ICP-AES电感耦合等离子体发射光谱仪培训讲义.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,*,电感耦合等离子体发射光谱仪,Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry,ICP-AES,世界领先科技,ICP,用户培训提要,一、,ICP,发射光谱概述及分析原理,二、仪器,三、,ICP,的分析参数,四、应用中的一些问题,一、,ICP,发射光谱概述及分析原理,ICP,放射光譜,仪和,AA,等,比較,+,-,氢原子的玻尔模型（基态）,加入量子化的能量,+,激发,电子返回低能级,发出特定波长的光,D,E=k/,l,k,=12400,光,+,发射,激发,发射,能量,离子,激发,态,离子基态,a,b,c,d,a,b,激发,c,电离,d,离子,激发,e,f,g,h,E,离子,发射,f,g,h,元子,发射,激发,态,l,4,l,3,l,2,l,1,能级图,多种能量传输,发射光取决于能级间能量差,返回基态,发出光,+,激发,态,D,E=,h,n,=,hc,/,l,h=Plancks,常数,n,=,频率,c=,光速,l,=,波长,原子光谱的产生,强度,C,浓度,0,I,C,I,0,I,定量分析,某个波长的强度和该元素的浓度成正比,原子发射光谱仪,火花,交流电弧,电感耦合等离子体（,ICP）,火焰,直流电弧,火焰,温度：20003000,K，,稳定性：很好,温度：40007000,K，,稳定性：较好,温度：40007000,K，,稳定性：差,温度：60008000,K,稳定性：很好,温度：10000,K，,稳定性：好,电感耦合等离子体,ICP,温度高达7000度,工作气体氩气,溶液进样,检出限低,稳定性好,线性范围宽,ICP-AES,多元素,测定,ICP,辅助气,冷却气,等离子体,RF,线圈,雾化气,+,样品气溶胶,环型电流,点火过程,ICP,各区域的温度,ICP,各区域的分布,二、仪器,1.,ICP,光源,RF,发生器,ICP,矩及进样系,独特的双观测结构,2.光谱仪和检测器,OPTIMA 4000,OPTIMA 2000,电感耦合等离子体发射光谱仪系统,光谱仪系统,检测器,光学传递,等离子炬管,等离子炬,蠕动泵,雾化室,氩气,样品,高频发生器,数据系统,微处理器,和电子控制系统,废液口,雾化器,样品喷射管,ICP,光源,主要部件,RF,发生器 27.12,MHz-40.68MHz,大功率管-固态电路 体积 15,X 15 X 10 cm,3,ICP,炬 可拆卸 双向观测,进样系统 正交雾化器 耐腐蚀雾室 质量流量计 0.01升/分,全新的固态,RF,高频发生器,恒温系统,方便的维修和诊断系统,对,OPTIMA4000,和,OPTIMA2000,所有部件全部通用,小巧和低成本的射频,系统,快速雾化气系统,固态射频发生器,可拆卸矩管系统,Optima,4300DV,增加可靠性,降低成本,减小体积及重量,Optima 4300 DV,桌面型193,kg,Optima 3300DV,落地型,454,kg,固态,RF,发生器的特点,可靠性和稳定性更好,无需使用大功率管,热平衡时间短,无需进行,RF,功率校正,更高的能量传输效率可达77%而大功率管只有,50%,小体系低功耗,ICP,观测方式,PHZ,(,予热区),IRZ,(,开始发射区,),NAZ,(,正常,观测区,),Dominantly Ionic Emission,Primary zone for excited states,ICP,各区域的分布（轴向）,尾焰,正常,观测区,切割气,予热,区,开始发,射区,Concentration,Emission Intensity,Calibration With Tail Plume,Removed,尾焰,形成分子氧化物,自吸,Emission Intensity,Concentration,Self Absorption,Calibration Viewed,Through Tail Plume,加长矩管抽尾焰,加长矩管去尾焰（红色部分）,镍锥切割尾焰,镍,锥去尾焰（红色部分）,轴向,径向,切割气,OPTIMA5000DV 2100DV,双向观测,Optima,空气切割去尾焰（红色部分）,其它公司,ICP,进样系统,其它公司,ICP,进样系统,OPTIMA,3300,XL,进样系统,OPTIMA,5300,V,进样系统,Optima 5000DV 2100DV,快速拆卸的进样系统,可快速拆卸的,Ryton,材料耐腐蚀进样系统,Ryton,材料的雾化室确保极低的记忆效应,快速冲洗,极低的记忆效应,信号在30秒之内降低3个量级,不同进样系统,ICP,矩的位置,ICP,典型的参数,稳定和不稳定的,ICP,不同等离子条件的火矩形状,位置 0 时正常的,ICP,位置-3,mm,时正常的,ICP,有空气漏入,辅助气太高,漏气或雾室温度太高,不同等离子条件的火矩形状,冷却气漏气使,ICP,变细,漏气或雾室温度太高,无辅助气,喷射管太前,ICP-AES,的发展,照相法,ICP,多道直读光谱仪,PMT,ICP,单道直读光谱仪,PMT,ICP,全谱直读光谱仪,CCD,传统单道多道光谱仪简图,全谱直读光谱仪简图,OPTIMA 4000DV,光 学 系 统 设 计 思 想,紫外区,：,ICP,主要谱线集中在紫外区,除碱金属锶及轻稀土元素外所有元素灵敏线均在400,nm,以内,灵敏度,：,光通量 大面积光学元件紫外区用光栅代替棱镜,透射率 紫外区用光栅代替棱镜,分辨率,：,色散率 光栅刻线 焦距,狭缝宽度 二档狭缝 相元宽度12.5,u,像差 抛物面准直镜,Schmidt,光栅消除聚光镜 球面,像,差,Optima 4300 DV,精湛的光学系统,光学系统优异的性能,与分辨率成正比的光学参数,光栅宽度：160,mm,中阶梯光栅刻线密度：79 条/,mm,闪耀角：63.4,焦距：0.5,m,消,像,差：,抛物面准直镜,Schmidt,光栅,与灵敏度成正比的光学参数,光栅面积：80160,mm,保障了大光通量,大光圈：,f/,6.7 能量大,OPTIMA4000,和其他,光谱仪 光通量的比较,D/F=1/f,1/f=6.7 F=504mm D=75mm S=4400mm,2,1,/,f=8.5 F=381mm D=45mm S=1600mm,2,S,准直镜面积,面向实际分析的检测器,SCD,235个子陈列5000多条谱线包含,ICP,分析所需全派部谱线避免无用的大量存储空间,每个陈列编上地址码迅速读数个,CCD,顺序读出节省时间,每个每个陈列包括一套照相快门和信号处理放大系统自动接谱线强弱选定积分时间（低至1毫秒）避免信号饱和,每个陈列到四周设有屏蔽超饱和也不会溢出到其它陈列,SCD,MD March 1997,56,波长和级次,高,低,级次,波长,高,低,低,高,130,120,110,100,90,80,70,60,Pb,220.353,Cu 221.458,SCD,示意图(二维光谱),MD March 1997,57,SCD,子阵列原理图,屏蔽线,输出电路,接口,时钟线,控制线,地址线,光电寄存器,存储寄存器,输出寄存器,SCD,检测器的特点,检测噪声低,量子效率高尤其在紫外区,避免溢出效应,检测速度快,OPTIMA 2000DV,IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII,双单色仪光学设计,Optima 2000,双阵列背投式,固态检测器,DBI-CCD,检测器原理图,参比谱线,分析谱线,双阵列背投式固态检测器,光从背面照射,光仅通过,9,微米的薄层,光能量最小吸收,实时动态波长校正原理图,三、,ICP,的主要分析性能和参数,1检出限,2稳定性,3准确度,4.,ICP,主要工作参数,检出限,DL=K,x,C/I-I,0,x,RSD,0,%,=K,x,C/I-I,0,x,RSD,0,%,=K,x,BEC,x,RSD,0,%,=0.01 K BEC,(RSD,0,%=1%),K=,3,C,0,I,C,I,0,BEC,背景等效浓度,BEC,C/BEC=I-I,0,/I,0,BEC=C/I-I,0,/I,0,I,0,I,稳定性,短期,RSD 0.5%,长期,RSD 1.5%,准确度,样品处理,消除干扰,消除基体效应,ICP,主要工作参数,雾化气流量,积分时间,狭缝宽度,（,象元数）,ICP,工作参数与分析性能的关系见下表,积分时间和检出限的关系,四、应用中的一些问题,1.样品前处理,2.分析方法中的干扰校正,物理干扰 粘度 表面张力,酸度 溶液浓度等,光谱干扰 背景校正,直接干涉校正,IEC,多谱拟合,MSF,3.基体效应的消除,样品前处理,取样量和稀释倍数(溶液中离子总浓度),尽量避免碱溶,影响样品提升和雾化,粘度,酸度,表面张力,溶液浓度,物理干扰,光谱干扰,检测器上得到分析谱线外的光得到不准确结果,可不校正背景,简单背景校正,简单背景校正,简单背景校正,倾斜的背景校正,倾斜的背景校正,倾斜的背景校正,完全重叠干扰（,IEC）,完全重叠干扰,部分重叠干扰（,MSF）,部分重叠干扰,部分重叠干扰,MSF:Multi-Component Spectral Fitting,多谱拟合,Emission spectrum=sum of,n,contributions,=,+,+,=,Analyte,纯分析元素,Blank,空白,Matrix,纯基体,Measured Spectrum,实际测定的光谱图,MSF,法的优点,进一步改善了信噪比,更好的检出限,同时进行光谱干扰和背景的校正,提高精确度,方法与等离子体操作条件,浓度和基体无关，与扣背景位置无关,3.基体效应的消除,基体匹配,校正,内标,