原子發(fā)射光譜分析課件

ICP-AESICP-OES基本原理原子發(fā)射光譜分析是根據(jù)試樣物質(zhì)中氣態(tài)原子（或離子）被激發(fā)以后，其外層電子輻射躍遷所發(fā)射的特征輻射能（不同的光譜），來研究物質(zhì)化學(xué)組成的一種方法。常稱為光譜化學(xué)分析，也簡稱為光譜分析。

ICP-OES能分析約73種元素原子光譜原理物質(zhì)被熱激發(fā)成原子和離子測量原子和離子吸收和發(fā)出的光即△E=hv=hc/λ量子理論：吸收和發(fā)射發(fā)生在分立的能級能級和波長之間的對應(yīng)關(guān)系原子發(fā)射能量示意圖abcdEo

基態(tài)激發(fā)態(tài)發(fā)射能量bac}E3E2E1E

離子化吸收和發(fā)射

BaNaKFraunhofer吸收線發(fā)射線元素定性分析900nmCu原子發(fā)射光譜的定性原理量子力學(xué)基本理論:1）原子或離子可處于不連續(xù)的能量狀態(tài)，該狀態(tài)可以光譜項來描述；2）當(dāng)處于基態(tài)的氣態(tài)原子或離子吸收了一定的外界能量時，其核外電子就從一種能量狀態(tài)（基態(tài)）躍遷到另一能量狀態(tài)（激發(fā)態(tài)）；3）處于激發(fā)態(tài)的原子或離子很不穩(wěn)定，經(jīng)約10-8秒便躍遷返回到基態(tài)，并將激發(fā)所吸收的能量以一定的電磁波輻射出來；4）將這些電磁波按一定波長順序排列即為原子光譜（線狀光譜）；5）由于原子或離子的能級很多并且不同元素的結(jié)構(gòu)是不同的，因此，對特定元素的原子或離子可產(chǎn)生一系列不同波長的特征光譜，通過識別待測元素的特征譜線存在與否進行定性分析。定量分析基礎(chǔ)I=KNX其中：I：光譜強度K：常數(shù)N：原子濃度X：接近1的指數(shù)全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀工作模式：通過一次測定,同時記錄樣品中待測元素的所有發(fā)射譜線,不管這些譜線是在紫外區(qū)，還是在可見區(qū),也不論這些待測元素是高濃度或是低濃度，多能同時完成測定。性能特點：1、由于具有同時記錄待測元素的所有發(fā)射譜線的功能,所以，可以通過選擇合適的譜線，有效避免光譜干擾；2、同一元素，具有很多分析譜線，不同元素具有不同的靈敏度，高靈敏度譜線檢測低含量的樣品，低靈敏度譜線檢測高濃度樣品，所以有效地拓寬了分析的濃度范圍；3、分析速度極快；4、同時記錄樣品的背景信號，有效扣除背景影響，大大改善分析精度。何謂等離子體高溫氣體；離子和電子云；整個等離子體呈電中性；RF發(fā)生器使電感線圈發(fā)生高頻震蕩磁場；RF發(fā)生器能量耦合到氬氣中；高溫達10000K。等離子體區(qū)域預(yù)熱區(qū)在電感線圈上方進行觀測導(dǎo)入?yún)^(qū)初始輻射區(qū)標(biāo)準(zhǔn)分析區(qū)

等離子體尾焰

ICP炬形成過程炬管的組成：三層石英同心管組成。冷卻（等離子）氬氣以外管內(nèi)壁相切的方向進入ICP炬管內(nèi)，冷卻石英管壁。防止其被高溫的ICP燒熔。炬管置于高頻線圈的正中，線圈的下端距中管的上端2-4mm，水冷的線圈連接到高頻發(fā)生器的輸出端。高頻電能通過線圈耦合到炬管內(nèi)電離的氬氣中。當(dāng)線圈上有高頻電流通過時，則在線圈的軸線方向上產(chǎn)生一個強烈振蕩的環(huán)形磁場。開始時，炬管中的原子氬并不導(dǎo)電，因而也不會形成放電。當(dāng)點火器的高頻火花放電在炬管內(nèi)使小量氬氣電離時，一旦在炬管內(nèi)出現(xiàn)了導(dǎo)電的粒子，由于磁場的作用，其運動方向隨磁場的頻率而振蕩，并形成與炬管同軸的環(huán)形電流。原子、離子、電子在強烈的振蕩運動中互相碰撞產(chǎn)生更多的電子與離子。終于形成明亮的白色Ar-ICP放電，其外形尤如一滴剛形成的水滴。在高度電離的ICP內(nèi)部所形成的環(huán)形渦流可看作只有一匝的變壓器次級線圈，而水冷的工作線圈則相當(dāng)于變壓器的初級線圈，它們之間的耦合，使磁場的強度和方向隨時間而變化，受磁場加速的電子和離子不斷改變其運動方向，導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)并附帶產(chǎn)生電離作用。這種氣體在極短時間內(nèi)在石英的炬管內(nèi)形成一個新型的穩(wěn)定的“電火焰”光源。

樣品經(jīng)霧化器被氣動力吹散擊碎成粒徑為1-10um之間的細粒截氬氣由中心管注入ICP中，霧滴在進入ICP之前，經(jīng)霧化室除去大霧滴使到達ICP的氣溶膠微滴快速地去溶、蒸發(fā)和原子化。ICP光源特點1）低檢測限：蒸發(fā)和激發(fā)溫度高；2）穩(wěn)定，精度高：高頻電流----趨膚效應(yīng)（skineffect)----渦流表面電流密度大----環(huán)壯結(jié)構(gòu)----樣品導(dǎo)入通道----不受樣品引入影響----高穩(wěn)定性,RSD~0.5%

3）基體效應(yīng)?。╩atrixeffect)：樣品處于化學(xué)惰性環(huán)境的高溫分析區(qū)----待測物難生成氧化物----停留時間長（ms級）、化學(xué)干擾小，樣品處于中心通道，其加熱是間接的----樣品性質(zhì)（基體性質(zhì)，如：樣品組成、溶液粘度、樣品分散度等）對ICP影響小。4）背景小：通過選擇分析高度，避開渦流區(qū)。5）自吸效應(yīng)?。簶悠凡粩U散到ICP周圍的冷氣層，只處于中心通道，即是處于非局部力學(xué)系統(tǒng)平衡；6）分析線性范圍寬：ICP在分析區(qū)溫度均勻，自吸收、自蝕效應(yīng)小7）眾多元素同時測定：激發(fā)溫度高（70多種）不足：對非金屬測定的靈敏度低，儀器貴，維護費用高。ICP-AES維護清除記憶效應(yīng)：強記憶效應(yīng)：Ag、Au、B、Hg、Mo、Si、Sb、Sn、W、Zr。消除方法：稀釋；保證足夠的沖洗時間；測試中間2%硝酸沖洗。ICP-AES維護清洗炬管清洗霧化室清洗霧化器清潔冷風(fēng)入口過濾器檢查循環(huán)水水位和設(shè)定溫度進行波長校正檢查蠕動泵管當(dāng)蠕動泵管變得松弛，無須拉長就可掛在兩邊的卡槽中時，就需要更換蠕動泵管了清潔冷錐接口/石英帽關(guān)鍵的炬管的維護周期性檢查炬管，看是否有破裂或變形,如果有破碎或變形，應(yīng)予以更換。隨著炬管使用時間的增加，炬管最終會破碎這時必須更換之為保證分析性能，必須保持炬管清潔，經(jīng)常檢查和清洗炬管。注意：炬管上所形成的沉積物可能影響儀器的正常操作當(dāng)樣品含高鹽成份(>10%w/v)時，需每日檢查炬管狀況。當(dāng)分析有機樣品時，應(yīng)經(jīng)常檢查中間層和注射管上是否有積碳。清洗霧化室將霧化室放入超聲波洗池中，并在清洗液中加入一些中性表面活性劑清洗完畢后，用水徹底沖洗重新組裝霧化室Warning：不得將同心玻璃霧化器置于超聲波洗池中如何檢測霧化器堵塞情況霧化器的性能好壞依賴于其幾何形狀。必須十分小心不要損壞霧化器。玻璃霧化器很容易被溶液中的顆粒堵塞固體物質(zhì)很可能堵塞霧化器中間的毛細玻璃管。進樣系統(tǒng)的堵塞往往表現(xiàn)在進樣量的下降和靈敏度的下降，或者為進樣毛細管漏液。對于配置為流量調(diào)節(jié)閥的儀器來說，堵塞往往表現(xiàn)為達到同樣氣體流量需要較高壓力,對于配置為質(zhì)量流量控制的儀器，往往表現(xiàn)為軟件的出錯提示。當(dāng)使用玻璃霧化室時，如果能夠觀察到霧化室中有細霧產(chǎn)生，說明霧化器工作正常，否則可能為霧化器堵塞。預(yù)防措施在樣品與樣品測試之間用清洗劑沖洗霧化器可有效防止霧化器堵塞，為減少污染可能帶來的堵塞，未進樣時應(yīng)將樣品容器蓋上。如必要，將溶液過濾。V-型槽霧化器設(shè)計用來分析高鹽成分（高不溶固體顆粒）或含HF樣品，常規(guī)使用時，在樣品間，用清洗液沖洗，可有效防止樣品在霧化器上沉積而堵塞霧化器，需要時用稀洗滌劑沖洗V-型槽霧化器。信號情況檢查進樣系統(tǒng)*霧化器堵塞/