ICP-OES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀要點知識總結(jié)

1、ICP-OES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀要點知識總結(jié)ICP-OES是指電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，可用于地質(zhì)、環(huán)保、化工、生物、醫(yī)藥、食品、冶金、農(nóng)業(yè)等方面樣品中七十多種金屬元素和部分非金屬元素的定性、定量分析。1.ICP-原子發(fā)射光譜發(fā)展1928年，Lundegardh（倫德加特）應(yīng)用啟動噴霧器和空氣-乙炔火焰建立了定量分析的線性關(guān)系，出現(xiàn)了火焰光度分析法；20世紀(jì)40年代，電火花和電弧為光源為電源的光電直讀發(fā)射光譜儀出現(xiàn)，克服了火焰發(fā)射光譜法只能用于少數(shù)幾種元素溶液分析的局限性；20世紀(jì)60年代，原子吸收光譜法的建立，發(fā)射光譜法在分析化學(xué)中的作用下降；20世紀(jì)70年代，等離子體發(fā)射光譜儀的

2、出現(xiàn)，使原子發(fā)射光譜再度發(fā)展起來，應(yīng)用范圍擴大。2.ICP-AES原理及構(gòu)成一、ICP-AES的原理原子發(fā)射光譜分析是根據(jù)原子所發(fā)射的光譜來測定物質(zhì)的化學(xué)組分的。不同的物質(zhì)由不同元素的原子所組成，而原子都包含著一個結(jié)構(gòu)緊密的原子核，核外圍繞著不斷運動的電子。每個電子處在一定的能級上，具有一定的能量。在正常的情況下，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，它的能量是最低的，這個狀態(tài)被稱為基態(tài)。當(dāng)原子在外界能量的作用下轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子，并使氣態(tài)原子的外層電子激發(fā)至高能態(tài)。當(dāng)從較高的能級躍遷到較低能級時，原子將釋放出多余的能量而發(fā)射出特征譜線。對所產(chǎn)生的輻射經(jīng)過攝譜儀器進行色散分光，按波長順序記錄在感光板上，就可呈現(xiàn)出有規(guī)

3、則的譜線條，即光譜圖。然后根據(jù)所得的光譜圖進行定性鑒定或定量分析。當(dāng)高頻電源與圍繞在等離子炬管外的負載感應(yīng)線圈（用圓銅管或方銅管繞成25匝的水冷卻線圈）接通時，高頻感應(yīng)電流流過線圈，產(chǎn)生軸向高頻磁場。此時向炬管的外管內(nèi)切線方向通入冷卻氣Ar，中層管內(nèi)軸向（或切向）通入輔助氣體Ar，并用高頻點火裝置引燃，使氣體觸發(fā)產(chǎn)生載流子（離子和電子）。當(dāng)載流子多至足以使氣體有足夠的導(dǎo)電率時，在垂直于磁場方向的截面上產(chǎn)生環(huán)形渦電流。幾百安的強大感應(yīng)電流瞬間將氣體加熱至10000K，在管口形成一個火炬狀的穩(wěn)定的等離子炬。等離子炬形成后，從內(nèi)管通入載氣，在等離子炬的軸向形成一通道。由霧化器供給的試樣氣溶膠經(jīng)過該通

4、道由載氣帶入等離子炬中，進行蒸發(fā)、原子化和激發(fā)，產(chǎn)生原子發(fā)射光譜，經(jīng)過檢測器檢測，對試樣中元素進行定性定量分析。等離子體（Plasma）是指電離了的但在宏觀上呈電中型的氣體。這些等離子體的力學(xué)性質(zhì)（可壓縮性，氣體分壓正比于絕對溫度等）與普通氣體相同，但由于帶電粒子的存在，其電磁學(xué)性質(zhì)卻與普通中性氣體相差甚遠。電感耦合等離子體的形成：1、高頻電流產(chǎn)生電磁場，通過電磁感應(yīng)在被電離的氣體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，加熱氣體，把電能轉(zhuǎn)換為氣體分子，電子，離子的動能；2、電火花點火，雪崩電離形成等離子體；3、穩(wěn)定的高頻電源和氣流供給，三股氣流作用：外管氣：820L/min，形成等離子體，冷卻；中管氣：02L/min

5、，輔助形成等離子體，保護中管；載氣：0.4-1L/min，霧化樣品，保護中心管；高頻電感耦合等離子體（ICP）的優(yōu)點（1）可以快速地同時進行多元素分析（2）靈敏度較高，每毫升亞微克級（3）基體效應(yīng)低，較易建立分析方法（4）標(biāo)準(zhǔn)曲線具有較寬的線性動態(tài)范圍（5）具有良好的精密度和重復(fù)性3.定性、定量方法一、定性分析（qualitative spectrometric analysis）定性分析 就是對研究對象進行質(zhì)的方面的分析。定性依據(jù)元素不同電子結(jié)構(gòu)不同光譜不同特征光譜1、元素的靈敏線靈敏線最易激發(fā)的能級所產(chǎn)生的譜線，每種元素都有一條或幾條譜線最強的線，即靈敏線。最后線也是最靈敏線；元素特征光譜

6、中強度最大的譜線為元素的靈敏線。在供試品光譜中，應(yīng)檢出某元素的靈敏線，從而確定是否存在待測元素。2、定性方法2、標(biāo)準(zhǔn)光譜比較定性法為什么選鐵譜?（1）譜線多 在210660nm范圍內(nèi)有數(shù)千條譜線;（2）譜線間距離分配均勻容易對比，適用面廣;（3）定位準(zhǔn)確 已準(zhǔn)確測量了鐵譜每一條譜線的波長。標(biāo)準(zhǔn)譜圖將其他元素的分析線標(biāo)記在鐵譜上，鐵譜起到標(biāo)尺的作用。譜線檢查將試樣與純鐵在完全相同條件下攝譜，將兩譜片在映譜器（放大器）上對齊、放大20倍，檢查待測元素的分析線是否存在，并與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對比確定?？赏瑫r進行多元素測定。二、定量分析 （spectrometric analysis）1、光譜半定量分析與目視比

7、色法相似;測量試樣中元素的大致濃度范圍；應(yīng)用 用于鋼材、合金等的分類、礦石品位分級等大批量試樣的快速測定。譜線強度比較法 測定一系列不同含量的待測元素標(biāo)準(zhǔn)光譜系列，在完全相同條件下（同時攝譜），測定試樣中待測元素光譜，選擇靈敏線，比較標(biāo)準(zhǔn)譜圖與試樣譜圖中靈敏線的黑度，確定含量范圍。2、光譜定量分析（1） 發(fā)射光譜定量分析的基本關(guān)系式在條件一定時，譜線強度 與待測元素含量c關(guān)系為I= a ca為常數(shù)（與蒸發(fā)、激發(fā)過程等有關(guān)），考慮到發(fā)射光譜中存在著自吸現(xiàn)象，需要引入自吸常數(shù) b發(fā)射光譜分析的基本關(guān)系式，稱為塞伯-羅馬金公式（經(jīng)驗式）。自吸常數(shù) b隨濃度c增加而減小，當(dāng)濃度很小，自吸消失時，b=1

8、。（2） 內(nèi)標(biāo)法基本關(guān)系式影響譜線強度因素較多，直接測定譜線絕對強度計算難以獲得準(zhǔn)確結(jié)果，實際工作多采用內(nèi)標(biāo)法（相對強度法）。（3） 定量分析方法a.內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法在選定的分析條件下，測定待測元素三個或三個以上的含有不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液（標(biāo)準(zhǔn)溶液的介質(zhì)和酸度應(yīng)與供試品溶液一致），以分析線的響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算回歸方程，相關(guān)系數(shù)應(yīng)不低于0.99。在同樣的分析條件下，同時測定供試品溶液和試劑空白，扣除試劑空白，從標(biāo)準(zhǔn)曲線或回歸方程中查得相應(yīng)的濃度，計算樣品中各待測元素的含量。以1gR 對應(yīng)1gc 作圖，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，在相同條件下，測定試樣中待測元素的1gR，在標(biāo)準(zhǔn)曲線

9、上求得未知試樣1gc;b. 攝譜法中的標(biāo)準(zhǔn)曲線法AS = y lgR= blgc + y lgA在完全相同的條件下，將標(biāo)準(zhǔn)樣品與試樣在同一感光板上攝譜，由標(biāo)準(zhǔn)試樣分析線對的黑度差（AS ）對1gc作標(biāo)準(zhǔn)曲線（三個點以上，每個點取三次平均值），再由試樣分析線對的黑度差，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求得未知試樣1gc。該法即三標(biāo)準(zhǔn)試樣法。c.標(biāo)準(zhǔn)加入法無合適內(nèi)標(biāo)物時，采用該法。取若干份體積相同的試液（CX），依次按比例加入不同量的待測物的標(biāo)準(zhǔn)溶液（C0），濃度依次為以對濃度c做圖得一直線，將標(biāo)準(zhǔn)曲線延長交于橫坐標(biāo)，交點與原點的距離所相應(yīng)的含量，即為供試品取用量中待測元素的含量，再以此計算供試品中待測元素的含量。4

10、. 測試的基本原理是什么？總的來說，ICP-AES的檢測是基于每種元素獨特的發(fā)射光譜。而采用電感耦合等離子體的目的是因為等離子體可以達到很高的溫度，有利于讓元素中的原子或者離子發(fā)射出特征波長的光子（一般而言，溫度越高，發(fā)射現(xiàn)象越明顯）。其基本分析流程如下：1) 等離子體的產(chǎn)生：高頻電流經(jīng)感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻電磁場，使工作氣體（Ar）電離形成火焰狀放電高溫等離子體，等離子體的最高溫度可達10000 K；2) 樣品與高溫等離子體發(fā)生作用，產(chǎn)生發(fā)生光子：試樣溶液通過進樣毛細管經(jīng)蠕動泵作用進入霧化器霧化形成氣溶膠，由載氣引入高溫等離子體，進行蒸發(fā)、原子化、激發(fā)、電離，并產(chǎn)生輻射；3) 發(fā)射光譜的分析：產(chǎn)生

11、的特征輻射譜線，經(jīng)光柵分光系統(tǒng)分解成代表各元素的單色光譜，由半導(dǎo)體檢測器檢測這些光譜能量，參照同時測定的標(biāo)準(zhǔn)溶液計算出試液中待測元素的含量。5. 定性和定量分析定性分析：通過特征譜線的位置（波長）進行定性。由于每個元素的特征發(fā)射譜線不一樣，通過幾條特征譜線是否存在就可以確定樣品中是否存在該元素。定性分析時，所給出的譜圖如下圖所示，實際上就是全波長范圍內(nèi)的原子發(fā)射光譜圖（線狀譜圖）。定量分析：通過特征譜線的強度進行定量，定量分析一般采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。6. 測試的優(yōu)點1）可以同時測試多種元素；2）靈敏度高，檢測限低；3）測試范圍寬（低含量成分和高含量成分能夠同時測試）7. 為什么要采用氬氣為工作氣體

12、？惰性氣體均為單原子分子，且具有化學(xué)惰性和電離能高（15.76 eV）等特點，而氬氣因其獨特性質(zhì)成為首選：1) 發(fā)射光譜比較簡單，光譜干擾比較少；2) 能夠霧化、激發(fā)、電離元素周期表中的大部分元素；3) 不會與其它元素生成穩(wěn)定化合物；4) 相對于其它可用惰性氣體（如He），其價格更低，在大氣中分布更加廣泛（1%）。8. 測量的有效波長范圍是多少？ICP-AES測試的有效波長范圍是120-800 nm，因為原子發(fā)射光譜的所有相關(guān)信息都集中在這個范圍內(nèi)。其中，120-160 nm波段尤其適用于分析鹵素或者某些特殊應(yīng)用的替代譜線。注：測試的有效波長范圍跟儀器當(dāng)然也直接相關(guān)，有些儀器只能測160 nm

13、以上的波段。9. 對樣品有什么要求？一般情況下，ICP-AES測試的都是液體樣品，因此測試時需要將樣品溶解在特定的溶劑中（一般就是水溶液）；測試的樣品必須保證澄清，顆粒、懸濁物有可能堵塞內(nèi)室接口或者通道；溶液樣品中不能含有對儀器有損壞的成分（如HF和強堿等）。無機物樣品的一般處理方法：1）無機鹽類：雙蒸水溶解，或加少量鹽酸或硝酸，根據(jù)樣品確定是否加熱。2）合金：根據(jù)合金成分在硝酸、鹽酸、硫酸、王水幾種酸溶中尋找合適方法。要防止待測元素揮發(fā)或水解。3.）負載型催化劑：最好是將固體完全溶解，然后稀釋。如果載體確實難以溶解，比如TiO2, ZrO2這種，可以利用王水等將負載的活性組分進行溶解，然后濾

14、去固體不溶物，將溶液稀釋到指定濃度范圍之后進行測試（建議測試三個平行樣品以減少誤差）。4）土壤類：用鹽酸或硝酸預(yù)處理后，加0.5mL高氯酸和10mL左右氫氟酸，加熱蒸干，用硝酸和高氯酸將HF趕盡，用鹽酸或硝酸提取。ICP-AES測試中，用來溶解樣品的酸，必須滿足以下條件：1）盡可能使各種元素迅速完全溶解；2）所含待測元素的量可忽略不計；3）溶解樣品時，待測元素沒有損失；4）不能與待測元素形成不溶性物質(zhì)；5）測定時，共存元素的影響要小（元素間譜線可能會有干擾）。ICP-AES是否可以測固體樣品？可以，但是必須有特殊的進樣附件，比如說火花燒蝕，激光燒蝕，電熱蒸發(fā)等。常規(guī)應(yīng)用中，極少會用到。10. ICP-OES和ICP-MS的異同實際上，常見的ICP分析技術(shù)除了ICP-OES之外，還有一種很常見的是電感耦合等離子體-質(zhì)譜(ICP-MS)，兩者用途