ICP培训PPT课件

1、Spectro CirOS ICP 光谱仪 : 培训课程,Inductively Coupled Plasma ICP （电感耦合等离子体）- ICP,Inductively Coupled Plasma - 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,原子理论 CirOS 仪器 方法建立 ICP: 检查与维护 应用,Inductively Coupled Plasma - ICP,Inductively Coupled Plasma - ICP,第1部分 : 原子理论,Inductively Coupled Plasma = ICP,原子 包括： 带正电荷的质子，带

2、负电荷的电子和不带电荷的中子。,什么是原子 ?,Inductively Coupled Plasma = ICP,光量子的发射 获得额外能量的电子会跃迁到更高的能级。当它们跃迁回原来的能级时，就会发射出光量子。,量子跃迁,Inductively Coupled Plasma = ICP,DE = hv = hc/l DE = 两个能级之间的能量差 h = 6.6256 x 10-27 erg sec v = 频率 c = 光速 l = 波长,原子光谱,Inductively Coupled Plasma = ICP,镁原子的能级,Inductively Coupled Plasma = ICP

3、,Mg 溶液波长扫描,电磁谱, -射线 X-射线 UV 可见光区 红外 无线电波 0.01 nm 1 nm 100 nm 400-700 nm 1 mm 1 米 1 km,Inductively Coupled Plasma = ICP,单位 1 nm = 10-9 m 1 = 10-10 m 范围 红外 750 nm 可见光 : 400 - 750 nm 紫外 400 nm,ICP中的化学反应示意框图,Inductively Coupled Plasma = 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,原子及离子线,原子线 一

4、个电子处于激发态的原子 离子线 已离子化的原子 剩余的电子被激发,Inductively Coupled Plasma = ICP,一些元素的离子化势能 (eV),Lit.: Zaidel,Inductively Coupled Plasma = ICP,ICP-文献,A. Montaser, D. W. Golightly, Inductively coupled plasmas in analytical atomic spectrometry, Verlag Chemie (1992) P. W. J. M. Boumans, Inductively coupled plasma ato

5、mic emission spectrometry, John Wiley & Sons (1987) R. K. Winge, V. A. Fassel et al., ICP-OES: An atlas of spectral information, Elsevier (1985),Inductively Coupled Plasma = ICP,第 2 部分: CirOS 仪器,Inductively Coupled Plasma - ICP,Inductively Coupled Plasma = ICP,从试样到分析结果 :,色散 棱镜 衍射光栅,进样:,雾化器 电极 氢化物发生器

6、,检测 感光板 PMT 发光二极管阵列 (PDA) CCD/CID,分析结果,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,Inductively Coupled Plasma - ICP,氧气净化管 (CirOS left),包含紫外的光学系统 (CirOS left top),高压发生器 ( CirOS back),过滤器,RF 发生器排气 (CirOS top),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 (CirOS right side),发生器 (SPECT

7、RO CIROSCCD),功能: 能量传递给等离子气体 免维护， 27.12 MHz 最短的预热时间 ( 15-20 min.) 功率范围: 700 W - 1700 W,Inductively Coupled Plasma = ICP,RF功率影响 (SPECTRO CIROSCCD),ICP最低持续需求 足够激发的能量 足够的背景强度以获得良好的检出限 包含 1350 W-1450 W 能适应90 % 到 95 %的应用,Inductively Coupled Plasma = ICP,发生器功率影响,Inductively Coupled Plasma = ICP,电磁场,Inducti

8、vely Coupled Plasma = ICP,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,Inductively Coupled Plasma = ICP,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 (如果需要的话) 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),Inductively Coupled Plasma = ICP,气体流量的作用,Inductively Coupled Plasma = ICP,雾

9、化器压力的影响,3 bar,2.9 bar,3.1 bar,相对于第一次测定 %,Inductively Coupled Plasma = ICP,EOP 端视等离子体,Inductively Coupled Plasma = ICP,端视(或轴向)等离子体,Inductively Coupled Plasma = ICP,Spectro专利 OPI,光谱仪,入射狭缝 光栅 出射狭缝 检测器 :线性 CCD 阵列,Inductively Coupled Plasma = ICP,SPECTRO CIROSCCD: 光学系统,CCD 阵列双光栅光谱仪,光栅方程,Inductively Coupl

10、ed Plasma = ICP,CirOS: n = 1 只收集最强的发射光,线性CCD芯片阵列,Inductively Coupled Plasma = ICP,特点 : 2,500 象素每个 最短积分时间: 1 ms 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,CCD芯片功能,Inductively Coupled Plasma = ICP,CCD芯片功能,Inductively Coupled Plasma = ICP,每个象素读数 通过电压成比例放大及转化,CCD芯片功能,Inductively Coupled Plasma = ICP,试样进样系统,Inductively

11、 Coupled Plasma = ICP,同心雾化器,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),Inductively Coupled Plasma = ICP,交叉雾化器,Inductively Coupled Plasma = ICP,改进型Lichte 雾化器,Inductively Coupled Plasma = ICP,GMK 雾化器,Inductively Coupled Plasma = ICP,Babington 雾化器,Inductively Coupled Plasma = ICP,Burgener 雾化器,溶液,

12、氩气,喷嘴,详细图解,氩气,试样,Inductively Coupled Plasma = ICP,雾室 双通道,Inductively Coupled Plasma = ICP,雾室 单通道,Inductively Coupled Plasma = ICP,气旋式雾化器室,Inductively Coupled Plasma = ICP,第 3 部分: 方法开发,Inductively Coupled Plasma - ICP,ICP-OES一般情况,比较方法，需要校准 标样与试样的基本保持一致,Inductively Coupled Plasma = ICP,背景等效浓度-数值,BEC:

13、背景等效浓度 检出限 BEC/50,Inductively Coupled Plasma = ICP,公式,Inductively Coupled Plasma = ICP,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 g/L 1 ppb 1 g/kg,Inductively Coupled Plasma = ICP,扫描,空白污染 背景校正 干扰,Inductively Coupled Plasma = ICP,光谱背景,连续背景 杂散光 分子键 (如： OH, N2, C, ZrO, WO等)

14、 等离子体中原子、离子的谱线 (如：Ar, H, O, N等) 基体元素的谱线,Inductively Coupled Plasma = ICP,杂散光,分子键 (如：OH, N2, C, ZrO, WO等) 等离子体中原子、离子的谱线 (如： Ar, H, O, N 等) 基本元素的谱线,Inductively Coupled Plasma = ICP,智能分析软件,Inductively Coupled Plasma = ICP,双击这个“图标”进入前面窗口,主窗口,智能分析软件 : 仪器发生器参数,Inductively Coupled Plasma = ICP,可以通过移动滑动条或者直

15、接输入，然后点击按钮“Apply”,所有参数立即在屏幕上更新,智能软件 : 仪器发生器参数,Inductively Coupled Plasma = ICP,炬管位置优化,所有参数立即在屏幕上更新,要求的溶液: 2ppm Mn,智能分析软件 : 方法开发,Inductively Coupled Plasma = ICP,点击按钮 然后 开始方法开发,智能分析软件 : 方法开发,Inductively Coupled Plasma = ICP,点击 “New” 生成一个新方法或高亮度显示一个已有方法名然后点击 “OK” 以修改方法,Inductively Coupled Plasma = ICP

16、,智能分析软件 : 方法开发,请输入方法名称* Method author is optional,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 编辑批注, optional,从这个方向填表,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 进样,缺省数值, 可以根据分析要求及试样管长度来改变,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 仪器参数,缺省数值, 根据试样的基体、待分析元素、元素浓度、雾化器及雾室的类型修改,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法

17、开发步骤: 测量参数,缺省数值，根据方法要求及试样中元素的浓度来修改,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 定义输入格式,这里所有的东西全部由用户设计。当确认这个格式后，以后打印的数据将根据你设计的格式。,分析时数据打印,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 定义输出格式,如果你想将你的数据存贮在硬盘上，记住点击 “Data File” 给文件一个文件名,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 编辑选择的谱线,选择你要测定的元素 添加 Ar 作为监控线 (NB Ar

18、 将变成兰色) 如果需要添加内标元素（s), 在从元素周期表中选元素的时候检查一下 “Reference Line（干扰线）” (NB the element(s) is/are magenta in colour),By mouse click!,双击这儿为你选定的元素选择谱线,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 编辑选择的谱线,对于同样的元素，可以同时选择多于一条谱线。为为区分它们，你可以为它们指定你喜欢的名字,双击元素,可编辑!,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 编辑选择的谱线,点击按钮“Sca

19、n(扫描）”对一到二个标准溶液扫描，指定峰及背景校正位置 (如果需要),Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 开始扫描,输入试样/标准的名称，吸入试样后，点击 “Start” 得到扫描图 重复第1步直到得到所有的扫描图,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 开始扫描,指定峰和背景位置 (如果需要) 对所有要分析元素重复第1步 完成步骤2后，点击回到 “Edit Line Selection（编辑选择的谱线）” 窗口,记得点击 “Yes” 以便存贮所有修改,背景校正,标样和试样的基本不匹配 提高检出限水平的准

20、确度,Inductively Coupled Plasma = ICP,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: “Pseudo”功能（注：可推算分子含量）,如果需要测定Al的氧化物成分而不是Al时，可调出“Pseudo” 功能I生成Al2O3 方程式从Al的测定结果直接得到f,点击 “New” 生成Al2O3方程式,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: “Pseudo”功能,Al 的摩尔质量= 26.98 O的摩尔质量= 15.99 Al2O3的摩尔质量= 26.98 x 2 + 15.99 x 3 Al2O

21、3 的浓度 = 浓度 (Al) x,Al2O3的摩尔质量,Al的摩尔质量,输入方程式,插入方程式 : 点亮方程式 点击 “Select”,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: “Switch（切换）”功能,优点: * 拓宽分析的动态线性范围,规则: * 选择一条以上的谱线放在同一个通道中,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: “Switch”功能,点亮谱线，指定其低点和高点浓度 (也即是浓度范围),重复其它可选谱线,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 编辑选择的

22、谱线,全部准备好后，关闭 “Edit Line Selection” 窗口，回到 “Method Development” 窗口,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 编辑选择的谱线,现在，空白地方已经填满了你选择谱线的相关信息 ,Ar 监控线在 430nm,3 条谱线被指定为内标元素线，但现在还没有使用。 回到 “Internal Standardization（内标标准化）”部分,同一元素的两条谱线放在同一个元素通道,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 定义标样,到 “List” 生成标准溶液数据库,

23、当前数据库中可用的标样，可以修改或生成新的,OR,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 定义标样,点击 Conc. ” 进入浓度表,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 定义标样,包含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方法。,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 测量标样,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 测量标样,可用标液列表,点击 Yes” 开始 ,Inductively Coupled Pl

24、asma = ICP,方法开发步骤: 编辑回归数据,校准曲线信息,Inductively Coupled Plasma = ICP,方法开发步骤: 完成,点击 “exit ”回到 “Method Development” 窗口 记得 “Select”选择所有通过的谱线用于试样分析,Inductively Coupled Plasma = ICP,试样分析,试样分析,选择方法,吸入试样后点击 F3 或图标开始,Inductively Coupled Plasma = ICP,ICP-OES: 优缺点,优点 多元素同时分析 在0.02-50 g/L 范围良好的检出限 精度高 (r 1 %) 化学干

25、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 每个元素的分析成本低,Inductively Coupled Plasma = ICP,ICP-OES: 优缺点,缺点 需要制备试样 光谱干扰,Inductively Coupled Plasma = ICP,内标元素的选择,EI = 离子化势能 eV EA = 原子化势能 eV,Inductively Coupled Plasma = ICP,内标,在试样和标样中加入相同浓度的内标 相似. .化学及物理特征 .谱线的激发能量 .离子化能量 .波长范围及强度,Inductively Coupled Plasma = ICP,

26、内标 Be-Ca,Inductively Coupled Plasma = ICP,内标 Y-Cr,Inductively Coupled Plasma = ICP,内标标准化,提高主要元素的准确度 准确加入一个或几个元素到标样和试样中 提高精度和准确度 RSD 0.1 - 0.2 % 原子化能量 离子化能量,内标标准化,对于内标的要求 : 必须是试样中没有的 必须是高纯的 容易获得 与待测元素具有相近的离子化势能 常用内标元素 : 无机分析 : Sc, Sr, Ba, Y 有机分析 : Sc, Y,内标标准化,回到方法开发窗口，点击 Edit Line Selection” 添加参比元素如

27、IS 点击按钮 “Reference”,内标标准化,根据浓度范围、势能等指定IS （内标）元素,关闭 “Edit Line Selection” 窗口，回到主窗口 “Method Development”， 可以看到一个柱状框里显示指定IS的信息,内标标准化,与平常一样测定标样生成校准曲线，然后元素的强度变成了强度比 (也即是元素强度与内标元素强度的比值）,标准加入法,步骤 : 按下面方法至少准备三个标样 (例如待测元素：A, B & C),常量 = x mL,Std 0,Std 1,Std 2,在每个标样中加入 相同 体积的未知样品,标准加入法,步骤 : 选择 “Only Std Add.”

28、生成一个新方法,步骤 : 与平常一样创建方法, 但是按下面要求定义标样,不要忘记点击 “SPIKE”,记得输入内标的浓度,标准加入法,步骤 : 与平常一样进标样 (Std 0, 1, 2, ) 校准方法 得到校准曲线,标准加入法,步骤 : 测量未知样品就可以得到结果. (也即是如图所示理论图形) *,Advantages: 不要匹配复杂的未知基体 可以分析浓度非常低的元素 可以同样方法生成的校正曲线测定其它相同/相近基体的未知样品,标准加入法,第 4 部分: ICP 维护和检查表,Inductively Coupled Plasma - ICP,用于ICP调节的检查表,测量 Y (1,000

29、mg/L) 通过BEC值看气流及能量的影响 通过发生器窗口调节光轴,Inductively Coupled Plasma = ICP,测量 Y (1,000mg/L),Inductively Coupled Plasma = ICP,用于 ICP 调节的检查表,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,Inductively Coupled Plasma = ICP,更换氧气净化管,Inductively Coupled Plasma = ICP,第5部分 : 应用,Inductively Coupled Plas

30、ma - ICP,水分析 典型样品 :,应用水 地下水 地表水 废水,Inductively Coupled Plasma = ICP,水分析的标准步骤,美国环保署 EPA 200.7 及 EPA 200.15 30个元素的测量步骤 检查实验室条件 步骤包括SPECTRO 智能分析 德国标准方法 DIN 38406 及 DIN 38414 33个元素的检测,Inductively Coupled Plasma = ICP,盐的分析,NaCl, KCl, FeCl3, .等中的杂质 合适的进样系统,Inductively Coupled Plasma = ICP,有机物的分析,发动机油中的磨损金属 添加剂 (Ca, Mg, Zn, P) 汽油中的Pb 残留燃油中的Na 和 K 用过的油中的Cl 和 S,Inductively Coupled Plasma = ICP,有机物分析,特殊安排 - 更高的能量 - 更高的辅助气 - 更高的冷却气流 - 添加氧气 (最好的辅助气) - 准确选择谱线 (C-, CH-谱带),Inductively Coup