ICP-AES基础知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,ICP-AES,ICP-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,/,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,原子吸收和发射能量,原子,基态,原子,激发态,hv,吸收能量,外层电子,hv,能量,发射,原子,发射能量,示意,图,a,b,c,d,E,o,基态,激发态,发射,能量,b,a,c,E,3,E,2,E,1,E,离子化,吸收和发射,Ba,Na,K,Fraunhofer,吸收线,发射线,元素定性分析,900,nm,Cu,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。,半定量,半定量是对样品中一些元素的浓度进行大致估算。与定量分析相比较，半定量希望通过较少地努力来大致得到许多元素的浓度。,一种半定量的方法是对许多元素进行一次曲线校正，并将标准曲线储存起来。然后在需要进行半定量时，直接采用原来的曲线对样品进行测试。结果会因仪器的飘移而产生误差或因样品基体的不同而产生误差，但对于半定量来说，可以接受。,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,三圆同心石英管,水冷的耦合线圈,磁场,辅助气,等离子体气,雾化气和样品气溶胶,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（,skin effect)-,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,RSD0.5%,3,）基体效应小（,matrix effect),：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,ICP-OES,大部分问题来自进样系统,;,用,Y,溶液检查等离子体状态,;,进,1000,ppm,Y,溶液观察等离子体，对于垂直炬管，红色弹头区应当刚好在炬管顶端。水平炬管应当刚好在右边一点。兰色分析区应当清楚地见到。,Cu(327.4)/Mn(257.6),强度比,5%,，清洗进样系统,;,Mn,离子线和原子线强度比，判断,RF,强度，强的等离子体，其比值,8,。,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。,清洗炬管,(a),用清水冲洗，洗去上面的盐份，使用前晾干。,(b),其它沉积物可将炬管浸入王水（浓硝酸,:,浓盐酸,1:3,体积比,),中一晚上，然后用水冲洗干净，晾干。,技巧,:,可在中心管中滴入王水除去上面的污物。,警告：,硝酸,盐酸腐蚀性很强，直接接触可能会导致严重烧伤。应穿戴必要工作服和手套。,(c),有机样品在炬管上留下的难清洗污点，可用细金属刮刀小心刮去。但要注意，不要刮伤炬管。用乙醇清洗并用氩气吹干。,注：,点火前一定要使炬管晾干。,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。,常见问题,被分析信号低,噪声信号,PC,与仪器不能通讯,等离子体不能点燃,精度差,扫描图不显示,炬管过热,信号情况,检查进样系统,*雾化器堵塞,/,雾化气流量,*注射管堵塞,*蠕动泵管,有机样品,标样配制不正确,条件未优化,噪音产生因素,噪音产生因素,(,相对标准偏差大）：,雾化室污染,非水溶液分析之后进行水溶液测试,空气泄露,蠕动泵管损坏,泵速低,注射管部分堵塞,雾化器部分堵塞,盐份只部分溶解,盐份高,氩气加湿附件,样品传输管上沉积物较多,常见问题,标准曲线校正失败,检查相关系数设置、误差设置、拟合方式,.,不规则峰形或者基线,样品或基体干扰,.,