电感耦合等离子体发射光谱法(1)ppt课件

1、n等离子体：电离度大于等离子体：电离度大于0.1% 的被电离的被电离气体，含有大量电子和离子，整体呈气体，含有大量电子和离子，整体呈现电中性，是电的良导体。现电中性，是电的良导体。n电感耦合等离子炬电感耦合等离子炬ICP:利用高频电流利用高频电流经过电感感应线圈耦合，电离加经过电感感应线圈耦合，电离加热任务气体而产生的火焰状等离子体。热任务气体而产生的火焰状等离子体。具有温度高、离子线的发射强度大等具有温度高、离子线的发射强度大等特点。特点。n激发利用激发利用ICP使试样蒸发汽化，离解或分解使试样蒸发汽化，离解或分解为原子形状，原子能够进一步电离成离子为原子形状，原子能够进一步电离成离子形状，

2、原子或离子在激发光源中激发发光形状，原子或离子在激发光源中激发发光n分光利用分光光谱仪将从光源激发发射光分光利用分光光谱仪将从光源激发发射光分解为按波长陈列的图谱分解为按波长陈列的图谱n检测利用光电器件检测光谱，按测定得到检测利用光电器件检测光谱，按测定得到的发射光特征光谱波长对试样进展定性分的发射光特征光谱波长对试样进展定性分析，按发射光强度进展定量分析析，按发射光强度进展定量分析kTEmKNmOeNmhII I为谱线强度；为谱线强度； N N为单位体积内激发态原子数；为单位体积内激发态原子数；m m为两个能级之间为两个能级之间的跃迁概率；的跃迁概率； h h为普朗克常数；为普朗克常数； 为

3、发射谱线的频率。在一定为发射谱线的频率。在一定的条件下，谱线强度仅和的条件下，谱线强度仅和N N成正比，其他均为常数。在固定实验成正比，其他均为常数。在固定实验条件下，激发态原子数与样品中该元素的浓度成正比，所以谱线条件下，激发态原子数与样品中该元素的浓度成正比，所以谱线强度与待测元素浓度成正比。强度与待测元素浓度成正比。bCaIa a为常数为常数,C,C为待测元素的浓度为待测元素的浓度b b为自吸系数，随浓度为自吸系数，随浓度 c c添加添加而减小，当浓度很小，自吸而减小，当浓度很小，自吸消逝时，消逝时，b=1b=1定量关系式n1分析精度高分析精度高 对周期表多数元素有较好的对周期表多数元素

4、有较好的检出限检出限 ，特别是对于易构成耐高温氧化物的，特别是对于易构成耐高温氧化物的元素，检出限比原子吸收法要低几个数量级元素，检出限比原子吸收法要低几个数量级.n2样品范围广样品范围广 利用溶液雾化后的进样方式，利用溶液雾化后的进样方式，可测可测70多种元素，可同时进展多元素的测定。多种元素，可同时进展多元素的测定。73动态线性范围宽 大于106，不需稀释浓缩处置程序同时测定高、低浓度的元素，提高了检测速度，免去样品处置，可实现试样中主要成分、次要成分甚至微量成分的同时测定。4) 精细度好当检测器积分时间为1030秒，分析浓度为检出限的50100倍时，净谱线信号的相对规范偏向可达1%以下；

5、分析浓度为检出限的510倍时，规范偏向为48%。假设改用摄谱法，同样浓度的规范偏向为519%。85)基体干扰少在ICP-AES中，试样溶液经过光源的中心通道而受热蒸发、分解和激发，相当于管式炉间接加热，加热温度高达5000-7000K，因此化学干扰和电离干扰都很低。可直接用纯水配制规范溶液，不需添加抗干扰试剂，或者几种不同基体的试样溶液采用同一套规范溶液来测试。6可进展定性分析 利用规范谱线库进展定性和半定量分析97). 可多元素同时测定或延续测定由于基体干扰低，元素与元素之间相互关扰少，假设采用混合规范溶液便可进展多元素同时测定10ICP-AES的缺陷1). 灵敏度还不够高对某些试样来说，检

6、出限还不能满足要求，中低温元素灵敏度还不如原子吸收分析，如碱金属。2). 雾化效率低普通气动雾化进样法的雾化效率只需不到10%。且雾化器容易堵塞，呵斥任务不稳定。3). 氩气耗费大由于等离子体炬温度很高，容易烧毁石英炬管，必需通以大量氩气维护,用分子气体氮气等取代氩气的实验尚未推行到实践运用大约4小时耗费一瓶氩气。而原子吸收所运用的乙炔，一瓶可以运用好几百小时。4)对非金属元素，如C、O、N、卤素无法检测。 5)一些元素如P、S、Se、Te等元素激发电位高，灵敏度较低。7)仪器比较昂贵。 原理：当高频发生器接通电源后，高频电流I经过感应线圈产生交变磁场(绿色)。 开场时，管内为Ar气，不导电，

7、需求用高压电火花触发，使气体电离后，在高频电磁场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞，构成“雪崩式放电，产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流涡电流，粉色，其电阻很小，电流很大(数百安)，产生高温。又将气体加热、电离，在管口构成稳定的等离子体焰炬。 高频发生器高频发生器 两种类型：两种类型： 自激式频率漂移和晶控他激式利自激式频率漂移和晶控他激式利用石英晶体的压电效应产生高频振荡，频率固定用石英晶体的压电效应产生高频振荡，频率固定经过感应线圈产生高频磁场以供应等离子体能量。高频经过感应线圈产生高频磁场以供应等离子体能量。高频火花发生器诱发炬管中的氩气，使之发生部分电离，火花发生器诱发炬管

8、中的氩气，使之发生部分电离，产生离子，电子，它们以圆形轨道环绕磁力线旋进，产生离子，电子，它们以圆形轨道环绕磁力线旋进，电子、离子密度迅速增大，构成亮堂的放电或火球，电子、离子密度迅速增大，构成亮堂的放电或火球，即即ICP火焰等离子体。火焰等离子体。 ICP的构成实践上是气体电离为离子和电子的过程。的构成实践上是气体电离为离子和电子的过程。炬管：三层同心石英管炬管：三层同心石英管 冷却气：沿切线方向引入外管，它主要起冷却作用，维护石冷却气：沿切线方向引入外管，它主要起冷却作用，维护石英炬管免被高温所熔化，使等离子体的外外表冷却并与管壁英炬管免被高温所熔化，使等离子体的外外表冷却并与管壁坚持一定

9、的间隔。其流量约为坚持一定的间隔。其流量约为10-15L/min10-15L/min，视功率的大小以，视功率的大小以及炬管的大小、质量与冷却效果而定。及炬管的大小、质量与冷却效果而定。辅助气：沿切线方向通入中层管，其流量在辅助气：沿切线方向通入中层管，其流量在0.5-1.5L/mim0.5-1.5L/mim，作用是作用是“点燃等离子体，并使高温的点燃等离子体，并使高温的ICPICP底部与中心管、中底部与中心管、中层管坚持一定的间隔，维护中心管和中层管的顶端，尤其是层管坚持一定的间隔，维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堆中心管口不被烧熔或过热，减少

10、气溶胶所带的盐分过多地堆积在中心管口上。另外它又起到抬升积在中心管口上。另外它又起到抬升ICPICP，改动等离子体察看，改动等离子体察看高度的作用。高度的作用。载气：从雾化器通入，将样品溶液转化为粒径只需载气：从雾化器通入，将样品溶液转化为粒径只需1-10um1-10um的的气溶胶；将样品的气溶胶引入气溶胶；将样品的气溶胶引入ICPICP；对雾化器、雾化室、中心；对雾化器、雾化室、中心管起清洗作用。载气的流量普通在管起清洗作用。载气的流量普通在0.4-1.0L/min0.4-1.0L/min。进样安装进样安装 蠕动泵蠕动泵 为了更好地控制进样量，在雾化器前加装一为了更好地控制进样量，在雾化器前

11、加装一个蠕动泵。经过调整蠕动泵的转速来调整进样速个蠕动泵。经过调整蠕动泵的转速来调整进样速度，改动进样量。度，改动进样量。蠕动泵的优点：蠕动泵的优点：1消除溶液自然提升限制，溶液粘度效应减少消除溶液自然提升限制，溶液粘度效应减少2限制空气的引入，液体的提升可以改动。限制空气的引入，液体的提升可以改动。3添加泵速以减少样品的清洗时间。添加泵速以减少样品的清洗时间。缺陷：泵的脉冲影响能够会引起精度变化缺陷：泵的脉冲影响能够会引起精度变化大约 25 mm大约 40 mm毛细管外壳喷嘴液体(试样)进入气体进入(侧臂)Ar试样对气溶胶产生缓冲作用，消除压力的动摇和脉冲对气溶胶产生缓冲作用，消除压力的动摇

12、和脉冲适宜分析的气溶胶导入适宜分析的气溶胶导入ICPICP排液雾化器过来的气溶胶气溶胶雾气到炬管排液扰流器雾化器过来的气溶胶气溶胶到炬管雾化器气溶胶到炬管排液一、感光板一、感光板由照相乳剂均匀涂在玻璃板上而成。丈量感光板上由照相乳剂均匀涂在玻璃板上而成。丈量感光板上照相乳剂感光后变黑的程度照相法。照相乳剂感光后变黑的程度照相法。照相检测法可以在很宽的范围内记录，对于判别干照相检测法可以在很宽的范围内记录，对于判别干扰线，选择分析线很方便。因此，在定性分析和扰线，选择分析线很方便。因此，在定性分析和多元素同时定量分析中依然有一定的用途。多元素同时定量分析中依然有一定的用途。定量分析测谱线的强度，

13、定量分析测谱线的强度，I CI C。用测微光度计。用测微光度计丈量谱线上谱线的黑度，换算成强度，经常运用丈量谱线上谱线的黑度，换算成强度，经常运用内标法。内标法。 用照相法记录光谱的原子发射光谱仪为摄谱仪用照相法记录光谱的原子发射光谱仪为摄谱仪2022-2-9 光电直读等离子体发射光谱仪 光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度； 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式； 一个出射狭缝和一个光一个出射狭缝和一个光电倍增管，可接受一条谱线，电倍增管，可接受一条谱线，构成一个丈量通道；构成一个丈量通道； 单道扫描式是转动光栅单道扫描式是转动光栅进展扫描，在不同时间检测进展扫描，在不同时间检测不同谱线

14、；不同谱线； 多道固定狭缝式那么是安装多个多达70个，同时测定多个元素的谱线；2022-2-9特点特点 : (1) 多达多达70个通道可选择设置，同时进展多元素分析，这个通道可选择设置，同时进展多元素分析，这是其他金属分析方法所不具备的；是其他金属分析方法所不具备的； (2) 分析速度快，准确度高；分析速度快，准确度高； (3) 线性范围宽，线性范围宽， 45个数量级，高、中、低浓度都可分个数量级，高、中、低浓度都可分析；析；缺陷：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；缺陷：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；改良型：改良型： n+1型型ICP光谱仪光谱仪 在多道仪器的根底上，设置一个扫

15、描单色器，添加一个在多道仪器的根底上，设置一个扫描单色器，添加一个可变通道；可变通道；n三三 电荷耦合器件检测器电荷耦合器件检测器CCD)CCD)、电荷注入检测、电荷注入检测器器CID)CID)n 实现全谱接纳和多元素同时测定全谱直读等离子体光谱仪全谱直读等离子体光谱仪 采用CID阵列检测器，可同时检测165800nm波长范围内出现的全部谱线；中阶梯光栅分光系统，仪器构中阶梯光栅分光系统，仪器构造紧凑，体积大大减少；造紧凑，体积大大减少；兼具多道型和扫描型特点；兼具多道型和扫描型特点；CIDCID：电荷注入式检测器：电荷注入式检测器(charge (charge injection detec

16、tor,CID), injection detector,CID), 282828mm28mm半导体芯片上，半导体芯片上，2626万个感万个感光点点阵光点点阵( ( 每个相当于一个光电倍每个相当于一个光电倍增管增管) )；仪器特点仪器特点: :(1) 测定每个元素可同时选用多条谱线；测定每个元素可同时选用多条谱线；(2) 可在一分钟内完成可在一分钟内完成70个元素的定量测定；个元素的定量测定；(3) 可在一分钟内完成对未知样品中多达可在一分钟内完成对未知样品中多达70多元素的定性；多元素的定性；(4) 1mL的样品可检测一切可分析元素；的样品可检测一切可分析元素；(5) 扣除基体光谱干扰；扣除

17、基体光谱干扰；(6) 全自动操作；全自动操作；(7) 分析精度：分析精度：CV 0.5%。n定性分析定性分析n 根据原子发射光谱中各元素固有的一列根据原子发射光谱中各元素固有的一列特征谱线的存在与否可以确定供试品中能否特征谱线的存在与否可以确定供试品中能否含有相应的元素含有相应的元素n n 二定量分析二定量分析 规范曲线法规范曲线法 在一定的实验条件下，某元素的谱线强度与等离子体中处于各个能级的该元素的原子或离子总密度成正比：I=acb lgI=a +blgc可以作lgIlgc图规范曲线法是将知含量的标样,丈量所发射的谱线的强度作为分析曲线,然后将未知含量的样品与知含量的样品在一样条件下测定.

18、根据任务曲线,从而确定样品中元素的含量. 规范系列法是测试中最简单的方法。假设规范系列法是测试中最简单的方法。假设样品的基体很少，样品溶液和规范溶液的粘度、样品的基体很少，样品溶液和规范溶液的粘度、外表张力、密度等应该是一样或相近的，测试结外表张力、密度等应该是一样或相近的，测试结果应是可靠的。但是假设试样溶液和规范溶液存果应是可靠的。但是假设试样溶液和规范溶液存在粘度、外表张力、密度等的差别，用规范溶液在粘度、外表张力、密度等的差别，用规范溶液系列法就难以保证测定结果的准确，由于两者的系列法就难以保证测定结果的准确，由于两者的雾化效率不一样。雾化效率不一样。 干扰及其消除干扰及其消除 主要干

19、扰：物理干扰、电离干扰和光主要干扰：物理干扰、电离干扰和光谱干扰谱干扰 化学干扰可以忽略化学干扰可以忽略 40n原理原理n 空气中气溶胶态钼及其化合物用微孔滤膜采集，消解空气中气溶胶态钼及其化合物用微孔滤膜采集，消解后，用等离子体发射光谱仪在后，用等离子体发射光谱仪在202.03nm 波长下进展定量波长下进展定量测定。测定。n 仪器仪器 n1 微孔滤膜，孔径微孔滤膜，孔径0.8m。n2 采样夹，滤料直径为采样夹，滤料直径为40mm。n3 小型塑料采样夹，滤料直径为小型塑料采样夹，滤料直径为25mm。 n4 空气采样器，流量空气采样器，流量 03L/min和和010L/min。n5 烧杯，烧杯，

20、50ml。n6 电热板或电砂浴。电热板或电砂浴。 n7 具塞比色管，具塞比色管，25ml。 n8电感巧合等离子体发射光谱仪。电感巧合等离子体发射光谱仪。仪器操作条件仪器操作条件发发 射射 波波 长：长：202.03 nm；入；入 射射 功功 率：率：1150W；雾化气流量：雾化气流量：0.6L/min；辅助气流量：；辅助气流量：1.0L/min；冷却气流量：冷却气流量：1.1 L/min。 试剂试剂 实验用水为去离子水，用酸为优级纯。实验用水为去离子水，用酸为优级纯。 1 硝酸，硝酸，201.42g/ml。2 高氯酸，高氯酸，201.67g/ml。3 盐酸，盐酸，201.18g/ml。4 消化

21、液：消化液：100ml 高氯酸参与高氯酸参与400ml 硝酸中。硝酸中。 5 稀消化液：取稀消化液：取50ml 消化液用水稀释至消化液用水稀释至1L。6 规范溶液：称取规范溶液：称取1.5000g 三氧化钼，用少量三氧化钼，用少量50g/L氢氧化钠溶液溶氢氧化钠溶液溶解，用盐酸中和，再加解，用盐酸中和，再加20ml盐酸；用水定量转移入盐酸；用水定量转移入500ml 容量瓶容量瓶中，并稀释至刻度。此溶液为中，并稀释至刻度。此溶液为2.0mg/ml 规范贮备液。临用前，规范贮备液。临用前，用水稀释成用水稀释成1.0mg/ml 钼规范溶液。或用国家认可的规范溶液配钼规范溶液。或用国家认可的规范溶液配制。制。n规范曲线的绘制：取规范曲线的绘制：取5 5只具塞比色管，分别参与只具塞比色管，分别参与0.000.00、0.250.25、0.500.50、1.001.00、1.50ml1.50ml钼规范溶液，各加稀消钼规范溶液，各加稀消化液