ICP测试及样品前处理课件
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ICP基本原理ppt课件
辅助气—“点燃”等离子体 雾化气—形成样品气溶胶
将样品气溶胶引入ICP 对雾化器、雾化室、中心管起清洗作 用
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2.2.4 等离子炬管
外层管：外层管通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 中层管： 中层管通人辅助气体Ar气，用于点燃等离子体。 内层管：内层石英管内径为1~2mm左右，以Ar为载气，把经过
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3
2. 历史：
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4
3.原子发射光谱分析的特点
(1) 多元素同时检测能力。可同时测定一个样品中的多种元素。每 一个样品一经激发后，不同元素都发射特征光谱，这样就可同 时测定多种元素。
(2) 分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对 几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液 体样品都可直接测定。
这样经简化后就成为：
I = AC b
式中，A为与测定条件有关的系数。式为原子发射光谱定量分析的 基本公式。
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1.5 原子发射光谱仪的基本构成
AES仪器主要由光源（热源）、进样系统、单色 系统、检测系统、计算机数据处理系统五部分组 成。由于在后面的ICP中要涉及各个部分，因此， 这里就不作详细介绍了。
离子状态; 阳离子和电子数几乎相等; 等离子体的温度较高，最高温度10000K。
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2.2 ICP形成的原理
等离子体
ICP装置由: 高频发生器和感应线圈; 炬管和供气系统; 进样系统;
磁力线 高频耦合线圈
将样品气溶胶引入ICP 对雾化器、雾化室、中心管起清洗作 用
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2.2.4 等离子炬管
外层管：外层管通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 中层管： 中层管通人辅助气体Ar气，用于点燃等离子体。 内层管：内层石英管内径为1~2mm左右，以Ar为载气，把经过
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2. 历史：
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3.原子发射光谱分析的特点
(1) 多元素同时检测能力。可同时测定一个样品中的多种元素。每 一个样品一经激发后，不同元素都发射特征光谱，这样就可同 时测定多种元素。
(2) 分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对 几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液 体样品都可直接测定。
这样经简化后就成为：
I = AC b
式中，A为与测定条件有关的系数。式为原子发射光谱定量分析的 基本公式。
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1.5 原子发射光谱仪的基本构成
AES仪器主要由光源（热源）、进样系统、单色 系统、检测系统、计算机数据处理系统五部分组 成。由于在后面的ICP中要涉及各个部分，因此， 这里就不作详细介绍了。
离子状态; 阳离子和电子数几乎相等; 等离子体的温度较高，最高温度10000K。
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2.2 ICP形成的原理
等离子体
ICP装置由: 高频发生器和感应线圈; 炬管和供气系统; 进样系统;
磁力线 高频耦合线圈
ICP测试及样品前处理
原子发射光谱定量分析原理
• • • • 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 特征谱线及其强度经过分光、光电转换、检测和数据处理。 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。 Ni=K N0 e(－Ei/kT) 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 正比，可以得到谱线强度Iij与含量c的函数关系式： Iij=acb 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。
电感耦合等离子发射光谱仪Varian 715-ES
在ICP –AES定量分析 过程中，试样由载气带入 雾化系统进行雾化，以气 溶胶形式进入炬管轴内通 道，在焰炬的高温作用下 和惰性氩气气氛中，溶质 的气溶胶经历多种物理化 学过程而被迅速原子化、 激发和电离。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 素发射的特征谱线及其强 度经过分光、光电转化、 检测和数据处理，最后经 电脑计算出各元素的含量。
ICP测试及样品前处理
方修忠
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。
ICP测试及样品前处理解析
电感耦合等离子发射光谱仪Varian 715-ES
在ICP –AES定量分析 过程中，试样由载气带入 雾化系统进行雾化，以气 溶胶形式进入炬管轴内通 道，在焰炬的高温作用下 和惰性氩气气氛中，溶质 的气溶胶经历多种物理化 学过程而被迅速原子化、 激发和电离。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 素发射的特征谱线及其强 度经过分光、光电转化、 检测和数据处理，最后经 电脑计算出各元素的含量。
ICP可测元素
原子发射光谱分析的基本原理
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。
图2 Varian715-ES电感耦合等离子体发射光谱仪实物图
ICP等离子炬管
ICP等离子体发射系统由RF高频发生器、石英 炬管、气路系统共同构成。等离子炬管是ICP等离 子体发射系统的重要部件，其结构示意见图1-5。它 由三层同心石英管组成。三股氩气流分别进入各层 石英管，最外层管氩气流量为10～20L/min，作为 工作气体形成等离子体并且可以起到冷却保护炬管 的作用，称为等离子体气或冷却气。中间管通入 0～1.5L/min的氩气,用以辅助等离子的形成、抬高 炬焰和防止盐分或炭（有机样）在喷射管口沉积， 称为辅助气。内层石英管内径约为1～2mm, 气流量 约为1L/min，其作用是携带试样气溶胶进入等离子 体室，称为载气。RF高频发生器是ICP形成的另外 一个核心部件，它为等离子体提供能量，通过高频 磁感应线圈给等离子体输出能量，维持ICP光源持 续放电。
ICP前处理
ICP 样品前处理汇总普通碳钢及中低合金钢的样品溶解体系基本采用如下四种体系：（1）硝酸（1+3）（2）稀王水（硝酸+盐酸+水=50+150+200）（3）硫酸（1+19）（4）盐酸（1+1）滴加过氧化氢其中试验显示：王水加过氧化氢对于Cr、Al测定更有利，而采用硫酸溶样对Cr、Al测定的数据偏低。
因此我们建议用户采用如下方法：准确称取样品0.1-0.5克加入王水或者（1+1）稀王水20-50毫升，缓慢加热到样品基本溶解，滴加三到五滴过氧化氢，加热赶净气泡后冷却定容到100毫升容量瓶，待测。
特殊样品测定和讨论：钢铁中痕量硼的测定：硼在钢铁中一般以固溶体存在，因此采用王水溶样只能溶解酸溶硼。
用密闭消解罐加酸微波消解可测总硼。
选择B249.68nm测定。
钢中微量的砷、锡、锑的测定：0.5000克钢样用硝酸（1+3）15毫升，溶解并蒸发至近干，加5毫升浓盐酸溶解残渣，稀释至100毫升，纯铁为基体。
钢铁及高温合金中痕量硒的测定:取1克样品于烧杯中,加10毫升水,10毫升硝酸,30毫升盐酸,低温加热,加6毫升高氯酸至样品溶解,用定量滤纸过滤,于滤液中加3克抗坏血酸,盐酸55毫升,缓慢加热至微,直至出现黑色无定形炭后保持2-3分钟取下,用滤纸过滤,将沉淀连滤纸加硝酸及高氯酸硝化,稀释至10毫升用于测定。
钢中总铝的测定：钢中的铝一般以金属铝、氧化铝及氮化铝等形式存在。
一般称取样品0.1-0.5克，加入12毫升王水和0.1毫升HF消解钢样，来测定总铝。
王水,硝酸等都无法消解氮化铝,加入一定量HF酸可以使其消解90%以上。
高合金钢：包括不锈钢，高温合金，耐热合金及工具钢等，其共同特点是含较高的合金元素镍、铬、钼等。
溶解时容易生成碳化物及其他不溶物，需要专门处理。
用浓盐酸分解样品，并缓慢加入浓硫酸，加热至冒烟，滴加浓硝酸分解碳化物，冷却后用滤纸过滤，滤液稀释后用于光谱测定。
如果样品中含钨，则在加浓硫酸的同时，还要加入浓磷酸帮助分解碳化物，并络合钨以消除钨酸沉淀的影响。
电感耦合等离子体光谱仪(ICP)及其应用介绍 PPT课件
4.样品处理
高压密封罐消解
高压密封罐由聚四氟乙烯密封罐和不锈钢套筒构成。试样和酸放在带盖的 聚四氟乙烯罐中，将其放入不锈钢套筒中，用不锈钢套筒的盖子压紧密封聚四 氟乙烯罐的盖子，放入烘箱中加热。加热温度一般在120~180℃。聚四氟乙烯 罐的壁较厚，导热慢一般要加热数小时。停止加热后必须冷却才能打开。溶剂： 硝酸；硝酸+过氧化氢
谱线强度与浓度的关系
1. 标准曲线法
在ICP-AES定量分析中，谱线强度I与待测元素浓 度c在一定的浓度范围内有很好的线性关系I=KCb。K与 光源参数、进样系统、试样的蒸发激发过程以及试样 的组成等有关。b与试样的含量、谱线的自吸有关，称 为自吸系数。在高浓度时，b1，曲线发生弯曲。
光谱定量分析的依据是： I = ACb
2.仪器结构
2.ICP发射光谱仪的构成
2.ICP结构-仪器类型
单道扫描型光谱仪 固定多通道型光谱仪 全谱直读型光谱仪
• 谱线选择灵活 • 定量、定性和半定量分
析 • 仪器价格低 • 分析速度慢，精度稍差
• 多元素同时测定，分析速 度快
• 分析精度高、稳定性好 • 操作简单，消耗少
全谱直读式的等离子光谱仪，它采用 中阶梯光学系统结合固体检测器(CID ，CCD)，既具有单道的灵活性，又 有多道的快速与稳定。
Plasma点火原理
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。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。
ICPAES-分析技术PPT课件
.
每个像素的读出 放大和传输得到 相应的电压值
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计算机功能
程序控制：仪器各部件的起动、关闭 时实控制：时间监控、远程诊断、信息转移 数据处理 谱线数据库
.
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ICP发射 光谱仪的 几种类型
固定多道型 单道扫描型 全谱直读型
.
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固定多通道型光谱仪
必须根据用户需求预先 排定PMT和出射狭缝， 灵活性差
→ICP发射光谱分析
高频耦合线 圈
(温度 6000~7000 C，惰性) 线性范围宽：105 、灵敏(ppb) 、化学干扰少
样品粒 子
.
6
等离子火炬与频率关系
.
7
等离子体光源的分区
1. NAZ-分析区 2. PHZ-预热区 3. 尾焰 4. IRZ- 初始辐射
区
.
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ICP-AES(OES)
ICP Atomic Emission Spectrometry (Optical Emission Spectrometry)
.
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进样系统--进样及排液泵管
进样及排液泵管要定期更换，泵管可以分 两段使用，建议每天交替使用，这样可以 延长其使用寿命。当泵管出现有不透明丝 状线时，说明泵管已经破裂，轻则会导致 仪器精密度差，进样泵管破损严重的时候 会导致溶液泄露。
要定期检查，有问题及时更换。
.
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进样系统--雾化器
雾化器是进样系统最重要的部件，样品要 尽量处理清澈，有沉淀时要过滤。一旦雾 化器有堵塞现象时，要及时处理。
.
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半定量分析
半定量分析
有些样品不要求给出十分准确的分析数据， 允许有较大偏差，但需要尽快给出分析数据，
icp讲解稿
2.1 标液配置
1.标液配置
▪ 本实验室测试所需标液由1000µg/mL的标准样品（钢研纳克技术有限公司产）进行
相应的浓度稀释。
▪ 配置标液所用试剂、仪器：移液枪（三种规格）、1000µg/mL标准溶液、烧杯、容
量瓶、盐酸/硝酸/硫酸等。
2.样品简单前处理
▪ 进入仪器中进行测试的样品必须是澄清液体样品，保证里面没有HF酸、不呈碱性、
（注：雾化室有筒形雾化室、旋流雾化室、梨形雾化室）
▪ 作用之一是去除雾化过程中产生的较大雾滴颗粒，加速气溶胶微粒在等离子体中去
等离子体火焰
▪ 等离子体：Langmuir在1929年提出，目前一般指电离度超过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，从整体来看是处于中性的。
▪ 作用: 将待测样品液体转换成气溶胶形式（进样、雾化） ▪ 要求: 连续、稳定、高效
蠕动泵
▪ 蠕动泵保证溶液以一定速率均匀的进入雾化器；
▪ 可以在一定程度上解决在进样过程中因溶液本身粘度及表面张力而产生的影响； ▪ 多通道设计,同时实现样品溶液、内标液等的导进与废液的导出，并实现进样系统
的清洗功能。
电感耦合等离子 体发射光谱分析
目录
▪ Part 1.原子光谱基本理论和仪器结构 ▪ 1.1 原子光谱的基本理论 ▪ 1.2 等离子体发射光谱分析仪器结构
▪ Part 2. 制样过程及测试前准备工作
▪ 2.1 标液配置 ▪ 2.2 样品简单前处理
▪ 2.3 开机前准备工作
▪ Part 3. ICP-OES 的应用 ▪ Part 4.开机测试、观察
Part 1 ：原子光谱基本理论 和仪器结构
1.标液配置
▪ 本实验室测试所需标液由1000µg/mL的标准样品（钢研纳克技术有限公司产）进行
相应的浓度稀释。
▪ 配置标液所用试剂、仪器：移液枪（三种规格）、1000µg/mL标准溶液、烧杯、容
量瓶、盐酸/硝酸/硫酸等。
2.样品简单前处理
▪ 进入仪器中进行测试的样品必须是澄清液体样品，保证里面没有HF酸、不呈碱性、
（注：雾化室有筒形雾化室、旋流雾化室、梨形雾化室）
▪ 作用之一是去除雾化过程中产生的较大雾滴颗粒，加速气溶胶微粒在等离子体中去
等离子体火焰
▪ 等离子体：Langmuir在1929年提出，目前一般指电离度超过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，从整体来看是处于中性的。
▪ 作用: 将待测样品液体转换成气溶胶形式（进样、雾化） ▪ 要求: 连续、稳定、高效
蠕动泵
▪ 蠕动泵保证溶液以一定速率均匀的进入雾化器；
▪ 可以在一定程度上解决在进样过程中因溶液本身粘度及表面张力而产生的影响； ▪ 多通道设计,同时实现样品溶液、内标液等的导进与废液的导出，并实现进样系统
的清洗功能。
电感耦合等离子 体发射光谱分析
目录
▪ Part 1.原子光谱基本理论和仪器结构 ▪ 1.1 原子光谱的基本理论 ▪ 1.2 等离子体发射光谱分析仪器结构
▪ Part 2. 制样过程及测试前准备工作
▪ 2.1 标液配置 ▪ 2.2 样品简单前处理
▪ 2.3 开机前准备工作
▪ Part 3. ICP-OES 的应用 ▪ Part 4.开机测试、观察
Part 1 ：原子光谱基本理论 和仪器结构
检测中心-电感耦合等离子体光谱仪(ICP)及其应用介绍 (1)ppt课件
I：谱线强度。 C：待测元素的浓度。 A：常数。 b: 分析线的自吸系数，在ICP-AES中为1。
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3.ICP方法
定量分析原理1.外标法
配制一组有浓度梯度的标准溶液，依次测量标准溶液的发 射强度值，作出标准工作曲线。
I
I
强度
0 C
I aC
浓度 C
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3.ICP方法
B. 内标法
样品与标准都加入相同的浓度 内标线与分析线有类似的... • ...化学与物理特性 • ...谱线的激发能 • ...电离能 • ...波长范围与强度
样品 + 酸（～300℃）于烧杯或三角烧瓶中,在电热板 或电炉上加热。 常规酸消化的优点是设备简单，适合处理大批量样品；缺点是操作难度大，试剂消耗量 大、每个试样的酸消耗量不等，试剂空白高且不完全一致、消解周期长、劳动条件较差。
4.样品处理
高压密封罐消解
高压密封罐由聚四氟乙烯密封罐和不锈钢套筒构成。试样和酸放在带盖的 聚四氟乙烯罐中，将其放入不锈钢套筒中，用不锈钢套筒的盖子压紧密封聚四 氟乙烯罐的盖子，放入烘箱中加热。加热温度一般在120~180℃。聚四氟乙烯 罐的壁较厚，导热慢一般要加热数小时。停止加热后必须冷却才能打开。溶剂： 硝酸；硝酸+过氧化氢
• 基体匹配
可消除物理、电离干扰。注意不 纯物的混入。
• 内标校正
可消除物理干扰。注意内标元素 的选择(电离电位)。 • 背景校正 • 选择无干扰的谱线 • 干扰系数法校正谱线干扰 • 稀释样品
28
4.样品处理
4.样品的前处理
29
4.样品处理
ICP进样的基本要求
• 待测元素完全进入溶液 • 溶解过程待测元素不损失 • 不引入或尽可能少引入影响测定的成分 • 试样溶剂具有较高的纯度，易于获得 • 操作简便快速，节省经费等
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3.ICP方法
定量分析原理1.外标法
配制一组有浓度梯度的标准溶液，依次测量标准溶液的发 射强度值，作出标准工作曲线。
I
I
强度
0 C
I aC
浓度 C
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3.ICP方法
B. 内标法
样品与标准都加入相同的浓度 内标线与分析线有类似的... • ...化学与物理特性 • ...谱线的激发能 • ...电离能 • ...波长范围与强度
样品 + 酸（～300℃）于烧杯或三角烧瓶中,在电热板 或电炉上加热。 常规酸消化的优点是设备简单，适合处理大批量样品；缺点是操作难度大，试剂消耗量 大、每个试样的酸消耗量不等，试剂空白高且不完全一致、消解周期长、劳动条件较差。
4.样品处理
高压密封罐消解
高压密封罐由聚四氟乙烯密封罐和不锈钢套筒构成。试样和酸放在带盖的 聚四氟乙烯罐中，将其放入不锈钢套筒中，用不锈钢套筒的盖子压紧密封聚四 氟乙烯罐的盖子，放入烘箱中加热。加热温度一般在120~180℃。聚四氟乙烯 罐的壁较厚，导热慢一般要加热数小时。停止加热后必须冷却才能打开。溶剂： 硝酸；硝酸+过氧化氢
• 基体匹配
可消除物理、电离干扰。注意不 纯物的混入。
• 内标校正
可消除物理干扰。注意内标元素 的选择(电离电位)。 • 背景校正 • 选择无干扰的谱线 • 干扰系数法校正谱线干扰 • 稀释样品
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4.样品处理
4.样品的前处理
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4.样品处理
ICP进样的基本要求
• 待测元素完全进入溶液 • 溶解过程待测元素不损失 • 不引入或尽可能少引入影响测定的成分 • 试样溶剂具有较高的纯度，易于获得 • 操作简便快速，节省经费等
ICP技术培训课件(PPT 94页)
数据的采集与处理
采集并计算工作曲线 测量未知样品 数据后处理 定性及半定量分析
仪器的日常维护
软件系统的维护 --分析方法的保存与备份 --重要数据的保存与备份 --软件系统的加密
仪器的日常维护—硬件维护
进样系统维护 光路的维护 检测器维护(吹扫气干燥) 循环水的更换 电源维护 RF匹配箱维护 风扇,散热片与过滤网
Focusing Mirror
Entrance Slit Shutter
Prism
Collimating Mirror
The IRIS/Intrepid Optics
Collimating Mirror
CID Detector
Focusing Mirror
Prism
Shutter
Slit (dual)
Power Cube Interconnect Diagram
RF System (and Lower Chassis) – Supplies On
RF系统
RF Source RF Driver Power AMP Box RF Control System
RF Source
Driver Amplifier
Auxiliary Systems:
• Pneumatics • CID/RF Coil Cooling
(water circuit) • Tank Heating • Peristaltic Pump
控制系统
计算机与软件 386板 信号板 PSCB板
Data Station/Software
Microprocessor
仪器的日常维护—硬件维护
检测器维护(吹扫气干燥) 定期检查定期更换
ICP检测ppt课件
几种光源的比较
光源
蒸发温度
直流电弧
高
交流电弧
中
火花
低
ICP
很高
激发温度/K 4000～7000
4000～7000 瞬间10000 6000～8000
稳定性
应用范围
稍差
定性分析，矿物、纯物质、难 挥发元素的定量分析
试样中低含量组分的定量 较好
分析
好
金属与合金、难激发元素 的定量分析
溶液的定量分析 最好
析的元素从基体元素中分离出来。 • （2）一次分析可以在一个试样中同时测
得多种元素的含量。 • （3）作分析时所消耗试样量可以很少，
并具有很高的分析灵敏度。
光谱定量分析可测的含量范围为 0.0001% 到百分之几十，但在含量超 过10％时，要使分析结果具有足够准 确度是有困难的，所以光谱分析适宜 于作低含量及痕量元素的分析。
五、原子发射光谱分析的特点和应用
1.应用光谱分析来进行定性 在合适的实验条件下，利用元素的特征谱
线可以无误地确定哪种元素的存在，所以光谱 定性分析是很可靠的方法，既灵敏快速，又简 便，周期表上约七十个元素，可以用光谱方法 较容易地定性鉴定，这是光谱分析的突出应用。
• 2. 光谱定量分析的优点如下： • （1）在很多情况下，分析前不必把待分
灵敏线 共振线 最后线 分析线
灵敏线是指各种元素线中最容易激 发或激发电位较低的谱线。 共振线由激发态直接跃迁至基态时 所辐射的谱线称为。 第一共振线，一般也是元素的最灵敏线。
最后线浓度逐步降低时最后消失的灵敏线。
分析线光谱分析中是根据灵敏线或最后线 来检测元素的,因此这些谱线又可称为分 析线。
试样引入激发光源的方法
ICP测试及样品前处理
图1 原子发射光谱分析过程图
第5页/共33页
原子发射光谱定性分析原理
•
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
很好的波长标尺。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。
第6页/共33页
原子发射光谱定量分析原理
•
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
第21页/共33页
无机试样前处理
• 1、水溶解 • 可溶性无机化合物，可以直接用水溶解制成测
定溶 液，如硫酸铜、氯化钠等。但考虑到溶液的 稳定性及与 标准溶液酸度的一致性，往往要加入 一些酸。 • Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba等金属也 能在水中溶解，或在水蒸气中生成可溶性盐类。 为了使其中的其它测定元素进入溶液，也要将溶 液酸化。
溶解试样的基本要求
• 注意防止： • 空气污染、试剂空白以及容器污染； • 待测元素挥发、被容器表面吸附或与容器材料
相互 作用而损失； • 样品分解不完全。 • 要求：待测元素完全溶入溶液； 溶解过程待
测元素不损失； 不引入或尽可能少引入影响测定 的成分； 试样溶剂具有较高的纯度，易于获得； 操作简便快速等。
HF——聚四氟乙烯
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器皿清洗步骤
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原子发射光谱定性分析原理
•
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
很好的波长标尺。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。
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原子发射光谱定量分析原理
•
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
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无机试样前处理
• 1、水溶解 • 可溶性无机化合物，可以直接用水溶解制成测
定溶 液，如硫酸铜、氯化钠等。但考虑到溶液的 稳定性及与 标准溶液酸度的一致性，往往要加入 一些酸。 • Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba等金属也 能在水中溶解，或在水蒸气中生成可溶性盐类。 为了使其中的其它测定元素进入溶液，也要将溶 液酸化。
溶解试样的基本要求
• 注意防止： • 空气污染、试剂空白以及容器污染； • 待测元素挥发、被容器表面吸附或与容器材料
相互 作用而损失； • 样品分解不完全。 • 要求：待测元素完全溶入溶液； 溶解过程待
测元素不损失； 不引入或尽可能少引入影响测定 的成分； 试样溶剂具有较高的纯度，易于获得； 操作简便快速等。
HF——聚四氟乙烯
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器皿清洗步骤
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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。
原子发射光谱光源
• 1、电弧
•
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。
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。
•
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。•Ni=K N0 e(－Ei/kT)
•
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
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
•
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
•
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
正比，可以得到谱线强度Iij与含量c的函数关系式：
•
Iij=acb
•
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。
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。
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)。
•
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
原子发射光谱光源
• 3、电感耦合等离子体(ICP)
•
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
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
•
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。
，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。
•
“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