ICP-OES光谱-原理部分

分析技术比较（1）
ICP-MS
检出限 工作效率 优秀 很好
ICP-OES
好 优秀
FAAS
好 好
GFAAS
优秀 低
线性范围
精密度 光谱干扰 化学干扰
105
1~3% 很少 中等
105
0.2~2% 中等 很少
103
0.1~1% 一些 很多
102
1~5% 很少 很多
分析技术比较（2）
ICP-MS
ICP-OES
Varian 700-ES系列 全谱直读等离子发射光谱仪 培训讲义
美国瓦里Βιβλιοθήκη Baidu公司中国南区市场部
ICP-OES
基本原理
概
述
原子发射光谱分析是一种已有一个世纪以上悠久历史 的分析方法，原子发射光谱分析的进展，在很大程度上 依赖于激发光源的改进。到了60年代中期，Fassel和 Greenfield分别报道了各自取得的重要研究成果，创立了 电感耦合等离子体原子发射光谱新技术，这在光谱化学 分析上是一次重大的突破，从此，原子发射光谱分析技 术又进入一个崭新的发展时期。与此同时，其它等离子 体光谱分析技术（直流等离子体、微波等离子体）也得 到了长足的进步。
FAAS
GFAAS
耐盐份
0.1~0.4%
3~30%
0.5~3%
高达20%
可测元素
78
78
68
50
样品用量
少
中等
高
很少
能否半定量
能
能
否
否
ICP-OES小结
1、元素分析技术； 2、宽线性范围ppb~%； 3、可分析70多种元素； 4、精密度优于1%； 5、化学干扰少； 6、分析速度快。
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 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。
标准分析区
初始辐射区 导入区 预热区
等离子体形成过程
ICP炬形成过程
1）Tesla线圈----高频交变电流----交变感应磁场；
2）火花----氩气----气体电离----少量电荷----互相碰撞---雪崩现象----大量载流子； 3）数百安极高感应电流（涡电流，Eddy current)----瞬间 加热----到10000K----等离子体----内管通入氩气形成环状 结构样品通道----样品蒸发、原子化、激发。
E 离子化
E3
E2
能量
E1 a b c d Eo
}
激发态
c b a
基态
吸收和发射
Fraunhofer 吸收线
Cu
Ba
Na
K
发射线
190 nm 元素定性分析
900 nm
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。
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
原子吸收和发射能量
外层电子 吸收能量 hv 原子基态 hv 能量发射 原子激发态
原子发射能量示意图
发射
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。
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
三圆同心玻璃管
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
等离子体溫度
等离子体区域
等离子体尾焰
在电感线圈上方 进行观测
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。