第三节电感耦合等离子体发射光谱法

1、*1kTEmKNmOeNmhII I为谱线强度；为谱线强度； N N为单位体积内激发态原子数；为单位体积内激发态原子数；m m为两个能级之间为两个能级之间的跃迁概率；的跃迁概率； h h为普朗克常数；为普朗克常数； 为发射谱线的频率。在一定为发射谱线的频率。在一定的条件下，谱线强度仅和的条件下，谱线强度仅和N N成正比，其他均为常数。成正比，其他均为常数。在固定实验在固定实验条件下，激发态原子数与样品中该元素的浓度成正比，所以谱线条件下，激发态原子数与样品中该元素的浓度成正比，所以谱线强度与待测元素浓度成正比。强度与待测元素浓度成正比。bCaIa a为常数为常数,C,C为待测元素的浓度为待测元

2、素的浓度b b为自吸系数，随浓度为自吸系数，随浓度 c c增加增加而减小，当浓度很小，自吸而减小，当浓度很小，自吸消失时，消失时，b=1b=1定量关系式73）动态线性范围宽动态线性范围宽 大于大于10106 6，不需稀释（浓缩），不需稀释（浓缩）处理程序同时测定高、低浓度的元素，提高了检处理程序同时测定高、低浓度的元素，提高了检测速度，免去样品处理测速度，免去样品处理，可实现试样中主要成分、，可实现试样中主要成分、次要成分甚至微量成分的同时测定。次要成分甚至微量成分的同时测定。4 4) ) 精密度好精密度好当检测器积分时间为当检测器积分时间为1010 3030秒，分析浓度为检出限秒，分析浓度为

3、检出限的的5050 100100倍时，净谱线信号的相对标准偏差可达倍时，净谱线信号的相对标准偏差可达1%1%以下；分析浓度为检出限的以下；分析浓度为检出限的5 5 1010倍时，标准偏倍时，标准偏差为差为4 4 8%8%。若改用摄谱法，同样浓度的标准偏差。若改用摄谱法，同样浓度的标准偏差为为5 5 19%19%。85)基体干扰少基体干扰少在在ICP-AESICP-AES中，试样溶液通过光源的中心通道而受中，试样溶液通过光源的中心通道而受热蒸发、分解和激发，相当于管式炉间接加热，热蒸发、分解和激发，相当于管式炉间接加热，加热温度高达加热温度高达5000-7000K5000-7000K，因此化学干

4、扰和电离，因此化学干扰和电离干扰都很低。可直接用纯水配制标准溶液，不需干扰都很低。可直接用纯水配制标准溶液，不需添加抗干扰试剂，或者几种不同基体的试样溶液添加抗干扰试剂，或者几种不同基体的试样溶液采用同一套标准溶液来测试。采用同一套标准溶液来测试。6 6）可进行定性分析）可进行定性分析 利用标准谱线库进行定性和利用标准谱线库进行定性和半定量分析半定量分析97). 可多元素同时测定或连续测定由于基体干扰低，元素与元素之间相互干扰少，由于基体干扰低，元素与元素之间相互干扰少，若采用混合标准溶液便可进行多元素同时测定若采用混合标准溶液便可进行多元素同时测定10ICP-AES的缺点1). 灵敏度还不够

5、高对某些试样来说，检出限还不能满足要求，中低温元素灵敏度还不如原子吸收分析，如碱金属。2). 雾化效率低一般气动雾化进样法的雾化效率只有不到10%。且雾化器容易堵塞，造成工作不稳定。3). 氩气消耗大由于等离子体炬温度很高，容易烧毁石英炬管，必须通以大量氩气保护,用分子气体（氮气等）取代氩气的实验尚未推广到实际应用大约4小时消耗一瓶氩气。而原子吸收所使用的乙炔，一瓶可以使用好几百小时。 原理：当高频发生器接通电源后，高原理：当高频发生器接通电源后，高频电流频电流I I通过感应线圈产生交变磁场通过感应线圈产生交变磁场( (绿色绿色) )。 开始时，管内为开始时，管内为ArAr气，不导气，不导电，

6、需要用高压电火花触发，使气体电，需要用高压电火花触发，使气体电离后，在高频电磁场的作用下，带电离后，在高频电磁场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞，形成电粒子高速运动，碰撞，形成“雪崩雪崩”式放电，产生等离子体气流。在垂式放电，产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流（涡电直于磁场方向将产生感应电流（涡电流，粉色），其电阻很小，电流很大流，粉色），其电阻很小，电流很大( (数百安数百安) )，产生高温。又将气体加热、，产生高温。又将气体加热、电离，在管口形成稳定的等离子体焰电离，在管口形成稳定的等离子体焰炬炬。炬管：三层同心石英管炬管：三层同心石英管冷却气：冷却气：沿切线方向引入外管，它

7、主要起冷却作用，保护石沿切线方向引入外管，它主要起冷却作用，保护石英炬管免被高温所熔化，使等离子体的外表面冷却并与管壁英炬管免被高温所熔化，使等离子体的外表面冷却并与管壁保持一定的距离。其流量约为保持一定的距离。其流量约为10-15L/min10-15L/min，视功率的大小以，视功率的大小以及炬管的大小、质量与冷却效果而定。及炬管的大小、质量与冷却效果而定。辅助气：辅助气：沿切线方向通入中层管，其流量在沿切线方向通入中层管，其流量在0.5-1.5L/mim0.5-1.5L/mim，作用是作用是“点燃点燃”等离子体，并使高温的等离子体，并使高温的ICPICP底部与中心管、中底部与中心管、中层管

8、保持一定的距离，保护中心管和中层管的顶端，尤其是层管保持一定的距离，保护中心管和中层管的顶端，尤其是中心管口不被烧熔或过热，减少气溶胶所带的盐分过多地沉中心管口不被烧熔或过热，减少气溶胶所带的盐分过多地沉积在中心管口上。另外它又起到抬升积在中心管口上。另外它又起到抬升ICPICP，改变等离子体观察，改变等离子体观察高度的作用。高度的作用。载气：载气：从雾化器通入，将样品溶液转化为粒径只有从雾化器通入，将样品溶液转化为粒径只有1-10um1-10um的的气溶胶；将样品的气溶胶引入气溶胶；将样品的气溶胶引入ICPICP；对雾化器、雾化室、中心；对雾化器、雾化室、中心管起清洗作用。载气的流量一般在管

9、起清洗作用。载气的流量一般在0.4-1.0L/min0.4-1.0L/min。 大约 25 mm大约 40 mm毛细管外壳喷嘴液体(试样)进入气体进入(侧臂)Ar试样对气溶胶产生缓冲作用，消除压力的波动和脉冲对气溶胶产生缓冲作用，消除压力的波动和脉冲适宜分析的气溶胶导入适宜分析的气溶胶导入ICPICP排液雾化器过来的气溶胶气溶胶雾气到炬管排液扰流器雾化器过来的气溶胶气溶胶到炬管雾化器气溶胶到炬管排液2022-4-22 光电直读等离子体发射光谱仪 光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度；光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度； 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式；两种类型：多道固定狭缝式和

10、单道扫描式； 一个出射狭缝和一个光一个出射狭缝和一个光电倍增管，可接受一条谱线，电倍增管，可接受一条谱线，构成一个测量通道；构成一个测量通道； 单道扫描式是转动光栅单道扫描式是转动光栅进行扫描，在不同时间检测进行扫描，在不同时间检测不同谱线；不同谱线； 多道固定狭缝式则是安装多道固定狭缝式则是安装多个（多达多个（多达70个），同时测个），同时测定多个元素的谱线；定多个元素的谱线；2022-4-22 (1) 多达多达70个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这是其他金属分析方法所不具备的；是其他金属分析方法所不具备的； (2) 分析速度快，准确度高；分析速

11、度快，准确度高； (3) 线性范围宽，线性范围宽， 45个数量级，高、中、低浓度都可分个数量级，高、中、低浓度都可分析；析；缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；改进型：改进型： n+1型型ICP光谱仪光谱仪 在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个可变通道；可变通道；实现全谱接收和多元素同时测定2022-4-22 采用采用CIDCID阵列检测器，可同时检测阵列检测器，可同时检测165165800nm800nm波长范围内出现的全部谱线；波长范围内出现的全部谱线；中阶梯光栅分光系统，仪器

12、结中阶梯光栅分光系统，仪器结构紧凑，体积大大缩小；构紧凑，体积大大缩小；兼具多道型和扫描型特点；兼具多道型和扫描型特点；C CI ID D：电荷注入式检测器：电荷注入式检测器( (charge charge injection detector,CIDinjection detector,CID), ), 282828mm28mm半导体芯片上，半导体芯片上，2626万个万个感感光点光点点阵点阵( ( 每个相当于一个光电倍每个相当于一个光电倍增管增管) )；2022-4-22(1) 测定每个元素可同时选用多条谱线；测定每个元素可同时选用多条谱线；(2) 可在一分钟内完成可在一分钟内完成70个元素的定量测定；个元素的定量测定；(3) 可在一分钟内完成对未知样品中多达可在一分钟内完成对未知样品中多达70多元素的定性；多元素的定性；(4) 1mL的样品可检测所有可分析元素；的样品可检测所有可分析元素；(5) 扣除基体光谱干扰；扣除基体光谱干扰；(6) 全自动操作；全自动操作；(7) 分析精度：分析