第三节电感耦合等离子体发射光谱法ppt课件

检测利用光电器件检测光谱，按测定得到 的发射光特征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

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

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I为谱线强度； N为单位体积内激发态原子数；mυ 为两个能级之间 的跃迁概率； h为普朗克常数； ν 为发射谱线的频率。在一定 的条件下，谱线强度仅和N成正比，其他均为常数。在固定实验 条件下，激发态原子数与样品中该元素的浓度成正比，所以谱线 强度与待测元素浓度成正比。
a为常数,C为待测元素的浓度
I a C
b
定量关系式
b为自吸系数，随浓度 c增加 而减小，当浓度很小，自吸 消失时，b=1
ICP-AES特点

1）分析精度高 对周期表多数元素有较好的 检出限 ，特别是对于易形成耐高温氧化物的 元素，检出限比原子吸收法要低几个数量级.
2）样品范围广 利用溶液雾化后的进样方式， 可测70多种元素，可同时进行多元素的测定。
等离子体：电离度大于0.1% 的被电离 气体，含有大量电子和离子，整体呈 现电中性，是电的良导体。 电感耦合等离子炬ICP:利用高频电流 通过电感（感应线圈）耦合，电离加 热工作气体而产生的火焰状等离子体。 具有温度高、离子线的发射强度大等 特点。

ICP-AES的分析：激发 分光 检测

激发利用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，原子或离子在激发光源中激发发光 分光利用分光光谱仪将从光源激发发射光 分解为按波长排列的图谱

等离子体炬管
炬管：三层同心石英管 作用：使等离子体放电并且与 负载线圈隔开以防止短路，并 借通入的气体带走等离子体的 热量（使其充分冷却）和限制 等离子体的大小。要求：炬管 易点燃、能够获得恒定的具有 环状结构的等离子体、氩气消 耗小、功率低以及具有良好的 耦合效率
ICP炬管气流的作用
冷却气：沿切线方向引入外管，它主要起冷却作用，保护石 英炬管免被高温所熔化，使等离子体的外表面冷却并与管壁 保持一定的距离。其流量约为 10-15L/min ，视功率的大小以 及炬管的大小、质量与冷却效果而定。 辅助气：沿切线方向通入中层管，其流量在 0.5-1.5L/mim ， 作用是“点燃”等离子体，并使高温的ICP底部与中心管、中 层管保持一定的距离，保护中心管和中层管的顶端，尤其是 中心管口不被烧熔或过热，减少气溶胶所带的盐分过多地沉 积在中心管口上。另外它又起到抬升ICP，改变等离子体观察 高度的作用。 载气：从雾化器通入，将样品溶液转化为粒径只有 1-10um 的 气溶胶；将样品的气溶胶引入ICP；对雾化器、雾化室、中心 管起清洗作用。载气的流量一般在0.4-1.0L/min。
第三节电感耦合等离子体发射 光谱法
电感耦合等离子发射光谱（ICP-AES）原理
电感耦合等离子发射光谱ICP-AES是一种以电 感耦合等离子体作为激发光源进行发射光谱分 析的方法，依据各元素的原子或离子在电感耦 合等离子炬激发源的作用下变成激发态，利用 激发态的原子或离子返回基态时所发射的特征 光谱来测定物质中元素组成和含量。
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4)对非金属元素，如C、O、N、卤素无法检测。
5)一些元素如P、S、Se、Te等元素激发电位高，
灵敏度较低。
7)仪器比较昂贵。
ICP-AES仪器组成

ICP光源 进样装置 分光器 检测器 ：光电倍增管和固态成像器件 数据处理系统：计算机、仪器控制 和数据处理 软件
ICP光源：高频发生器、炬管、高频感应线圈
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7). 可多元素同时测定或连续测定 由于基体干扰低，元素与元素之间相互干扰少， 若采用混合标准溶液便可进行多元素同时测定
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ICP-AES的缺点
1). 灵敏度还不够高
对某些试样来说，检出限还不能满足要求，中低温元素灵 敏度还不如原子吸收分析，如碱金属。 2). 雾化效率低 一般气动雾化进样法的雾化效率只有不到10%。且雾化器 容易堵塞，造成工作不稳定。 3). 氩气消耗大 由于等离子体炬温度很高，容易烧毁石英炬管，必须通以 大量氩气保护 ,用分子气体（氮气等）取代氩气的实验尚 未推广到实际应用 大约 4小时消耗一瓶氩气。而原子吸收所使用的乙炔，一 瓶可以使用好几百小时。

3）动态线性范围宽 大于106，不需稀释（浓缩） 处理程序同时测定高、低浓度的元素，提高了检 测速度，免去样品处理，可实现试样中主要成分、 次要成分甚至微量成分的同时测定。
4) 精密度好 当检测器积分时间为 1030秒，分析浓度为检出限 的 50100 倍时，净谱线信号的相对标准偏差可达 1% 以下；分析浓度为检出限的 510 倍时，标准偏 差为 48% 。若改用摄谱法，同样浓度的标准偏差 为519%。

ICP光源作用：试样蒸发、解离、原子化、激发、跃 迁产生光辐射
原理：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，在高频电磁场的作用下，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（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

高频发生器 两种类型： 自激式（频率漂移）和晶控他激式（利 用石英晶体的压电效应产生高频振荡，频率固定） 通过感应线圈产生高频磁场以供给等离子体能量。高 频火花发生器诱发炬管中的氩气，使之发生部分电离， 产生离子，电子，它们以圆形轨道环绕磁力线旋进， 电子、离子密度迅速增大，形成明亮的放电或火球， 即ICP火焰（等离子体）。 ICP的形成实际上是气体电离为离子和电子的过程。
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5)基体干扰少 在ICP-AES中，试样溶液通过光源的中心通道而受 热蒸发、分解和激发，相当于管式炉间接加热， 加热温度高达 5000-7000K ，因此化学干扰和电离 干扰都很低。可直接用纯水配制标准溶液，不需 添加抗干扰试剂，或者几种不同基体的试样溶液 采用同一套标准溶液来测试。 6）可进行定性分析 利用标准谱线库进行定性和 半定量分析