原子发射光谱分析课件

ICP-AESICP-OES基本原理原子发射光谱分析是根据试样物质中气态原子（或离子）被激发以后，其外层电子辐射跃迁所发射的特征辐射能（不同的光谱），来研究物质化学组成的一种方法。常称为光谱化学分析，也简称为光谱分析。

ICP-OES能分析约73种元素原子光谱原理物质被热激发成原子和离子测量原子和离子吸收和发出的光即△E=hv=hc/λ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发射能量示意图abcdEo

基态激发态发射能量bac}E3E2E1E

离子化吸收和发射

BaNaKFraunhofer吸收线发射线元素定性分析900nmCu原子发射光谱的定性原理量子力学基本理论: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分析。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：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。等离子体区域预热区在电感线圈上方进行观测导入区初始辐射区标准分析区

等离子体尾焰

ICP炬形成过程炬管的组成：三层石英同心管组成。冷却（等离子）氩气以外管内壁相切的方向进入ICP炬管内，冷却石英管壁。防止其被高温的ICP烧熔。炬管置于高频线圈的正中，线圈的下端距中管的上端2-4mm，水冷的线圈连接到高频发生器的输出端。高频电能通过线圈耦合到炬管内电离的氩气中。当线圈上有高频电流通过时，则在线圈的轴线方向上产生一个强烈振荡的环形磁场。开始时，炬管中的原子氩并不导电，因而也不会形成放电。当点火器的高频火花放电在炬管内使小量氩气电离时，一旦在炬管内出现了导电的粒子，由于磁场的作用，其运动方向随磁场的频率而振荡，并形成与炬管同轴的环形电流。原子、离子、电子在强烈的振荡运动中互相碰撞产生更多的电子与离子。终于形成明亮的白色Ar-ICP放电，其外形尤如一滴刚形成的水滴。在高度电离的ICP内部所形成的环形涡流可看作只有一匝的变压器次级线圈，而水冷的工作线圈则相当于变压器的初级线圈，它们之间的耦合，使磁场的强度和方向随时间而变化，受磁场加速的电子和离子不断改变其运动方向，导致焦耳发热效应并附带产生电离作用。这种气体在极短时间内在石英的炬管内形成一个新型的稳定的“电火焰”光源。

样品经雾化器被气动力吹散击碎成粒径为1-10um之间的细粒截氩气由中心管注入ICP中，雾滴在进入ICP之前，经雾化室除去大雾滴使到达ICP的气溶胶微滴快速地去溶、蒸发和原子化。ICP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（skineffect)----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,RSD~0.5%

3）基体效应小（matrixeffect)：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。ICP-AES维护清除记忆效应：强记忆效应：Ag、Au、B、Hg、Mo、Si、Sb、Sn、W、Zr。消除方法：稀释；保证足够的冲洗时间；测试中间2%硝酸冲洗。ICP-AES维护清洗炬管清洗雾化室清洗雾化器清洁冷风入口过滤器检查循环水水位和设定温度进行波长校正检查蠕动泵管当蠕动泵管变得松弛，无须拉长就可挂在两边的卡槽中时，就需要更换蠕动泵管了清洁冷锥接口/石英帽关键的炬管的维护周期性检查炬管，看是否有破裂或变形,如果有破碎或变形，应予以更换。随着炬管使用时间的增加，炬管最终会破碎这时必须更换之为保证分析性能，必须保持炬管清洁，经常检查和清洗炬管。注意：炬管上所形成的沉积物可能影响仪器的正常操作当样品含高盐成份(>10%w/v)时，需每日检查炬管状况。当分析有机样品时，应经常检查中间层和注射管上是否有积碳。清洗雾化室将雾化室放入超声波洗池中，并在清洗液中加入一些中性表面活性剂清洗完毕后，用水彻底冲洗重新组装雾化室Warning：不得将同心玻璃雾化器置于超声波洗池中如何检测雾化器堵塞情况雾化器的性能好坏依赖于其几何形状。必须十分小心不要损坏雾化器。玻璃雾化器很容易被溶液中的颗粒堵塞固体物质很可能堵塞雾化器中间的毛细玻璃管。进样系统的堵塞往往表现在进样量的下降和灵敏度的下降，或者为进样毛细管漏液。对于配置为流量调节阀的仪器来说，堵塞往往表现为达到同样气体流量需要较高压力,对于配置为质量流量控制的仪器，往往表现为软件的出错提示。当使用玻璃雾化室时，如果能够观察到雾化室中有细雾产生，说明雾化器工作正常，否则可能为雾化器堵塞。预防措施在样品与样品测试之间用清洗剂冲洗雾化器可有效防止雾化器堵塞，为减少污染可能带来的堵塞，未进样时应将样品容器盖上。如必要，将溶液过滤。V-型槽雾化器设计用来分析高盐成分（高不溶固体颗粒）或含HF样品，常规使用时，在样品间，用清洗液冲洗，可有效防止样品在雾化器上沉积而堵塞雾化器，需要时用稀洗涤剂冲洗V-型槽雾化器。信号情况检查进样系统*雾化器堵塞/