ICP培训专业知识讲座

SpectroCirOSICP光谱仪:

培训课程Spectro

ShanghaiOffice第1页InductivelyCoupledPlasma–ICP

（电感耦合等离子体）-ICP第2页InductivelyCoupledPlasma-ICP发射光谱仪原理检测器激发态原子激发源透镜波长选择器第3页原子理论CirOS仪器办法建立ICP:检查与维护应用InductivelyCoupledPlasma-ICP第4页InductivelyCoupledPlasma-ICP第1部分:原子理论第5页InductivelyCoupledPlasma=ICP原子包括：带正电荷质子，带负电荷电子和不带电荷中子。

中子质子电子原子核什么是原子?第6页InductivelyCoupledPlasma=ICP电子跃迁到更高能级原子核原子核较低能级电子释放出能量光量子发射取得额外能量电子会跃迁到更高能级。当它们跃迁回本来能级时，就会发射出光量子。

量子跃迁第7页InductivelyCoupledPlasma=ICPDE=hv=hc/l

DE = 两个能级之间能量差 h = 6.6256x10-27ergsec v = 频率 c = 光速 l = 波长原子光谱第8页InductivelyCoupledPlasma=ICP电压765432102.74.37.62SPDsp1p2p3df1S01P11D23S13P23P13P03D3.2.13F4.3.2单电子键三电子键3S4S5S6S7S3P3D4D5D6D4P5P6P7P3p13p23p34p14p24p35p15p25p36p16p26p37p17p27p34s5s6s7s8s3d4d5d6d5f4f4571.15500010000150002023025000300003500040000450005000055000600001828.12025.822852.1111828.85711.094703.005528.428806.755183.675172.703332.143329.95167.383336.6915032.73829.363091.073832.313092.973838.293096.917657.515023.315032.710812.914877.14730.16n.cm-1镁原子能级第9页InductivelyCoupledPlasma=ICPG.F.LarsonandV.A.Fassel.Appl.Spectrosc.33.597(1979)高阶扫描:5000µg/mlMg低阶扫描:去离子水10-1010-910-410-510-610-710-8光电流[A]波长[nm]220240260280300MgII279.55MgII280.27MgI285.213p3P0

-10d3D3p3P0

-11d3D3p3P0

-9d3D3p3P0

-8d3D3p3P0

-7d3D3p3P0

-6d3DMg溶液波长扫描第10页电磁谱

-射线 X-射线 UV

可见光区 红外 无线电波

0.01nm 1nm 100nm 400-700nm 1mm 1米 1kmInductivelyCoupledPlasma=ICP单位 1nm = 10-9m 1Å = 10-10m范围

红外 > 750nm

可见光:

400-750nm

紫外 < 400nm第11页ICP中化学反应示意框图+光子发射(原子线)光子发射(离子线)激发源原子团分子原子离子液体试样固定试样雾化固定试样进样气溶胶去溶剂汽化激发分解激发离子化InductivelyCoupledPlasma=ICP能级框图离子激发态离子基态基态激发态能量原子发射离子发射激发离子化

4

3

2

1第12页原子及离子线原子线一种电子处于激发态原子离子线已离子化原子剩下电子被激发InductivelyCoupledPlasma=ICP第13页某些元素离子化势能

(eV)Lit.:Zaidel

El. I II III IV V 1 H 13.595 -- -- -- -- 2 He 24.581 54.405 -- -- -- 3 Li 5.390 75.622 122.427 -- -- 4 Be 9.321 18.207 153.85 217.671 -- 5 B 8.296 25.119 37.921 259.31 340.156 6 C 11.265 24.377 47.866 64.478 392.0 7 N 14.545 29.606 47.609 77.4 97.87 8 O 13.615 35.082 55.118 77.28 113.7 9 F 17.422 34.979 62.647 87.142 114.22 10 Ne 21.559 40.958 63.427 96.897 126.43 11 Na 5.138 47.292 71.650 -- -- 12 Mg 7.645 15.032 80.119 109.533 -- 13 Al 5.985 18.824 28.442 119.961 154.28 14 Si 8.149 16.339 33.489 45.131 166.5 15 P 10.977 19.653 30.157 51.356 65.01 16 S 10.357 23.405 35.048 47.294 62.2 17 Cl 12.959 23.799 39.905 54.452 67.8 18 Ar 15.736 27.619 40.68 61 78 19 K 4.340 31.811 45.7 -- -- 20 Ca 6.112 11.868 51.209 67.2 --

El. I II III IV V 21 Sc 6.56 12.9 24.753 73.913 91.8 22 Ti 6.835 13.6 27.5 43.237 99.84 23 V 6.738 14.2 26.5 48.5 64 24 Cr 6.761 16.7 -- -- 73.0 25 Mn 7.429 15.636 -- -- 76.0 26 Fe 7.86 16.240 30.6 -- -- 27 Co 7.876 17.4 -- -- -- 28 Ni 7.633 18.2 -- -- -- 29 Cu 7.723 20.283 -- -- -- 30 Zn 9.392 17.960 39.70 -- -- 31 Ca 5.997 20.509 30.7 64.1 -- 32 Ce 8.126 15.93 34.216 45.7 93.43 33 As 9.81 20.2 27.297 50.123 62.61 34 Se 9.750 21.691 34.078 42.900 73.11 35 Br 11.844 19.2 35.888 -- -- 36 Kr 13.996 26.5 36.94 68 -- 37 Rb 4.176 27.499 47 80 -- 38 Sr 5.693 11.026 -- -- -- 39 Y ~6.6 12.4 20.5 -- ~77 40 Zr 6.951 14.03 24.10 33.972 --InductivelyCoupledPlasma=ICP第14页ICP-文献A.Montaser,D.W.Golightly,Inductivelycoupledplasmasinanalyticalatomicspectrometry,VerlagChemie(1992)P.W.J.M.Boumans,Inductivelycoupledplasmaatomicemissionspectrometry,JohnWiley&Sons(1987)R.K.Winge,V.A.Fasseletal.,ICP-OES:Anatlasofspectralinformation,Elsevier(1985)InductivelyCoupledPlasma=ICP第15页第2部分:CirOS仪器

InductivelyCoupledPlasma-ICP第16页InductivelyCoupledPlasma=ICP从试样到分析成果:色散棱镜衍射光栅进样:雾化器电极氢化物发生器检测感光板PMT发光二极管阵列(PDA)CCD/CID分析成果数据处理操作手册计算机激发电弧/火花火焰辉光放电灯(GDL)微波等离子体(MIP)ICP激光第17页InductivelyCoupledPlasma-ICP氧气净化管(@CirOSleft)包括紫外光学系统

(@CirOSlefttop)高压发生器(@CirOSback)过滤器RF发生器排气(@CirOStop)废液瓶4通道蠕动泵进样系统CCD控制板紫外区循环泵OPI&炬管RF发生器控制板

(@CirOSrightside)第18页发生器

(SPECTROCIROSCCD)功能:能量传递给等离子气体

免维护，27.12MHz最短预热时间(~15-20min.)功率范围:700W-1700W

InductivelyCoupledPlasma=ICP第19页RF功率影响

(SPECTROCIROSCCD)ICP最低连续需求足够激发能量足够背景强度以取得良好检出限包括1350W-1450W能适应90%到95%应用相对发射背景谱线功率InductivelyCoupledPlasma=ICP第20页发生器功率影响1200W1190W1210W与第一次测量相比[%]InductivelyCoupledPlasma=ICP第21页

电磁场RF包括电磁场

初次弹性碰撞Ar+e-

Ar++2e-

造成离子化Ar+e-

Ar++2e-M+e-

M++2e-InductivelyCoupledPlasma=ICP第22页等离子体火炬

样品流入磁场电感线圈等离子体发射区石英炬管氩气切线气流固定模式3个同心石英管可拆卸模式喷管可更换:石英或氧化铝InductivelyCoupledPlasma=ICP第23页发生器参数优化冷却气流量辅助气流量雾化气流量(与雾化器种类有关)额外气流(假如需要话)观测高度(对于侧向/轴向观测等离子体)发生器功率泵速级别(相对于泵速)

InductivelyCoupledPlasma=ICP第24页

气体流量作用

冷却: 7-20 L/min辅助: 0-3 L/min气溶胶: 0.5-1.5

L/minInductivelyCoupledPlasma=ICP第25页雾化器压力影响3bar2.9bar3.1bar相对于第一次测定[%]InductivelyCoupledPlasma=ICP第26页EOP–

端视等离子体

InductivelyCoupledPlasma=ICP第27页

端视(或轴向)等离子体36241571–

仪器光路2–

水冷等离子体接口3–

氩气源4–

羽状区5–

分析区6-RF线圈7–

等离子体炬InductivelyCoupledPlasma=ICPSpectro专利OPI第28页光谱仪入射狭缝光栅出射狭缝检测器:线性CCD阵列InductivelyCoupledPlasma=ICP第29页SPECTROCIROSCCD:

光学系统19CCDK766nm

Li670nm

Na589nm

次级光栅2400l/mm初级光栅

2924l/mm460nm125nm入射狭缝虚拟入射狭缝第30页CCD阵列双光栅光谱仪第31页

光栅方程dbcaa=光栅常数b=入射角ic=衍射角rd=刻线距离N=衍射级数

nl=d(sini+sinr)InductivelyCoupledPlasma=ICPCirOS:n=1

只搜集最强发射光第32页线性CCD芯片阵列InductivelyCoupledPlasma=ICP特点

:2,500象素每个最短积分时间:1ms根据信号高度自动对每个象素优化积分时间自动暗电流校正第33页

搀杂质硅晶体吸取电子在定义芯片区域(象素)产生电学充电

CCD芯片功能InductivelyCoupledPlasma=ICP第34页电荷通过晶体象素转移

CCD芯片功能InductivelyCoupledPlasma=ICP第35页每个象素读数通过电压成百分比放大及转化CCD芯片功能InductivelyCoupledPlasma=ICP第36页试样进样系统炬管固定式可拆卸式耐HF雾化器同心交叉浆料喷雾室

双通路喷雾室

气旋雾化室对于不一样用途能够更换:水溶液,有机物,HF,浆料,...InductivelyCoupledPlasma=ICP第37页同心雾化器大约25mm大约40mm毛细管外壳喷嘴液体

(试样)

进入气体进入

(侧臂)InductivelyCoupledPlasma=ICP第38页交叉雾化器Ar试样InductivelyCoupledPlasma=ICP第39页改善型Lichte雾化器毛细管液体(试样)进入气体进入喷嘴InductivelyCoupledPlasma=ICP第40页GMK雾化器可调整冲击球气体溶液到ICP排液InductivelyCoupledPlasma=ICP第41页Babington雾化器氩气

(1l/min)V形槽气溶胶溶液

(2ml/min)内径0.8mmInductivelyCoupledPlasma=ICP第42页Burgener雾化器溶液氩气喷嘴详细图解氩气试样InductivelyCoupledPlasma=ICP第43页雾室–

双通道

排液雾化器过来气溶胶气溶胶雾气到炬管

InductivelyCoupledPlasma=ICP第44页雾室–

单通道排液扰流器雾化器过来气溶胶气溶胶到炬管

InductivelyCoupledPlasma=ICP第45页气旋式雾化器室雾化器气溶胶

到炬管排液InductivelyCoupledPlasma=ICP第46页第3部分:办法开发

InductivelyCoupledPlasma-ICP第47页ICP-OES一般情况比较办法，需要校准标样与试样基本保持一致强度浓度InductivelyCoupledPlasma=ICP第48页背景等效浓度-数值BEC:背景等效浓度

检出限

BEC/50强度浓度BECInductivelyCoupledPlasma=ICP第49页公式SBR=(强度

(标样)-强度(光谱背景))强度(光谱背景)BEC=c(标样)SBRcDL=3xRSD(光谱背景)xBEC100123cDL=0.03xRSD(光谱背景)xBEC4InductivelyCoupledPlasma=ICP第50页常见单位 1 % 10 g/L 1 g/L 1,000 ppm 1 g/kg 1 ppm 1,000 ppb 1 mg/L 1 mg/kg 1 µg/L 1 ppb 1 µg/kg InductivelyCoupledPlasma=ICP第51页扫描空白污染

背景校正

干扰InductivelyCoupledPlasma=ICP第52页光谱背景连续背景杂散光分子键(如：OH,N2,C,ZrO,WO等)等离子体中原子、离子谱线(如：Ar,H,O,N等)基体元素谱线InductivelyCoupledPlasma=ICP第53页杂散光分子键(如：OH,N2,C,ZrO,WO等)等离子体中原子、离子谱线(如：Ar,H,O,N等)基本元素谱线

InductivelyCoupledPlasma=ICP第54页智能分析软件InductivelyCoupledPlasma=ICP双击这个“图标”进入前面窗口主窗口第55页智能分析软件:仪器发生器参数InductivelyCoupledPlasma=ICP能够通过移动滑动条或者直接输入，然后点击按钮“Apply”所有参数立即在屏幕上更新第56页智能软件:仪器发生器参数InductivelyCoupledPlasma=ICP炬管位置优化所有参数立即在屏幕上更新要求溶液:2ppmMn第57页智能分析软件:办法开发InductivelyCoupledPlasma=ICP点击按钮…然后…开始办法开发第58页智能分析软件:办法开发InductivelyCoupledPlasma=ICP点击“New”生成一种新办法或高亮度显示一种已有办法名然后点击“OK”以修改办法第59页InductivelyCoupledPlasma=ICP智能分析软件:办法开发

请输入办法名称*Methodauthorisoptional第60页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:编辑批注…optional从这个方向填表第61页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:进样缺省数值,能够根据分析要求及试样管长度来变化第62页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:仪器参数缺省数值,根据试样基体、待分析元素、元素浓度、雾化器及雾室类型修改第63页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:测量参数缺省数值，根据办法要求及试样中元素浓度来修改第64页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:定义输入格式这里所有东西所有由顾客设计。当确认这个格式后，后来打印数据将根据你设计格式。分析时数据打印第65页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:定义输出格式假如你想将你数据存贮在硬盘上，记住点击“DataFile”给文献一种文献名

第66页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:编辑选择谱线选择你要测定元素添加Ar作为监控线(NBAr将变成兰色)假如需要添加内标元素（s),在从元素周期表中选元素时候检查一下“ReferenceLine（干扰线）”(NBtheelement(s)is/aremagentaincolour)Bymouseclick!!

双击这儿为你选定元素选择谱线第67页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:编辑选择谱线对于同样元素，能够同步选择多于一条谱线。为为辨别它们，你能够为它们指定你喜欢名字双击元素可编辑!

第68页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:编辑选择谱线点击按钮“Scan(扫描）”对一到二个标准溶液扫描，指定峰及背景校正位置(假如需要)第69页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:开始扫描

输入试样/标准名称，吸入试样后，点击“Start”得到扫描图反复第1步直到得到所有扫描图第70页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:开始扫描指定峰和背景位置(假如需要)对所有要分析元素反复第1步完成步骤2后，点击回到“EditLineSelection（编辑选择谱线）”窗口记得点击“Yes”方便存贮所有修改

第71页背景校正标样和试样基本不匹配提升检出限水平精确度InductivelyCoupledPlasma=ICP第72页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:“Pseudo”功能（注：可推算分子含量）假如需要测定Al氧化物成份而不是Al时，可调出“Pseudo”功能I生成Al2O3

方程式从Al测定成果直接得到f

点击“New”生成Al2O3方程式第73页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:“Pseudo”功能Al摩尔质量=26.98O摩尔质量=15.99Al2O3摩尔质量=26.98x2+15.99x3Al2O3

浓度=浓度(Al)xAl2O3摩尔质量Al摩尔质量

输入方程式

插入方程式:点亮方程式点击“Select”

第74页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:“Switch（切换）”功能长处:*拓宽分析动态线性范围规则:*选择一条以上谱线放在同一种通道中第75页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:“Switch”功能点亮谱线，指定其低点和高点浓度(也即是浓度范围)反复其他可选谱线

第76页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:编辑选择谱线所有准备好后，关闭“EditLineSelection”窗口，回到“MethodDevelopment”窗口第77页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:编辑选择谱线目前，空白地方已经填满了你选择谱线有关信息

Ar监控线在430nm3条谱线被指定为内标元素线，但目前还没有使用。回到“InternalStandardization（内标标准化）”部分同一元素两条谱线放在同一种元素通道第78页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:定义标样到“List”生成标准溶液数据库目前数据库中可用标样，能够修改或生成新

OR第79页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:定义标样点击‘Conc.…”进入浓度表第80页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:定义标样包括所有标样然后关闭窗口。在进行下一步测量标样前记得保存办法。第81页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:测量标样第82页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:测量标样

可用标液列表点击‘Yes”开始…第83页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:编辑回归数据校准曲线信息第84页InductivelyCoupledPlasma=ICP办法开发步骤:完成点击“exit”回到“MethodDevelopment”窗口记得

“Select”选择所有通过谱线用于试样分析

第85页InductivelyCoupledPlasma=ICP试样分析第86页试样分析选择办法吸入试样后点击‘F3’或图标开始InductivelyCoupledPlasma=ICP第87页ICP-OES:优缺陷

长处多元素同步分析在0.02-50µg/L范围良好检出限精度高(

r<1%)化学干扰及蒸发干扰少动态范围宽(5-6个数量级)可完全覆盖紫外区域每个元素分析成本低InductivelyCoupledPlasma=ICP第88页ICP-OES:优缺陷缺陷需要制备试样光谱干扰InductivelyCoupledPlasma=ICP第89页

内标元素选择Ca II 315.8 6.11 7.05 13.16 II 317.9 7.05 13.16 II 396.8 3.12 9.23Si I 212.4 6.62Be II 313.0 9.32 3.96 13.28Sc II 361.3 6.54 3.45 9.99Y II 371.0 6.51 3.52 10.03Be I 332.1 6.45元素 EI EA EI+EAEI =离子化势能eVEA =原子化势能eVInductivelyCoupledPlasma=ICP第90页内标在试样和标样中加入相同浓度内标相同......化学及物理特性...谱线激发能量

...离子化能量...波长范围及强度InductivelyCoupledPlasma=ICP第91页

内标Be-Ca(1=100ms)相对于初次测量(grid=5%)InductivelyCoupledPlasma=ICP第92页

内标

Y-Cr相对于初次测量(grid=5%)(1=100ms)InductivelyCoupledPlasma=ICP第93页内标标准化提升主要元素精确度精确加入一种或几个元素到标样和试样中提升精度和精确度

RSD0.1-0.2%原子化能量离子化能量第94页内标标准化对于内标要求:必须是试样中没有必须是高纯容易取得与待测元素具有相近离子化势能

常用内标元素:无机分析:Sc,Sr,Ba,Y有机分析:Sc,Y第95页内标标准化回到办法开发窗口，点击‘EditLineSelection”添加参比元素如IS点击按钮“Reference”

第96页内标标准化根据浓度范围、势能等指定IS（内标）元素关闭“EditLineSelection”窗口，回到主窗口“MethodDevelopment”，

能够看到一种柱状框里显示指定IS信息第97页内标标准化与日常同样测定标样生成校准曲线，然后元素强度变成了强度比(也即是元素强度与内标元素强度比值）第98页标准加入法步骤

:按下面办法最少准备三个标样 (例如待测元素：A,B&C)常量=xmLStd0Std1Std2在每个标样中加入相同体积未知样品

Std0Std1Std2

多元素尝试(A,B&C)0510ppm多元素标样体积x*xxmL加入未知样品yyymL总体积x+yx+yx+ymL*只有基体空白溶液第99页标准加入法步骤

:选择“OnlyStdAdd.”生成一种新办法第100页步骤

:与日常同样创建办法,不过按下面要求定义标样不要忘掉点击“SPIKE”记得输入内标浓度标准加入法第101页步骤

:与日常同样进标样(Std0,1,2,…)校准办法

得到校准曲线标准加入法第102页步骤

:测量未知样品就能够得到成果.(也即是如图所示理论图形)********Advantages:不要匹配复杂未知基体能够分析浓度非常低元素能够同样办法生成校正曲线测定其他相同/相近基体未知样品标准加入法第103页第4部分:ICP维护和检查表 InductivelyCoupledPlasma-ICP第104页用于ICP调整检查表测量Y(1,000mg/L)通过BEC值看气流及能量影响通过发生器窗口调整光轴

InductivelyCoupledPlasma=ICP第105页测量Y(1,000mg/L)

InductivelyCoupledPlasma=ICP第106页用于ICP调整检查表辅助气流量喷嘴顶端无积盐或积碳（有机物）

雾化器(载气流量)载气流速–

喷管–

附加气

控制泄漏气体连接泵管-雾化器InductivelyCoupledPlasma=ICP第107页更换氧气净化管

InductivelyCoupledPlasma=ICP第108页第5部分:应用InductivelyCoupledPlasma-ICP第109页水分析

典型样品:

应用水

地下水

地表水

废水InductivelyCoupledPlasma=ICP第110页水分析标准步骤美国环境保护署EPA200.7及EPA200.1530个元素测量步骤检查试验室条件步骤包括SPECTRO智能分析

德国标准办法DIN38406及DIN3841433个元素检测InductivelyCoupledPlasma=ICP第111页盐分析NaCl,KCl,FeCl3,...等中杂质

合适进样系统InductivelyCoupledPlasma=ICP第112页有机物分析发动机油中磨损金属添加剂(Ca,Mg,Zn,P)汽油中Pb残留燃油中Na和K用过油中