現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES

現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES2023/1/13

概述一.原子光譜的產(chǎn)生原子的核外電子一般處在基態(tài)運動，當獲取足夠的能量后，就會從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定（壽命小于10-8

s），迅速回到基態(tài)時，就要釋放出多余的能量，若此能量以光的形式出顯，既得到發(fā)射光譜?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES2023/1/13能量與光譜譜線波長取決于躍遷時兩個能級的能量差。ΔE=Ei-E0λ=hc/(Ei-E0)=hc/λυ=c/λ=hυσ=1/λ=hσch為普朗克常數(shù)（6.626×10-34

J.s）c為光速(2.997925×1010cm/s)λ

為波長；υ為頻率；σ為波數(shù)Iλ現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES2023/1/13能級圖把原子中所可能存在的光譜項---能級及能級躍遷用平面圖解的形式表示出來,稱為能級圖。見鈉的能級圖。激發(fā)電位:

從低能級到高能級需要的能量。

主共振線（最靈敏線）:

具有最低激發(fā)電位的譜線。通常作分析線。

原子線(Ⅰ)離子線(Ⅱ,Ⅲ)相似譜線現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES原子線：原子外層電子的躍遷所發(fā)射的譜線，以Ⅰ表示，如為原子線。離子線：離子外層電子的躍遷所發(fā)射的譜線，以Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等表示，如MgⅡ280.27nm為一次電離離子線。現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES二、特點靈敏度高10-8~10-10g譜線重疊少（選擇性好）精密度高2~5%能同時做多元素分析（幾十秒到一分鐘便可測出70~80個元素）用量少（跟火焰原子吸收比。通常只需幾克到幾十克，可進行表面、微區(qū)、無損分析）缺點：不能做化合物分析，只能做元素分析，主要是金屬元素；只能進行低濃度分析，高濃度誤差大?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES3.2定性、定量分析一、定性分析樣品的元素鑒定分析。根據(jù)譜線的靈敏特征線進行判斷。二、定量分析依據(jù)：一定條件下，發(fā)射線強度與元素濃度成正比。現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES3.3儀器結構主要由光源、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)構成。原子發(fā)射光譜剛出現(xiàn)時不能做定量分析，直到出現(xiàn)ICP光源后才得以快速發(fā)展。（它屬于熱激發(fā)發(fā)射，激發(fā)態(tài)壽命10-8s，然后迅速回到基態(tài)，并以光輻射的形式得到發(fā)射光譜。）目前基本都采用ICP光源，故在此只介紹ICP-AES?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES一、裝置現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICESICP光源現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES二、原理等離子體：宏觀上為中性的電離的氣體。產(chǎn)生：在有氣體的石英管外套裝一個高頻感應線圈，感應線圈與高頻發(fā)生器連接。當高頻電流通過線圈時，在管的內外形成強烈的振蕩磁場。管內磁力線沿軸線方向，管外磁力線成橢圓閉合回路。一旦管內氣體開始電離（如用點火器），電子和離子受到高頻磁場所加速，產(chǎn)生碰撞電離，電子和離子急劇增加，此時在氣體中感應產(chǎn)生渦流。這個高頻感應電流，產(chǎn)生大量的熱能，有促進氣體電離，維持氣體的高溫，從而形成等離子炬?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES為了使所形成的等離子炬穩(wěn)定，通常采用三層同軸炬管，等離子氣沿著外管內壁的切線方向引入，迫使等離子體收縮（離開管壁大約一毫米），并在其中心形成低氣壓區(qū)。這樣一來，不僅能提高等離子體的溫度（電流密度增大），而且能冷卻炬管內壁，從而保證等離子炬具有良好的穩(wěn)定性。等離子炬管分為三層。最外層通Ar氣作為冷卻氣,沿切線方向切入,并螺旋上升，其作用是：第一，將等離子體吹離外層石英管的內壁，可保護石英管不被燒毀；第二，是利用離心作用，在炬管中心產(chǎn)生低壓通道，以利于進樣；第三，這部分Ar氣流同時也參與放電過程?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES用Ar做工作氣體的優(yōu)點：

1.Ar為單原子惰性氣體，不與試樣組分形成難離解的穩(wěn)定化合物；

2.也不象分子那樣因解離而消耗能量，有良好的激發(fā)性能。

3.本身光譜簡單。等離子體產(chǎn)生過程：點火（造成部分電離）→高頻感應（進一步碰撞電離）→等離子體→高頻感應電流→高溫現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES

等離子體產(chǎn)生的條件：線圈功率，頻率f=27~50MHQ外氣10~12L/min（可使火焰與炬管分離，但成本高）Q中氣0~1L/min（形成等離子體）Q內氣0.5~3.5L/min（載氣，攜帶樣品——吸、噴樣品溶液）現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES三、ICP光源特點檢測限低：10-9g/ml；穩(wěn)定、精度高：<5%（較傳統(tǒng)光源高2~3個數(shù)量級）；線性范圍寬104~105（原子吸收只有1個數(shù)量級）炬焰溫度高，停留時間長（樣品能充分解離，化學干擾?。┗w效應?。ㄅc傳統(tǒng)光源最大的區(qū)別。樣品被間接加熱，試樣成分對炬焰穩(wěn)定性影響小。）背景?。ˋr只有簡單的分子光譜，等離子體豐富的電子起到消電離劑的作用，分子光譜、離子復合光譜?。┳晕。ōh(huán)狀結構限制了樣品原子和離子，使它們不擴散到ICP低溫外圍）可同時測定多元素但非金屬靈敏度低，且儀器購置費及維持費高?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES四、炬焰結構及性能1.ICP焰分三個區(qū)域：焰心區(qū)、內焰區(qū)和尾焰區(qū)現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES焰心區(qū)呈白色，不透明，渦流區(qū)，電子密度高，離子與韌致輻射產(chǎn)生強連續(xù)背景。內焰區(qū)呈淡藍色，半透明，在感應圈上10~20mm，是原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域。尾焰區(qū)無色透明，溫度低，只能激發(fā)低能級的譜線?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES2.等離子體的環(huán)形結構等離子體形成過程中，由于感應作用，其內部電流產(chǎn)生趨膚效應，分布不均勻，渦流主要集中在等離子體的表面層內，形成環(huán)狀結構，使樣品氣溶膠能從中心通道順利進入等離子體內。電流頻率越高，趨膚效應越顯著?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES五、電離干擾、基體效應小的原因在內焰區(qū)，處于亞穩(wěn)態(tài)的Ar原子升高，電離度小，且狀態(tài)穩(wěn)定，故電離干擾小。

ICP具有足夠的能量保持溫度穩(wěn)定，樣品在中心通道主要借助輻射間接受到加熱。因此，一方面，樣品不會擴散到外圍冷卻而造成自吸效應；另一方面，試樣成分變化對ICP的影響小，基體效應小?，F(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES六、背景小的原因譜線的背景輻射主要有雜散光譜及等離子體中離子與電子結合過程所產(chǎn)生的離子復合光譜的連續(xù)光譜。I徑向待測元素光譜Ar復合光譜雜散光譜I觀察高度正常范圍待測元素光譜背景炬焰高度現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜ICES3.4干擾1.基體基體變化時，其理化性質也會改變，從而導致噴霧狀態(tài)發(fā)生改變。2.溶劑特別是有機溶劑與水溶劑差別大。有機溶劑通常會產(chǎn)生正干擾。3.酸度酸度增加通常會產(chǎn)生負干擾。4.電離

Ar可起到消電離劑的作用，等離子體內的大量電子會抑制待測元素的電離。5.光譜重疊相對于原子吸收而言要大得多，可通過選擇波長扣除。6.背景干擾現(xiàn)代檢測技術原子發(fā)射光譜IC