ICP测试及样品前处理课件

好的波长标尺。分析试样时，可在同一感光板上并列地摄取样品光谱和铁光
谱，将所得谱片放在铁谱图上标有各元素灵敏谱线相应的位置。根据试样谱
线和元素光谱图上的元素灵敏谱线相重合的情况，就可直接判定有关谱线的
波长及所代表的元素。
原子发射光谱定量分析原理
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被激发的原子和离子发射出很强的原子谱线和离子谱线，各元素发射的
原子发射光谱光源
• 2、电火花 • 电火花可分为低压火花、高频火花和高压火花，其中高压火花应用
较广。高压火花发生器是由220V交流电压经变压器升压至15000V以 上，通过扼流线圈向电容器充电。当电容器两端的充电电压达到分析 间隙的击穿电压时，通过电感向分析间隙放电而产生电火花。在交流 电下半周时，电容器又重新充电、放电，如此反复进行。高压火花放 电的稳定性好,电极温度较低，但是它的激发温度高,弧焰的瞬间温度 高达10000K，激发能量大。高压火花光源主要用于易熔金属、合金 以及高含量元素的定量分析。
ICP测试及样品前处 理
PartⅠ The basic principles of ICP
什么是原子发射光谱法
• 原子发射光谱法(Atomic Emission Spectrometry, AES)是 根据原子的特征发射光谱来研究物质的结构和测定物质的 化学成分的一种重要的光学分析方法。分析测试时，利用 物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子的外层 电子受激发而跃迁至更高能级的激发态，处于高能级的原 子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发 射出去形成原子发射光谱。
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交流电弧：交流电弧又分为高压交流电弧和低压交流电弧。高压
交流电弧的工作电压为2000～4000V，电流为3～6A，利用高压直接
引弧，由于装置复杂，操作危险，因此实际上已很少采用。低压交流
电弧的工作电压为110～220V，设备简单，操作安全，且稳定性好，
在光谱定性、定量分析中获得广泛的应用，但灵敏度低些。
• ③选择性好，每一种元素都有一些可供选用而不受其 他元素干扰的特征谱线，若选择合适的实验条件，能同时 测定多种元素，无需进行复杂的分离过程。
• ④分析速度快，可多种元素同时进行测定。相同的激 发源，在不改变分析条件的情况下，多种元素同时测定是 原子发射光谱仪最显著的特点。
ICP可测元素
原子发射光谱分析的基本原理
原子发射光谱光源
• 3、电感耦合等离子体(ICP)
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电感耦合等离子体(ICP)是20世纪60年代提出、20世纪70年代获
得迅速发展的一种新型的激发光源。等离子体泛指电离的气体，等离
子体与一般的气体不同，它由离子、电子、中性原子和分子所组成，
因而是电的良导体。因其中正负电荷密度几乎相等，从总体来看是电
，特征光谱的条数多少与各元素含量高低有关。当某元素含量降低时，其光
谱中的弱线相继消失，而不被检出。最后消失的几条谱线叫“灵敏线”定性分析 一般只需找出某元素的灵敏线（一般为2—3 条）即可确定该元素的存在。
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“铁光谱比较法”是进行光谱定性分析时最常用的一种方法。由于铁光谱的
谱线非常丰富，且在各个波段都有容易记忆的特征光谱，因而可作为一根很
原子发射光谱分析法的优点
• ①样品范围广，分析元素多。原子发射光谱仪可以对 固态、液态及气态样品进行直接分析，应用最广泛也是优 先采用的是溶液雾化法。可以进70多种元素的测定，可测 金属元素、稀土元素，而且对很多样品中的非金属元素碳 、硫、磷、氯等也可以进行分析测定。
• ②检出限低、准确度高、线性范围宽且多种元素可同 时测定等优点。检出限能达到μg/L至mg/L水平。
特征谱线及其强度经过分光、光电转换、检测和数据处理。
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设激发光源中被测定的元素基态原子数和激发态原子数分别为N0和Ni，
应遵循玻尔兹曼分布定律。
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Ni=K N0 e(－Ei/kT)
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式中K为统计常数，k为玻尔兹曼常数，T是等离子体的温度。而在两能
级之间的跃迁所产生的谱线强度Iij与基态原子数目Ni成正比，基态原子数与试 样中该元素浓度成正比。因此，在一定的条件下谱线强度与被测元素浓度成
原子发射光谱光源
• 1、电弧
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低压直流电弧：直流电弧发生器由一个电压为220～380V、电流
为5～30A的直流电源，一个铁芯自感线圈和一个镇流电阻所组成。
直流电弧光源的电极温度高(电弧放电温度为4000～7000K)，蒸发能
力强，分析的绝对灵敏度高；常用于定性分析及矿石难熔物中低含量
组分的定量测定。主要缺点是弧焰不稳定,谱线容易发生自吸现象。
中性的，所以称之为等离子体。目前，应用最为广泛的原子发射光源
是等离子体，其中包括电感耦合等离子体（ICP, Inductively Coupled
Plasma）、微波等离子体(MWP, Microwave Plasma)、直流等离子体
(DCP, Direct Current Plasma)。
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源自文库
ICP等离子光源系统由RF高频发生器、等离子石英炬管、气路系
图1 原子发射光谱分析过程图
原子发射光谱定性分析原理
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原子发射光谱是原子结构的反映，结构越复杂，光谱也越复杂，谱线就
越多。各种元素因其原子结构不同，受光源激发后都可以产生自己的特征光
谱，每一种元素的特征光谱通常包含有很多谱线，谱线的特征波长和强度各
不相同。一个试样如含有若干种元素，谱线上就有这若干种元素的特征光谱
原子发射光谱分析过程主要分为三步：激发、分光和检测。 ①激发，利用激发光源使试样蒸发气化，离解或分解为原子状 态或离子状态，原子或离子状态，原子及离子在光源中激发发光。 ②分光，利用光谱仪器把光源发射的光分解为按波长排列的光 谱 ③检测，利用光电器件检测光谱，按所测得的光谱波长对试样 进行定性分析，或按发射光强度进行定量分析。
正比，可以得到谱线强度Iij与含量c的函数关系式：
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Iij=acb
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这个关系式称为罗马金公式，是光谱定量分析依据的基本公式。式中a
、b在一定条件下为常数。a是与试样的蒸发、激发过程和试样组成有关的一
个参数。B称为自吸系数，它的数值与谱线自吸收有关。当谱线强度不大没有
自吸时，b=1；反之，有自吸时，b<1，且自吸越大，b值越小。