等离子体-原子发射光谱分析
电感耦合等离子体原子发射光谱分析
电感耦合等离子体原子发射光谱分析简介
ICP-AES基本原理
利用电感耦合等离子体作为激发光源，使样 品中的原子或离子被激发并发射出特征光谱 ，通过对光谱的分析确定元素的种类和含量 。
ICP-AES仪器组成
仪器操作与实验过程
仪器准备
检查仪器状态，确保各 部件正常运行。开启仪 器，进行预热和校准。
样品引入
将制备好的样品引入等 离子体焰炬中，注意控
制引入速度和量。
光谱采集
设置合适的观测参数， 如波长范围、扫描速度
等，采集光谱信号。
数据处理与分析
对采集的光谱信号进行背景 校正、干扰元素校正等处理
，得到准确的分析结果。
生物医学材料研究
ICP-AES可分析生物医学材料（如生物陶瓷、生物降解塑料等）中的 元素组成和含量，为材料设计和性能优化提供数据支持。
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光谱仪
包括光栅或棱镜分光系统、光电 倍增管或固态检测器等，用于分 散和检测发射出的特征光谱。
工作气体
通常使用氩气作为工作气体， 用于维持等离子体的稳定性和 激发样品中的原子或离子。
环境条件
需要保持实验室的清洁、干燥和恒 温等环境条件，以确保仪器设备的
正常运行和实验结果的准确性。
样品前处理技术
样品消解
电感耦合等离子体原子发射光谱分 析
contents
目录
• 引言 • 实验原理与技术 • 实验方法与步骤 • 结果分析与讨论 • 应用领域与案例
01 引言
背景与意义
电感耦合等离子体原子发射光谱分析（ICP-AES）是一种广泛应用于元素分析的技 术。
等离子的光谱检测
等离子的光谱检测
等离子体发射光谱分析是一种基于原子发射光谱的分析方法，通过研究物质中气态原子在激发态返回基态时发射的特征辐射能，来确定物质的化学组成。
等离子体发射光谱仪（ICP-OES）是用于进行这种分析的仪器。
以下是等离子体光谱检测的详细步骤：
1. 标准溶液配制：精确配制待测元素的标准溶液，通常分为
2.0、5.0、10.0、20.0ug/ml 等不同浓度。
2. 样品溶液制备：精确称取待测试样 2.0g，放入 100ml 烧杯中溶解，完全溶解后转移至 100ml 容量瓶中定容，即得到测试样品。
3. 建立分析方法：根据实验需求，设定等离子体发射光谱仪的分析参数，如灯光功率、观测高度、气体流量等。
4. 光谱检测：将待测样品引入等离子体光源中，通过高温激发（炎炬温度达到 10000 摄氏度，样品区温度超过 6000 摄氏度），使原子处于激发态。
当原子返回基态时，会发射出特征谱线。
通过检测这些谱线，可以分析出样品中元素的种类和含量。
5. 数据处理：通过谱线匹配和定量分析方法，如标准曲线法、最小二乘法等，计算出样品中各元素的浓度。
6. 结果报告：根据分析结果，撰写分析报告，包括元素种类、浓度、检测限等信息。
等离子体发射光谱检测具有灵敏度高、检出限低（ppb 级）、动态线性范围宽、多元素同时分析等优点，广泛应用于金属材料、化工、
环境监测等行业。
等离子体-原子发射光谱总结
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
04 等离子体原子发射光谱
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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等离子体发射光谱法
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。
材料科学研究-电感耦合等离子体原子发射光谱
一、电感耦合等离子体原子发射光谱
H
He
Li Be
ICP能分析的元素
B C N O F Ne
Na Mg
Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Me I Xe
材料研究方法
电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）
课程内容
一 电感耦合等离子体原子发射光谱
二
应用实例
一、电感耦合等离子体原子发射光谱
原子发射光谱分析（Atomic Emission Spectrometry, AES）是光谱分析技术中发展最早的一种方 法，在建立原子结构理论的过程中，提供了大量的最直接的数据。其原理是利用物质在热激发或电 激发下，由基态跃迁到激发态，在返回基态时每种元素的原子或离子发射特征光谱（线状光谱）来 判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的。
Cs Ba L Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra A
L La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
A
Ac Th Pa
U
Np Pu
A m
C m
Bk
Cf
Es
Fm
M d
No
Lr
二、应用实例
一、电感耦合等离子体原子发射光谱
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矩为激发光源的光谱分析方法， 具有准确度高和精密度高、检出限低、测定快速、线性范围宽、可同时测定多种元素等优点，国外已 广泛用于环境样品及岩石、矿物、金属等样品中数十种元素的测定。
等离子体原子发射光谱仪的优缺点分析 光谱仪工作原理
等离子体原子发射光谱仪的优缺点分析光谱仪工作原理等离子体原子发射光谱仪的优缺点分析：优点：1. 多元素同时检出本领。
可同时检测一个样品中的多种元素。
一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，可以进行分别检测而同时测定多种元素。
2. 分析速度快。
试样多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，同时还可多元素同时测定，若用等离子体原子发射光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。
3. 选择性好。
由于光谱的特征性强，所以对于一些化学性质极相像的元素的分析具有特别紧要的意义。
如铌和钽、铣和铪、十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对AES来说是毫无困难之举。
4. 检出限低。
一般可达0.1～1ugg－1，值可达10－8～10－9g。
用电感耦合等离子体（ICP）新光源，检出限可低至数量级。
5. 用ICP光源时，精准度高，标准曲线的线性范围宽，可达4～6个数量级。
可同时测定高、中、低含量的不同元素。
因此ICP －AES已广泛应用于各个领域之中。
6. 样品消耗少，适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出独特的优势。
缺点：1. 在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显着，所以对标准参比的组分要求较高。
2. 含量（浓度）较大时，精准度较差。
3. 只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定。
4. 大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线。
1 由于工作时需要消耗大量Ar气，所以运转费用高。
2 因目前的仪器价格尚比较高，所以前期投入比较大。
3 等离子体原子发射光谱仪假如不与其他技术联用，它测出的只是样品中元素的总量，不能进行价态分析。
直读光谱仪的使用要点直读光谱仪是比较常用的光谱仪类型，在铸造、钢铁、电力、化工等领域有广泛应用。
那么，关于直读光谱仪的使用要点，本文我们来共享下。
直读光谱仪在接通电源开关前，必需先接通氩气。
分光仪的内部温度需要达到稳定，一般情况下测控系统昼夜连续工作，一旦关闭电源，再次打开仍须预热。
等离子体原子发射光谱仪的优缺点
等离子体原子发射光谱仪的优缺点等离子体原子发射光谱仪（Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，ICP-AES）是一种常用于化学分析的仪器。
它利用了等离子体的高温和高能量特性，可以对样品中的元素进行分析。
下面将对等离子体原子发射光谱仪的优缺点进行详细探讨。
优点：1. 高灵敏度：等离子体原子发射光谱仪的灵敏度非常高，通常在<10 ppb的水平上进行分析。
这使得它成为一种非常适合跟踪元素和微量元素测定的技术。
2.宽线性范围：等离子体原子发射光谱仪具有宽广的线性范围，通常为6-7个数量级。
这意味着可以在一个仪器中同时测量低浓度和高浓度样品，无需进行稀释和稀释。
3.高选择性：等离子体原子发射光谱仪通过选择合适的谱线进行分析，因此具有高选择性。
这意味着它可以忽略潜在的干扰，从而得到准确的分析结果。
4.多元素分析：等离子体原子发射光谱仪具有多元素分析的能力，可以分析周期表中大多数元素。
这简化了实验室的流程，并提高了分析效率。
5.快速分析：等离子体原子发射光谱仪具有较快的分析速度，通常每个样品的分析时间不超过几分钟。
这对于需要快速分析大量样品的实验室非常有效。
6.低检出限：由于等离子体原子发射光谱仪的高灵敏度和低背景噪音，它具有很低的检出限。
这对于需要检测极低浓度的样品非常重要。
缺点：1.仪器复杂：等离子体原子发射光谱仪是一种复杂的仪器，需要高度熟练的操作人员才能操作和维护。
这使得对仪器的操作和维护成本较高。
2.昂贵的设备：等离子体原子发射光谱仪是昂贵的设备，成本较高。
这对于一些实验室来说可能是一个挑战，尤其是对于财务限制比较严格的实验室。
3.依赖于标准曲线：等离子体原子发射光谱仪的准确性和精确度依赖于使用标准曲线进行校准。
如果标准曲线不准确或校准过程出现问题，可能会导致测量结果的误差。
4.不适用于非金属元素：等离子体原子发射光谱仪由于其基于光谱测量的原理，通常不适用于非金属元素的分析。
ICP-AES 电感耦合等离子体原子发射光谱分析
6. ICP发射光谱分析的基本过程
ICP发射光谱分析过程主要分为三步, 即激发、 分光和检测。 1.利用等离子体激发光源（ ICP）使试样蒸发汽 化, 离解或分解为原子状态，原子可能进一步 电离成离子状态，原子及离子在光源中激发发 光。 2.利用光谱仪器将光源发射的光分解为按波长排 列的光谱。 3.利用光电器件检测光谱，按测定得到的光谱波 长对试样进行定性分析，按发射光强度进行定 量分析。
地矿样品：地质样品、矿石及矿物 钢铁及其合金：碳素钢、铸铁、合金钢、高纯铁、铁合金 有色金属及其合金 化学化工产品：化学试剂、化工产品、无机材料等 水质样品：饮用水、地表水、矿泉水、高纯水及废水 环境样品：土壤、粉煤灰、大气飘尘 动植物及生化样品：植物、中药及动物组织、生化样品 核工业产品：核燃料、核材料 食品及饮料
火花放电、太阳和恒星表面的电离层等都是等离子体。
（2）ICP的形成
形成稳定的ICP炬焰的 四个条件： 高频高强度的电磁场、 工作气体、 维持气体稳定放电的 石英炬管、 电子—离子源
当高频发生器接通电源后， 高频电流通过感应线圈产生交 变磁场。开始时，管内为氩气 不导电，需要用高压电火花触 发，使气体电离。在高频交流 电场的作用下，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，强大的电流产生的高温又 将气体加热电离，在管口形成 稳定的等离子体焰炬。
2.ICP-AES仪的发展
中阶梯光栅+固体检测器(CID，CCD） 全谱直读 单道扫描；单道+多通道 多通道
平面光栅+光电倍增管
凹面光栅谱仪
检测系统为照相干板，拍摄下光谱谱线 优点：
具有同时观察整个发射光谱的能力 定性分析、定量分析 可日后再分析
等离子发射光谱分析实验报告
等离子发射光谱分析实验报告一、实验目的1、理解仪器原理和应用2、了解仪器构成3、了解整个分析过程二、实验仪器及其构成本实验所用仪器为：美国VarianICP-710ES电感耦合等离子发射光谱仪。
等离子体是一种由自由电子、离子、中性原子与分子所组成的在总体上呈中性能导电的气体。
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(绿色)。
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，在高频交流电场的作用下，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（涡电流，粉色），其电阻很小，电流很大(数百安)，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。
ICP特点：a）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，有很高的灵敏度和稳定性；b）“趋肤效应”，涡电流在外表面处密度大，使表面温度高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小。
能有效消除自吸现象，线性范围宽（4～5个数量级）c）ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小d）Ar气体产生的背景干扰小e）无电极放电，无电极污染f）ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高仪器组成为：1、样品导入系统a）蠕动泵。
进入雾化器的液体流，由蠕动泵控制。
泵的主要作用是为雾化器提供恒定样品流，并将雾化室中多余废液排出。
除通常进样和排废液通道外，三通道蠕动泵为用户提供一个额外通道，用该通道可在分析过程中导入内标等。
b）雾化器。
雾化器将液态样品转化成细雾状喷入雾化室，较大雾滴被滤出，细雾状样品到达等离子炬。
c）雾化室由雾化器、蠕动泵和载气所产生的雾状样品进到雾化室。
雾化室的功能相当于一个样品过滤器，较小的细雾通过雾化室到达炬管，较大的样品滴被滤除流到废液容器中。
d）炬管。
外层管(等离子气)通Ar气作为冷却气，沿切线方向引入，并螺旋上升，其作用：第一，将等离子体吹离外层石英管的内壁，可保护石英管不被烧毁；第二，是利用离心作用，在炬管中心产生低气压通道，以利于进样；第三，这部分Ar气流同时也参与放电过程。
电感耦合高频等离子体原子发射光谱分析(ICP—AES)
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
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。
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
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。
电感耦合等离子体原子发射光谱分析讲课件
火焰 光源
略低
10005000 好
溶液、碱金属、 碱土金属
2024/8/8
感耦等离子体原子发射光谱分析
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等离子体光源
最常用的等离子体光源是直流等离子焰 (DCP)、感耦高频等离子炬(ICP)、容耦微波等离 子炬(CMP)和微波诱导等离子体(MIP)等。
2024/8/8
感耦等离子体原子发射光谱分析
在氩气为工作气体时，氩气是单原子分子， 不存在分子的解离。在10000 K的氩气等离子体 成分中，Ar、Ar+和e占主要成分，Ar2+的浓度很 低。
在氮气为工作气体时，存在氮分子的解离。 在更高的温度下，还会产生N2+和N3+，因此在氮 气等离子体成分中，存在N2、N、e、N+、N2+和 N3+。
2024/8/8
2024/8/8
感耦等离子体原子发射光谱分析
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直流电弧
优点：电极头温度相对比较高(40007000K， 与其它光源比)，蒸发能力强、绝对灵敏度 高、背景小；
缺点：放电不稳定，且弧较厚，自吸现象严 重，故不适宜用于高含量定量分析，但可 很好地应用于矿石等的定性、半定量及痕 量元素的定量分析。
交流电弧
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紫铜管(内通冷却水) 绕成的高频线圈
由三层同心石 英管构成，直 径为2.53cm
2024/8/8
外
内
感耦等离子体原子发射光谱分析
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常温下氩气是不导电的，所以不会有感应电流，因而也就不会 形成ICP炬焰。但如果此时引入很少的电子或离子。这些电子或离 子就会在高频电场的作用下作高速旋转，碰撞气体分子或原子并 使之电离，产生更多的电子和离子。瞬间可使气体中的分子、原 子、电子和离子急剧升温，最高温度达到上万度，如此高的温度 足可以使气体发射出强烈的光谱来，形成像火焰一样的等离子体 炬。当发射出的能量与由高频线圈引入的能量相等时，电荷密度 不再增加，等离子体炬维持稳定。
原子吸收和等离子体发射光谱测定元素的特点
原子吸收和等离子体发射光谱测定元素的特点
原子吸收光谱和等离子体发射光谱是常见的元素测定方法，它们有以下特点：
1. 原理不同：原子吸收光谱是通过测量样品中原子吸收特定波长的光线来测定元素，而等离子体发射光谱则是通过加热样品使其形成等离子体并测量等离子体发射的特定波长的光来测定元素。
2. 灵敏度不同：原子吸收光谱相对于等离子体发射光谱更加敏感，可以测定更低浓度的元素。
3. 选择性不同：原子吸收光谱对于多元素的测定相对较为困难，因为不同元素吸收的波长可能重叠，导致信号干扰。
而等离子体发射光谱可以同时测定多个元素，并且选择性更好。
4. 适用范围不同：原子吸收光谱主要适用于对于测定金属元素的分析，而等离子体发射光谱不仅适用于金属元素，还适用于非金属元素的测定。
5. 仪器要求不同：原子吸收光谱使用的仪器较为简单，体积小巧，适合于现场快速测量。
而等离子体发射光谱需要较为复杂的仪器，通常需要在实验室条件下进行测定。
总的来说，原子吸收光谱适用于测定金属元素且敏感度较高，而等离子体发射光谱适用范围更广，可以测定多个元素且选择性更好。
选择使用哪种方法取决于分析要求和实际情况。
电感耦合等离子体发射光谱仪和原子发射光谱仪
电感耦合等离子体发射光谱仪和原子发射光谱仪
电感耦合等离子体发射光谱仪（Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometer, ICP-OES）和原子发射光谱仪（Atomic Emission Spectrometer, AES）是常见的光谱技术仪器，用于化
学分析和元素定量分析。
1. 电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）：
ICP-OES是一种高灵敏度、高选择性的光谱仪器。
它使用电感耦合等离子体作为激发源，把样品中的元素激发到高能级，然后测量元素在发射光谱上的特征峰强度，从而确定样品中各元素的含量。
ICP-OES能够同时测量多种元素，通常用于分析元素含量、溶液中金属离子的浓度、环境监测等。
2. 原子发射光谱仪（AES）：
AES是一种基于原子发射现象的光谱仪器。
它使用火焰、电
弧等激发源激发样品中的原子，然后测量原子在发射光谱上的特征峰强度。
通过测量特定波长的光线强度，可以确定样品中元素的含量。
AES通常用于快速的元素分析，如金属、合金、土壤和水样中元素的定量分析。
ICP-OES和AES的主要区别在于激发源、分析样品的类型和
检测灵敏度。
ICP-OES使用电感耦合等离子体作为激发源，适用于分析浓度较低的溶液样品，能够同时分析多种元素；而AES使用火焰或电弧激发源，适用于快速的元素分析，通常
用于固体和液体样品的分析。
同时，ICP-OES通常具有更高的灵敏度和较大的线性范围。
等离子体原子发射光谱分析常见问题解析
等离子体原子发射光谱分析常见问题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实验报告
电感耦合等离子体原子发射光谱法实验报告
电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法是当今分析化学中使用最广泛的原子发射
光谱技术。
它是利用电感耦合等离子体（ICP）作为原子离子源进行原子发射光谱分析，
并将原子发射射线测定术（AES）和离子化学分析术相结合，是一项精密，准确，可靠，
重复性好的分析技术。
电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法实验旨在使用ICP-AES进行超含氧量检测，以判断和表征样品中超含氧元素(如Si, Al, Ba等)的浓度。
实验用到的主要仪器是Perkin Elmer 400系列电感耦合等离子体发射光谱仪，其具有极好的稳定性和低的噪声。
实验从粉末样品中提取一定的量，放入带有细堵子的橄榄小瓶中，
将样品中的超含氧元素分解为离子流，
再由电管入口处的离子，经电感耦合等离子体发生器高能电场和电离过程，转化为原子态，并具有应变释放效应，将原子发射成发射射线，
经电光箱校正和滤波后，而穿过DDL D正电子探测器被检测出来，与吸光度计样品出口
上的流出比较，来获得超含氧元素的浓度，每种元素的吸光度下降的程度可以反映其含量大小。
本实验采用的是0.1mol/L的氯化铵溶液，其浓度稳定、持续不变，温度为低于200℃时
是稳定的。
根据试样中元素浓度的高低，可以选择合适的采样灵敏度，
以保证对元素的精准测定。
高浓度时，可以选择低灵敏度，反之，则可以选择高灵敏度，
以保证实验数据的准确性和稳定性。
实验采用Perkin Elmer 400系列电感耦合等离子体发射光谱仪进行实验，取得的结果良好，准确可靠，反映了超含氧元素在各种样品中浓度大小的变化，为对样品中构成进行全面研究及进一步应用奠定基础。
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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)。
I1 = a1 c1b1
I2 = a2 c2b2 相对强度 R = I1/I2 = A c1b1
lgR=b1lgc+lgA
A为其他三项合并后的常数项，内标法定量的基本关系式。
内标元素及内标线的选择原则： 内标元素 1）外加内标元素在分析试样品中应不存在或含量极微；如样 品基体元素的含量较稳时，亦可用该基体元素作内标。 2）内标元素与待测元素应有相近的特性（蒸发特性）。 3）同族元素，具相近的电离能。 内标线 1）激发能应尽量相近的分析线对，不可选一离子线和一原 子线作为分析线对（温度T对两种线的强度影响相反）； 2）所选线对的波长及强度接近； 3）无自吸现象且不受其它元素干扰；
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
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。
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。
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。
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
等离子体发射光谱分析法 ICP-AES仪器 ICP-AES应用
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第一节 原子发射光谱分析法
（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*
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。
为什么选铁谱？ （1）谱线多：在210～660nm范围内有约4600条谱线； （2）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广； （3）定位准确：已准确测量了铁谱每一条谱线的波长。 标准谱图：将其他元素的分析线标记在铁谱上，铁谱起 到标尺的作用。 谱线检查：将试样与纯铁在完全相同条件下摄谱，将两谱片 在映谱器(放大器)上对齐、放大20倍，检查待测元素的分析 线是否存在，并与标准谱图对比确定。可同时进行多元素测 定。
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：
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。
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
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。
1. 元素的分析线、最后线、灵敏线
共振线：由激发态直接回到基态所产生的谱线，第一共振线 通常也是最灵敏线、最后线。
灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素都有一条
或几条谱线最强的线，即灵敏线，多是一些共振线。 最后线：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的谱线。
分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几条
(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；
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
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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 0.4V438Fra bibliotek997=Fe437.593nm
V439.523=Fe437.593nm V437.924=Fe437.593nm
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
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。
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。
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。