ICPOES基本原理

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1、ICP-OES ICP-OES 基本原理基本原理概概 述述 原子发射光谱分析是一种已有一个世纪以上悠久历史的分析方法，原子发射光谱分析的进展，在很大程度上依赖于激发光源的改进。到了60年代中期，Fassel和Greenfield分别报道了各自取得的重要研究成果，创立了电感耦合等离子体原子发射光谱新技术，这在光谱化学分析上是一次重大的突破，从此，原子发射光谱分析技术又进入一个崭新的发展时期。与此同时，其它等离子体光谱分析技术（直流等离子体、微波等离子体）也得到了长足的进步。ICP-OESICP-OES能分析约能分析约7373种元素种元素原子光谱原理原子光谱原理物质被热激发成原子和离子测量原子和离

2、子吸收和发出的光即即E=hv=hc/量子理论：吸收和发射发生在分立的能级能级和波长之间的对应关系原子吸收和发射能量原子吸收和发射能量原子原子基态基态原子原子激发态激发态hvhv吸收能量吸收能量外层电子外层电子h hv v能量能量发射发射原子原子发射能量发射能量示意示意图图a a b b c c d dE Eo o 基态基态激发态激发态发射发射能量能量b ba ac cE E3 3E E2 2E E1 1E E 离子化离子化吸收和发射吸收和发射 BaBaNaNaFraunhoferFraunhofer吸收线吸收线发射线发射线l 元素定性分析元素定性分析190 190 nmnm900 900 nm

3、nmCuCu原子发射光谱的定性原理原子发射光谱的定性原理量子力学基本理论量子力学基本理论:1）原子或离子可处于不连续的能量状态，该状态可以光谱项来描述；2）当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时，其核外电子就从一种能量状态（基态）跃迁到另一能量状态（激发态）；3）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8秒便跃迁返回到基态，并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来；4）将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱（线状光谱）；5）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

4、分析。半定量半定量半定量是对样品中一些元素的浓度进行大致估算。与定量分析相比较，半定量希望通过较少地努力来大致得到许多元素的浓度。 一种半定量的方法是对许多元素进行一次曲线校正，并将标准曲线储存起来。然后在需要进行半定量时，直接采用原来的曲线对样品进行测试。结果会因仪器的飘移而产生误差或因样品基体的不同而产生误差，但对于半定量来说，可以接受。定量分析基础定量分析基础I = KNX其中： I：光谱强度 K：常数 N：原子浓度 X：接近1的指数全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪工作模式：工作模式：通过一次测定,同时记录样品中待测元素的所有发射谱线,不管这些谱线是在紫外

5、区，还是在可见区,也不论这些待测元素是高浓度或是低浓度，多能同时完成测定。性能特点：性能特点：1、由于具有同时记录待测元素的所有发射谱线的功能,所以，可以通过选择合适的谱线，有效避免光谱干扰；2、同一元素，具有很多分析谱线，不同元素具有不同的灵敏度，高灵敏度谱线检测低含量的样品，低灵敏度谱线检测高浓度样品，所以有效地拓宽了分析的浓度范围；3、分析速度极快；4、同时记录样品的背景信号，有效扣除背景影响，大大改善分析精度。何谓等离子体何谓等离子体高温气体；离子和电子云；整个等离子体呈电中性；RF发生器使电感线圈发生高频震荡磁场；RF发生器能量耦合到氩气中；高温达10000K。等离子体等离子体三圆同

6、心玻璃管三圆同心玻璃管水冷的耦合线圈水冷的耦合线圈磁场磁场 辅助气辅助气等离子体气等离子体气雾化气和样品气溶胶雾化气和样品气溶胶等离子体等离子体溫度溫度等离子体区域等离子体区域预热区预热区在电感线圈上方在电感线圈上方进行观测进行观测导入区导入区初始辐射区初始辐射区标准分析区标准分析区 等离子体尾焰等离子体尾焰 等离子体形成过程等离子体形成过程ICPICP炬形成过程炬形成过程1）Tesla线圈-高频交变电流-交变感应磁场；2）火花-氩气-气体电离-少量电荷-互相碰撞-雪崩现象-大量载流子；3）数百安极高感应电流（涡电流，Eddy current)-瞬间加热-到10000K-等离子体-内管通入氩气

7、形成环状结构样品通道-样品蒸发、原子化、激发。ICPICP光源特点光源特点1）低检测限：蒸发和激发温度高；2）稳定，精度高：高频电流-趋肤效应（skin effect)-涡流表面电流密度大-环壮结构-样品导入通道-不受样品引入影响-高稳定性3）基体效应小（matrix effect)：样品处于化学惰性环境的高温分析区-待测物难生成氧化物-停留时间长（ms级）、化学干扰小，样品处于中心通道，其加热是间接的-样品性质（基体性质，如：样品组成、溶液粘度、样品分散度等）对ICP影响小。4）背景小：通过选择分析高度，避开涡流区。5）自吸效应小：样品不扩散到ICP周围的冷气层，只处于中心通道，即是处于非局

8、部力学系统平衡；6）分析线性范围宽：ICP在分析区温度均匀，自吸收、自蚀效应小7）众多元素同时测定：激发温度高（70多种）不足：对非金属测定的灵敏度低，仪器贵，维护费用高。分析技术比较（分析技术比较（1 1）ICP-MSICP-OESFAASGFAAS检出限优秀好好优秀工作效率很好优秀好低线性范围105105103102精密度13%0.22%0.11%15%光谱干扰很少中等一些很少化学干扰中等很少很多很多分析技术比较（分析技术比较（2 2）ICP-MSICP-OESFAASGFAAS耐盐份0.10.4%330%0.53%高达20%可测元素78786850样品用量少中等高很少能否半定量能能否否ICP-OESICP-OES小结小结1、元素分析技术；2、宽线性范围ppb%；3、可分析70多种元素；4、精密度优于1%；5、化学干扰少；6、分析速度快。