電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(1)ppt課件

1、n等離子體：電離度大于等離子體：電離度大于0.1% 的被電離的被電離氣體，含有大量電子和離子，整體呈氣體，含有大量電子和離子，整體呈現(xiàn)電中性，是電的良導(dǎo)體?，F(xiàn)電中性，是電的良導(dǎo)體。n電感耦合等離子炬電感耦合等離子炬ICP:利用高頻電流利用高頻電流經(jīng)過電感感應(yīng)線圈耦合，電離加經(jīng)過電感感應(yīng)線圈耦合，電離加熱任務(wù)氣體而產(chǎn)生的火焰狀等離子體。熱任務(wù)氣體而產(chǎn)生的火焰狀等離子體。具有溫度高、離子線的發(fā)射強(qiáng)度大等具有溫度高、離子線的發(fā)射強(qiáng)度大等特點(diǎn)。特點(diǎn)。n激發(fā)利用激發(fā)利用ICP使試樣蒸發(fā)汽化，離解或分解使試樣蒸發(fā)汽化，離解或分解為原子形狀，原子能夠進(jìn)一步電離成離子為原子形狀，原子能夠進(jìn)一步電離成離子形狀，

2、原子或離子在激發(fā)光源中激發(fā)發(fā)光形狀，原子或離子在激發(fā)光源中激發(fā)發(fā)光n分光利用分光光譜儀將從光源激發(fā)發(fā)射光分光利用分光光譜儀將從光源激發(fā)發(fā)射光分解為按波長陳列的圖譜分解為按波長陳列的圖譜n檢測利用光電器件檢測光譜，按測定得到檢測利用光電器件檢測光譜，按測定得到的發(fā)射光特征光譜波長對試樣進(jìn)展定性分的發(fā)射光特征光譜波長對試樣進(jìn)展定性分析，按發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)展定量分析析，按發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)展定量分析kTEmKNmOeNmhII I為譜線強(qiáng)度；為譜線強(qiáng)度； N N為單位體積內(nèi)激發(fā)態(tài)原子數(shù)；為單位體積內(nèi)激發(fā)態(tài)原子數(shù)；m m為兩個(gè)能級之間為兩個(gè)能級之間的躍遷概率；的躍遷概率； h h為普朗克常數(shù)；為普朗克常數(shù)； 為

3、發(fā)射譜線的頻率。在一定為發(fā)射譜線的頻率。在一定的條件下，譜線強(qiáng)度僅和的條件下，譜線強(qiáng)度僅和N N成正比，其他均為常數(shù)。在固定實(shí)驗(yàn)成正比，其他均為常數(shù)。在固定實(shí)驗(yàn)條件下，激發(fā)態(tài)原子數(shù)與樣品中該元素的濃度成正比，所以譜線條件下，激發(fā)態(tài)原子數(shù)與樣品中該元素的濃度成正比，所以譜線強(qiáng)度與待測元素濃度成正比。強(qiáng)度與待測元素濃度成正比。bCaIa a為常數(shù)為常數(shù),C,C為待測元素的濃度為待測元素的濃度b b為自吸系數(shù)，隨濃度為自吸系數(shù)，隨濃度 c c添加添加而減小，當(dāng)濃度很小，自吸而減小，當(dāng)濃度很小，自吸消逝時(shí)，消逝時(shí)，b=1b=1定量關(guān)系式n1分析精度高分析精度高 對周期表多數(shù)元素有較好的對周期表多數(shù)元素

4、有較好的檢出限檢出限 ，特別是對于易構(gòu)成耐高溫氧化物的，特別是對于易構(gòu)成耐高溫氧化物的元素，檢出限比原子吸收法要低幾個(gè)數(shù)量級元素，檢出限比原子吸收法要低幾個(gè)數(shù)量級.n2樣品范圍廣樣品范圍廣 利用溶液霧化后的進(jìn)樣方式，利用溶液霧化后的進(jìn)樣方式，可測可測70多種元素，可同時(shí)進(jìn)展多元素的測定。多種元素，可同時(shí)進(jìn)展多元素的測定。73動(dòng)態(tài)線性范圍寬 大于106，不需稀釋濃縮處置程序同時(shí)測定高、低濃度的元素，提高了檢測速度，免去樣品處置，可實(shí)現(xiàn)試樣中主要成分、次要成分甚至微量成分的同時(shí)測定。4) 精細(xì)度好當(dāng)檢測器積分時(shí)間為1030秒，分析濃度為檢出限的50100倍時(shí)，凈譜線信號的相對規(guī)范偏向可達(dá)1%以下；

5、分析濃度為檢出限的510倍時(shí)，規(guī)范偏向?yàn)?8%。假設(shè)改用攝譜法，同樣濃度的規(guī)范偏向?yàn)?19%。85)基體干擾少在ICP-AES中，試樣溶液經(jīng)過光源的中心通道而受熱蒸發(fā)、分解和激發(fā)，相當(dāng)于管式爐間接加熱，加熱溫度高達(dá)5000-7000K，因此化學(xué)干擾和電離干擾都很低。可直接用純水配制規(guī)范溶液，不需添加抗干擾試劑，或者幾種不同基體的試樣溶液采用同一套規(guī)范溶液來測試。6可進(jìn)展定性分析 利用規(guī)范譜線庫進(jìn)展定性和半定量分析97). 可多元素同時(shí)測定或延續(xù)測定由于基體干擾低，元素與元素之間相互關(guān)擾少，假設(shè)采用混合規(guī)范溶液便可進(jìn)展多元素同時(shí)測定10ICP-AES的缺陷1). 靈敏度還不夠高對某些試樣來說，檢

6、出限還不能滿足要求，中低溫元素靈敏度還不如原子吸收分析，如堿金屬。2). 霧化效率低普通氣動(dòng)霧化進(jìn)樣法的霧化效率只需不到10%。且霧化器容易堵塞，呵斥任務(wù)不穩(wěn)定。3). 氬氣耗費(fèi)大由于等離子體炬溫度很高，容易燒毀石英炬管，必需通以大量氬氣維護(hù),用分子氣體氮?dú)獾热〈鷼鍤獾膶?shí)驗(yàn)尚未推行到實(shí)踐運(yùn)用大約4小時(shí)耗費(fèi)一瓶氬氣。而原子吸收所運(yùn)用的乙炔，一瓶可以運(yùn)用好幾百小時(shí)。4)對非金屬元素，如C、O、N、鹵素?zé)o法檢測。 5)一些元素如P、S、Se、Te等元素激發(fā)電位高，靈敏度較低。7)儀器比較昂貴。 原理：當(dāng)高頻發(fā)生器接通電源后，高頻電流I經(jīng)過感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場(綠色)。 開場時(shí)，管內(nèi)為Ar氣，不導(dǎo)電，

7、需求用高壓電火花觸發(fā)，使氣體電離后，在高頻電磁場的作用下，帶電粒子高速運(yùn)動(dòng)，碰撞，構(gòu)成“雪崩式放電，產(chǎn)生等離子體氣流。在垂直于磁場方向?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，在管口構(gòu)成穩(wěn)定的等離子體焰炬。 高頻發(fā)生器高頻發(fā)生器 兩種類型：兩種類型： 自激式頻率漂移和晶控他激式利自激式頻率漂移和晶控他激式利用石英晶體的壓電效應(yīng)產(chǎn)生高頻振蕩，頻率固定用石英晶體的壓電效應(yīng)產(chǎn)生高頻振蕩，頻率固定經(jīng)過感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻磁場以供應(yīng)等離子體能量。高頻經(jīng)過感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻磁場以供應(yīng)等離子體能量。高頻火花發(fā)生器誘發(fā)炬管中的氬氣，使之發(fā)生部分電離，火花發(fā)生器誘發(fā)炬管

8、中的氬氣，使之發(fā)生部分電離，產(chǎn)生離子，電子，它們以圓形軌道環(huán)繞磁力線旋進(jìn)，產(chǎn)生離子，電子，它們以圓形軌道環(huán)繞磁力線旋進(jìn)，電子、離子密度迅速增大，構(gòu)成亮堂的放電或火球，電子、離子密度迅速增大，構(gòu)成亮堂的放電或火球，即即ICP火焰等離子體?；鹧娴入x子體。 ICP的構(gòu)成實(shí)踐上是氣體電離為離子和電子的過程。的構(gòu)成實(shí)踐上是氣體電離為離子和電子的過程。炬管：三層同心石英管炬管：三層同心石英管 冷卻氣：沿切線方向引入外管，它主要起冷卻作用，維護(hù)石冷卻氣：沿切線方向引入外管，它主要起冷卻作用，維護(hù)石英炬管免被高溫所熔化，使等離子體的外外表冷卻并與管壁英炬管免被高溫所熔化，使等離子體的外外表冷卻并與管壁堅(jiān)持一定

9、的間隔。其流量約為堅(jiān)持一定的間隔。其流量約為10-15L/min10-15L/min，視功率的大小以，視功率的大小以及炬管的大小、質(zhì)量與冷卻效果而定。及炬管的大小、質(zhì)量與冷卻效果而定。輔助氣：沿切線方向通入中層管，其流量在輔助氣：沿切線方向通入中層管，其流量在0.5-1.5L/mim0.5-1.5L/mim，作用是作用是“點(diǎn)燃等離子體，并使高溫的點(diǎn)燃等離子體，并使高溫的ICPICP底部與中心管、中底部與中心管、中層管堅(jiān)持一定的間隔，維護(hù)中心管和中層管的頂端，尤其是層管堅(jiān)持一定的間隔，維護(hù)中心管和中層管的頂端，尤其是中心管口不被燒熔或過熱，減少氣溶膠所帶的鹽分過多地堆中心管口不被燒熔或過熱，減少

10、氣溶膠所帶的鹽分過多地堆積在中心管口上。另外它又起到抬升積在中心管口上。另外它又起到抬升ICPICP，改動(dòng)等離子體察看，改動(dòng)等離子體察看高度的作用。高度的作用。載氣：從霧化器通入，將樣品溶液轉(zhuǎn)化為粒徑只需載氣：從霧化器通入，將樣品溶液轉(zhuǎn)化為粒徑只需1-10um1-10um的的氣溶膠；將樣品的氣溶膠引入氣溶膠；將樣品的氣溶膠引入ICPICP；對霧化器、霧化室、中心；對霧化器、霧化室、中心管起清洗作用。載氣的流量普通在管起清洗作用。載氣的流量普通在0.4-1.0L/min0.4-1.0L/min。進(jìn)樣安裝進(jìn)樣安裝 蠕動(dòng)泵蠕動(dòng)泵 為了更好地控制進(jìn)樣量，在霧化器前加裝一為了更好地控制進(jìn)樣量，在霧化器前

11、加裝一個(gè)蠕動(dòng)泵。經(jīng)過調(diào)整蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整進(jìn)樣速個(gè)蠕動(dòng)泵。經(jīng)過調(diào)整蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整進(jìn)樣速度，改動(dòng)進(jìn)樣量。度，改動(dòng)進(jìn)樣量。蠕動(dòng)泵的優(yōu)點(diǎn)：蠕動(dòng)泵的優(yōu)點(diǎn)：1消除溶液自然提升限制，溶液粘度效應(yīng)減少消除溶液自然提升限制，溶液粘度效應(yīng)減少2限制空氣的引入，液體的提升可以改動(dòng)。限制空氣的引入，液體的提升可以改動(dòng)。3添加泵速以減少樣品的清洗時(shí)間。添加泵速以減少樣品的清洗時(shí)間。缺陷：泵的脈沖影響能夠會(huì)引起精度變化缺陷：泵的脈沖影響能夠會(huì)引起精度變化大約 25 mm大約 40 mm毛細(xì)管外殼噴嘴液體(試樣)進(jìn)入氣體進(jìn)入(側(cè)臂)Ar試樣對氣溶膠產(chǎn)生緩沖作用，消除壓力的動(dòng)搖和脈沖對氣溶膠產(chǎn)生緩沖作用，消除壓力的動(dòng)搖

12、和脈沖適宜分析的氣溶膠導(dǎo)入適宜分析的氣溶膠導(dǎo)入ICPICP排液霧化器過來的氣溶膠氣溶膠霧氣到炬管排液擾流器霧化器過來的氣溶膠氣溶膠到炬管霧化器氣溶膠到炬管排液一、感光板一、感光板由照相乳劑均勻涂在玻璃板上而成。丈量感光板上由照相乳劑均勻涂在玻璃板上而成。丈量感光板上照相乳劑感光后變黑的程度照相法。照相乳劑感光后變黑的程度照相法。照相檢測法可以在很寬的范圍內(nèi)記錄，對于判別干照相檢測法可以在很寬的范圍內(nèi)記錄，對于判別干擾線，選擇分析線很方便。因此，在定性分析和擾線，選擇分析線很方便。因此，在定性分析和多元素同時(shí)定量分析中依然有一定的用途。多元素同時(shí)定量分析中依然有一定的用途。定量分析測譜線的強(qiáng)度，

13、定量分析測譜線的強(qiáng)度，I CI C。用測微光度計(jì)。用測微光度計(jì)丈量譜線上譜線的黑度，換算成強(qiáng)度，經(jīng)常運(yùn)用丈量譜線上譜線的黑度，換算成強(qiáng)度，經(jīng)常運(yùn)用內(nèi)標(biāo)法。內(nèi)標(biāo)法。 用照相法記錄光譜的原子發(fā)射光譜儀為攝譜儀用照相法記錄光譜的原子發(fā)射光譜儀為攝譜儀2022-2-9 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的強(qiáng)度； 兩種類型：多道固定狹縫式和單道掃描式； 一個(gè)出射狹縫和一個(gè)光一個(gè)出射狹縫和一個(gè)光電倍增管，可接受一條譜線，電倍增管，可接受一條譜線，構(gòu)成一個(gè)丈量通道；構(gòu)成一個(gè)丈量通道； 單道掃描式是轉(zhuǎn)動(dòng)光柵單道掃描式是轉(zhuǎn)動(dòng)光柵進(jìn)展掃描，在不同時(shí)間檢測進(jìn)展掃描，在不同時(shí)間檢測不同譜線

14、；不同譜線； 多道固定狹縫式那么是安裝多個(gè)多達(dá)70個(gè)，同時(shí)測定多個(gè)元素的譜線；2022-2-9特點(diǎn)特點(diǎn) : (1) 多達(dá)多達(dá)70個(gè)通道可選擇設(shè)置，同時(shí)進(jìn)展多元素分析，這個(gè)通道可選擇設(shè)置，同時(shí)進(jìn)展多元素分析，這是其他金屬分析方法所不具備的；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；分析速度快，準(zhǔn)確度高； (3) 線性范圍寬，線性范圍寬， 45個(gè)數(shù)量級，高、中、低濃度都可分個(gè)數(shù)量級，高、中、低濃度都可分析；析；缺陷：出射狹縫固定，各通道檢測的元素譜線一定；缺陷：出射狹縫固定，各通道檢測的元素譜線一定；改良型：改良型： n+1型型ICP光譜儀光譜儀 在多道儀器的根底上，設(shè)置一個(gè)掃

15、描單色器，添加一個(gè)在多道儀器的根底上，設(shè)置一個(gè)掃描單色器，添加一個(gè)可變通道；可變通道；n三三 電荷耦合器件檢測器電荷耦合器件檢測器CCD)CCD)、電荷注入檢測、電荷注入檢測器器CID)CID)n 實(shí)現(xiàn)全譜接納和多元素同時(shí)測定全譜直讀等離子體光譜儀全譜直讀等離子體光譜儀 采用CID陣列檢測器，可同時(shí)檢測165800nm波長范圍內(nèi)出現(xiàn)的全部譜線；中階梯光柵分光系統(tǒng)，儀器構(gòu)中階梯光柵分光系統(tǒng)，儀器構(gòu)造緊湊，體積大大減少；造緊湊，體積大大減少；兼具多道型和掃描型特點(diǎn)；兼具多道型和掃描型特點(diǎn)；CIDCID：電荷注入式檢測器：電荷注入式檢測器(charge (charge injection detec

16、tor,CID), injection detector,CID), 282828mm28mm半導(dǎo)體芯片上，半導(dǎo)體芯片上，2626萬個(gè)感萬個(gè)感光點(diǎn)點(diǎn)陣光點(diǎn)點(diǎn)陣( ( 每個(gè)相當(dāng)于一個(gè)光電倍每個(gè)相當(dāng)于一個(gè)光電倍增管增管) )；儀器特點(diǎn)儀器特點(diǎn): :(1) 測定每個(gè)元素可同時(shí)選用多條譜線；測定每個(gè)元素可同時(shí)選用多條譜線；(2) 可在一分鐘內(nèi)完成可在一分鐘內(nèi)完成70個(gè)元素的定量測定；個(gè)元素的定量測定；(3) 可在一分鐘內(nèi)完成對未知樣品中多達(dá)可在一分鐘內(nèi)完成對未知樣品中多達(dá)70多元素的定性；多元素的定性；(4) 1mL的樣品可檢測一切可分析元素；的樣品可檢測一切可分析元素；(5) 扣除基體光譜干擾；扣除

17、基體光譜干擾；(6) 全自動(dòng)操作；全自動(dòng)操作；(7) 分析精度：分析精度：CV 0.5%。n定性分析定性分析n 根據(jù)原子發(fā)射光譜中各元素固有的一列根據(jù)原子發(fā)射光譜中各元素固有的一列特征譜線的存在與否可以確定供試品中能否特征譜線的存在與否可以確定供試品中能否含有相應(yīng)的元素含有相應(yīng)的元素n n 二定量分析二定量分析 規(guī)范曲線法規(guī)范曲線法 在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，某元素的譜線強(qiáng)度與等離子體中處于各個(gè)能級的該元素的原子或離子總密度成正比：I=acb lgI=a +blgc可以作lgIlgc圖規(guī)范曲線法是將知含量的標(biāo)樣,丈量所發(fā)射的譜線的強(qiáng)度作為分析曲線,然后將未知含量的樣品與知含量的樣品在一樣條件下測定.

18、根據(jù)任務(wù)曲線,從而確定樣品中元素的含量. 規(guī)范系列法是測試中最簡單的方法。假設(shè)規(guī)范系列法是測試中最簡單的方法。假設(shè)樣品的基體很少，樣品溶液和規(guī)范溶液的粘度、樣品的基體很少，樣品溶液和規(guī)范溶液的粘度、外表張力、密度等應(yīng)該是一樣或相近的，測試結(jié)外表張力、密度等應(yīng)該是一樣或相近的，測試結(jié)果應(yīng)是可靠的。但是假設(shè)試樣溶液和規(guī)范溶液存果應(yīng)是可靠的。但是假設(shè)試樣溶液和規(guī)范溶液存在粘度、外表張力、密度等的差別，用規(guī)范溶液在粘度、外表張力、密度等的差別，用規(guī)范溶液系列法就難以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確，由于兩者的系列法就難以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確，由于兩者的霧化效率不一樣。霧化效率不一樣。 干擾及其消除干擾及其消除 主要干

19、擾：物理干擾、電離干擾和光主要干擾：物理干擾、電離干擾和光譜干擾譜干擾 化學(xué)干擾可以忽略化學(xué)干擾可以忽略 40n原理原理n 空氣中氣溶膠態(tài)鉬及其化合物用微孔濾膜采集，消解空氣中氣溶膠態(tài)鉬及其化合物用微孔濾膜采集，消解后，用等離子體發(fā)射光譜儀在后，用等離子體發(fā)射光譜儀在202.03nm 波長下進(jìn)展定量波長下進(jìn)展定量測定。測定。n 儀器儀器 n1 微孔濾膜，孔徑微孔濾膜，孔徑0.8m。n2 采樣夾，濾料直徑為采樣夾，濾料直徑為40mm。n3 小型塑料采樣夾，濾料直徑為小型塑料采樣夾，濾料直徑為25mm。 n4 空氣采樣器，流量空氣采樣器，流量 03L/min和和010L/min。n5 燒杯，燒杯，

20、50ml。n6 電熱板或電砂浴。電熱板或電砂浴。 n7 具塞比色管，具塞比色管，25ml。 n8電感巧合等離子體發(fā)射光譜儀。電感巧合等離子體發(fā)射光譜儀。儀器操作條件儀器操作條件發(fā)發(fā) 射射 波波 長：長：202.03 nm；入；入 射射 功功 率：率：1150W；霧化氣流量：霧化氣流量：0.6L/min；輔助氣流量：；輔助氣流量：1.0L/min；冷卻氣流量：冷卻氣流量：1.1 L/min。 試劑試劑 實(shí)驗(yàn)用水為去離子水，用酸為優(yōu)級純。實(shí)驗(yàn)用水為去離子水，用酸為優(yōu)級純。 1 硝酸，硝酸，201.42g/ml。2 高氯酸，高氯酸，201.67g/ml。3 鹽酸，鹽酸，201.18g/ml。4 消化

21、液：消化液：100ml 高氯酸參與高氯酸參與400ml 硝酸中。硝酸中。 5 稀消化液：取稀消化液：取50ml 消化液用水稀釋至消化液用水稀釋至1L。6 規(guī)范溶液：稱取規(guī)范溶液：稱取1.5000g 三氧化鉬，用少量三氧化鉬，用少量50g/L氫氧化鈉溶液溶氫氧化鈉溶液溶解，用鹽酸中和，再加解，用鹽酸中和，再加20ml鹽酸；用水定量轉(zhuǎn)移入鹽酸；用水定量轉(zhuǎn)移入500ml 容量瓶容量瓶中，并稀釋至刻度。此溶液為中，并稀釋至刻度。此溶液為2.0mg/ml 規(guī)范貯備液。臨用前，規(guī)范貯備液。臨用前，用水稀釋成用水稀釋成1.0mg/ml 鉬規(guī)范溶液。或用國家認(rèn)可的規(guī)范溶液配鉬規(guī)范溶液?；蛴脟艺J(rèn)可的規(guī)范溶液配制。制。n規(guī)范曲線的繪制：取規(guī)范曲線的繪制：取5 5只具塞比色管，分別參與只具塞比色管，分別參與0.000.00、0.250.25、0.500.50、1.001.00、1.50ml1.50ml鉬規(guī)范溶液，各加稀消鉬規(guī)范溶液，各加稀消化液