电感耦合等离子体ICP

第八章电感耦合等离子体（ICP－AES）

原子发射光谱法

Inductively Coupled plasma-atomic emission Spectrometry

金属元素分析

教学内容

1．原子发射光谱法（AES）的发展概况、分析流程及特点

2．原子发射光谱的产生（能级、能级图）

3．激发源ICP的基本原理、特点；谱线强度及影响因素

4．仪器及应用（定性、半定量、定量分析）

5．干扰效应及消除（自学为主）

学习目标

1．基本掌握ICP的基本原理、特点及适应性

2．基本掌握ICP-AES法的原理特点和应用

3．较好掌握光谱定性、半定量、定量分析并了解干扰效应及消除方法

一．发展概况

二．工作原理

1.等离子体

定义：是由数目几乎相等的正，负离子所构成的一种物质形态。气态。离子体气体。如：大量的星际物质，火焰和电弧的高温部分太阳和其它恒星的表面气层。

性质：是气态物质在温度进一步升高到一定程度后发生电离而形成的。物质第四态。

特点：在整体上呈电中性

2.原理：

激发源（ICP）---分光系统（单色器）---检测器

§3-2-1 AES的产生

激发----基态原子在激发光源（外界能量）的作用下，获得足够的能量，外层电子跃迁到较高能级状态的激发态的过程

原子发射（发光）----处在激发态的原子很不稳定，在极短的时间内（10－8s）外层电子跃迁回基态或其它较低的能态而释放出多余的能量。释放能量的方式两种

无辐射跃迁（与其它粒子的碰撞传递能量）

以一定波长的电磁波形式辐射出去

释放的能量及辐射线的频率符合：

o原子中外层电子（价电子或光电子）能量分布是量子化的，所以△E的值不是连续的，因此，原子光谱是线光谱；

o同一原子中电子能级很多，有各种不同的能级跃迁，所以有各种不同△E，即可以发射出许多不同频率的辐射线。跃迁遵循“光谱选律”（不是任何能级之间都发生跃迁）；

o不同元素的原子由不同的能级构成，△E不一样，所以发射频率也不同，各种元素都有其特征的光谱线，由此可识别鉴定样品中元素的存在（光谱定性分析）o元素特征谱线的强度与样品中该元素的含量有确定的关系，通过测定谱线的强度可确定元素在样品中的含量（光谱定量分析）

o有关术语

激发电位（激发能）；电离电位（电离能）；

共振线；原子线；离子线

§3-2-2 原子发射光谱（AES）分析过程

光谱的获得和光谱的分析两大过程。

1. 试样的处理

要根据进样方式的不同进行处理：做成粉末或溶液等，有些时间还要进行必要的分离或富集；

2. 样品的激发

在激发源上进行，激发源把样品蒸发、分解原子化和激发；

3. 光谱的获得和记录

从光谱仪中获得光谱并进行记录；

4. 光谱的检测

用检测仪器进行光谱的定性、半定量、定量分析

3.等离子体如何产生？

氩气Ar

高频电磁场高频线圈石英炬管

点火装置：电子点火碳棒点火

碰撞电离形成ICP

激发源:ICP

电桨

工作原理示意图

等离子体的结构示意图

不同的样品和基体导致等离子体的结构会有一些变化，所以常常需要根据样品来调整观测的最佳位置，以获得最大的灵敏度，避免背景干扰

Vista MPX可以非常方便地在电脑上，调整观测高度，实现最优化

ICP仪器结构示意图

三.ICP－AES法仪器装置

1．高频发生器

2．炬管（外套高频线圈）

3．进样系统

4．光学（分光）系统

5．检测系统（光电转换，MS）

4.光学（分光）系统：

光栅

中阶梯光栅

5.检测器：光电倍增管

摄谱仪

质谱（MS）；ICP—MS

最新连机：HPLC—ICP--MS

术语：线光谱端视侧视单通道多通道全谱直读

四.分析特征

1．检测限低（低达10-3－10-4ppm），灵敏度高

2．稳定性好，精密度高

3．准确度高

4．线性分析范围宽（达4－6个数量级）

5．干扰效应小(背景干扰小，性噪比高）

①光谱干扰

②非光谱干扰

6．可同时或顺序测定多元素（数十种），快速定性、半定量， 应用 范围广

动态线性范围

光谱干扰（共存元素）

Al 308.22 nm 309.27 nm 394.40 nm 396.15 nm As 189.04 nm 193.70 nm 197.20

nm

10

100

1000

10000

100000

1000000

0.001

0.010.1

110100

PPM

C o u n t s p e r s e c o n

d

B 182.64 nm 208.96 nm 249.77 nm

Cd 214.44 nm 226.50 nm 228.80 nm

Co 228.62 nm 230.79 nm 231.40 nm 237.86 nm Cr 205.55nm 206.15nm 206.54 nm 283.56nm 357.86nm Cu 219.9 nm 223.01nm 224.70nm 324.75nm 327.40nm

Fe 233.28nm 238.20nm 239.56nm 259.94nm 261.19nm

Mn 257.61nm 259.37nm 260.57nm 294.92nm

Mo 202.03nm 204.60nm 281.62nm 287.15nm

Ni 216.56nm 217.47nm 221.65nm 227.02nm 231.60nm

P 177.49nm 178.28nm 178.77nm 213.62nm 214.91nm

ICP－AES法的主要工作参数

l．入射功率（l.l－l.25kW）

2．观察高度（10一15mm ，5500一8000K）

3．载气流量

①等离子气流量：15—20L／min

②雾化气流量：0.9－1.1L／min

③辅助气流量：0.5一0.7L／min

4．分析谱线