电感耦合等离子体发射光谱法课件

电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）目 录1234发展历程ICP-OES的原理ICP-OES的构成ICP-OES的应用ICP-OES的联用技术5目 录1234发展历程ICP-OES的原理ICP-OES的1 发展历程u19世纪初，Brewster等从酒精灯的火焰中观察到了原子发射现象，并认识到原子发射光谱可以替代“繁琐的化学分析方法”u1877年，Gouy证实了原子发射强度正比于样品量u1928年，Lundegardh应用启动喷雾器和空气-乙炔火焰建立了定量分析的线性关系，出现了火焰光度分析法u20世纪40年代，电火花和电弧为光源为电源的光电直读发射光谱仪出现，克服了火焰发射光谱法只能用于少数几种元素溶液分析的局限性u20世纪60年代，原子吸收光谱法的建立，发射光谱法在分析化学中的作用下降u20世纪70年代，等离子体发射光谱仪的出现，使原子发射光谱再度发展起来，应用范围扩大1 发展历程19世纪初，Brewster等从酒精灯的火焰中观原子发射光谱仪的发展历程就是寻找高温稳定光源的历程 火花交流电弧电感耦合等离子体（ICP）微波诱导等离子体（MIP）火焰温度：20003000K，稳定性：很好温度：40007000K，稳定性：好温度：40007000K，稳定性：差温度：60008000K稳定性：很好直流电弧激光温度：10000K，稳定性：好温度：10000K稳定性：很好原子发射光谱仪的发展历程就是寻找高温稳定光源的历程 1 发展历程1 发展历程1 发展历程IRISAdvantage1000型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES)1998-101 发展历程IRIS Advantage100019981 发展历程iCAP6300型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES)2007-101 发展历程iCAP6300型电感耦合等离子体发射光谱仪（I 2.1原子发射光谱法分析原理原子发射光谱法是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即：由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气 态原子激发而产生光辐射；将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱；用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。样品激发样品激发检测器检测器分光分光2 ICP-OES的基本原理 2.1原子发射光谱法分析原理原子发射光谱法是根据处（1）原子光谱 线 简称原子线，标志(I)例Mg(I)285.213nm（2）离子光谱线 简称离子线，标志(II)例Mg(II)279.553nm，产生离子线需要较高 的能量或较高的等离子体温度，所需能量为电离能+激发能总和。（3）共振线 原子的外层能级间电子在其临近的能级间跃迁所产生的谱线，当电子由 激发态返回基态所辐射谱线叫共振线，一般是原子线中该元素的最灵敏 的谱线，但在ICP光源中并不全是如此，因为有亚稳态氩原子的作用。（4）自吸收线 在光谱光源中，中心发出的辐射受到周围该原子的基态原子所吸收，使 该谱线强度降低，这种现象叫自吸收。有较强自吸收的谱线叫自吸收 线,自吸收线一般都是原子线，激发电位较低，例 Na 588.995nm，Mg 285.213nm，它们的标准曲线线性范围较窄。标准曲线容易弯曲。2 ICP-OES的基本原理（1）原子光谱 线 2 ICP-OES的基本原理2 ICP-OES的基本原理2.2 ICP-OES定性原理 由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的，因此，对特定元素的原子或离子可产生一系列不同波长的特征光谱，通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析。2 ICP-OES的基本原理2.2 ICP-OES定性原理2 ICP-OES的基本原理2.3 ICP-OES定量原理 Page 11（1）光源中分析物激发态原子(离子浓度)（2）谱线强度考虑到光源中自吸收谱线强度与浓度的关系Nn激发态原子（离子）浓度Anm迁几率跃h光子N0基态原子浓度此式称为Lomakin-Schiebe（罗马金-赛伯）公式。式中b 是自吸系数，随浓度C 增加而减小，当浓度很小而无自吸时，b=1 2 ICP-OES的基本原理2.3 ICP-OES定量原理PPage 12 浓度I强度0CIC2.3 ICP-OES定量原理浓度小，无自吸 b=1Page 12 浓度I0CIC2.3 ICP-OES定量原理2 ICP-OES的基本原理2.4 ICP-OES分析方法的特点（1）ICP-OES法首先是一种发射光谱分析方法，可以多元素同时测定；（2）ICP光源是一种光薄的光源，自吸现象小，所以ICP-OES法校正曲线 的线性范围可达56个数量级,有的仪器甚至可以达到78个数量级；（3)ICP-OES法具有较高的蒸发、原子化和激发能力，且无电极放电，无电 极沾污；（4）ICP-OES法具有溶液进样分析方法的稳定性和测量精度（5）ICP-AES法采用相应的进样技术可以对固、液、气态样品直接进行分析。（6）不足：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高。2 ICP-OES的基本原理2.4 ICP-OES分析方法的2 ICP-OES的基本原理有毒有害重金属元素：As、Pb、Hg、Cd等，玩具、中药材样品；营养元素：K、Ca、Na、Mg等，土壤、植物叶子样品；功能性元素：Cr、Ni、Mo等，不锈钢产品；杂质元素分析，贵金属金银钯样品及紫铜、锗样品2 ICP-OES的基本原理有毒有害重金属元素：As、Pb、3 ICP-OES的构成 3 ICP-OES的构成 3 ICP-OES的构成3.1 进样系统 最新e-Neb电子雾化器3 ICP-OES的构成3.1 进样系统 最新e-Neb电子 三层同心石英玻璃管矩管三层同心石英玻璃管矩管置于高频感应线圈中，等离子体工作气体ArAr从管内通过，试样在雾化器雾化器中雾化后，由中心管进入火火焰焰，外层Ar气从切线方向进入，保护石英管不被烧熔，中层Ar气用来点燃等离子体冷却气起冷却作用，保护石英炬管免被高温融化辅助气“点燃”等离子体雾化气形成样品气溶胶将样品气溶胶引入ICP对雾化器、雾化室、中心管起清洗作用辅助气冷却气等离子体RF线圈雾化气+样品气溶胶 环型电流3 ICP-OES的构成3.2 离子源离子源 ICP 三层同心石英玻璃管矩管置于高频感应线圈中，等离子体工正常分析区初始辐射区3 ICP-OES的构成正常分析区初始辐射区3 ICP-OES的构成电感耦合等离子体的形成（1）高频电流产生电磁场，通过电 磁感应在被电离的气体中产生 感应电流，加热气体，把电能转 换为气体分子，电子，离子的动 能；（2）电火花点火，雪崩电离形成等 离子体；（3）稳定的高频电源和气流供给。外管气：8-20L/min，形成等离子体，冷却；中管气：0-2L/min，辅助形成等离子 体，保中管；载 气：0.4-1L/min，雾化样品，保护 中心管。原子原子M M离子离子M-气体气体MX气溶胶气溶胶M(HM(H2 2O)O)+X X-固体（固体（MXMX）n n3 ICP-OES的构成辅助气冷却气等离子体 环型电流雾化气+样品气溶胶电感耦合等离子体的形成原子M离子M-气体MX气溶胶M(H2O3 ICP-OES的构成u温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性u具有具有“趋肤效应趋肤效应”，即涡电流在外表面处密度大，使表面温度高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小，也可有效消除自吸现象，线性范围宽（45个数量级）u通道效应：通道效应：由于切线气流所形成的旋涡使轴心部分的气体压力较外周略低，因此携带样品气溶胶的载气可以极容易地从圆锥形的ICP底部钻出一条通道穿过整个ICP。样品的雾滴在这个约7000K的高温环境中很快蒸发、离解、原子化、电离并激发。即通道可使这四个过程同时完成。由于样品在通过通道的时间可达几个毫秒，因此被分析物质的原子可反复地受激发，故ICP光源的激发效率较高uICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小，氩气产生的背景干扰小ICPICP光源优点光源优点3 ICP-OES的构成ICP光源优点3 ICP-OES的构成要求：具有宽的工作波段，即较宽的波长范围具有较高的色散能力和实际分辨能力;良好的波长定位精度，低的杂散光；良好的热稳定性和机械稳定性，较快的检测能力。3.3 分光系统 选择分辨出目的元素的特征谱线选择分辨出目的元素的特征谱线3 ICP-OES的构成要求：3.3 分光系统3 ICP-OES的构成 Page 22 单道+多通道多通道全谱直读摄谱仪平面光栅+相板（1970）全谱，但不能直读凹面光栅+光电倍增管直读，但不能同时测量背景，不是全谱平面光栅+光电倍增管直读，但不能同时测量背景，不是全谱中阶梯光栅+固体检测器单道扫描后全谱直读时代全谱直读开机即用电感耦合等离子体光谱仪的发展（ICP-OES）3 ICP-OES的构成 3 ICP-OES的构成平面反射光栅分光系统平面反射光栅分光系统适用于单通道扫描仪器，适用于单通道扫描仪器，每次只能选择一条光谱线每次只能选择一条光谱线作为分析线，检测一种元作为分析线，检测一种元素素3.3 分光系统分光系统3 ICP-OES的构成平面反射光栅分光系统适用于单通道扫描Page 24 3 ICP-OES的构成适合多道固定夹缝式仪器适合多道固定夹缝式仪器优点：优点：(1)多达多达70个通道可个通道可选择设置，同时进行多元素选择设置，同时进行多元素分析，这是其他金属分析方分析，这是其他金属分析方法所不具备的；法所不具备的；(2)分析速度快，准确度高；分析速度快，准确度高；(3)线性范围宽，线性范围宽，45个数个数量级，高、中、低浓度都可量级，高、中、低浓度都可分析；分析；缺点：出射狭缝固定，各通缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定道检测的元素谱线一定凹面光栅分光系统凹面光栅分光系统3.3 分光系统分光系统Page 24 3 ICP-OES的构成适合多道固定夹缝式仪3 ICP-OES的构成全谱直读仪器特点：全谱直读仪器特点：(1)测定每个元素可同时选用测定每个元素可同时选用多条谱线；多条谱线；(2)全谱扫描全谱扫描165nm800nm(3)可在一分钟内完成可在一分钟内完成70个个元素的定量测定；元素的定量测定；(4)可在一分钟内完成对未可在一分钟内完成对未知样品中多达知样品中多达70多元素的定多元素的定性；性；(5)1ml的样品可检测所有可的样品可检测所有可分析元素；分析元素；(6)扣除基体光谱干扰；扣除基体光谱干扰；(7)全自动操作；全自动操作；(8)分析精度：分析精度：CV 0.5%。中阶梯光栅中阶梯光栅+棱镜棱镜3.3 分光系统分光系统3 ICP-OES的构成全谱直读仪器特点：中阶梯光栅+棱镜33.4 检测器阴极3 ICP-OES的构成作用：光电转换、电流放大特点：灵敏度高（电子放大系数108109）线性范围宽 响应时间短光电倍增管电荷耦合阵列检测器电荷耦合阵列检测器3.4 检测器阴极3 ICP-OES的构成作用：光电转换、4 ICP-OES应用由于分析技术具有：1.多元素同时分析测试的能力、2.较低的检出限、3.较宽的线性范围4.良好的精密度而广泛应用于各个领域4 ICP-OES应用由于分析技术具有：4 ICP-OES应用宋文娇应用JYUltima电感耦合等离子体原子发射光谱仪,通过对各种最佳分析条件的探讨和验证,建立了HGICPAES测定生物样品中痕量铅的分析方法。方法的检出限为1ngmL-1,线性范围0.0250.1gmL-1,回收率92104。用标准物质进行对照,其测定值均在给定的标准范围之内。金通顺等采用纸色谱分离技术，用ICP-OES法测定地质样品中痕量Nb和Ta，有效地消除了基本元素干扰，提高了灵敏度。4 ICP-OES应用宋文娇应用JYUltima电感耦合等5 ICP-OES联用技术微波消解技术与ICP-OES结合在检测中的应用色谱电感耦合等离子体发射光谱法联用技术 氢化物发生-电感耦合等离子体发射光谱联用技术 5 ICP-OES联用技术微波消解技术与ICP-OES结电感耦合等离子体发射光谱法课件