可更换为陶瓷炬管，以延长炬管的寿命。1.4 “点燃”等离子炬后，光学系统初始化不成功光学初始化是保证分析灵敏度和读数稳定的重 要保证，定量分析以前须先做光学初始化。初始化 结束后，软件会出现 Step 值，并提示是否成功。若 Step 值在 50 以内则初始化成功，反之则不成功。光 学初始化不成功最常见有以下两种原因：（1）室内环境温度变化过大，光学元件由于热胀 冷缩位置改变较大，致使初始化的 Step 值超过 50 而 不成功。如遇此种情况，应先熄炬，并关闭软件及仪 器电源，将环境温度设为 20，待仪器内光学元件温 度达到 20左右时，再打开仪器电源，重新点炬、初 始化。（2）点炬已成功，但气路系统参数无法达到设定 值。若遇此情况，应熄炬、关闭软件及仪器电源，再 重新打开仪器电源及软件、点炬，再初始化。若仍出 现此种情况，就应联系仪器厂家工程师。2注意事项2.1 使用环境光谱仪与其它大型精密仪器一样，需要在一定 的环境下运行，失去这些条件，不仅仪器的使用效果 不好，而且改变仪器的检测性能，甚至造成损坏，缩 短寿命。因此，实验室应配置冷暖空调，室温维持在20-25之间。 环境湿度对仪器也有着至关重要的影响，光学元件特别是光栅容易受潮损坏。湿度对高频发生器 也有影响，湿度过大，轻则等离子体不容易点燃，重 则高压电源及高压电路放电击毁元件，以至损坏高 频发生器。一般室内湿度应小于 70%，最好控制在45-60% 之间，并安装温湿度计以便随时观察。 由于一般工厂实验室不具备防尘、过滤尘埃的设施，但为了排除仪器的热量及工作时产生的有毒 气体时，抽风系统长期打开，实验室内产生负压，室 外含有大量灰尘的空气从门窗的缝隙中流人室内， 大量积聚在仪器的各个部位上，容易造成高压元件1.3 炬管经常断裂Optima 7000DV 型配置的炬管为石英材质，耐高温程度有限。经常出现炬管断裂，可从以下几个 方面延长炬管使用寿命：（1）仪器运行较长时间熄炬后，不要立即打开观 察室门，避免石英炬管骤冷而断裂。（2）使用短炬管。因为使用长炬管时，包在炬管 中的等离子体较多，能量较密集，炬管受热面积大， 容易被烧断。使用短炬管时则可以避免。但由于使 用短炬管后，等离子体较分散，强度会有所下降。（3）有机样品直接导入 ICP 分析时，需要更高 的 RF 功率维持，等离子体温度增高，炬管的损坏几 率也随之加大。（4）由于石英炬管本身材质决定其不耐高温， Optima 8000 系列 ICP 配置了耐高温的陶瓷炬管， 大大延长了炬管寿 命。最 近，PE 公司为 Optima 168Modern Scientific InstrumentsNo.4 Aug. 2014 或接头打火，电路板及接线、插座等短路、漏电等各种各样的故障。因此，需要经常进行除尘，也可增加 一些防护措施，如给仪器定做盖布、实验室窗户安装 窗帘等。应考虑样品未进入等离子炬，此时原因与背压下降时原因相同。当阻抗值逐渐升高，应从以下几方面 查找原因：（1）排风系统未打开或排风量不够（；2） 制冷装置温度高于设定值（；3）循环水机温度高于设 定值（；4）环境温度超过规定范围（；5）样品挥发性 太强。2.3.3等离子炬的颜色及形状分析有机物时，等离子炬为绿色，若颜色与刚 “点燃”等离子炬一样，说明样品未进入等离子体，应 检查进样系统。靠近中心管处的等离子炬一般是对称的，若出 现偏移或缺失，应考虑中心管是否已积碳，并检查加 氧装置流量是否为设定值。2.3.4样品的强度值若同一个样品强度值与前一天相差很大，可从 以下几个方面查找原因：（1）若强度差别达到 1 个数 量级以上，应考虑初始化未成功就直接分析样品，可 通过查看软件初始化信息确认（；2）进样系统有轻微 漏气，可结合系统背压进行判断；（3）中心管积碳，若 严重积碳可通过等离子炬形状判断。2.2点炬前条件确认ICP-OES 属于精密仪器，频繁开机容易造成仪 器的损坏，因为每次开机时，其瞬间通过的电流要远 远大于正常工作时的电流，可能造成某些元件的过 早老化。因此在开机测定前，一定要做好准备，确认 以下条件都已具备再点炬：（1）待分析样品已准备好，并确保样品无颗粒；（2）环境温湿度在规定范围内；（3）排风系统已打开；（4）循环水机已打开并达到设定温度；（5）各路气体压力在规定范围内；（6）制冷装置已打且温度已达到设定值；（7）加氧装置已打开且流量达到设定值；（8）各部件（雾化器管、泵管与雾化器、雾化器与 雾化室等）连接正常，无漏气；（9）炬管、观察窗干净无损伤；（10）泵管已正确安装；（11）控制参数与方法要求一致。2.4关机时的注意事项分析完样品后应先通入试剂空白直至雾化器、 雾化室、中心管清洗干净，停止进样后应空烧一段时 间，确保进样系统中无残留样品再熄炬。关机后应将泵管从蠕动泵上拆除，以延长泵管 寿命。2.3分析过程中注意事项在点炬后分析样品时应随时关注仪器各部件、辅机的状态及一些重要指标，及时发现问题，提早解 决，以免造成仪器更大损坏。在分析过程中应注意 以下内容：2.3.1 系统背压进样系统漏气，样品未进入等离子炬都会造成 系统背压降低。因此当系统背压突然降低时应从以 下几方面查找原因（：1）进样泵管卡扣脱落或泵管老 化使样品未进入等离子炬（；2）雾化器堵塞导致雾化 器与雾化室或与泵管连接处脱落。（3）雾化器损坏， 没有或少量样品进入中心管。当系统背压逐渐增加 时，应该查看雾化室及废液排除口是否堵塞。2.3.2 振荡器的阻抗值当阻抗值逐渐下降至接近未通入样品时的值，3结语Perkin Elmer 公司生产的 Optima 7000DV 型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）是一种 大型的精密分析仪器，影响因素较多。在使用此仪 器前应做好准备，严格按照操作规程进行，分析过 程中应密切关注仪器关键指标及各部件和辅机的状 态，对于每次出现的故障应冷静分析，查明原因后 方可进行适当调整，以免对样品分析带来负面影响。 记录下每次的故障现象及解决方案，以逐渐丰富操 作人员的经验，使仪器能更好地发挥其优点。第4期2014年8月 王江洪 ：ICP-OES 在分析有机样品中金属元素常见故障排除及注意事项169参考文献类中铬、砷、镉、汞、铅 含 量 J. 浙江大学学报 .2009,36(6):679-682王 文佳等 . 电感耦合等离子体发射光谱法测定生物柴油中的 K、 Ca、Na、MgJ. 化学工程师 .2013,216(9):16-18黄 宗平等 .ICP-AES 法测定润滑油中微量元素的评述 J. 现代 科学仪器 .2005(2):61-63戴 玉明 . 电感耦合等离子体原子发射光谱仪器的安装准备及故 障判别 J. 现代科学仪器 .2012(6):165-172赵 庆令 , 李清彩 .Thermo6300 型电感耦合等离子体发射光谱 仪常见故障及排除方法 J. 盐矿测试 .2010,29(2):196-198李 国栋等 .ICP 发射光谱仪故障原因分析与处理 J. 中国氯碱2009(9):35-361庞 晓辉等 .ICP-AES 法测定化妆品中 Ti、Zn 含量 J. 现 代 科学仪器 .2006(4):94-95李 俊伟等 .ICP-OES 轴向观测法测定大米中镉含量 J. 化学工 程师 .2010,175(4):32-33李 光俐等 .ICP-AES 法测定抗癌药物奥沙利铂中微量银、钯、镉 R. 贵金属 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