Varian_700-ES系列全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀培訓(xùn)講義-ICP-OES基本原理

1、Varian 700-ESVarian 700-ES系列系列全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀培訓(xùn)講義培訓(xùn)講義 美國瓦里安公司中國南區(qū)市場部美國瓦里安公司中國南區(qū)市場部ICP-OES ICP-OES 基本原理基本原理概概 述述 原子發(fā)射光譜分析是一種已有一個(gè)世紀(jì)以上悠久歷史的分析方法，原子發(fā)射光譜分析的進(jìn)展，在很大程度上依賴于激發(fā)光源的改進(jìn)。到了60年代中期，F(xiàn)assel和Greenfield分別報(bào)道了各自取得的重要研究成果，創(chuàng)立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜新技術(shù)，這在光譜化學(xué)分析上是一次重大的突破，從此，原子發(fā)射光譜分析技術(shù)又進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。與此同時(shí)，其它等離子體光譜

2、分析技術(shù)（直流等離子體、微波等離子體）也得到了長足的進(jìn)步。ICP-OESICP-OES能分析約能分析約7373種元素種元素原子光譜原理原子光譜原理物質(zhì)被熱激發(fā)成原子和離子測量原子和離子吸收和發(fā)出的光即即E=hv=hc/量子理論：吸收和發(fā)射發(fā)生在分立的能級(jí)能級(jí)和波長之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系原子吸收和發(fā)射能量原子吸收和發(fā)射能量原子原子基態(tài)基態(tài)原子原子激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)hvhv吸收能量吸收能量外層電子外層電子h hv v能量能量發(fā)射發(fā)射原子原子發(fā)射能量發(fā)射能量示意示意圖圖a a b b c c d dE Eo o 基基態(tài)態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)發(fā)射發(fā)射能量能量b ba ac cE E3 3E E2 2E E1 1E E 離子

3、化離子化吸收和發(fā)射吸收和發(fā)射 BaBaNaNaFraunhoferFraunhofer吸收線吸收線發(fā)射線發(fā)射線l 元素定性分析元素定性分析190 190 nmnm900 900 nmnmCuCu原子發(fā)射光譜的定性原理原子發(fā)射光譜的定性原理量子力學(xué)基本理論量子力學(xué)基本理論:1）原子或離子可處于不連續(xù)的能量狀態(tài)，該狀態(tài)可以光譜項(xiàng)來描述；2）當(dāng)處于基態(tài)的氣態(tài)原子或離子吸收了一定的外界能量時(shí)，其核外電子就從一種能量狀態(tài)（基態(tài)）躍遷到另一能量狀態(tài)（激發(fā)態(tài)）；3）處于激發(fā)態(tài)的原子或離子很不穩(wěn)定，經(jīng)約10-8秒便躍遷返回到基態(tài)，并將激發(fā)所吸收的能量以一定的電磁波輻射出來；4）將這些電磁波按一定波長順序排列即

4、為原子光譜（線狀光譜）；5）由于原子或離子的能級(jí)很多并且不同元素的結(jié)構(gòu)是不同的，因此，對(duì)特定元素的原子或離子可產(chǎn)生一系列不同波長的特征光譜，通過識(shí)別待測元素的特征譜線存在與否進(jìn)行定性分析。半定量半定量半定量是對(duì)樣品中一些元素的濃度進(jìn)行大致估算。與定量分析相比較，半定量希望通過較少地努力來大致得到許多元素的濃度。 一種半定量的方法是對(duì)許多元素進(jìn)行一次曲線校正，并將標(biāo)準(zhǔn)曲線儲(chǔ)存起來。然后在需要進(jìn)行半定量時(shí)，直接采用原來的曲線對(duì)樣品進(jìn)行測試。結(jié)果會(huì)因儀器的飄移而產(chǎn)生誤差或因樣品基體的不同而產(chǎn)生誤差，但對(duì)于半定量來說，可以接受。定量分析基礎(chǔ)定量分析基礎(chǔ)I = KNX其中： I：光譜強(qiáng)度 K：常數(shù) N：

5、原子濃度 X：接近1的指數(shù)全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀工作模式：工作模式：通過一次測定,同時(shí)記錄樣品中待測元素的所有發(fā)射譜線,不管這些譜線是在紫外區(qū)，還是在可見區(qū),也不論這些待測元素是高濃度或是低濃度，多能同時(shí)完成測定。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：1、由于具有同時(shí)記錄待測元素的所有發(fā)射譜線的功能,所以，可以通過選擇合適的譜線，有效避免光譜干擾；2、同一元素，具有很多分析譜線，不同元素具有不同的靈敏度，高靈敏度譜線檢測低含量的樣品，低靈敏度譜線檢測高濃度樣品，所以有效地拓寬了分析的濃度范圍；3、分析速度極快；4、同時(shí)記錄樣品的背景信號(hào)，有效扣除背景影響，大大改善分析精

6、度。何謂等離子體何謂等離子體高溫氣體；離子和電子云；整個(gè)等離子體呈電中性；RF發(fā)生器使電感線圈發(fā)生高頻震蕩磁場；RF發(fā)生器能量耦合到氬氣中；高溫達(dá)10000K。等離子體等離子體三圓同心玻璃管三圓同心玻璃管水冷的耦合線圈水冷的耦合線圈磁場磁場 輔助氣輔助氣等離子體氣等離子體氣霧化氣和樣品氣溶膠霧化氣和樣品氣溶膠等離子體等離子體溫度溫度等離子體區(qū)域等離子體區(qū)域預(yù)熱區(qū)預(yù)熱區(qū)在電感線圈上方在電感線圈上方進(jìn)行觀測進(jìn)行觀測導(dǎo)入?yún)^(qū)導(dǎo)入?yún)^(qū)初始輻射區(qū)初始輻射區(qū)標(biāo)準(zhǔn)分析區(qū)標(biāo)準(zhǔn)分析區(qū) 等離子體尾焰等離子體尾焰 等離子體形成過程等離子體形成過程ICPICP炬形成過程炬形成過程1）Tesla線圈-高頻交變電流-交變感應(yīng)

7、磁場；2）火花-氬氣-氣體電離-少量電荷-互相碰撞-雪崩現(xiàn)象-大量載流子；3）數(shù)百安極高感應(yīng)電流（渦電流，Eddy current)-瞬間加熱-到10000K-等離子體-內(nèi)管通入氬氣形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)樣品通道-樣品蒸發(fā)、原子化、激發(fā)。ICPICP光源特點(diǎn)光源特點(diǎn)1）低檢測限：蒸發(fā)和激發(fā)溫度高；2）穩(wěn)定，精度高：高頻電流-趨膚效應(yīng)（skin effect)-渦流表面電流密度大-環(huán)壯結(jié)構(gòu)-樣品導(dǎo)入通道-不受樣品引入影響-高穩(wěn)定性3）基體效應(yīng)?。╩atrix effect)：樣品處于化學(xué)惰性環(huán)境的高溫分析區(qū)-待測物難生成氧化物-停留時(shí)間長（ms級(jí)）、化學(xué)干擾小，樣品處于中心通道，其加熱是間接的-樣品性質(zhì)（

8、基體性質(zhì)，如：樣品組成、溶液粘度、樣品分散度等）對(duì)ICP影響小。4）背景?。和ㄟ^選擇分析高度，避開渦流區(qū)。5）自吸效應(yīng)小：樣品不擴(kuò)散到ICP周圍的冷氣層，只處于中心通道，即是處于非局部力學(xué)系統(tǒng)平衡；6）分析線性范圍寬：ICP在分析區(qū)溫度均勻，自吸收、自蝕效應(yīng)小7）眾多元素同時(shí)測定：激發(fā)溫度高（70多種）不足：對(duì)非金屬測定的靈敏度低，儀器貴，維護(hù)費(fèi)用高。分析技術(shù)比較（分析技術(shù)比較（1 1）ICP-MSICP-OESFAASGFAAS檢出限優(yōu)秀好好優(yōu)秀工作效率很好優(yōu)秀好低線性范圍105105103102精密度13%0.22%0.11%15%光譜干擾很少中等一些很少化學(xué)干擾中等很少很多很多分析技術(shù)比較（分析技術(shù)比較（2 2）ICP-MSICP-OESFAASGFAAS耐鹽份0