現(xiàn)代光譜分析-2AES1ppt課件

1、華東理工大學(xué)分析測(cè)試中心電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜ICP-AES第二章第二章目錄2.1 原子發(fā)射光譜根底2.2 ICP-AES分析原理及特點(diǎn)2.3 ICP-AES儀器2.4 ICP-AES分析方法2.5 ICP光譜法的新進(jìn)展2.1 原子發(fā)射光譜根底v 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。16721672年，牛頓年，牛頓發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜18021802年，年，WollastonWollaston和和FraunhoferFraunhofer發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜中的太陽(yáng)光譜中的暗線(xiàn)暗線(xiàn)18601860年，年，KirchoffKirchoff和和BunsenBunsen察看

2、到察看到不同元素發(fā)出不同元素發(fā)出特征激發(fā)線(xiàn)特征激發(fā)線(xiàn)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜ICPICP：上：上世紀(jì)世紀(jì)6060年代中期，年代中期，F(xiàn)asselFassel和和GreenfieldGreenfield創(chuàng)建了創(chuàng)建了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜新技術(shù)，這在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)分析上是一次艱苦的突破。光譜化學(xué)分析上是一次艱苦的突破。其它等離子體光譜分析技術(shù)直流等離子體、其它等離子體光譜分析技術(shù)直流等離子體、微波等離子體也得到了長(zhǎng)足的提高。微波等離子體也得到了長(zhǎng)足的提高。上世紀(jì)上世紀(jì)80-9080-90年代，年代，ICP-MSICP-MS的開(kāi)

3、展的開(kāi)展運(yùn)用廣泛：運(yùn)用廣泛： 金屬元素丈量首選方法金屬元素丈量首選方法ICPICP，直，直讀原子發(fā)射光譜讀原子發(fā)射光譜 BaBaNaNaFraunhoferFraunhofer吸收線(xiàn)吸收線(xiàn)發(fā)射線(xiàn)發(fā)射線(xiàn)l 元素定性分析元素定性分析190 nm190 nm900 nm900 nmCuCu發(fā)射譜是一些亮堂的細(xì)線(xiàn)，吸收譜是一些暗線(xiàn)。發(fā)射譜是一些亮堂的細(xì)線(xiàn)，吸收譜是一些暗線(xiàn)。v多元素檢測(cè)multi-elementv分析速度快：多元素檢測(cè)；可直接進(jìn)樣；固、液均可v選擇性好： Nb與Ta； Zr與Ha，Rare-elements;v檢出限低：10-0.1mg/g(mg/mL); ICP-AES可達(dá)ng/mL

4、v準(zhǔn)確度高：普通5-10%，ICP可達(dá)1%以下v所需試樣量少v線(xiàn)性范圍寬linear range),4-6個(gè)數(shù)量級(jí)v對(duì)非金屬元素的測(cè)定非最正確： O,S,N,X(處于遠(yuǎn)紫外)；P、Se、Te難激發(fā)，常以原子熒光法測(cè)定v能量電或熱、光-基態(tài)原子v外層電子低能態(tài)E1-高能態(tài)E2v外層電子高能態(tài)E2-低能態(tài)E1v發(fā)出特征頻率(n)的光子：vE = E2-E1 = h = hc/l激發(fā)電位Excited potential): 由低能態(tài)-高能態(tài)需求的能量，以eV表示。每條譜線(xiàn)對(duì)應(yīng)一激發(fā)電位。共振線(xiàn)Resonance line： 由激發(fā)態(tài)直接向基態(tài)躍遷發(fā)射產(chǎn)生的譜線(xiàn)原子線(xiàn)和離子線(xiàn)I: 原子線(xiàn)II: 一次

5、電離離子發(fā)射的譜線(xiàn)，一級(jí)離子線(xiàn)III: 二次電離離子發(fā)射的譜線(xiàn)，二級(jí)離子線(xiàn)Mg I Mg I 285.21nm285.21nm，Mg II Mg II 280.27nm280.27nm，Mg III Mg III 455.30nm 455.30nm 原子能級(jí)用光譜項(xiàng)來(lái)表征原子能級(jí)用光譜項(xiàng)來(lái)表征例：例： 鈉原子基態(tài)鈉原子基態(tài) 32S1/2 32S1/2 n2S+1Ln2S+1LJ Jn n：主量子數(shù)：主量子數(shù)L L：總角量子數(shù)：總角量子數(shù)S S：總自旋量子數(shù)：總自旋量子數(shù)J J：總內(nèi)量子數(shù)：總內(nèi)量子數(shù)光譜項(xiàng)符號(hào)：光譜項(xiàng)符號(hào)：基態(tài)基態(tài)NaNa原子：原子： (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1

6、(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1 核外電子的運(yùn)動(dòng)形狀描畫(huà)核外電子的運(yùn)動(dòng)形狀描畫(huà) 單個(gè)價(jià)電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫(huà)單個(gè)價(jià)電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫(huà) 主量子數(shù)主量子數(shù) n n角量子數(shù)角量子數(shù) l l磁量子數(shù)磁量子數(shù) ml ml自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) s s自旋磁量子數(shù)自旋磁量子數(shù) ms ms 主量子數(shù)主量子數(shù) n: 描畫(huà)電子層，主要能量，描畫(huà)電子層，主要能量， n =1，2， 角量子數(shù)角量子數(shù) l：電子云外形，決議角動(dòng)量：電子云外形，決議角動(dòng)量Pl，l=0，1，2，, 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)s, p, d, f, 磁量子數(shù)磁量子數(shù) ml: 電子云伸展方向，決議角動(dòng)量電子云伸展方向，決議角動(dòng)量Pl沿沿Z軸分量，軸分量， m

7、l =0, 1, 2, , l 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) s：電子的自旋，決議自旋角動(dòng)量，：電子的自旋，決議自旋角動(dòng)量， s =1/2 自旋磁量子數(shù)自旋磁量子數(shù) ms：自旋角動(dòng)量沿：自旋角動(dòng)量沿Z軸分量，軸分量， ms = 1/2 四個(gè)量子數(shù)可以描畫(huà)原子運(yùn)動(dòng)形狀：四個(gè)量子數(shù)可以描畫(huà)原子運(yùn)動(dòng)形狀：n, l, ml, ms.多個(gè)價(jià)電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫(huà)n：主量子數(shù)：主量子數(shù) L：總角量子數(shù)：總角量子數(shù)J：總內(nèi)量子數(shù)：總內(nèi)量子數(shù)S：總自旋量子數(shù)：總自旋量子數(shù)多電子角量子數(shù)耦合 L：總角量子數(shù)， 其數(shù)值為外層價(jià)電子角量子數(shù) l 的矢量和，即如兩個(gè)價(jià)電子耦合，L的取值為:L = l1+l2，(l1+l2-1)，

8、(l1+l2-2)，l1-l2L的取值范圍： 0, 1, 2, 3, 相應(yīng)的符號(hào)為：S, P, D, F， L = liL = liS S：總自旋。其值為個(gè)別價(jià)電子自旋：總自旋。其值為個(gè)別價(jià)電子自旋s(s(其值為其值為1/2 )1/2 )的矢量和。的矢量和。當(dāng)電子數(shù)為偶數(shù)時(shí)，當(dāng)電子數(shù)為偶數(shù)時(shí)， S S 取零或正整數(shù)取零或正整數(shù) 0 0，1 1， 當(dāng)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)，當(dāng)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)， S S 取正的半整數(shù)取正的半整數(shù)1/21/2，3/2, 3/2, J J：總內(nèi)量子數(shù)。其值為各個(gè)價(jià)電子組合：總內(nèi)量子數(shù)。其值為各個(gè)價(jià)電子組合得到的總角量子數(shù)得到的總角量子數(shù) L L與總自旋與總自旋S S的矢量和。的

9、矢量和。 假設(shè)假設(shè)LSLS，那么，那么J J有有(2S+1)(2S+1)個(gè)值；個(gè)值； 假設(shè)假設(shè)L LS S，那么，那么J J有有(2L+1)(2L+1)個(gè)值。個(gè)值。 J J 的取值范圍：的取值范圍： L + S, (L + S 1), (L + S 2), , L + S, (L + S 1), (L + S 2), , L - S L - S J J 的取值個(gè)數(shù)：的取值個(gè)數(shù)： 例：根據(jù)原子的電子構(gòu)型求光譜項(xiàng)。例：根據(jù)原子的電子構(gòu)型求光譜項(xiàng)。1. 1. 鈉原子基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)。鈉原子基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)。解：解：(1)(1)鈉原子基態(tài)鈉原子基態(tài) (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1 (1s)2

10、(2s)2(2p)6(3s)1 原子實(shí)：包括原子核和其它原子實(shí)：包括原子核和其它全充溢支殼層閉合殼層全充溢支殼層閉合殼層中的電子。中的電子。 光學(xué)電子：填充在未充溢支殼層中的電子。光學(xué)電子：填充在未充溢支殼層中的電子。 鈉原子基態(tài)：(3s)1n = 3L = l = 0S = 1/2 (2S+1) = 2J = 1/2光譜項(xiàng)符號(hào)：光譜項(xiàng)符號(hào)：32S1/232S1/2(2) (2) 鈉原子的第一激發(fā)態(tài)鈉原子的第一激發(fā)態(tài) ：(3p)1 (3p)1 n = 3n = 3光譜支項(xiàng)光譜支項(xiàng) ： 32P1/2 32P1/2 和和 32P3/2 32P3/2 由于軌道運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)的相互作用由于軌道運(yùn)動(dòng)和自

11、旋運(yùn)動(dòng)的相互作用, , 這兩個(gè)光這兩個(gè)光譜支項(xiàng)代表兩個(gè)能量有微小差別的能級(jí)形狀。譜支項(xiàng)代表兩個(gè)能量有微小差別的能級(jí)形狀。L = l = 1L = l = 1S = 1/2 (2S+1) = 2S = 1/2 (2S+1) = 2J = 3/2J = 3/2，1/21/2光譜項(xiàng)：光譜項(xiàng)：32P32P鈉原子由第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷發(fā)射兩條譜線(xiàn)鈉原子由第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷發(fā)射兩條譜線(xiàn)第一激發(fā)態(tài)光譜支項(xiàng)第一激發(fā)態(tài)光譜支項(xiàng) ： 32P1/2 32P1/2 和和 32P3/2 32P3/2 基態(tài)光譜項(xiàng)：基態(tài)光譜項(xiàng)：32S1/232S1/2589.593nm 589.593nm ，588.996 588.99

12、6 nmnm 原子能級(jí)圖原子能級(jí)圖一條譜線(xiàn)用兩個(gè)光一條譜線(xiàn)用兩個(gè)光譜項(xiàng)符號(hào)來(lái)表示譜項(xiàng)符號(hào)來(lái)表示Na 588.996 nm Na 588.996 nm (32S1/2(32S1/2 32P3/2 ) 32P3/2 )Na 589.593nm Na 589.593nm (32S1/2(32S1/2 32P1/2 )32P1/2 ) 躍遷的選擇定那么躍遷的選擇定那么 在躍遷時(shí)，主量子數(shù)在躍遷時(shí)，主量子數(shù)n n的改動(dòng)不受限制。的改動(dòng)不受限制。 L = L = 1 1，即躍遷只允許在，即躍遷只允許在 S S 與與P P 之間、之間、或或P P 與與S S 或或 D D 之間，之間，D D 與與P P 或

13、或F F 之間產(chǎn)生之間產(chǎn)生等等。等等。 S = 0 S = 0。 J = 0 J = 0，1 1。但當(dāng)。但當(dāng)J = 0J = 0時(shí)，時(shí)， J = 0 J = 0的的躍遷是禁戒的。躍遷是禁戒的。Mg 2852 (共振線(xiàn)) 躍遷的原子光譜項(xiàng)23 sNe021 ll0 L2121 ss0S S S為何不等于為何不等于1 1？?jī)蓚€(gè)兩個(gè)3s3s電子處于同一軌道，根據(jù)保里不相容原電子處于同一軌道，根據(jù)保里不相容原理，這兩個(gè)電子的自旋必需反平行理，這兩個(gè)電子的自旋必需反平行013 S 基態(tài)鎂原子的光譜項(xiàng)符號(hào)：基態(tài)鎂原子的光譜項(xiàng)符號(hào)：0 J Mg Mg原子序數(shù)原子序數(shù)1212MgMg基態(tài)電子組態(tài)：基態(tài)電子組態(tài)

14、：1133 psNe1,021 ll1 L2121 ss1,0 S1113:3PP03132333,3,3:3PPPPMg 2852 Mg 2852 ：110133PS 1J2 , 1 , 0JMgMg第一激發(fā)態(tài)電子組態(tài)：第一激發(fā)態(tài)電子組態(tài)：原子的多重性l 價(jià)電子數(shù)添加，譜線(xiàn)數(shù)目迅速添加。l Fe有5000多條譜線(xiàn)，經(jīng)典發(fā)射光譜定性分析時(shí)用作確定波長(zhǎng)的規(guī)范。價(jià)電子數(shù)總自旋量子數(shù)S多重性2S+1元素1Li, Na, 2Be, Mg, 3Sc, Y, 4Ti, Zr, 5V, Nb, 6Cr, Mo, 7Mn, Re, 8Fe, Co, Ni, 1/220, 11, 3,1/2, 3/22, 40

15、, 1, 21, 3, 51/2, 3/2, 5/22, 4, 60, 1, 2, 31, 3, 5, 71/2, 3/2, 5/2, 7/22, 4, 6, 80, 1, 2, 3, 41, 3, 5, 7, 9原子光譜譜線(xiàn)數(shù)目譜線(xiàn)數(shù)目元素100H, Li, Ge, Be, B, 100-200He, Ga, Na, Mg, C, As, 200-500Tl, K, Bi, Au, Ag, Rb, Si, P, Al, 500-800Sc, Sb, Cs, Ca, Br, Se, Cl, 800-1300Ho, Cu, Pd, Ne, I, La, Y, Ni,1300-2000Rh, Mn

16、, Hf, Gd, Co, 2000-3000Ti, Zr, Dy, Er, Tb, Ir, Nb, Th, Pr, Cr, 3000-5000Eu, V, Mo, W, U, u0能量能量EI u0 =hu0A u0A u0：躍遷幾率每個(gè)原子單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的：躍遷幾率每個(gè)原子單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的躍遷次數(shù)躍遷次數(shù) A u0nununu：激發(fā)態(tài)的原子密度：激發(fā)態(tài)的原子密度 00EEEhuuhvu0hvu0：?jiǎn)蝹€(gè)光子的能量：?jiǎn)蝹€(gè)光子的能量I u0: I u0: 譜線(xiàn)強(qiáng)度，群體譜線(xiàn)的總能譜線(xiàn)強(qiáng)度，群體譜線(xiàn)的總能量量一譜線(xiàn)強(qiáng)度第一譜線(xiàn)強(qiáng)度第u u個(gè)激發(fā)態(tài)個(gè)激發(fā)態(tài)KTEououueggnngu，g0：統(tǒng)計(jì)權(quán)

17、重：統(tǒng)計(jì)權(quán)重 g=2J+1)Eu：激發(fā)電位原子中某一外層電子由基態(tài)激：激發(fā)電位原子中某一外層電子由基態(tài)激發(fā)到高能級(jí)所需求的能量發(fā)到高能級(jí)所需求的能量T(K)：激發(fā)溫度：激發(fā)溫度 K：Boltzmann玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù) n0：基態(tài)的原子密度；：基態(tài)的原子密度；nu:激發(fā)態(tài)的原子密度激發(fā)態(tài)的原子密度 MMMnnn 電電離離度度：tMnn)1(1)1( 等離子體中被測(cè)等離子體中被測(cè)元素的總原子數(shù)：元素的總原子數(shù)： MMXMnnn離解度：MMXMtnnnntKTEouuneggnu)1(1)1( MX+M X+Me2eM+等離子體原子發(fā)射光譜為例：等離子體原子發(fā)射光譜為例：tKTEouuouo

18、uonegghAIu )1 (1)1 (bqtckn k: k: 分析物的蒸發(fā)速度常數(shù)分析物的蒸發(fā)速度常數(shù);: ;: 逸出速度常數(shù)逸出速度常數(shù)b:b:自吸常數(shù)自吸常數(shù), ,有自吸時(shí)有自吸時(shí)b b1,1,無(wú)自吸時(shí)無(wú)自吸時(shí),b = 1 ,b = 1 q: q: 分析物蒸發(fā)時(shí)與化學(xué)反響有關(guān)的常數(shù)分析物蒸發(fā)時(shí)與化學(xué)反響有關(guān)的常數(shù)uuououonhAI 二影響譜線(xiàn)強(qiáng)度的要素二影響譜線(xiàn)強(qiáng)度的要素1. 1. 譜線(xiàn)的性質(zhì)譜線(xiàn)的性質(zhì)Eu、u0、Au0、gu、g0 g = 2J + 1Na 589.593 nm(32S1/2 32P1/2) g1= 2J + 1 = 21/2 + 1 = 2 Na 588.996

19、 nm(32S1/2 32P3/2) g2= 2J + 1 = 23/2 + 1 = 4 2241212ggII2. 2. 激發(fā)溫度激發(fā)溫度 譜線(xiàn)強(qiáng)度與溫度的關(guān)系譜線(xiàn)強(qiáng)度與溫度的關(guān)系 火焰： 空氣-乙炔， 2200 笑氣-乙炔， 2900 氬氣等離子體： 高溫：高達(dá)10000K 高靈敏度 低的化學(xué)干擾 高的光譜干擾3. 3. 試樣的組成和構(gòu)造試樣的組成和構(gòu)造 試樣的組成和構(gòu)造影響試樣的組成和構(gòu)造影響蒸發(fā)過(guò)程蒸發(fā)過(guò)程激發(fā)過(guò)程激發(fā)過(guò)程4. 4. 試樣中元素的含量試樣中元素的含量BuoAcI 5. 5. 譜線(xiàn)的自吸和自蝕譜線(xiàn)的自吸和自蝕自吸：原子在高溫發(fā)射某一波長(zhǎng)的輻射，被自吸：原子在高溫發(fā)射某一波

20、長(zhǎng)的輻射，被處在邊緣低溫形狀的同種原子所吸收的景象。處在邊緣低溫形狀的同種原子所吸收的景象。a b c da b c dEo Eo 基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)發(fā)射發(fā)射能量能量b bd dc cE3E3E2E2E1E1E E 離子化離子化原子發(fā)射能量表示圖a av 原子或離子激發(fā)態(tài)前往基態(tài)，電磁波輻射；v 電磁波按一定波長(zhǎng)順序陳列為原子光譜線(xiàn)狀光譜；v 原子或離子構(gòu)造不同，特征光譜，進(jìn)展定性分析。AcBIlglglgBuoAcI 賽伯賽伯- -羅馬金公式：羅馬金公式：強(qiáng)度強(qiáng)度濃度濃度u 光源：火焰，電弧，火花u 光譜儀：分光儀器-棱鏡，光柵u 光譜記錄系統(tǒng)：目測(cè)，照相系統(tǒng)-感光、顯影定影u 定性定量?jī)x

21、器：看譜儀-鐵光譜比較法；測(cè)微光度計(jì)-黑度。光電直讀光譜：快速檢測(cè)。Thermo Fisher ARL 3460/4460直直讀光譜儀讀光譜儀 2.2 電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES) 等離子體Plasma普通指電離度超越0.1%被電離了的氣體，這種氣體不僅含有中性原子和分子，而且含有大量的電子和離子，且電子和正離子的濃度處于平衡形狀，從整體來(lái)看是處于中性的。 “高溫下電離氣體Ionized gas“離子形狀“陽(yáng)離子和電子數(shù)幾乎相等 “ 炬管 “ 任務(wù)氣體 Ar “高頻電流經(jīng)感應(yīng)線(xiàn)圈產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng) “電子、離子源 引入樣品元素被激發(fā)發(fā)光源 ICP發(fā)射光譜分析等離子體等離子體磁力線(xiàn)磁力

22、線(xiàn)高頻耦合高頻耦合線(xiàn)圈線(xiàn)圈樣品粒子樣品粒子 等離子體光源的分區(qū)1.NAZ-分析區(qū)分析區(qū)2. PHZ-預(yù)熱區(qū)預(yù)熱區(qū)3. 尾焰尾焰4. IRZ- 初始輻射初始輻射 區(qū)區(qū)等離子體構(gòu)成過(guò)程 1 1低檢測(cè)限：蒸發(fā)和激發(fā)溫度高；低檢測(cè)限：蒸發(fā)和激發(fā)溫度高；2 2穩(wěn)定，精度高：高頻電流穩(wěn)定，精度高：高頻電流-趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)skin effect)-skin effect)-渦流渦流外表電流密度大外表電流密度大-環(huán)狀構(gòu)造環(huán)狀構(gòu)造-樣品導(dǎo)入通道樣品導(dǎo)入通道-不受樣品引入不受樣品引入影響影響-高穩(wěn)定性高穩(wěn)定性3 3基體效應(yīng)小基體效應(yīng)小matrix effect)matrix effect)：樣品處于化學(xué)惰性環(huán)境

23、的高溫分：樣品處于化學(xué)惰性環(huán)境的高溫分析區(qū)析區(qū)-待測(cè)物難生成氧化物待測(cè)物難生成氧化物-停留時(shí)間長(zhǎng)停留時(shí)間長(zhǎng)msms級(jí)、化學(xué)干擾級(jí)、化學(xué)干擾小，樣品處于中心通道，其加熱是間接的小，樣品處于中心通道，其加熱是間接的-樣品性質(zhì)基體性質(zhì)樣品性質(zhì)基體性質(zhì)，如：樣品組成、溶液粘度、樣品分散度等對(duì)，如：樣品組成、溶液粘度、樣品分散度等對(duì)ICPICP影響小。影響小。4 4背景?。航?jīng)過(guò)選擇分析高度，避開(kāi)渦流區(qū)。背景?。航?jīng)過(guò)選擇分析高度，避開(kāi)渦流區(qū)。5 5自吸效應(yīng)?。簶悠凡环稚⒌阶晕?yīng)小：樣品不分散到ICPICP周?chē)睦錃鈱?，只處于中心通道周?chē)睦錃鈱樱惶幱谥行耐ǖ?，即是處于非部分力學(xué)系統(tǒng)平衡；，即是處于非部

24、分力學(xué)系統(tǒng)平衡；6 6分析線(xiàn)性范圍寬：分析線(xiàn)性范圍寬：ICPICP在分析區(qū)溫度均勻，自吸收、自蝕效應(yīng)小在分析區(qū)溫度均勻，自吸收、自蝕效應(yīng)小7 7眾多元素同時(shí)測(cè)定：激發(fā)溫度高眾多元素同時(shí)測(cè)定：激發(fā)溫度高7070多種多種缺乏：對(duì)非金屬測(cè)定的靈敏度低，儀器貴，維護(hù)費(fèi)用高。缺乏：對(duì)非金屬測(cè)定的靈敏度低，儀器貴，維護(hù)費(fèi)用高。ICP光源特點(diǎn)ICP發(fā)射光譜分析的根本過(guò)程 ICP發(fā)射光譜分析過(guò)程主要分為三步, 即激發(fā)、分光和檢測(cè)。利用等離子體激發(fā)光源ICP使試樣蒸發(fā)汽化, 離解或分解為原子形狀，原子能夠進(jìn)一步電離成離子形狀，原子及離子在光源中激發(fā)發(fā)光。利用光譜儀器將光源發(fā)射的光分解為按波長(zhǎng)陳列的光譜。利用光電

25、器件檢測(cè)光譜，按測(cè)定得到的光譜波長(zhǎng)對(duì)試樣進(jìn)展定性分析，按發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)展定量分析。譜線(xiàn)強(qiáng)度與濃度的關(guān)系 I = Nmh=KNmN0e-Em/ kT (1) 在一定的實(shí)驗(yàn)條件下在一定的實(shí)驗(yàn)條件下: I = aC (2) a為常數(shù)，為常數(shù)，C為目的元素的濃度為目的元素的濃度 思索某些情況下有一定程度的譜線(xiàn)自吸思索某些情況下有一定程度的譜線(xiàn)自吸, 對(duì)對(duì)(2)加以修正加以修正 I = aCb (3) b為自吸系數(shù)為自吸系數(shù), 普通情況下普通情況下b1。在。在ICP光源中多數(shù)情況下光源中多數(shù)情況下b1。ICP-AESICP-AES光譜儀的特點(diǎn)光譜儀的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :多元素同時(shí)分析多元素同時(shí)分析靈敏度高亞

26、靈敏度高亞ppbppb分析精度高分析精度高, ,穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好CV 1%CV 20 samples per hour 20 samples per hourv精度：精度：RSD 5%RSD 5%v離子源穩(wěn)定性：優(yōu)良的長(zhǎng)程穩(wěn)定性離子源穩(wěn)定性：優(yōu)良的長(zhǎng)程穩(wěn)定性v自動(dòng)化程度：從進(jìn)樣到數(shù)據(jù)處置的全程自動(dòng)化和遠(yuǎn)自動(dòng)化程度：從進(jìn)樣到數(shù)據(jù)處置的全程自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制程控制v運(yùn)用范圍：地質(zhì)、環(huán)境、冶金、生物、醫(yī)藥、核工運(yùn)用范圍：地質(zhì)、環(huán)境、冶金、生物、醫(yī)藥、核工業(yè)業(yè)v可測(cè)定同位素的比率可測(cè)定同位素的比率ICP-MSICP-MS系統(tǒng)組成及任務(wù)原理系統(tǒng)組成及任務(wù)原理 原子質(zhì)譜分析包括下面幾個(gè)步驟： 原子化 將原子

27、化的原子大部分轉(zhuǎn)化為離子 離子按照質(zhì)荷比分別 計(jì)數(shù)各種離子的數(shù)目Basic Instrumental Components of ICP-MSM ass Separation DeviceICP TorchRF PowerSupplyNebulizerSprayCham berM echanicalPum pTurbo M olecularPum pTurbo M olecularPum pIon OpticsIon DetectorM SInterface進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)等離子體源等離子體源接口接口質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)等離子體源等離子體源接口接口質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀A Typical ICP

28、-MS in 1990s(PE, PlasmaQuad II)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)等離子體源等離子體源接口接口質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀ICP-MS Lab. in Phys. Sci. Center, USTC(Thermo VG Elemental, PlasmaQuad III)A Typical ICP-MS Laboratory in 2000s (PE, Sciex ELAN 6000)1. 電感耦合等離子體等離子體：等離子體指的是含有一定濃度陰陽(yáng)離子可以導(dǎo)電的氣體混合物。在等離子體中，陰陽(yáng)離子的濃度是一樣的，凈電荷為零。通常用氬構(gòu)成等離子體。氬離子和電子是主要導(dǎo)電物質(zhì)。普通溫度可以到達(dá)10,000

29、K。物理構(gòu)件物理構(gòu)件石英炬管石英炬管 (Fassel (Fassel型型) )耦合負(fù)載線(xiàn)圈耦合負(fù)載線(xiàn)圈2323圈水圈水冷細(xì)銅管冷細(xì)銅管射頻發(fā)生器提供能量射頻發(fā)生器提供能量TeslaTesla線(xiàn)圈點(diǎn)火安裝線(xiàn)圈點(diǎn)火安裝2. ICP與MS的接口(Interface)v 離子的提取v采樣錐(sampling cone)v截取錐(skimmer cone)v 離子的聚焦v離子透鏡組v 真空系統(tǒng)v 一個(gè)機(jī)械泵v 一個(gè)分子渦輪泵離子的提取離子的提取兩個(gè)錐體組成，取樣錐和分別錐，取樣錐裝在一個(gè)水冷擋板上，錐體資料為鎳，取樣孔兩個(gè)錐體組成，取樣錐和分別錐，取樣錐裝在一個(gè)水冷擋板上，錐體資料為鎳，取樣孔徑為徑為0

30、.5-1mm0.5-1mm。分別錐與取樣錐類(lèi)似，經(jīng)過(guò)兩級(jí)錐體的阻撓和兩級(jí)真空泵的抽氣，使得。分別錐與取樣錐類(lèi)似，經(jīng)過(guò)兩級(jí)錐體的阻撓和兩級(jí)真空泵的抽氣，使得分別錐后的壓力可以到達(dá)分別錐后的壓力可以到達(dá)10-3Pa10-3Pa。等離子體的氣體以大約等離子體的氣體以大約6000K6000K的高溫進(jìn)入取樣錐孔，由于氣體極迅速的膨脹，使等離子的高溫進(jìn)入取樣錐孔，由于氣體極迅速的膨脹，使等離子體原子碰撞頻率下降，氣體的溫度也迅速下降，使得等離子體的化學(xué)成分不再變化。經(jīng)體原子碰撞頻率下降，氣體的溫度也迅速下降，使得等離子體的化學(xué)成分不再變化。經(jīng)過(guò)分別錐后，靠一個(gè)靜電透鏡將離子與中性粒子分開(kāi)，中性粒子被真空抽離，離子那么過(guò)分別錐后，靠一個(gè)靜電透鏡將離子與中性粒子分開(kāi)，中性粒子被真空抽離，離子那么被聚焦后進(jìn)入質(zhì)量分析器。被聚焦后進(jìn)入質(zhì)量分析器。 3. 質(zhì)譜儀v 四極桿質(zhì)譜 (Quadrupole Mass)v射頻和直流電場(chǎng)同時(shí)作用下的振動(dòng)濾質(zhì)器射頻和直流電場(chǎng)同時(shí)作用下的振動(dòng)濾質(zhì)