现在岩矿分析测试技术_第1页
现在岩矿分析测试技术_第2页
现在岩矿分析测试技术_第3页
现在岩矿分析测试技术_第4页
现在岩矿分析测试技术_第5页
已阅读5页,还剩29页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

现在岩矿分析测试技术第1页,共34页,2023年,2月20日,星期六一、ICP-MS的起源和发展1、1960s~70s,问题的提出电感耦合等离子体-原子发射光谱技术(ICP-AES)

优点:痕量多元素同时测定 分析速度快 样品引入简单

缺点:光谱干扰严重

火花源无机质谱用于痕量元素分析(SSMS)优点:谱图简单,分辨率适中,检出限低缺点:样品制备困难,分析速度慢 常规离子源效率低

ICP-AES+SSMSICP-MS1983第一台ICP-MS商品仪面世第2页,共34页,2023年,2月20日,星期六ICP-MS分析性能测定对象:绝大多数金属元素和部分非金属元素检测限:110-5(Pt)~159(Cl)ng/mL(ppt~ppm)分析速度:>20samplesperhour精度:RSD<5%离子源稳定性:优良的长程稳定性自动化程度:从进样到数据处理的全程自动化和远程控制应用范围:化工、地质、环境、冶金、生物、医药、核工业可测定同位素的比率第3页,共34页,2023年,2月20日,星期六ICP-MS的检出限第4页,共34页,2023年,2月20日,星期六Page5ICP-MS的应用领域分布环境:49%饮用水、海水、环境水资源食品、卫生防疫、商检等土壤、污泥、固体废物生产过程QA/QC,质量控制烟草/酒类质量控制,鉴别真伪等Hg,As,Pb,Sn等的价态形态分析半导体:33%高纯金属(电极)高纯试剂(酸,碱,有机)Si晶片的超痕量杂质光刻胶和清洗剂医药及生理分析6%头发、全血、血清、尿样、生物组织等医药研究,药品质量控制药理药效等的生物过程研究地质学:2%金属材料,合金等土壤、矿石、沉积物同位素比的研究激光熔蚀直接分析固体样品核工业:5%核燃料的分析放射性同位素的分析初级冷却水的污染分析化工,石化等:4%R&DQA/QC法医,公安等:1%射击残留物分析特征材料的定性来源分析毒性分析第5页,共34页,2023年,2月20日,星期六二.ICP-MS的工作原理多原子分子原子正离子气溶胶固体颗粒原子吸收ICP发射光谱雾化蒸发去溶剂蒸发解离化学键断裂电离气体或固溶胶ICP质谱第6页,共34页,2023年,2月20日,星期六在ICP中,等离子体激发基态原子的电子至较高能级,当较高能级的电子“落回”基态时,就会发射出某一待测元素的特定波长的光子。在ICP-MS中,等离子体炬管都是水平放置的,用于产生带正电荷的离子,而不是光子。实际上,ICP-MS分析中要尽可能阻止光子到达检测器,因为光子会增加信号的噪音。正是大量离子的生成和检测使ICP-MS具备了独特的ppt量级的检测能力,检出限大约优于ICP技术3~4个数量级。第7页,共34页,2023年,2月20日,星期六三.ICP-MS的基本结构1.样品引入系统:由蠕动泵和雾化器等组成2.ICP离子源:RF发生器和ICP焰炬3.接口和离子透镜:提取离子、挡住光子、形成离子束4.质量分析器:四级杆分析器,按m/z大小组成质谱5.真空系统:机械真空泵和涡轮分子泵6.检测器:双层多价电子倍增器7.计算机:自动控制、数据运算第8页,共34页,2023年,2月20日,星期六组成ICP-MS系统的基本部件示意图进样系统等离子体源接口质谱仪进样系统等离子体源接口质谱仪第9页,共34页,2023年,2月20日,星期六3.1电感耦合等离子体等离子体的一般概念等离子体指的是含有一定浓度阴阳离子能够导电的气体混合物。在等离子体中,阴阳离子的浓度是相同的,净电荷为零。通常用氩形成等离子体。氩离子和电子是主要导电物质。一般温度可以达到10,000K(常用8000K)。第10页,共34页,2023年,2月20日,星期六电感耦合等离子体的形成等离子气Plasmagas辅助气Auxgas载气carriergasRF工作线圈(内通循环水)射频电压诱导氩离子和电子快速震荡,产生热量(~8,000K)载气将样品气溶胶载到等离子体的中心,进而样品发生干燥、去溶剂、解离、原子化和电离等过程(中心温度~6800K)石英同心炬管第11页,共34页,2023年,2月20日,星期六ICP离子源原理图ICP最热部分~8000K粒子蒸发与解离采样锥口处正离子浓度最高,而多原子离子干扰浓度最低在采样锥口处样品以正离子形态存在气溶胶干燥解离成单原子且电离RF发生器频率27MHz,样品通道~6800K以上样品停留时间为几个毫秒+第12页,共34页,2023年,2月20日,星期六3.2ICP与MS的接口(Interface)离子的提取采样锥(samplingcone)截取锥(skimmercone)离子的聚焦离子透镜组真空系统一个机械泵一个分子涡轮泵第13页,共34页,2023年,2月20日,星期六接口处的样品离子ArArArArArArNa+Na+Na+Na+Na+e-e-e-e-e-e-e-e-Machdisk采样锥截取锥Na+Na+e-e-e-ArAr离子,中性粒子,电子在等离子体中无序运动真空

离子,中性粒子及电子被采样锥后真空造成的压差吸取后

迅速膨胀后形成超声射流

在提取透镜中负电子被排斥正电子被提取并加速

中性粒子不受电场影响继续直行.提取透镜第14页,共34页,2023年,2月20日,星期六

四极杆质谱(QuadrupoleMass)

3.3质谱仪射频和直流电场同时作用下的振动滤质器第15页,共34页,2023年,2月20日,星期六

双聚焦扇形磁场质谱(Double-focusedMagnetic-SectorMassSpectrometer)N.Jakubowskiaet.al.,SpectrochimicaActa53B(1998)1739–1763方向聚焦和动能聚焦扇形磁场偏转分离静电分析器消除相同质量离子间的动能差别具有更高的分辨率第16页,共34页,2023年,2月20日,星期六

飞行时间质谱(Time-of-flightMS)M.Balcerazak,AnalyticalSciences19(2003)979-989各离子动能相同,飞行速度不同分析速度远大于四极杆质谱第17页,共34页,2023年,2月20日,星期六固体激光烧蚀3.4ICP-MS样品引入系统(进样方式)氢化物第18页,共34页,2023年,2月20日,星期六雾化器

高速气流在毛细管尖形成负压,带动样品溶液从管尖喷出雾化为小液滴雾室 液滴与雾室内壁碰撞,较大的液滴聚集为废液流出;较小的液滴分散为气溶胶进入ICPMeinhard同心玻璃雾化器样品传输效率低毛细管口易堵塞(<4%)回旋型单通路雾室ToICP对液体试样的雾化第19页,共34页,2023年,2月20日,星期六流动注射进样(a)Sampling(b)Injection样品用量少对溶液TDS和粘度要求不高设备简单灵活第20页,共34页,2023年,2月20日,星期六氢化物发生/气体发生进样优点:~100%传输率;与溶液基体充分分离;具有预富集的效果氢化物发生器M+

NaBH4

MHn+BH3+Na+(M=As,Bi,Ge,Pb,Sb,Se,Sn,Te,Cd,Hg*)第21页,共34页,2023年,2月20日,星期六电热蒸发直接进样进样量少传输率高(>60%)可预先除去溶剂可预先除去基体F.Vanhaeckeet.al.AnalBioanalChem.17(2002),933-943第22页,共34页,2023年,2月20日,星期六激光烧蚀法——原位(insitu)探测技术仪器原理优点:原位无损分析 重现性好,线性范围宽 适用样品类型多(钢铁、 陶瓷、矿物、核材料、食品)缺点:检测限较差 基体干扰严重 定量校准方法不理想

D.GuntherUet.Al.,SpectrochimicaActaPartB541999381-409第23页,共34页,2023年,2月20日,星期六3.5质谱图及其干扰ICP-MS的图谱非常简单,容易解析和解释。但是也不可避免的存在相应的干扰问题,主要包括光谱干扰和基体效应两类。第24页,共34页,2023年,2月20日,星期六光谱干扰:当等离子体中离子种类与分析物离子具有相同的质荷比,即产生光谱干扰。光谱干扰有四种同质量类型离子多原子或加和离子氧化物和氢氧化物离子仪器和试样制备所引起的干扰第25页,共34页,2023年,2月20日,星期六同质量类型离子干扰

同质量类型离子干扰是指两种不同元素有几乎相同质量的同位素。对使用四极质谱计的原子质谱仪来说,同质量类指的是质量相差小于一个原于质量单位的同位素。使用高分辨率仪器时质量差可以更小些。周期表中多数元素都有同质量类型重叠的一个、二个甚至三个同位素。如:铟有113In+和115In+两个稳定的同位素前者与113Cd+重叠,后者与115Sn+重叠。因为同质量重叠可以从丰度表上精确预计.此干扰的校正可以用适当的计算机软件进行。现在许多仪器已能自动进行这种校正。第26页,共34页,2023年,2月20日,星期六

多原子离子十扰多原子离子(或分子离子)是ICP-MS中干扰的主要来源。一般认为,多原子离子并不存在于等离子体本身中,而是在离子的引出过程中。由等离子体中的组分与基体或大气中的组分相互作用而形成。氢和氧占等离子体中原子和离子总数的30%左右,余下的大部分是由ICP炬的氩气产生的。ICP-MS的背景峰主要是由这些多原子离子结出的.它们有两组:以氧为基础质量较轻的—组和以氩为基础较重的一组,两组都包括含氢的分子离子。例:16O2+干扰32S+第27页,共34页,2023年,2月20日,星期六氧化物和氢氧化物离子干扰

在ICPMS中,另—个重要的干扰因素是由分析物、基体组分、溶剂和等离子气体等形成的氧化物和氢氧化物,其中分析物和基体组分的这种干扰更为明显些。它们几乎都会在某种程度上形成MO+和MOH+离子,M表示分析物或基体组分元素,进而有可能产生与某些分析物离子峰相重叠的峰。例如钛的5种天然同位素的氧化物质量数分别为62、63、64、65和66,干扰分析62Ni+、63Cu+、64Zn+、65Cu+和66Zn+氧化物的形成与许多实验条件有关,例如进样流速、射频能量、取样锥一分离锥间距、取样孔大小、等离子气体成分、氧和溶剂的去除效率等。调节这些条件可以解决些特定的氧化物和氢氧化物重叠问题。第28页,共34页,2023年,2月20日,星期六仪器和试样制备所引起的干扰等离子体气体通过采样锥和分离锥时,活泼性氧离子会从锥体镍板上溅射出镍离子。采取措施使等离子体的电位下降到低于镍的溅射闭值,可使此种效应减弱甚至消失。痕量浓度水平上常出现与分析物无关的离子峰,例如在几个ng·mL-1的水平出现的铜和锌通常是存在于溶剂酸和去离子水中的杂质。因此,进行超纯分析时,必须使用超纯水和溶剂。最好用硝酸溶解固体试样,因为氮的电离电位高,其分子离子相当弱,很少有干扰。第29页,共34页,2023年,2月20日,星期六基体效应:

ICP-MS中所分析的试样,—般为固体含量其质量分数小于1%,或质量浓度约为1000ug.mL-1的溶液试样。当溶液中共存物质量浓度高于500—1000ug.mL-1时,ICP-MS分析的基体效应才会显现出来。共存物中含有低电离能元素例如碱金属、碱土金属

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论