《發(fā)射光譜法》PPT課件.ppt

2019/6/28,Atomic Emission Spectrometry,AES,第三節(jié) 等離子體發(fā)射光譜儀,plasma emission spectrometry,一、 概述 generalization 二、ICP-AES結(jié)構(gòu)流程 structure of ICP-AES 三、 ICP -AES原理 principle and feature of ICP-AES 四、ICP-AES的特點(diǎn) feature of ICP-AES 五、等離子體發(fā)射光譜儀 plasma emission spectrometry,原子發(fā)射光譜分析法,2019/6/28,原子發(fā)射光譜在50年代發(fā)展緩慢； 1960年，工程熱物理學(xué)家 Reed ，設(shè)計(jì)了環(huán)形放電感耦等離子體炬，指出可用于原子發(fā)射光譜分析中的激發(fā)光源；,1960年，工程熱物理學(xué)家 Reed 設(shè)計(jì)了環(huán)形放電感耦等離子體炬； 指出可用于原子發(fā)射光譜分析中的激發(fā)光源； 光譜學(xué)家法塞爾和格倫菲爾德用于發(fā)射光譜分析，建立了電感耦合等離子體光譜儀(ICP-AES); 70年代獲ICP-AES應(yīng)用廣泛。,一、概述 generalization,2019/6/28,等離子體噴焰作為發(fā)射光譜的光源主要有以下三種形式： (1)直流等離子體噴焰(direct currut plasmajet，DCP) 弧焰溫度高 8000-10000K，穩(wěn)定性好，精密度接近ICP，裝置簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低； (2)電感耦合等離子體(inductively coupled plasma， ICP) ICP的性能優(yōu)越，已成為最主要的應(yīng)用方式 ； (3) 微波感生等離子體(microwave induced plasma, MIP) 溫度5000-6000K，激發(fā)能量高，可激發(fā)許多很難激發(fā)的非金屬元素：C、N、F、Br、Cl、C、H、O 等，可用于有機(jī)物成分分析，測(cè)定金屬元素的靈敏度不如DCP和ICP。,等離子體光源的形成類(lèi)型,2019/6/28,采用ICP作為光源是ICP-AES與其他光譜儀的主要不同之處。,主要部分： 1. 高頻發(fā)生器 自激式高頻發(fā)生器，用于中、低檔儀器； 晶體控制高頻發(fā)生器，輸出功率和頻率穩(wěn)定性高，可利用同軸電纜遠(yuǎn)距離傳送。 2. 等離子體炬管 三層同心石英玻璃管 3. 試樣霧化器 4. 光譜系統(tǒng),二、 ICP-AES的結(jié)構(gòu)流程 Structure of ICP-AES and Process,2019/6/28,ICP-AES,2019/6/28,ICP是由高頻發(fā)生器和等離子體炬管組成。,1. 晶體控制高頻發(fā)生器 石英晶體作為振源，經(jīng)電壓和功率放大，產(chǎn)生具有一定頻率和功率的高頻信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生和維持等離子體放電。 石英晶體固有振蕩頻率：6.78MHz，二次倍頻后 為27.120MHz,電壓和功率放大后，功率為1-2kW；,三、 ICP-AES的原理 principle and feature of ICP-AES,2019/6/28,三層同心石英玻璃炬管置于高頻感應(yīng)線(xiàn)圈中，等離子體工作氣體從管內(nèi)通過(guò)，試樣在霧化器中霧化后，由中心管進(jìn)入火焰； 外層Ar從切線(xiàn)方向進(jìn)入，保護(hù)石英管不被燒熔，中層Ar用來(lái)點(diǎn)燃等離子體；,2. 炬管與霧化器,2019/6/28,當(dāng)高頻發(fā)生器接通電源后，高頻電流I通過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)(綠色)。 開(kāi)始時(shí)，管內(nèi)為Ar氣，不導(dǎo)電，需要用高壓電火花觸發(fā)，使氣體電離后，在高頻交流電場(chǎng)的作用下，帶電粒子高速運(yùn)動(dòng)，碰撞，形成“雪崩”式放電，產(chǎn)生等離子體氣流。在垂直于磁場(chǎng)方向?qū)a(chǎn)生感應(yīng)電流（渦電流，粉色），其電阻很小，電流很大(數(shù)百安)，產(chǎn)生高溫。又將氣體加熱、電離，在管口形成穩(wěn)定的等離子體焰炬。,3. 原理,2019/6/28,(1)溫度高，惰性氣氛，原子化條件好，有利于難熔化合物的分解和元素激發(fā)，有很高的靈敏度和穩(wěn)定性； (2)“趨膚效應(yīng)”，渦電流在外表面處密度大，使表面溫度高，軸心溫度低，中心通道進(jìn)樣對(duì)等離子的穩(wěn)定性影響小。也有效消除自吸現(xiàn)象，線(xiàn)性范圍寬（45個(gè)數(shù)量級(jí)）； (3) ICP中電子密度大，堿金屬電離造成的影響??； (4) Ar氣體產(chǎn)生的背景干擾??； (5) 無(wú)電極放電，無(wú)電極污染； ICP焰炬外型像火焰，但不是化學(xué)燃燒火焰，氣體放電； 缺點(diǎn)：對(duì)非金屬測(cè)定的靈敏度低，儀器昂貴，操作費(fèi)用高。,四、 ICP-AES 特點(diǎn) feature of ICP-AES,2019/6/28,1. 光電直讀等離子體發(fā)射光譜儀 光電直讀是利用光電法直接獲得光譜線(xiàn)的強(qiáng)度； 兩種類(lèi)型：多道固定狹縫式和單道掃描式；,一個(gè)出射狹縫和一個(gè)光電倍增管，可接受一條譜線(xiàn)，構(gòu)成一個(gè)測(cè)量通道； 單道掃描式是轉(zhuǎn)動(dòng)光柵進(jìn)行掃描，在不同時(shí)間檢測(cè)不同譜線(xiàn)；,多道固定狹縫式則是安裝多個(gè)（多達(dá)70個(gè)），同時(shí)測(cè)定多個(gè)元素的譜線(xiàn)；,五、 等離子體發(fā)射光譜儀 plasma emission spectrometry,2019/6/28,多道型光電直讀光度儀多采用凹面光柵； 羅蘭圓：Rowland(羅蘭)發(fā)現(xiàn)在曲率半徑為R 的凹面反射光柵上存在著一個(gè)直徑為R的圓，不同波長(zhǎng)的光都成像在圓上，即在圓上形成一個(gè)光譜帶；,凹面光柵既具有色散作用也起聚焦作用（凹面反射鏡將色散后的光聚焦）。,凹面光柵與羅蘭圓,2019/6/28,(1) 多達(dá)70個(gè)通道可選擇設(shè)置，同時(shí)進(jìn)行多元素分析，這是其他金屬分析方法所不具備的； (2) 分析速度快，準(zhǔn)確度高； (3) 線(xiàn)性范圍寬， 45個(gè)數(shù)量級(jí)，高、中、低濃度都可分析； 缺點(diǎn)：出射狹縫固定，各通道檢測(cè)的元素譜線(xiàn)一定； 改進(jìn)型： n+1型ICP光譜儀 在多道儀器的基礎(chǔ)上，設(shè)置一個(gè)掃描單色器，增加一個(gè)可變通道；,特點(diǎn) :,2019/6/28,采用CID陣列檢測(cè)器，可同時(shí)檢測(cè)165800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)的全部譜線(xiàn)；,中階梯光柵分光系統(tǒng)，儀器結(jié)構(gòu)緊湊，體積大大縮??； 兼具多道型和掃描型特點(diǎn)；,CID：電荷注入式檢測(cè)器(charge injection detector,CID), 2828mm半導(dǎo)體芯片上，26萬(wàn)個(gè)感光點(diǎn)點(diǎn)陣( 每個(gè)相當(dāng)于一個(gè)光電倍增管)；,2. 全譜直讀等離子體光譜儀,2019/6/28,對(duì)比,2019/6/28,2019/6/28,儀器特點(diǎn):,(1) 測(cè)定每個(gè)元素可同時(shí)選用多條譜線(xiàn)； (2) 可在一分鐘內(nèi)完成70個(gè)元素的定量測(cè)定； (3) 可在一分鐘內(nèi)完成對(duì)未知樣品中多達(dá)70多元素的定性； (4) 1mL的樣品可檢測(cè)所有可分析元素； (5) 扣除基體光譜干擾； (6) 全自動(dòng)操作； (7) 分析精度：CV 0.5%。,2019/6/28,光路圖,2019/6/28,檢測(cè)器,2019/6/28,第一節(jié) 原子發(fā)射光譜分析基本原理 basic principle of Atomic emission spectrometry 第二