各元素分析仪器机构及其性能对比

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,1,学必先讲而后明 讲必先直而后尽！,各元素分析仪器结构及性能对比,深圳市华唯计量技术开发有限公司,张红平,深圳华唯计量技术开发有限公司,什么是元素？什么是化合物？,元素定义：,是具有相同,质子数,(,核电荷数,),的同一类原子的总称,.,到目前为止,人们在自然中发现的元素有,90,余种,人工合成的元素有,20,余种,.,元素,(element),又称化学元素，指,自然界,中一百多种基本的金属和非金属物质，它们只由几种有共同特点的,原子,组成，其原子中的每一核子具有同样数量的质子，质子数来决定元素是由种类。,用一般的化学方法不能使之变得更为简单，并且单独地或组合地构成一切物质。一些常见元素的例子有氢，氮和碳。到,2007,年为止，总共有,118,种元素被发现，其中,94,种是存在于地球上。拥有原子序数大于,82,（即铋,Bi,及之后的元素）都是不稳定，并会进行放射衰变。第,43,和第,61,种元素（即锝,Tc,和钷,Pm,）没有稳定的同位素，会进行衰变。可是，即使是原子序数高达,94,，没有稳定原子核的元素都一样能在自然中找到，这就是铀和钍的自然衰变。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,化合物定义：,化合物由两种或两种以上,元素,的,原子,（指不同元素的原子种类）组成的纯净物。是指从,化学反应,之中所产生的,纯净物,（区别于单质）。,化合物主要分为有机化合物和无机化合物和,高分子化合物,和,离子化合物,和,共价化合物,等等。,有机化合物,含有,碳氢化合物,(,或叫做,烃,hydrocarbon),，如,甲烷,(methane,CH4),，分为：糖类、核酸、脂质和蛋白质等。,无机化合物,除有机化合物以外的化合物，如,硫酸铅,(lead(II)sulphate,PbSO4),，分为：酸、碱、盐和氧化物等。,目前已知的化合物的数量究竟有多少？各方面的统计不太一致。比较公认的是美国,化学文摘,编辑部的统计：已发现天然存在的化合物和人工合成的化合物，大约有三百多万种。这些化合物有的是由两种元素组成的,有的是由三种、四种以至更多的,化学元素,组成的。每年依然有新,合成,的化合物数量达,30,余万，其中,90,以上是有机化合物。,思考：塑料是有机化合物吗？,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,用于元素分析的各种仪器,目前用于元素分析的各种仪器主要有：,1,、紫外,可见光分光光度计（,UV,）；,2,、原子吸收分光光度计（,AAS,）；,3,、原子荧光分光光度计（,AFS,）；,4,、原子发射分光光度计（,AES,）；,5,、质谱（,MS,）；,6,、,X,射线分光光度计（,XRF,）；,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,各种常见分析仪器的归属类型,ICP-OES,：是原子发射光谱的一种，原名,ICP-AES,后改名为,ICP-OES,；,ICP-MS:,无机质谱（,MS,），用于分析元素价态及含量，也用于同位素分析；,FAAS,和,GAAS,：火焰原子吸收和石墨炉原子吸收，,GAAS,：,graphite atomic absorption spectrophotometer.,氢化物原子吸收：,HGAAS,（,HAAS,）：,hydride atomic absorption spectrophotometer.,或者,hydride generator atomic absorption spectrophotometer.,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,各种元素分析仪器结构及作用,UV,可见光分光光度计主要部件：,光,源,分光,系统,样,品,检测器,原理：利用比耳定律（,A=,bC,），其中,为摩尔吸光系数，对于固定物质为常数，,b,为样品厚度，,C,为样品浓度，,A,为吸光度。很明显：在样品厚度和摩尔吸光系数一定的情况下,A,与样品浓度成正比。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,EXAMPLE OF APPLICATION,六价铬的测试：,方法步骤：首先萃取样品中的六价铬至溶液中，然后加二苯卡巴肼与六价铬进行反应，生成一种紫罗兰色的化合物。在分光光度计上用,540nm,波长进行测试。确定此化合物的含量换算成六价铬含量。,另外，分光光度计还可以用于：铜、铁、锰、锡等金属元素分析。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,原子吸收和荧光分光光度计结构,元素灯,燃烧头,探测器,探测器,AAS,AFS,如图所示：,探测器和燃烧头以及元素灯在一条直线上的为原子吸收，探测器和燃烧头元素灯不在一条直线上的为原子荧光。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,AAS,特点及主要应用,AAS,特点及应用：,1,、灵敏度高,FAAS,可以测试,ppm-ppb,级的金属；,2,、原子吸收谱线简单，选择性好，干扰少。,3,、操作简单、快速，自动进样每小时可测定数百个样品；,4,、测量精密度好，火焰吸收精密度可以达到,1-2%,，非火焰可以达到,5-10%,5,、测定元素多，可测试,70,多种元素，利用化学反应还可间接测试部分非金属。,缺点：检测线性范围比较窄，不适合于中高含量的元素检测。测不同元素的时候需要换不同的元素灯。不能同时测多种元素。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,原子荧光光谱法,A,tomic,F,luorescence,S,pectrometry,(,AFS,),原子荧光光谱法是,1964,年以后发展起来的分析方法。原子荧光光谱法是以原子在辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的,发射光谱分析法,。所用仪器与原子吸收光谱法相近。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,氢化法（,HAAS,）在原子荧光光谱法中的应用,氢化法在原子荧光光谱法中的应用,强还原剂,-,硼氢化钾在酸性介质中，与,M,(,As,、,Se,、,Sb,、,Bi,、,Pb,、,Te,、,Ge),反应，形成氢化物：,M,Cl,3,+4NaBH,4,+HCl+8H,2,O,M,H,3,+4NaCl+4HBO,2,+13H,2,与,M,(,Hg,、,Zn,、,Cd,、,Sn,),反应，形成原子蒸气：,M,Cl,3,+3NaBH,4,+HCl+6H,2,O,M,+3NaCl+3HBO,2,+11H,2,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,原子荧光特点,1,、有较低的检出限，灵敏度高。,2,、干扰较少，谱线比较简单。,3,、仪器结构简单，价格便宜。,4,、分析校准曲线线性范围宽，可达,3,5,个数量级。,5,、由于原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易制作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,原子荧光测各元素检测下限,元素,As Se,Sb,Bi,Pb,Te,Sn,Hg,Ge,Zn,Cd,检出限,(DL),ng,/ml,0.03,0.003,0.3,2.0,0.001,精密度,(RSD),1.0%,线性范围,3,个数量级,对象,气态汞,空气,/,天然气,/,实验室,水样中汞,饮用水,/,矿泉水,/,海水,/,地面水,检出限,(DL),1.0 ng/m,3,0.0004,g/ml,精密度,(RSD),5.0%,2.0%,线性范围,2,个数量级,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,原子发射分光光度计（,A,tomic,E,mission,S,pectroscopy,）,结构,低压交流电弧,ICP,平面衍射光栅摄谱仪,感光板,中阶梯光栅交叉色散光学系统,全谱直读,CID,电荷注入式检测器,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,AES,发展历史,20,世纪,40,年代,-,电弧和火花,AES,占据统治地位,20,世纪,50,年代,-,火焰,AES,取代了电弧和火花,AES,20,世纪,60,年代,-,火焰,AAS,盛行的年代,20,世纪,70,年代,-,石墨炉,AAS,和,ICP-AES,成了这方面的主流,20,世纪,80,年代,-,出现了,ICP-MS,，辉光放电,(GD)AES/MS,也逐渐为人们所重视,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,从,1860,年,Bunsen,和,Kirchhoff,用火焰光源发现和测定金属元素算起，迄今已有,140,余年的历史。,近百年来与火焰同时被研究和使用的发射光源还有直流电弧和火花。,20,世纪,60,年代中期，,Fassel,和,Greenfield,创立了电感耦合等离子体原子发射光谱新技术。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,A.,低压交流电弧直读光谱,特点与应用：,电极放电较稳定；适用于矿物、低含量金属的测定、只能测定固体粉末。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,B.,电感耦合等离子体,ICP,（,Inductively coupled plasma,）,8,7,6,1,2,3,4,5,induction coil,outer tube,intermediate tube,sample injector,Plasma,atomization zone,atomic line emission,ionic line emission,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,特点及应用,特点：,1,、高温，,104K,2,、环状通道，具有较高的稳定性,3,、惰性气氛，电极放电较稳定,4,、具有好的检出限,一些元素可达到,10,-3,10,-5,ppm,。,5,、,ICP,稳定性好，精密度高，相对标准偏差约,1%,。,6,、基体效应小。,7,、光谱背景小。,8,、准确度高，相对误差为,1%,。,9,、自吸效应小,10,、线性范围宽，测量浓度范围从,ppm,到百分几十,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,应用：,70,多种无机元素的定性、定量分析,环境化学、生物化学、海洋化学、材料化学,一般只能测定液体。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,光电直读光谱仪类型,1,、,真空紫外直读光谱仪：,170340nm,氦气、氮气保护，,测定,C,、,S,、,P etc,；,2,、,非真空直读光谱仪：,200900nm,；,3,、扫描型直读光谱仪；,4,、多通道型直读光谱仪：,860,通道；,5,、全谱直读,ICP-OES,光谱仪。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,质谱分析法,Mass SpectroscopyMS,质谱过程：,高速电子,气态分子,阳离子,顺序谱图,质量分析器,定性结构,定量分析,撞击,获得,按,M/E,峰强度,峰位置,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,质谱仪主要特点,（,一）质量测定范围：能够分析样品的相对原子（分子）质量范围，对,gas,范围：,2100,，有机质谱几十到几千。,（二）分辨本领：,两个相等强度的相邻峰，峰谷不大于其峰高,10%,时，两峰已经分开。,R,=,m,1,/(m,2,-m,1,)=m,1,/m,（三）,绝对灵敏度：可检测的最小样品量,相对灵敏度：可同时检测的大小组分之比,分析灵敏度：输入样品与仪器输出信号之比,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,质谱应用,1,、有机化合物测试；,2,、配合气相色谱,GC-MS;,3,、配合液相色谱,LC-MS,；,4,、配合,ICP,，,ICP-MS,，测试元素及其价态，测元素同位素。,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,X,荧光光度计（,XRF,）,特点：,1,、快速，测试一个样品只需,2min-3min,；,2,、无损：测试过程中无需损坏样品，直接测试；,3,、含量范围广：,ppm-100%,；,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,各元素测试仪器优劣对比,2010-5-6,深圳华唯计量技术开发有限公司,2010-