等离子体-原子发射光谱
电感耦合等离子体发射光谱实验报告
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电感耦合等离子体发射光谱法1.基本原理1.1概述原子发射光谱分析(atomic emission spectrometry,AES)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(inductively coupled plasma,ICP)原子发射光谱(ICP-AES)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。
1.2方法原理原子发射光谱是价电子受到激发跃迁到激发态,再由高能态回到较低的能态或基态时,以辐射形式放出其激发能而产生的光谱。
1.2.1定性原理原子发射光谱法的量子力学基本原理如下:(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),设高能级的能量为E2,低能级的能量为E1,发射光谱的波长为λ(或频率ν),则电子能级跃迁释放出的能量△E与发射光谱的波长关系为△E= E2- E1=hν=hc/λ(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。
1.2.2半定量原理半定量是对样品中一些元素的浓度进行大致估算。
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。
电感耦合等离子发射光谱技术及其应用
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电离耦合等离子的形成
这种炬管由三个同心石英管组成,每层管路中流经的气 体也有所不同。
炬管的一端深入工作线圈中,工作线圈可以诱导产生用 于样品离子化的等离子体。为防止等离子体的高温将炬管 融化(等离子体的温度可以达到10,000K),系统向炬管的 最外层石英管中引入冷却气(又称等离子体气),其流量达 15L/min。等离子体气的主要作用是将等离子体推离炬管 内壁,避免炬管融化,同时也为等离子体的形成提供了支 持气。
检测系统
原子发射光谱的检测目前采用照相法和光电检测法 两种。前者用感光板而后者以光电倍增管或电荷耦合 器件(CCD)作为接收与记录光谱的主要器件。 在原子发射光谱中采用CCD的主要优点是这类检测 器的同时多谱线检测能力,和借助计算机系统快速处 理光谱信息的能力,它可极大地提高发射光谱分析的 速度。如采用这一检测器设计的全谱直读等离子体发 射光谱仪可在一分钟内完成样品中多达 70 多种元素 的测定;此外,它的动态响应范围和灵敏度均有可能 达到甚至超过光电倍增管,加之其性能稳定、体积小、 比光电倍增管更结实耐用,因此在发射光谱中有广泛 的应用前景。
分光系统
原子发射光谱的分光系统目前采用棱镜和光栅分光系 统两种。全谱直读等离子体发射光谱仪采用中阶梯光栅。 (1)棱镜分光系统的光谱测量范围主要受棱镜材料的透光 率和色散率影响,通常用于町见光,当采用特殊材料后也 可用于紫外区和红外区,但受材料一致性、稳定性,加工 性能影响很少采用。该系统不产生光谱叠级现象,即自由 光谱范与光谱测量范围一致。 (2)光栅分光系统的测量范围可从X射线直到微波,包含 整个光谱区,而且当采用闪耀光栅时,还可以加强所关注 光谱区的能量,因此被广泛采用。 从不同分光系统的测量和自由光谱范围来看,光栅分光 系统具有较强的适应性,棱镜则在无叠级方面有优势。
ICP-AES电感耦合等离子体原子发射光谱法
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发射光谱分析
根据原子或分子的特征发射光谱研究 物质结构和化学成分
发射光谱的激发光源:火焰、光花、 弧光、激光、等离子体
发射光谱的波长与原子或分子的能级 有关
原子发射光谱定性分析依据
不同元素原子能级结构不同
不同能级间的跃迁产生的谱线有不 同的波长特征
Mg:I 285.21 nm ;II 280.27 nm;
Na (Z=11)能级图 由各种高能级跃迁到同 一低能级时发射的一系 列光谱线;
K 元 素 (Z=19) 的 能级图 由各种高能级跃 迁到同一低能级 时发射的一系列 光谱线;
Mg 元素的能级图
基本原理
激发态的原子或离子返回基态时放射 出相应的原子谱线或离子谱线
光谱知识
发射光谱
原子或分子吸收外界能量,以光能
形式发射辐射,形成的光谱 荧光光谱
原子或分子吸收光子能量,以光能
形式发射辐射,形成的光谱 吸收光谱
原子或分子吸收光子能量,不发射
辐射,把光能转变形成为热能或其 它形式的能量,形成的光谱
原子发射光谱--AES
atomic emission spectrometry,AES
(2)温度升高,谱线强度增大, 但易电离。
谱线的自吸与自蚀
self-absorption and self reversal of spectrum line
自吸
等离子体内中间的温度、激发态原 子浓度高,边缘反之。
中心发射的辐射被边缘的同种基态 原子吸收,使辐射强度降低的现象 为自吸
谱线的自吸与自蚀
由光谱中各谱线波长特征右确定元 素种类
谱线强度
原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁,所发射的谱线 强度与激发态原子数成正比。
等离子体-原子发射光谱总结
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2、谱线呈现法
谱线强度与元素的含量有关。元素含量低时,
仅出现少数灵敏线,随元素含量增加,谱线随之出 现。可编成一张谱线出现与含量关系表,依此估计 试样中该元素的大致含量。
例如,铅的光谱 Pb含量(%) 谱线λ(nm) 0.001 0.003 0.01 0.1 1.0 3 10 283.3069清晰可见,261.4178和280.200很弱 283.306、261.4178增强,280.200清晰 上述谱线增强,另增266.317和278.332,但 不太明显。 上述谱线增强,无新谱线出现 上述谱线增强,214.095、244.383、244.62出 现,241.77模糊 上述谱线增强,出现322.05、233.242模糊可见 上述谱线增强,242.664和239.960模糊可见
特征谱线检验,称其为分析线。一般是灵敏线或最后线。
自吸:由弧焰中心发射出来的辐射光,被外围 的基态原子所吸收,从而降低了谱线的强度。 此现象叫自吸。
自蚀:自吸严重时,中心部分的谱线 这个现象叫自蚀 。
将被吸收
很多,从而使原来的一条谱线分裂成两条谱线,
2. 定性方法 标准试样光谱比较法
铁光谱比较法:最常用的方法,以铁谱作为标准(波长标尺)。
将上式取对数,得:
lgI=lga+blgc 谱线强度的对数与被测元素浓度的对数具有线性关系。
2. 内标法基本关系式
影响谱线强度因素较多,直接测定谱线绝对强度计算难以 获得准确结果,实际工作多采用内标法(相对强度法)。 在被测元素的光谱中选择一条作为分析线 ( 强度 I1) ,再选 择内标物的一条谱线(强度I2),组成分析线对。则:
第五章 等离子体-原子发射光谱
1 2 3
原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析资料
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离子体。
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2.3 等离子体炬焰
2.3.1 等离子体炬焰的产生 形成稳定的等离子体炬焰必须满足下列三 个条件:高频电磁场、工作气体及能维持气体放 电的石英炬管。下图是典型的等离子体炬焰示意 图。其主体是一个直径为2.53cm的石英炬管, 外面套有由紫铜管(内通冷却水)绕成的高频线圈 (25匝),线圈与高频发生器相连。炬管是由三层 同心石英管构成,有三股气流(通常为氩气)分别 通入这三层石英管中,从外而内分别叫冷却气、 辅助气和载气。样品溶液变成气溶胶后随载气一 起通入炬管。
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等离子体又有高温等离子体和低温等离子体 之分。当温度达到106108 K时,几乎所有的分 子和原子都完全离解并电离,称之为高温等离子 体;当温度低于105K时,气体只是部分电离,称
之为低温等离子体。本文的ICP放电所产生的等
离子体的温度大约为60008000K,属于低温等
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第一节 历史回顾
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感耦等离子体原子发射光谱分析
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1860 年 , 克 希 霍 夫 (G. Kirchoff) 和 本 生 (R. Bunsen) 用钠光灯照射含有食盐的火焰,发现这 些火焰中的钠原子具有原子吸收现象时,首先就 已经知道钠光灯中钠原子具有原子发射现象。他 们还利用原子发射现象首先发现了铯和铷两个新 元素。 其实在更早时候, 1826 年泰尔博 (Talbot) 就说 明某些波长的光线是某些元素的特征。从此以后, 原子发射光谱就为人们所注视。 最早原子发射光谱的光源是火焰,后来出现 了电弧光源和火花光源,但是这些经典光源都有 基体干扰严重、灵敏度不高等缺点,限制了原子 发射光谱的应用。
04 等离子体原子发射光谱
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ICP光谱仪的发展
后全谱直读时代 全谱直读 单道+多通道 多通道 单道扫描 摄谱仪
全谱直读 开机即用
中阶梯光栅+固体检测器
凹面光栅+光电倍增管 直读,但不能同时测量背景,不是全谱 平面光栅+光电倍增管 直读,但不能同时测量背景,不是全谱
平面光栅+相板 (1970)
全谱,但不能直读
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3. AES特点 1)多元素检测(multi-element); 2)分析速度快: 多元素检测; 可直接进样; 固、液样品均可 3)选择性好:Nb与Ta;Zr与Ha,Rare-elements; 4)检出限低:10-0.1µg/g(µg/mL); ICP-AES可达ng/mL级; 5)准确度高:一般5-10%,ICP可达1%以下; 6) 所需试样量少; 7) ICP-AES性能优越:线性范围宽(linear range) 4~6数量 级,可测高、中、低不同含量试样;
研究范围
稀薄气体状态的 原子
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2.原子光谱的发展历史
物质燃烧会发光,火药是我国四大发明之一 焰火—— 物质原子的发年代
Kirchhoff G.R. Bunsen R.W. 《利用光谱观察的化学分析》 奠定原子发射光谱定性分析基础
利用分光镜研究盐和盐溶液在火焰中加热时所产生的特征光辐射,从而发现了Rb (铷)和Cs(铯)两元素
美国瓦里安技术中国有限公司(VARIAN)
技术参数 1.波长范围:175785nm波长连续覆 盖,完全无断点 2.RF发生器频率: 40.68MHz 3.信号稳定性: ≤1%RSD 4.杂散光: 〈2.0ppm As 5.完成EPA 22个元 素系列测定时间小于 5分钟
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电感耦合等离子体原子发射光谱法
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电感耦合等离子体原子发射光谱法电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)是以等离子体为激发光源的原子发射光谱分析方法,可进行多元素的同时测定。
样品由载气(氩气)引入雾化系统进行雾化后,以气溶胶形式进入等离子体的轴向通道,在高温和惰性气氛中被充分蒸发、原子化、电离和激发,发射出所含元素的特征谱线。
根据特征谱线的存在与否,鉴别样品中是否含有某种元素(定性分析);根据特征谱线强度确定样品中相应元素的含量(定量分析)。
本法适用于各类药品中从痕量到常量的元素分析,尤其是矿物类中药、营养补充剂等药品中的元素定性定量测定。
1、对仪器的一般要求电感耦合等离子体原子发射光谱仪由样品引入系统、电感耦合等离子体(ICP)光源、分光系统、检测系统等构成,另有计算机控制及数据处理系统,冷却系统、气体控制系统等。
样品引入系统按样品状态不同可以分为以液体、气体或固体进样,通常采用液体进样方式。
样品引入系统由两个主要部分组成:样品提升部分和雾化部分。
样品提升部分一般为蠕动泵,也可使用自提升雾化器。
要求蠕动泵转速稳定,泵管弹性良好,使样品溶液匀速地泵入,废液顺畅地排出。
雾化部分包括雾化器和雾化室。
样品以泵入方式或自提升方式进入雾化器后,在载气作用下形成小雾滴并进入雾化室,大雾滴碰到雾化室壁后被排除,只有小雾滴可进入等离子体源。
要求雾化器雾化效率高,雾化稳定性高,记忆效应小,耐腐蚀;雾化室应保持稳定的低温环境,并需经常清洗。
常用的溶液型雾化器有同心雾化器、交叉型雾化器等;常见的雾化室有双通路型和旋流型。
实际应用中宜根据样品基质,待测元素,灵敏度等因素选择合适的雾化器和雾化室。
电感耦合等离子体(ICP)光源电感耦合等离子体光源的“点燃”,需具备持续稳定的高纯氩气流,炬管、感应圈、高频发生器,冷却系统等条件。
样品气溶胶被引入等离子体源后,在6,000K~10,000K的高温下,发生去溶剂、蒸发、离解、激发、电离、发射谱线。
根据光路采光方向,可分为水平观察ICP源和垂直观察ICP源;双向观察ICP 光源可实现垂直/水平双向观察。
等离子体发射光谱法
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等离子体发射光谱法等离子体发射光谱法,又称原子发射光谱法,是一种广泛应用的光谱分析技术。
它基于原子或分子内部能态的电子跃迁过程,利用激发能将样品中原子或分子中的电子激发到高电子能态,再由高电子能态跃迁到低电子能态时所释放的光能进行分析。
该技术具有高分辨率、灵敏度高、适用范围广、无需前处理等优点,广泛应用于材料检测、环境监测、医学诊断等领域。
等离子体发射光谱分析主要分为电弧放电、射频感应等离子体、电感耦合等离子体(ICP)发射光谱法。
电弧放电法是最早应用的等离子体发射光谱法之一。
该方法将样品放置在一对电极间,通过电弧放电的方式激发样品原子,利用分析样品所产生的光谱来确定其中元素的存在和含量。
该方法简便易行,但存在容易形成烟雾、易污染仪器的缺点。
射频感应等离子体法是一种非接触式等离子体发射光谱法,它通过射频电磁场在样品中产生等离子体,使样品原子或分子激发并发射光谱信号。
该方法具有射频感应器简单、样品可以传送等优点,但对于高浓度盐类或有机物质等强吸收样品存在分析复杂度较高的缺点。
电感耦合等离子体发射光谱法是目前广泛应用的一种光谱分析技术,该方法使用射频辐射场激励样品,将样品原子或分子离子化,形成等离子体,由此提供较高的分辨率和灵敏度,同时可以扩展到更广泛的化学元素范围,并具有较低的背景信号和较高的重现性等优点。
ICP还可以与质谱仪结合,形成ICP-MS系统,进一步提高检测的极限和精度。
在等离子体发射光谱分析中,还经常使用样品前处理技术来提高检测结果的准确性。
如氧化、还原、燃烧、溶解、虑滤等处理方法,以及结合色谱和电化学分析等技术。
等离子体发射光谱法是一种重要的光谱分析技术,具有广泛应用的前景,在工业检测、环境检测、医药等行业的研究中发挥着重要作用。
在环境监测领域,等离子体发射光谱法可以用于测定地下水、土壤和大气中各种元素的含量,以评估环境污染状况。
利用ICP-OES测定土壤中的重金属含量,可以确定污染源和污染程度,为环境治理决策提供了有力的数据支持。
电感耦合等离子体发射光谱法在化学分析中的应用&ICP发射光谱仪特点
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ICP发射光谱仪特点ICP光谱法是上世纪60年代提出、70年代迅速发展起来的一种分析方法,它的迅速发展和广泛应用是与其克服了经典光源和原子化器的局限性分不开的,与经典光谱法相比它具有如下优点:1. 因为ICP光源具有良好的原子化、激发和电离能力,所以它具有很好的检出限。
对于多数元素,其检出限一般为0.1~100ng/ml。
2. 因为ICP光源具有良好的稳定性,所以它具有很好的精密度,当分析物含量不是很低即明显高于检出限时,其RSD一般可在1%以下,好时可在0.5%以下。
3. 因为ICP发射光谱法受样品基体的影响很小,所以参比样品无须进行严格的基体匹配,同时在一般情况下亦可不用内标,也不必采用添加剂,因此它具有良好的准确度。
这是ICP 光谱法最主要的优点之一。
4. ICP发射光谱法的分析校正曲线具有很宽的线性范围,在一般场合为5个数量级,好时可达6个数量级。
5. ICP发射光谱法具有同时或顺序多元素测定能力,特别是固体成像检测器的开发和使用及全谱直读光谱仪的商品化更增强了它的多元素同时分析的能力。
6. 由于ICP发射光谱法在一般情况下无须进行基体匹配且分析校正曲线具有很宽的线性范围,所以它操作简便易于掌握,特别是对于液体样品的分析。
ICP发射光谱法除具有上述主要优点外目前尚有一些局限性,主要体现在以下几个方面:1. 对于固体样品一般需预先转化为溶液,而这一过程往往使检出限变坏。
2. 因为工作时需要消耗大量Ar气,所以运转费用高。
3. 因目前的仪器价格尚比较高,所以前期投入比较大。
4. ICP 发射光谱法如果不与其他技术联用,它测出的只是样品中元素的总量,不能进行价态分析。
ICP发射光谱法测定的是样品中的多种元素,它可以进行定性分析、半定量分析和定量分析,它的定性分析通常准确可靠,而且在原子光谱法中它是唯一一种可以进行定性分析的方法。
ICP发射光谱法的应用领域广泛,现在已普遍用于水质、环境、冶金、地质、化学制剂、石油化工、食品以及实验室服务等的样品分析中。
发射光谱法的应用
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发射光谱法的应用摘要:发射光谱法,即电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)以其检出限低、精密度高、选择性好、基体效应小、线性范围宽和多元素同时测定等特点,在痕量元素分析领域得到了广泛应用。
本文综述了ICP-AES近年来在国内药物分析中的应用现状,主要包括中药材及成药中重金属检测、化学药品中金属杂质检测、常量元素的含量测定、非金属元素的测定、生化样品测定、药物代谢动力学测定等方面,并对这一分析方法的发展做了展望。
电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)是元素分析的一种重要手段,自20世纪70年代仪器商品化以来,ICP-AES法已经广泛应用于化学化工、地质矿物、金属材料、电产品、环境保护及生物样品等多个分析领域,成为分析实验室最常用的分析工具之一。
ICP-AES法具有以下几个优点:(1)可以进行多元素的同时快速分析,元素种类多达70 种;(2)检出限低,分析灵敏度高;(3)基体效应较低,易于建立定性和定量方法;(4)标准曲线的态线性范围宽,可达4 ~5 个数量级;(5)具有良好的精密度和准确度。
此外,其也存在一些弱点: (1)需要消耗较多的工作气体氩气;(2)通用气动雾化器的雾化效率偏低,某些元素的检测限不足,灵敏度低于石墨炉原子吸收法和电感耦合等离子体质谱法( ICP -MS) 。
商品化的ICP -AES 仪主要由ICP 光源、进样装置、分光装置、检测器和数据处理系统等组成。
其中ICP光源部分包括高频发生器、石英炬管和高频感应线圈等;进样装置由蠕动泵、雾化器和雾化室等组成;分光装置由入射狭缝、分光元件、若干光学镜片组及出射狭缝等组成;检测器主要包括光电倍增管和固体成像器件,目前主要是CCD 和CID;数据处理系统主要由计算机、数据通讯接口以及仪器控制和数据处理软件等组成。
1.中药材及成药中重金属检测某些中药可能含有镉、汞、铅等重金属,这些重金属易在体内蓄积,影响人体的新陈代谢及正常生理作用,同时重金属过量会引起系统癌症发生率增加和免疫力下降等问题。
211171116_电感耦合_等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定高硅铝合金中的7种元素
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世界有色金属 2023年 1月下140化学化工C hemical Engineering电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES )测定高硅铝合金中的7种元素张晓曼,吴 思,周 磊(安徽省铝制品质量监督检验中心,安徽 濉溪 235100)摘 要:实验采用氢氧化钠溶解高硅铝合金之后加入过氧化钠继续反应溶解,再加入盐酸,运用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定高硅铝合金中硅、铁、铜、硼、钛、镁、锌7种元素的含量,该方法能完全溶解样品特别是硼、钛含量高的高硅铝合金样品。
通过基体匹配的方法配制系列标准溶液,试验结果良好,线性关系大于0.9995,回收率95.1%~105.2%。
关键词:电感耦合等离子体原子发射光谱;高硅铝合金;碱溶(过氧化钠)中图分类号:TG115.3 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2023)02-0140-3Determination of seven elements in high silicon aluminum alloy by inductively coupledplasma atomic emission spectrometryZHANG Xiao-Man, WU Si, ZHOU Lei(Anhui aluminum products quality supervision and inspection center, Suixi 235100,China)Abstract: In the experiment, sodium hydroxide was used to dissolve the high silicon aluminum alloy,sodium peroxide was added to continue to react and dissolve. And then added hydrochloric acid, The content of seven elements of silicon, iron, copper, boron, titanium, magnesium and zinc in high silicon aluminum alloy is determined by ICP-OES method. The method can completely dissolve samples, especially high-silicon aluminum alloy samples with high boron and titanium contents. A series of standard solutions were prepared by matrix matching method. The experimental results were good, the linear relationship was greater than 0.9995, and the recovery was 95.1%~105.2%Keywords: Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry; High silicon aluminum alloy; Alkali solution (sodium peroxide)收稿日期:2022-12基金项目:2019年安徽省市场监督管理局科技计划项目 编号:2019MK012。
电感耦合高频等离子体原子发射光谱分析(ICP—AES)
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电感耦合高频等离子体原子发射光谱分析(ICP—AES)本章要求:电感耦合高频等离子体原子发射光谱法是以电感耦合等离子焰炬为激光源的一类新型光谱分析方法(Inductively Coupled Plasma—Atomic Emission Spectrometry,简称ICP—AES)。
由于该法具有检出限较低、准确度及精密度高、分析速度快和线性范围宽等许多独特的优点,因此在国外ICP—AES法已发展成为一种极为普遍、适用范围极广的常规分析方法,并广泛用于环境试样、岩石矿物、生物医学以及金属与合金中数十种元素的分析测定。
在国内ICP—AES法的研究工作始于1974年,现已有上千个科研单位、大专院校、工厂以及环境监测等部门拥有了此种分析手段,ICP—AES法已成为近年来我国分析测试领域中发展最快的测试方法之一。
为了使这种新型分析技术在环境监测中得到普及,环境监测人员必须对ICP—AES法有所了解,在学习中应掌握以下几方面的知识。
1、电感耦合等离子体(ICP)光谱技术的发展概况。
2、ICP光源的理论基础。
3、ICP所用的高频电源。
4、ICP所需的进样装臵。
5、ICP炬管及工作气体。
6、ICP仪器的分光、测光装臵。
7、ICP-AES法的分析技术。
8、ICP-AES法的应用。
9、有机试液的ICP光谱分析。
10、ICP-AES法和其他分析技术的比较。
参考文献1、光谱学与光谱分析编辑部,《ICP光谱分析应用技术》,1982年,北京大学出版社。
2、蔡德,《光谱分析辞典》,1987年,光谱实验室编辑部。
3、陈新坤,《电感耦合等离子体光谱法原理和应用》,1987年,南开大学出版社。
4、不破敬一郎,《ICP发射光谱分析》,1987年,化学工业出版社。
5、辛仁轩,《电感耦合等离子体光源—原理、装臵和应用》,1984年,光谱实验室编辑部。
6、《分析技术辞典,发射光谱分析》,1980年,科学出版社。
7、高铮德,《光谱分析常识》,1985年,光谱实验室编辑部。
原子发射光谱实验报告
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原子发射光谱实验报告篇一:电感耦合等离子体发射光谱实验报告电感耦合等离子体发射光谱法1.基本原理1.1概述原子发射光谱分析(atomic emission spectrometry,AES)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(inductively coupled plasma,ICP)原子发射光谱(ICP-AES)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。
1.2方法原理原子发射光谱是价电子受到激发跃迁到激发态,再由高能态回到较低的能态或基态时,以辐射形式放出其激发能而产生的光谱。
原子发射光谱法的量子力学基本原理如下:(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),设高能级的能量为E2,低能级的能量为E1,发射光谱的波长为λ(或频率ν),则电子能级跃迁释放出的能量△E与发射光谱的波长关系为△E= E2- E1=hν=hc/λ(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。
半定量是对样品中一些元素的浓度进行大致估算。
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。
电感耦合等离子体发射光谱常见问题
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ICP发射光谱常见问题1、影响等离子体温度的因素有:载气流量:流量增大,中心部位温度下降;载气的压力:激发温度随载气压力的降低而增加;频率和输入功率:激发温度随功率增大而增高,近似线性关系,在其他条件相同时,增加频率,放电温度降低;第三元素的影响:引入低电离电位的释放剂(如T1)的等离子体,电子温度将增加。
2、电离干扰的消除和抑制原子在火焰或等离子体的蒸气相中电离而产生的干扰。
它使火焰中分析元素的中性原子数减少,因而降低分析信号。
在标准和分析试样中加入过量的易电离元素,使火焰或等离子体中的自由电子浓度稳定在相当高的水平上,从而抑制或消除分析元素的电离。
此外,由于温度愈高,电离度愈大,因此,降低温度也可减少电离干扰。
3、试剂酸度对ICP-AES法的干扰效应主要表现在哪些方面?提升率及其中元素的谱线强度均低于水溶液;随着酸度增加,谱线强度显著降低;各种无机酸的影响并不相同,按下列顺序递增:HCl HNO3 HClO4 H3PO4 H2SO4;谱线强度的变化与提升率的变化成正比例。
4、ICP-AES法中的光谱干扰主要存在的类型谱线干扰;谱带系对分析谱线的干扰;连续背景对分析谱线的干扰;杂散光引起的干扰。
5、ICP-AES法分析中灵敏度漂移的校正在测定过程中,气体压力改变会影响到原子化效率和基态原子的分布;另外,毛细管阻塞、废液排泄不畅,会使溶液提升量和雾化效率受到影响;以及电压变化等诸多因素都会使灵敏度发生漂移,其校正方法可每测10个样品加测一个与样品组成接近的质控样,并根据所用仪器的新旧程度适当缩短标准化的时间间隔。
6、ICP分析中如何避免样品间的互相沾污?测量时,不要依次测量浓度悬殊很大的样品,可把浓度相近的样品放在一起测定,测定样品之间,应用蒸馏水或溶剂冲洗之。
7、ICP-AES法中,用来分解样品的酸,必须满足的条件尽可能使各种元素迅速、完全分解;所含待测元素的量可忽略不计;分解样品时,待测元素不应损失;与待测元素间不形成不溶性物质;测定时共存元素的影响要小;不损伤雾化器、炬管等。
电感耦合等离子体原子发射光谱分析
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感耦等离子体原子发射光谱分析
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第四节 等离子体光谱仪的基本组成
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感耦等离子体原子发射光谱分析
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等离子体光谱仪的分析过程是,试样溶液经 过气动雾化器雾化分散,形成气溶胶,由Ar携带 经过石英炬管的中心管进入环状等离子体炬焰的 中央通道,在等离子体的高温作用下,迅速干燥 、原子化并激发,发射出光谱。这些复合光通过 分光系统分成单色光,最后由检测系统检测所需 要的谱线强度,经过积分、放大、输出。 等离子体光谱仪大致有光源部分、分光部分 和检测部分三部分组成。
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应的原子谱线(或离子谱线)。 2). 试样原子同工作气体原子或离子碰撞而激 发。 Ar + X → Ar + X*, Ar+ + X → Ar+ + X* Ar+ + X → Ar + X+* 试样原子的电离电位与激发电位之和必须小于Ar 的电离电位 (15.76ev) 才能发生第三式的反应。通 过这些能量交换和反应,产生试样的原子谱线和离 子谱线。 3). 光子激发 X + h → X* 光子将能量交换给试样原子,使其激发(荧光)。
4.1.1 高频发生器
高频发生器是产生等离子体的能量来源。光 谱分析所用频率 为 5~50 MHz , 现在一般商用光 谱仪的频率有 27.12MHz 和 40.68 MHz 两 种,功率为0.75 ~2.0kw 之 间 。 对高频发生器的 要求是:
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10000K,背景值会升高1%。 3). 韧致辐射 在等离子体中,带电粒子在静电场 作用下发生不接触碰撞(库仑碰撞),引起运动速度 的变化而发射出的电磁辐射,被称为韧致辐射。 实验证明,当等离子体光源的温度T= 8250K 时,韧致辐射是造成背景光谱的主要因素。 但相对于原子吸收来说,背景光谱要小得 多。因为原子吸收火焰中有很多分子光谱。
电感耦合等离子体原子发射光谱法
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电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)的研究进展1 概述1.1 ICP-AES分析技术的发展电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)是以电感耦合等离子炬为激发光源的一类光谱分析方法,它是一种由原子发射光谱法衍生出来的新型分析技术。
它能够方便、快速、准确地测定水样中的多种金属元素和准金属元素,且没有显著的基体效应。
早在1884年Hittorf就注意到,当高频电流通过感应线圈时,装在该线圈所环绕的真空管中的残留气体会发生辉光,这是高频感应放电的最初观察。
1942年Babat采用大功率电子振荡器实现了石英管中在不同压强和非流动气流下的高频感应放电,为这种放电的实用化奠定了基础。
1961年Reed设计了一种从石英管的切向通入冷却气的较为合理的高频放电装置,它采用Ar或含Ar的混合气体为冷却气,并用碳棒或钨棒来引燃。
Reed把这种在大气压下所得到的外观类似火焰的稳定的高频无极放电称为电感耦合等离子炬(ICP)。
Reed的工作引起了Greenfield、Wenat和Fassel的极大兴趣,他们首先把Reed的ICP 装置用于AES,并分别于1964年和1965年发表了他们的研究成果,开创了ICP在原子光谱分析上的应用历史。
20世纪70年代,ICP-AES进入实质应用阶段。
1975年美国的ARL公司生产出了第一台商品ICP-AES多色仪,此后各种类型的商品仪器相继出现。
今天ICP-AES分析技术已成为现代检测技术的一个重要组成部分。
近年来,人们逐渐认识到,在有ICP产生的6000-10000K的高温下,试样中的大多数组分经原子化后又进一步发生了电离,所以由此得到的光谱实际上是一种离子光谱,而不是原先认为的原子光谱,所以在最近的一些文献资料中,一些作者将ICP-AES改名为ICP-OES。
1.2 ICP-AES方法的优缺点与其他方法相比,ICP-AES方法具有以下几个优点:(1)分析速度快。
ICP-AES法干扰低、时间分布稳定、线性范围宽,能够一次同时读出多种被测元素的特征光谱,同时对多种元素进行定量和定性分析。
微波等离子体(mp)原子发射光谱法
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微波等离子体(mp)原子发射光谱法
微波等离子体(MP)原子发射光谱法是一种分析技术,它可以
用来测量物质的组成成分。
它是一种非常有效的分析技术,可以
用来测量物质的组成成分,以及物质的结构和性质。
它的原理是,当物质被离子化时,它会发出特定的光谱,这些光谱可以用来测
量物质的组成成分。
MP原子发射光谱法的优势在于它可以快速准确地测量物质
的组成成分,而且可以在低温下进行测量,这使得它可以用于测
量温度敏感的物质。
此外,它还可以用来测量物质的结构和性质,从而更好地了解物质的组成成分。
MP原子发射光谱法的应用非常广泛,它可以用于分析各种
物质,包括金属、非金属、有机物和无机物。
它还可以用于环境
监测,可以用来检测空气中的有毒物质,以及水中的有害物质。
总之,MP原子发射光谱法是一种非常有效的分析技术,它
可以用来测量物质的组成成分,以及物质的结构和性质,并且可
以用于各种应用,包括环境监测。
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原子发射光谱分析法
等离子体发射光谱分析法 ICP-AES仪器 ICP-
(Atomic Emissive Spectrometry,AES) 一、原子发射光谱的原理
在正常状态下,元素处于基态,元素在受到热(火焰)
或电(电火花)激发时,由基态跃迁到激发态,返回到基态 时,发射出特征光谱(线状光谱)。 热能、电能 基态元素M E 特征辐射 激发态M*
标准加入法 测定微量元素,不易找到不含被分析元素的物质作为配制标 准样品的基体时 ,采用该法。 取若干份体积相同的试液(cX),依次按比例加入不同量的 待测物(ci),浓度依次为: cX , cX +cO , cX +2cO , cX +3cO , cX +4 cO …… 在相同条件下测定:RX,R1,R2,R3,R4……。 以R对浓度c做图得一直线,图中cX点即待测溶液浓度。 R=Acb b=1时,R=A(cx+ci ) R=0时, cx = – ci
第二节 电感耦合等离子体发射光谱分析法
一、ICP-AES分析方法及特点 1、ICP-AES的发展历程
20世纪60年 代提出、70 年代迅速发 展
1975年推出 第一台ICP 同时型(多道) 商品仪器 80~90年代仪 器的性能得 到迅速提高 成为元素分 析常规手段 固态成像检 测器和中阶 梯光栅应用 于新一代的 ICP光谱仪
几个概念 激发电位(或激发能):原子由基态跃迁到激发态时 所需要的能量 。 电离:当外加的能量足够大时,原子中的电子脱离原子 核的束缚力,使原子成为离子,这种过程称为电离。 一级电离电位:原子失去一个电子成为离子时所需要的 能量称为一级电离电位。
离子的激发电位:离子中的外层电子也能被激发,其所
需的能量即为相应离子的激发电位。
2、ICP-AES基本原理 等离子体(Plasma) 电离度超过0.1%被电离了的气体,这种气体不仅含有中 性原子和分子,而且含有大量的电子和离子,且电子和 正离子的浓度处于平衡状态,从整体来看是出于中性的。
等离子体光源的类型 等离子体喷焰作为发射光谱的光源主要有以下三种形式:
(1)直流等离子体喷焰(direct currut plasmajet,DCP)
ICP光源的装置及其形成 当高频发生器接通电源后,高频电流I
通过感应线圈产生交变磁场。
开始时,管内为Ar气,不导电,需要 用高压电火花触发,使气体电离后,
在高频交流磁场的作用下,带电粒子
高速运动,碰撞,形成“雪崩”式放电, 产生等离子体气流。在垂直于磁场方
向将产生感应电流,其电阻很小,
电流很大,产生高温。又将气体加热、 电离,在管口形成稳定的等离子体焰炬。
特征谱线检验,称其为分析线。一般是灵敏线或最后线。
自吸:由弧焰中心发射出来的辐射光,被外围 的基态原子所吸收,从而降低了谱线的强度。 此现象叫自吸。
自蚀:自吸严重时,中心部分的谱线 这个现象叫自蚀 。
将被吸收
很多,从而使原来的一条谱线分裂成两条谱线,
2. 定性方法 标准试样光谱比较法
铁光谱比较法:最常用的方法,以铁谱作为标准(波长标尺)。
ICP光源特点
(1)温度高,惰性气氛,原子化条件好,有利于难熔化合物的
分解和元素激发,对大多数元素有很高的灵敏度和稳定性; (2)“趋肤效应”,涡电流在外表面处密度大,使表面温度高
,轴心电流密度最小,温度低,中心通道进样对等离子的稳
定性影响小。有效消除自吸现象,线性范围宽(4~5个数量 级);
(3) ICP中电子密度大,碱金属电离造成的影响小;
检测系统:
常用的检测记录光谱的方法 摄谱法:用来测量感光板上所记录的谱线黑度。测微光
度计(黑度计)主要用于光谱定量分析,光谱投影仪
(映谱仪), 用于定性和半定量分析。 光电直读法:利用光电倍增管、阵列检测器将光强度转
换成电信号来检测谱线强度的方法。
三、光谱定性分析 定性依据:元素不同→电子结构不同→光谱不同→特征光谱
与标样光谱中分析线黑度,若黑度相等,样品中欲测元素的
含量近似等于该标准样品中该元素的含量。 例如,分析矿石中的铅,即找出试样中灵敏线283.3nm,
再以标准系列中的铅283.3nm线相比较,如果试样中的铅线
的黑度介于0.01% ~ 0.001%之间,并接近于0.01%,则可表 示为0.01% ~ 0.001%。
(4) 工作气体Ar气产生的背景干扰小; (5) 无电极放电,无电极污染;
30
上述谱线增强,311.890和269.750出现
3.均称线对法
以测定低合金钢中的钒为例。合金钢中,铁为主要成分,
其谱线强度变化不大,可认为恒定。钒的谱线强度与铁有如
下关系: 钒含量(%) 钒谱线强度与铁谱线强度的关系
0.2
0.3 0.4
V438.997=Fe437.593nm
V439.523=Fe437.593nm V437.924=Fe437.593nm
确度较差;只能用于元素分析,不能进行结构、形态的测定 ;非金属元素灵敏度低。
2. 应用 原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面(定性分析)具 有较大的优越性,不需分离、多元素同时测定、灵敏、快捷 ,可鉴定周期表中约70多种元素,长期在钢铁工业(炉前快 速分析)、地矿等方面发挥重要作用; 在定量分析方面,原子吸收分析有着优越性; 80年代以来,全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅 速,已成为无机化合物分析的重要仪器。
原子的共振线与离子的电离线 • 主共振线:具有最低激发电位的谱线叫主共振线。主 共振线一般是由最低激发态回到基态时发射的谱线。 • 原子线:原子外层电子的跃迁所发射的谱线,以I表示,
如Mg Ⅰ285.21nm为原子线。
• 离子线:离子的外层电子跃迁发射的谱线。以II,III, IV等表示。如MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。
4)背景应尽量小。
3. 摄谱法光谱定量分析
S = lgR = b1lgc + lgA
在完全相同的条件下,将标准样品与试样在同一感光板上 摄谱,由标准试样分析线对的黑度差(S )对lgc作标准曲线( 三个点以上,每个点取三次平均值),再由试样分析线对的黑 度差,在标准曲线上求得未知试样lgc ,该法即三标准试样法。
式中:E2为终止能级的能量;
E1为起始能级的能量;
h为普朗克常数(6.626×10-34J·s); λ 为谱线的波长;
ν 为谱线的频率;
c为光速(3×1010cm/s)
发射光谱分析的过程 1.蒸发、原子化和激发。 2.分光,按波长顺序记录在感光板上。 3.定性或定量分析。
二、原子发射光谱分析仪器 原子发射光谱仪通常由三部分构成:光源、分光、检测。
四、光谱半定量分析 测量试样中元素的大致含量、浓度范围。 应用:钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批
量试样的快速测定。
方法:谱线呈现法、谱线强度比较法、均称线对法。
1、谱线强度比较法
采用摄谱法中的比较黑度法,配制一个基体与试样组成 近似的被测元素的标准系列(如,1%,0.1%,0.01%, 0.001%)。在相同条件下,在同一块感光板上标准系列与 试样并列摄谱,然后在映谱仪上用目视法直接比较被测试样
光源
作用:提供试样的蒸发、原子化和激发所需能量; 要求:有较高的灵敏度,稳定性和再现性强,背景低, 干扰少,操作简便。 常用的光源:直流电弧、交流电弧、电火花及电 感耦合高频等离子体。
分光系统
作用:将原子发射出的辐射分光后观察其光谱。
按接受光谱方式分:看谱法、摄谱法、光电法。
按仪器分光系统分:棱镜光谱仪、光栅光谱仪。
0.6
判断元素的大致含量。
V439.523>Fe437.593nm
这些线都是均称线对,即激发电位接近。用目视观察既可
五、 光谱定量分析
1.谱线强度与试样中被测元素浓度的关系 I=acb 式中:I为发射光谱线的强度; a为同谱线性质、实验条件有关的常数;
b为与谱线的自吸有关的常数,
当无自吸时,b=1,当有自吸时,b<1; c为被测元素浓度。
六、 原子发射光谱分析法特点与应用
1. 特点 优点: (1)可多元素同时检测 (2)分析速度快
(3)选择性高
(4)检出限较低 10~0.1gg-1(一般光源);ngg-1(ICP) (5)准确度较高 相对误差 5%~10% (一般光源); <1% (ICP)
缺点:影响谱线强度的因素较多;含量(浓度)较大时,准
原子离子发射光谱的产生
离子化(游离)
E2 E1 E0 激发状态
离子化
2 1 离子 电子 原子核 能级 エネル ギ- E2 E1 ΔE
hν
频率ν
◆在等离子体中元素原子化、离子化 ◆在等离子体中元素原子、离子发射特征波长的谱线
ICP组成 a.高频发生器和高频感应线圈; b.炬管和供气系统; c.雾化器及试样引入系统。
2、谱线呈现法
谱线强度与元素的含量有关。元素含量低时,
仅出现少数灵敏线,随元素含量增加,谱线随之出 现。可编成一张谱线出现与含量关系表,依此估计 试样中该元素的大致含量。
例如,铅的光谱 Pb含量(%) 谱线λ(nm) 0.001 0.003 0.01 0.1 1.0 3 10 283.3069清晰可见,261.4178和280.200很弱 283.306、261.4178增强,280.200清晰 上述谱线增强,另增266.317和278.332,但 不太明显。 上述谱线增强,无新谱线出现 上述谱线增强,214.095、244.383、244.62出 现,241.77模糊 上述谱线增强,出现322.05、233.242模糊可见 上述谱线增强,242.664和239.960模糊可见
弧焰温度高 8000-10000K,稳定性好,精密度接近ICP,装 置简单,运行成本低; (2)电感耦合等离子体(inductively coupled plasma, ICP) ICP的性能优越,已成为最主要的应用方式 ; (3) 微波感生等离子体(microwave induced plasma, MIP) 温度5000-6000K,激发能量高,可激发许多很难激发的非金 属元素:C、N、F、Br、Cl、C、H、O 等,可用于有机物 成分分析,测定金属元素的灵敏度不如DCP和ICP。