電感耦合等離子體ICP

1、第八章電感耦合等離子體(ICP - AES)原子發(fā)射光譜法Inductively Coupled plasma-atomic emission Spectrometry金屬元素分析教學(xué)內(nèi)容1. 原子發(fā)射光譜法（AES）的發(fā)展概況、分析流程及特點(diǎn)2. 原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生（能級(jí)、能級(jí)圖）3. 激發(fā)源ICP的基本原理、特點(diǎn)；譜線強(qiáng)度及影響因素4. 儀器及應(yīng)用（定性、半定量、定量分析）5. 干擾效應(yīng)及消除（自學(xué)為主）學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 基本掌握ICP的基本原理、特點(diǎn)及適應(yīng)性2. 基本掌握ICP-AES法的原理特點(diǎn)和應(yīng)用3. 較好掌握光譜定性、半定量、定量分析并了解干擾效應(yīng)及消除方法一. 發(fā)展概況二. 工作原

2、理1. 等離子體定義：是由數(shù)目幾乎相等的正，負(fù)離子所構(gòu)成的一種物質(zhì)形態(tài)。氣態(tài)。離子體 氣體。如：大量的星際物質(zhì)，火焰和電弧的高溫部分太陽和其它恒星的表面氣層。性質(zhì)：是氣態(tài)物質(zhì)在溫度進(jìn)一步升高到一定程度后發(fā)生電離而形成的。物質(zhì)第四態(tài)。特點(diǎn)：在整體上呈電中性2. 原理：激發(fā)源（ICP）-分光系統(tǒng)（單色器）-檢測(cè)器§ 3-2-1 AES的產(chǎn)生激發(fā)-基態(tài)原子在激發(fā)光源（外界能量）的作用下，獲得足夠的能量，外層電子躍遷到較 高能級(jí)狀態(tài)的激發(fā)態(tài)的過程原子發(fā)射（發(fā)光）-處在激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，在極短的時(shí)間內(nèi)（10 8s）外層電子躍遷回基態(tài)或其它較低的能態(tài)而釋放出多余的能量。釋放能量的方式兩種無輻

3、射躍遷（與其它粒子的碰撞傳遞能量）以一定波長的電磁波形式輻射出去釋放的能量及輻射線的頻率符合：AE 二 Er - E= Ep 二 hp 二一二 hAcXo 原子中外層電子（價(jià)電子或光電子）能量分布是量子化的，所以 E的值不是連續(xù) 的，因此，原子光譜是線光譜；o 同一原子中電子能級(jí)很多，有各種不同的能級(jí)躍遷，所以有各種不同E,即可以發(fā)射出許多不同頻率的輻射線。躍遷遵循光譜選律”（不是任何能級(jí)之間都發(fā)生躍遷）；o 不同元素的原子由不同的能級(jí)構(gòu)成， E不一樣，所以發(fā)射頻率也不同， 各種元素都有其特征的光譜線，由此可識(shí)別鑒定樣品中元素的存在（光譜定性分析）o 元素特征譜線的強(qiáng)度與樣品中該元素的含量有確

4、定的關(guān)系，通過測(cè)定譜線的強(qiáng)度 可確定元素在樣品中的含量（光譜定量分析）o 有關(guān)術(shù)語激發(fā)電位（激發(fā) 能）；電離電位（電離能）；共振線；原子線；離子線§ 3-2-2 原子發(fā)射光譜（AES）分析過程光譜的獲得和光譜的分析兩大過程。1. 試樣的處理要根據(jù)進(jìn)樣方式的不同進(jìn)行處理：做成粉末或溶液等，有些時(shí)間還要進(jìn)行必要的分離或富集；2. 樣品的激發(fā)在激發(fā)源上進(jìn)行，激發(fā)源把樣品蒸發(fā)、分解原子化和激發(fā)；3. 光譜的獲得和記錄從光譜儀中獲得光譜并進(jìn)行記錄；4. 光譜的檢測(cè)用檢測(cè)儀器進(jìn)行光譜的定性、半定量、定量分析3.等離子體如何產(chǎn)生？氯氣Ar高頻電磁場(chǎng)高頻線圈石英炬管點(diǎn)火裝置：電子點(diǎn)火碳棒點(diǎn)火碰撞 電

5、離形成ICP激發(fā)源:ICP«54四種常用光源性能的比較特性指標(biāo)電Mfi度抓焰溫度。層溫度密定性主要用途直覽電瓠較高4 000-7 000K最寬差定性，半定址礦石中微量元素的 定量分析交流電弧中4 0007 000K次寬中等金屬、合金低含量元素定景分析電火花較低4 000-7 OOOK較窄較好高含量，鹿電離元素或g金 屬合金分析電感耦合6 000-8 U00K很窄好可用于絕大多數(shù)元素的湄量，檢等離子體出限依,植密度商電槳電呢電離SQ了彖凰*外；十已*-'v"工作原理示意圖等離子體的結(jié)構(gòu)示意圖等離子體尾焰在電感線圈上方進(jìn)行觀測(cè)Induction Zone正常分析區(qū)初始發(fā)

6、射區(qū)預(yù)熱區(qū)不同的樣品和基體導(dǎo)致等離子體的結(jié)構(gòu)會(huì)有一些變化，所以常常需要根據(jù)樣品來調(diào)整觀 測(cè)的最佳位置，以獲得最大的靈敏度，避免背景干擾Vista MPX可以非常方便地在電腦上，調(diào)整觀測(cè)高度，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化ICP儀器結(jié)構(gòu)示意圖三.ICP AES法儀器裝置1. 高頻發(fā)生器2. 炬管（外套高頻線圈）3. 進(jìn)樣系統(tǒng)4. 光學(xué)（分光）系統(tǒng)5. 檢測(cè)系統(tǒng)（光電轉(zhuǎn)換，MS）4. 光學(xué)（分光）系統(tǒng):光柵中階梯光柵圖8-8光電倍增轄的光電倍增原理和線路示意圖K一光敏陰板 14打章極 A陽極 /?、/? 夫$電阻5. 檢測(cè)器：光電倍增管攝譜儀質(zhì)譜（MS）; ICP MS最新連機(jī)：HPLC ICP-MS術(shù)語：線光譜 端

7、視 側(cè)視 單通道 多通道全譜直讀多道ICP單道掃描ICP優(yōu)點(diǎn)：速度快靈活效率局易于建立方法缺點(diǎn)：死板扣背景不準(zhǔn)確速度慢，消耗成本高精度較差共同缺點(diǎn)：背景和信號(hào)不能同時(shí)測(cè)定 扣背景速度慢,存在時(shí)間誤差四.分析特征1.檢測(cè)限低（低達(dá) 10-3 10-4ppm）,靈敏度高2. 穩(wěn)定性好，精密度高3. 準(zhǔn)確度高4 .線性分析范圍寬（達(dá)4-6個(gè)數(shù)量級(jí)）5 .干擾效應(yīng)?。ū尘案蓴_小，性噪比高）光譜干擾非光譜干擾86. 可同時(shí)或順序測(cè)定多元素（數(shù)十種），快速定性、半定量,應(yīng)用范圍廣動(dòng)態(tài)線性范圍PPMTXDUDS m qy)二王刁二餡三每震怎土十駕-雨幡急盅機(jī)遂.吊廣十e -一十Ar十eA +巳 一 X*十e

8、h*孑K亍Ah十X *-亍謗可羚多于港夜供密群閨了方哲.光譜干擾（共存元素）Al 308.22 nmAs 189.04 nm309.27 nm193.70 nm394.40 nm197.20 nm396.15 nmB182.64 nm208.96nm249.77 nmCd214.44 nm226.50nm228.80 nmCo228.62 nm230.79nm231.40 nm237.86 nmCr205.55nm206.15nm206.54 nm283.56nm 357.86nmCu219.9 nm223.01nm224.70nm324.75nm327.40nmFe233.28nm238.20nm239.56nm259.94nm261.19nmMn257.61nm259.37nm260.57nm294.92nmMo202.03nm204.60nm281.62nm287.15nmNi216.56nm217.47nm221.65nm227.02nm231.60nmP177.49nm178.28nm178.77nm213.62nm214.91nmICP