第三节电感耦合等离子体发射光谱法课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
7
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
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
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
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。
电感耦合等离子体发射光谱法
15:49
1
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。
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。
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%。
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
KNmOe Em I Nmh υ kT
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。
8
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
9
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。
10
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
Βιβλιοθήκη Baidu
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
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
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
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
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。
电感耦合等离子体发射光谱法
15:49
1
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。
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。
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%。
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
KNmOe Em I Nmh υ kT
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。
8
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
9
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。
10
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
Βιβλιοθήκη Baidu
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