icp原子發(fā)射光譜

1、12原子發(fā)射光譜概述n原子發(fā)射光譜法，是利用物質(zhì)在熱激發(fā)或電激發(fā)下，每種元素的原子或離子發(fā)射特征光譜來(lái)判斷物質(zhì)的組成，而進(jìn)行元素的定性與定量分析的方法。n原子發(fā)射光譜法是光學(xué)分析法中產(chǎn)生與發(fā)展最早的一種。在近代各種材料的定性、定量分析中，原子發(fā)射光譜法發(fā)揮了重要作用。特別是新型光源的研制與電子技術(shù)的不斷更新和應(yīng)用，使原子發(fā)射光譜分析獲得了新的發(fā)展，成為儀器分析中最重要的方法之一。3原子發(fā)射光譜概述（1）原子發(fā)射光譜分析的優(yōu)點(diǎn)： 具有多元素同時(shí)檢測(cè)能力?？赏瑫r(shí)測(cè)定一個(gè)樣品中的多種元素。 分析速度快。若利用光電直讀光譜儀，可在幾分鐘內(nèi)同時(shí)對(duì)幾十種元素進(jìn)行定量分析。分析試樣不經(jīng)化學(xué)處理，固體、液體樣

2、品都可直接測(cè)定(電弧火花法）。4原子發(fā)射光譜概述 檢出限低。 一般光源可達(dá)100.1mg/mL， 絕對(duì)值可達(dá)10.01mg。電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）檢出限可達(dá)ng/mL級(jí)。準(zhǔn)確度較高。一般光源相對(duì)誤差約為510，ICP-AES相對(duì)誤差可達(dá)l以下。5原子發(fā)射光譜概述 試樣消耗少。 ICP光源校準(zhǔn)曲線線性范圍寬可達(dá)46個(gè)數(shù)量級(jí)。（2）原子發(fā)射光譜分析的缺點(diǎn)：高含量分析的準(zhǔn)確度較差；常見(jiàn)的非金屬元素如氧、硫、氮、鹵素等譜線在遠(yuǎn)紫外區(qū)一般的光譜儀尚無(wú)法檢測(cè)；還有一些非金屬元素，如P、Se、Te等，由于其激發(fā)電位高，靈敏度較低。6原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生 通常情況下，原子處于基態(tài)，在

3、激發(fā)光通常情況下，原子處于基態(tài)，在激發(fā)光作用下，原子獲得足夠的能量，外層電作用下，原子獲得足夠的能量，外層電子由基態(tài)躍遷到較高的能級(jí)狀態(tài)即激發(fā)子由基態(tài)躍遷到較高的能級(jí)狀態(tài)即激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，其態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，其壽命小于壽命小于10-8s，外層電子就從高能級(jí)向，外層電子就從高能級(jí)向較低能級(jí)或基態(tài)躍遷。多余能量以電磁較低能級(jí)或基態(tài)躍遷。多余能量以電磁輻射的形式發(fā)射出去，這樣就得到了發(fā)輻射的形式發(fā)射出去，這樣就得到了發(fā)射光譜。原子發(fā)射光譜是線狀光譜。射光譜。原子發(fā)射光譜是線狀光譜。7原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生譜線波長(zhǎng)與能量的關(guān)系如下： h c= E2 E1式中E2、E1分別

4、為高能級(jí)與低能級(jí)的能量，為波長(zhǎng)，h為Planck常數(shù)，c為光速。8原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生n處于高能級(jí)的電子經(jīng)過(guò)幾個(gè)中間能級(jí)躍遷回到原能級(jí)，可產(chǎn)生幾種不同波長(zhǎng)的光，在光譜中形成幾條譜線。一種元素一種元素可以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的譜線，它們組成該可以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的譜線，它們組成該元素的原子光譜。元素的原子光譜。n不同元素的電子結(jié)構(gòu)不同，其原子光譜也不同，具有明顯的特征。9原子發(fā)射光譜概述n由于待測(cè)元素原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)不同，因此發(fā)射譜線的特征不同，據(jù)此可對(duì)樣品進(jìn)行定性分析；n而根據(jù)待測(cè)元素原子的濃度不同，因此發(fā)射強(qiáng)度不同，可實(shí)現(xiàn)元素的定量測(cè)定。10原子發(fā)射光譜法包括了三個(gè)主要的過(guò)程原子發(fā)射光譜法包括了三個(gè)主要的過(guò)

5、程:n由光源光源提供能量使樣品蒸發(fā)、形成氣態(tài)原子、并進(jìn)一步使氣態(tài)原子激發(fā)而產(chǎn)生光輻射；n將光源發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)單色器單色器分解成按波長(zhǎng)順序排列的譜線，形成光譜；n用檢測(cè)器檢測(cè)器檢測(cè)光譜中譜線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度。11原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜激發(fā)光源激發(fā)光源n激發(fā)光源的基本功能是提供使試樣中被測(cè)元素原子化和原子激發(fā)發(fā)光所需要的能量。對(duì)激發(fā)光源的要求是： 靈敏度高，穩(wěn)定性好，光譜背景小，結(jié)靈敏度高，穩(wěn)定性好，光譜背景小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作安全。構(gòu)簡(jiǎn)單，操作安全。12原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜激發(fā)光源激發(fā)光源常用的激發(fā)光源：n電弧光源。（交流電弧、直流電?。﹏電火花光源。n電感耦合高頻等離子體光源（ICP光源）等。

6、 13幾種光源的比較光 源蒸發(fā)溫度激發(fā)溫度/K放電穩(wěn)定性應(yīng)用范圍直流電弧高40007000稍差定性分析，礦物、純物質(zhì)、難揮發(fā)元素的定量分析交流電弧中40007000較好試樣中低含量組分的定量分析火化低瞬間10000好金屬與合金、難激發(fā)元素的定量分析ICP很高60008000 最好溶液的定量分析14電感耦合高頻等離子體（ICP）光源nInductive Coupled Plasma (ICP)n等離子體是一種由自由電子、離子、中性原子與分子所組成的在總體上呈中性的氣體，利用電感耦合高頻等離子體（ICP）作為原子發(fā)射光譜的激發(fā)光源始于上世紀(jì)60年代。15ICP形成原理nICP裝置由:n高頻發(fā)生器和

7、感應(yīng)線圈。n炬管和供氣系統(tǒng)。n進(jìn)樣系統(tǒng)。 三部分組成,高頻發(fā)生器的作用是產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)以供給等離子體能量。應(yīng)用最廣泛的是利用石英晶體壓電效應(yīng)產(chǎn)生高頻振蕩的他激式高頻發(fā)生器，其頻率和功率輸出穩(wěn)定性高。頻率多為27-50 MHz，最大輸出功率通常是2-4kW。16ICPAES結(jié)構(gòu)示意圖17高頻電感耦合等離子體震蕩電路18ICP形成原理n感應(yīng)線圈由高頻電源耦合供電，產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場(chǎng)。如果通過(guò)高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場(chǎng)作用下又會(huì)與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子，形成渦流。強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達(dá)10000k的等離子焰炬。19ICP形成原理20ICP火焰21I

8、CP火焰溫度分布nICP焰明顯地分為三個(gè)區(qū)域：焰心區(qū)呈白色，不透明，是高頻電流形成的渦流區(qū)，等離子體主要通過(guò)這一區(qū)域與高頻感應(yīng)線圈耦合而獲得能量。該區(qū)溫度高達(dá)10000K。內(nèi)焰區(qū)位于焰心區(qū)上方，一般在感應(yīng)圈以上10-20mm左右，略帶淡藍(lán)色，呈半透明狀態(tài)。溫度約為6000-8000K，是分析物原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域。尾焰區(qū)在內(nèi)焰區(qū)上方，無(wú)色透明，溫度較低，在6000K以下，只能激發(fā)低能級(jí)的譜線。22ICP形成原理23ICPAES的進(jìn)樣系統(tǒng)n霧化裝置：利用載氣流將液體試樣霧化成細(xì)微氣溶膠狀態(tài)并輸入到等離子中。它有同芯玻璃霧化器和玻璃霧化室組成。24用照相法在感光板上記錄譜線25單道順

9、序掃描直讀光譜儀n光柵公式： k =(a+b)sin k為一級(jí)光譜時(shí)等于1，a+b為光柵常數(shù)。通過(guò)改變光柵閃耀 ，使光柵在不同閃耀時(shí)衍射出對(duì)應(yīng)的（波長(zhǎng)）。26發(fā)射光譜儀（順序掃描儀內(nèi)部）27ICP光譜儀28發(fā)射光譜定量分析方法n光譜定量分析的依據(jù)是： I = ACbnI：譜線強(qiáng)度。nC：待測(cè)元素的濃度。nA：常數(shù)。nb: 分析線的自吸系數(shù)，在ICP-AES中為1。29發(fā)射光譜定量分析方法30發(fā)射光譜定量分析方法n在順序掃描光譜儀中分析線的譜線強(qiáng)度是以譜線峰高值表示。31發(fā)射光譜定量分析方法n配制一組有濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液的強(qiáng)度值，作出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。32發(fā)射光譜定量分析方法n測(cè)量樣品中待測(cè)元素的譜線強(qiáng)度值，利用已作出的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算出樣品中