等離子電感耦合—原子發(fā)射光譜(ICP-AES)方法測(cè)定土壤中若干元素(共8頁(yè))

1、高等分析實(shí)驗(yàn)PAGE PAGE - 12 -實(shí)驗(yàn)(shyn)二、等離子電感(din n)耦合原子發(fā)射光譜（ICPAES）方法測(cè)定土壤(trng)中若干元素實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解ICP光譜儀的使用方法。2、了解ICPAES方法的基本原理及實(shí)驗(yàn)影響因素實(shí)驗(yàn)原理電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP)定量分析依據(jù)與經(jīng)典的原子發(fā)射光譜法相同。即待測(cè)元素的濃度與其發(fā)射的特征譜線強(qiáng)度關(guān)系符合賽柏羅馬金公式：I=acb或lgI=blgclga 式中I為譜線強(qiáng)度；c為待測(cè)元素濃度；a為與蒸發(fā)解離等有關(guān)的常數(shù)；b為與自吸有關(guān)的系數(shù)。當(dāng)試液濃度較小時(shí)，b1，又實(shí)驗(yàn)條件固定時(shí)a為常數(shù)。lgI=lgcK。ICP炬是繼火花、電弧之后

2、又一種新的激發(fā)光源，它是一個(gè)火焰形狀的放電體光源（炬中心形成溫度為67000K）。常規(guī)工作方式為溶液樣品霧化后，送入ICP炬中激發(fā)，產(chǎn)生發(fā)射光譜被檢測(cè)。IRIS等離子體光譜儀采用中階梯光譜光學(xué)系統(tǒng)和獨(dú)特的（CID）固體檢測(cè)器來(lái)提供完整的和全波長(zhǎng)覆蓋的分析譜圖。ICP光源主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)檢出限低：許多元素可達(dá)到1g/L。(2)耗樣少：35mL。(3)精密度好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.5%3%。(4)準(zhǔn)確度通常相對(duì)誤差小于10%。（5）線性范圍寬：可達(dá)到46個(gè)數(shù)量級(jí)。（6）可多元素同時(shí)分析等。實(shí)驗(yàn)步驟（1）樣品處理 稱取風(fēng)干研細(xì)土樣5.00g，滴加少量去離子水潤(rùn)濕，加1:1HNO330mL，緩緩加熱煮沸

3、冷卻（40左右），加10滴H2O2，加熱煮沸幾分鐘，冷卻，過濾，濾液收集于50mL容量瓶中，用去離子水定容，搖勻備用。（2）ICP光譜儀測(cè)定溶液中若干離子濃度。 儀器(yq)操作步驟見附件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告(bogo)參數(shù)（一）、儀器(yq)參數(shù)儀器生產(chǎn)商：美國(guó)Thermo Elemental公司型號(hào)： IRIS Intrepid光譜儀類型：簡(jiǎn)稱 ICPAES以電感耦合氬氣等離子體為光源的原子發(fā)射光譜全稱：Inductively coupled Argon plasma-Atomic Emission Spectrometer分析參數(shù)： RF功率 1150 W 霧化器壓力 28.0 PSI 輔助氣

4、流 0.5 l / min 等離子氣流 15 l / min 觀察方向 Axial 或 Radial 積分時(shí)間 US狹縫30 S、Vis 狹縫5 S 同心式霧化器 提升量 1.85 ml / min（二）、數(shù)據(jù)以及處理1. 測(cè)量的數(shù)據(jù)如下：測(cè)量的數(shù)據(jù)以及結(jié)果如下： 元素結(jié)果K7604Ca3179Mg2802Cd2265Cr2677Cu3247Mn2576Unitsppmppmppmppmppmppmppm1#Arg162.4110741.350.31952.26012.1036.37Stddev0.796.120.00090.0040.030.851%RSD0.44610.83660.2914

5、0.28070.19650.22302.348注：低標(biāo)：0 ug/ml; 高標(biāo)： 10 ug/ml2. 計(jì)算土壤中各種金屬的含量：K7604的含量：162.4ug/ml 50ml 5g = 1624 ug/g 即 1624mg/kg同理算出其他金屬元素在土壤中的含量，結(jié)果：Ca3179 的含量：11070 mg/kgMg2802的含量：413.5mg/kgCd2265的含量：3.195mg/kgCr2677的含量：22.60 mg/kgCu3247的含量：121.0mg/kgMn2576的含量：363.7mg/kg將所得到的數(shù)據(jù)(shj)寫成列表的形式：土壤中各種( zhn)金屬的含量時(shí)間(s

6、hjin)：2011-03-25和2011-04-01 實(shí)驗(yàn)人員：呂小平，殷薛飛元素結(jié)果KCaMgCdCrCuMnUnitsmg/kgmg/kgmg/kgmg/kgmg/kgmg/kgmg/kg1#Arg162411070413.53.19522.60121.0363.73.數(shù)據(jù)分析 3.1 這次的土壤是生活園區(qū)的花園中取的，所以，可能養(yǎng)分比較多，比如說(shuō) 鉀(K) 的含量。 3.2 鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu) 等都是重金屬元素，可以對(duì)比中華人民共和國(guó)土地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)如下：土地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值單位：mg/kg GB 15618-1995級(jí)別pH項(xiàng)目一級(jí)二級(jí)三級(jí)自然背景7.56.5鎘

7、0.200.300.601.0銅 農(nóng)田等 3550100100400 果園 150200200400鉻 水田 90250300350400 旱地 90150200250300 對(duì)比我們的所測(cè)定的元素滿足的標(biāo)準(zhǔn)：重金屬元素測(cè)定結(jié)果單位：mg/kg元素項(xiàng)目鎘(Cd)鉻(Cr)銅(Cu)測(cè)定結(jié)果3.19522.60121.0范圍 0.6 90 200滿足標(biāo)準(zhǔn)超過三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)從測(cè)定的結(jié)果看，除了 鎘(Cd) 含量太多以外，其他兩種重金屬元素的含量不算高，鉻(Cr) 滿足(mnz)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而 銅(Cu) 滿足二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤的質(zhì)量還是不錯(cuò)。思考題ICP光源具有哪些優(yōu)點(diǎn)，闡明產(chǎn)生(chnshn

8、g)這些優(yōu)點(diǎn)的原因。答：(1) 檢出能力(nngl)強(qiáng)。 電弧或火花的檢出限大多數(shù)為ppm級(jí)，而ICP可達(dá)ppb或ppt級(jí)。對(duì)某些難激發(fā)元素來(lái)講，要超過火焰原子吸收法及原子熒光法。因此它是高純樣品中痕量元素分析的有力工具之一。下表是幾種原子光譜法檢出限的比較。幾種原子光譜法檢出限的比較 原因： 第一，標(biāo)準(zhǔn)分析區(qū)有足夠高的激發(fā)溫度(60007000K)；第二，樣品從中心通道進(jìn)入分析區(qū)，不與空氣中的氧接觸，氬的ICP的通道內(nèi)是無(wú)氧環(huán)境，能阻止親氧元素生成雙原子氧化物分子，而使之充分原子化；第三，樣品在通道內(nèi)滯留時(shí)間較長(zhǎng)，達(dá)毫秒級(jí)，在火焰光源中只滯留幾十微秒。因此試樣的微?？梢缘玫匠浞值恼舭l(fā)、解離和

9、激發(fā)；第四，是亞穩(wěn)態(tài)氬參與激發(fā)過程，提供激發(fā)能量，對(duì)離子線更為有利。 (2) 精密度好。 在ICP光源中，樣品氣溶膠進(jìn)入炬焰的速率是由霧化進(jìn)樣系統(tǒng)精密控制的，是個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，原子(yunz)化和激發(fā)的過程也不隨時(shí)間變化。因此，ICP光源的精密度大大超過經(jīng)典發(fā)射光譜及原子吸收法，RSD1%。此外，在實(shí)際分析中有時(shí)可不必選用(xunyng)內(nèi)標(biāo)也可得滿意的結(jié)果。（3）基體和第三元素(yun s)的影響小，準(zhǔn)確度高。 在電弧、火花等經(jīng)典光源中，基體和第三元素的組成對(duì)分析有顯著的影響。為了獲得可靠的分析結(jié)果，必須備有組成被分析樣品一致的標(biāo)準(zhǔn)樣品，以補(bǔ)償基體和第三元素的影響，來(lái)控制工作曲線的移動(dòng)，這是一般

10、發(fā)射光譜的嚴(yán)重缺點(diǎn)。ICP光源的基體和第三元素的影響輕微。其原因一是如前所述，ICP放電條件受組成的影響很小，二是亞穩(wěn)態(tài)氬原子起著光譜緩沖劑的作用，激發(fā)條件保持穩(wěn)定，具有抗低電離電位元素干擾的能力，化學(xué)干擾少。有可能只用一套標(biāo)樣來(lái)分析某一類基體成分有所變化的樣品，例如合金鋼的分析。 （4）線性范圍大。 由于分析區(qū)受高溫區(qū)的包圍，因此自吸現(xiàn)象很輕微，動(dòng)態(tài)范圍(即工作曲線的線性范圍)可達(dá)4-5個(gè)數(shù)量級(jí)。與光電直讀的儀器相配合，從常量到微量都可進(jìn)行測(cè)定。 （5）光譜背景小。 感應(yīng)區(qū)發(fā)射強(qiáng)烈的連續(xù)背景，因而實(shí)際觀測(cè)要避開感應(yīng)區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)分析區(qū)的背景很微弱，背景輻射隨著觀察高度的增加急劇地減小。ICP光源的

11、幾何特點(diǎn)是能使背景輻射的最強(qiáng)處與譜線輻射的最佳區(qū)域分開，這一點(diǎn)對(duì)提高譜線和背景的強(qiáng)度比是十分有利的。 （6）多元素同時(shí)測(cè)定。 一般的分析方法采用同一種條件不可能對(duì)所有元素都適合，而在lCP中有可能采用折衷條件進(jìn)行多元素的同時(shí)測(cè)定。 （7）不用電極，避免了電極的沾污。 它是通過感應(yīng)圈的耦合而獲取能量，無(wú)需使用電極，因而可以避免電極的沾污。 （8）曝光(bo gung)時(shí)間短。 ICP光源(gungyun)溫度高，光強(qiáng)大，所以曝光時(shí)間短，一般只需土620秒。而且ICP放電持續(xù)，不存在(cnzi)傳統(tǒng)電弧光源的換電極、反復(fù)接通電源等操作，因此勞動(dòng)強(qiáng)度得到減輕，工作效率大為提高。分析多種元素基體復(fù)雜時(shí)

12、譜線、工作參數(shù)的選擇該注意哪些？答：對(duì)于一臺(tái)ICP光譜儀，用戶可以調(diào)節(jié)控制的實(shí)驗(yàn)參數(shù)4個(gè)，即：射頻發(fā)生器的功率、工作氣體（冷卻氣、輔氣、載氣）的流速、霧化進(jìn)樣速率和觀測(cè)高度。其中，功率、載氣流速和觀測(cè)高度三者是影響分析線信號(hào)的關(guān)鍵因素。 (1)對(duì)于多元素分析時(shí)，工作參數(shù)的選擇需要考慮兼顧不同元素的問題，一般采取折衷。（2）若同時(shí)需要有高的檢出能力和低的干擾水平，則功率、載氣氣流、觀測(cè)高度三者可采用的數(shù)值范圍很小。偏離該最佳工作條件時(shí)，功率較高則檢出限變差，載氣較大或者觀測(cè)高度教高則干擾趨重，觀測(cè)高度較低則檢出限、干擾水平都變壞，載氣過小還限制氣溶膠的產(chǎn)生。（3）最佳工作參數(shù)隨儀器而稍有不同。當(dāng)

13、更換矩管、霧化器等組件時(shí)，需要重新調(diào)整設(shè)置的參數(shù)。 （4）ICP具有優(yōu)良的激發(fā)性能，使要測(cè)得分析線和不要測(cè)得共存物譜線都發(fā)射了，這增加了光譜干擾的機(jī)會(huì)，因此，要求光譜儀具有挑選分析線波長(zhǎng)避開嚴(yán)重光譜干擾的靈活性。而光譜靈活性和多元素分析能力互相制約。 （5）ICP的基體效應(yīng)比較輕微，但是，測(cè)定多元素時(shí)，多譜線基體引起的光譜干擾時(shí)原子發(fā)射光譜的特點(diǎn)。 （6）各種元素的原子化特性不同，分析線的激發(fā)性能也各不相同，各種元素的最佳工作參數(shù)以及在炬焰中的最佳觀測(cè)位置并不相同。 （7）多元素測(cè)定時(shí)，存在交叉干擾，往往不易確定理想的分離方法和試劑，可以采取干擾系數(shù)(xsh)法，通過測(cè)定干擾元素的純?nèi)芤簼舛葋?lái)

14、確定干擾系數(shù)，從而對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行濃度校正。 （8）通過(tnggu)優(yōu)化工作參數(shù)，找到基體影響輕微的條件。 （9）選擇(xunz)好分析線，因?yàn)槊總€(gè)待測(cè)元素都有多條可被選擇的分析線，譜線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度都是已知的，多元素測(cè)定時(shí)，需要考慮共存元素譜線是否會(huì)重疊產(chǎn)生干擾，才可以方便的決定分析線。 （10）某些元素可以不采用最靈敏線，可以避免光譜干擾。 比如 Zn 的最靈敏線 213.856nm 和次靈敏線 202.551nm 分別受 Cu 的213.851nm 和 202.548nm 線的干擾，造成正誤差，因而 Zn 的分析選用 206.191 為分析線。怎樣進(jìn)一步提高ICP測(cè)定的準(zhǔn)確性？答： （1）

15、光譜分析是一種相對(duì)分析方法，一般需要一套標(biāo)準(zhǔn)樣品做對(duì)照，由于樣品的組成、結(jié)構(gòu)的變化等對(duì)測(cè)定結(jié)果有較大的影響，因此，配制一套合用的標(biāo)準(zhǔn)樣品在實(shí)際上不是一件容易的事，而且標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)定尚需以化學(xué)分析為基礎(chǔ)。光譜分析方法可與其它分析方法配合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，其作用更能得到發(fā)揮。（2）選擇沒有干擾的譜線作為分析線。（3）根據(jù)待測(cè)元素的性質(zhì)，適當(dāng)?shù)倪x擇火焰的類型、燃?xì)馀c助燃?xì)獾牧髁考捌浔壤取?（4）調(diào)節(jié)適量的噴霧量，單色器的狹縫寬度或?yàn)V光片的半寬度在檢測(cè)允許的條件下盡量小些。 （5）樣品(yngpn)的前處理也比較重要，需要嚴(yán)格按照要求來(lái)處理樣品，比如用酸處理完全等等。 附件(fjin)：IRIS In

16、trepid電感(din n)耦合等離子體原子發(fā)射光譜操作一、儀器(yq)的準(zhǔn)備1、開機(jī)(ki j)： 先開氣，后開機(jī)。注意自檢。2、點(diǎn)火： 檢查Ar的儲(chǔ)量（1瓶），分壓（氧壓力表0.50.8Mpa）。上好泵夾，進(jìn)樣管放入水中，檢查廢液桶是否清空。開墻壁上的抽氣機(jī)電源。3、穩(wěn)定： 光室恒溫 900.5 （25小時(shí)）CID冷卻溫度 -40 （13分鐘）點(diǎn)燃ICP炬并適當(dāng)?shù)却?（1520分鐘）二、建立分析方法選擇合適譜線 強(qiáng)度合適 XXXXX (不大于8000) 干擾少設(shè)置儀器工作參數(shù)積分時(shí)間、次數(shù)、沖洗時(shí)間Plasma參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度光學(xué)參數(shù)（扣背景、扣干擾）步驟： MethodNew Analysis preferencesSource settingStandardsMethod save 三、數(shù)據(jù)采集處理吸入樣品試液進(jìn)行掃描檢查譜線輪廓圖如有明顯偏移則拍Full Frame校正譜線，并確定背景校正