等离子体-原子发射光谱分析.ppt

《等离子体-原子发射光谱分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《等离子体-原子发射光谱分析.ppt（64页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第五章第五章 等离子体等离子体-原子发射光谱原子发射光谱原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法1等离子体发射光谱分析法等离子体发射光谱分析法2ICP-AES仪器仪器3ICP-AES应用应用4 第一节第一节 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法 （AtomicEmissiveSpectrometry，AES）一、原子发射光谱的原理一、原子发射光谱的原理 在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）。时，发射出特征光

2、谱（线状光谱）。特征辐射特征辐射基态元素基态元素M激发态激发态M*热能、电能热能、电能 E几个概念几个概念激发电位激发电位（或激发能）：原子由基态跃迁到激发态时（或激发能）：原子由基态跃迁到激发态时所需要的能量所需要的能量。电离：电离：当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子核的束缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。核的束缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。一级电离电位：一级电离电位：原子失去一个电子成为离子时所需要的原子失去一个电子成为离子时所需要的能量称为一级电离电位。能量称为一级电离电位。离子的激发电位：离子的激发电位：离子中的外层电子

3、也能被激发，其所离子中的外层电子也能被激发，其所需的能量即为相应离子的激发电位。需的能量即为相应离子的激发电位。原子的共振线与离子的电离线原子的共振线与离子的电离线主共振线：主共振线：具有最低激发电位的谱线叫主共振线。主具有最低激发电位的谱线叫主共振线。主共振线一般是由最低激发态回到基态时发射的谱线。共振线一般是由最低激发态回到基态时发射的谱线。原子线：原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，以原子外层电子的跃迁所发射的谱线，以I表示表示,如如Mg285.21nm为原子线。为原子线。离子线：离子线：离子的外层电子跃迁发射的谱线。以离子的外层电子跃迁发射的谱线。以II，III，IV等表示。如等表

4、示。如Mg280.27nm为一次电离离子线。为一次电离离子线。式中：式中：E E2 2为终止能级的能量；为终止能级的能量；E E1 1为起始能级的能量；为起始能级的能量；h h为普朗克常数（为普朗克常数（6.6266.6261010-34-34J Js s）；）；为谱线的波长；为谱线的波长；为谱线的频率；为谱线的频率；c c为光速（为光速（3 310101010cm/scm/s）发射光谱分析的过程发射光谱分析的过程1蒸发、原子化和激发。蒸发、原子化和激发。2分光，按波长顺序记录在感光板上。分光，按波长顺序记录在感光板上。3定性或定量分析。定性或定量分析。二、原子发射光谱分析仪器二、原子发射光谱

5、分析仪器 原子发射光谱仪通常由三部分构成：光源、分光、检测。原子发射光谱仪通常由三部分构成：光源、分光、检测。光源光源作用：提供试样的蒸发、原子化和激发所需能量；作用：提供试样的蒸发、原子化和激发所需能量；要求：要求：有较高的灵敏度，稳定性和再现性强，背景低，有较高的灵敏度，稳定性和再现性强，背景低，干扰少，操作简便。干扰少，操作简便。常用的光源：直流电弧、交流电弧、电火花及电常用的光源：直流电弧、交流电弧、电火花及电感耦合高频等离子体。感耦合高频等离子体。分光系统分光系统作用：将原子发射出的辐射分光后观察其光谱。作用：将原子发射出的辐射分光后观察其光谱。按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电

6、法。按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法。按仪器分光系统分：棱镜光谱仪、光栅光谱仪。按仪器分光系统分：棱镜光谱仪、光栅光谱仪。检测系统：检测系统：常用的检测记录光谱的方法常用的检测记录光谱的方法摄谱法：用来测量感光板上所记录的谱线黑度。摄谱法：用来测量感光板上所记录的谱线黑度。测微光测微光度计（黑度计）度计（黑度计）主要用于光谱定量分析，主要用于光谱定量分析，光谱投影仪光谱投影仪（映谱仪），（映谱仪），用于定性和半定量分析。用于定性和半定量分析。光电直读法：利用光电倍增管、阵列检测器将光强度转光电直读法：利用光电倍增管、阵列检测器将光强度转换成电信号来检测谱线强度的方法。换成电信号来检测谱

7、线强度的方法。三、光谱定性分析三、光谱定性分析定性依据：元素不同定性依据：元素不同电子结构不同电子结构不同光谱不同光谱不同特征光谱特征光谱1.1.元素的分析线、最后线、灵敏线元素的分析线、最后线、灵敏线共振线：共振线：由激发态直接回到基态所产生的谱线，第一共振线由激发态直接回到基态所产生的谱线，第一共振线通常也是最灵敏线、最后线。通常也是最灵敏线、最后线。灵敏线：灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素都有一条最易激发的能级所产生的谱线，每种元素都有一条或几条谱线最强的线，即灵敏线，多是一些共振线。或几条谱线最强的线，即灵敏线，多是一些共振线。最后线：最后线：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最

8、后消失的谱线。浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的谱线。分析线：分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几条复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几条特征谱线检验，称其为分析线。一般是灵敏线或最后线。特征谱线检验，称其为分析线。一般是灵敏线或最后线。自吸自吸:由弧焰中心发射出来的辐射光，被外围由弧焰中心发射出来的辐射光，被外围的基态原子所吸收，从而降低了谱线的强度。的基态原子所吸收，从而降低了谱线的强度。此现象叫自吸。此现象叫自吸。自蚀：自蚀：自吸严重时，中心部分的谱线自吸严重时，中心部分的谱线 将被吸收将被吸收很多，从而使原来的一条谱线分裂成两条谱线，很多，从而使原来的一条谱线分

9、裂成两条谱线，这个现象叫自蚀这个现象叫自蚀 。2.2.定性方法定性方法标准试样光谱比较法标准试样光谱比较法铁光谱比较法：铁光谱比较法：最常用的方法，以铁谱作为标准最常用的方法，以铁谱作为标准(波长标尺波长标尺)。为什么选铁谱？为什么选铁谱？（1）谱线多：在）谱线多：在210660nm范围内有约范围内有约4600条谱线；条谱线；（2）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广；）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广；（3）定位准确：已准确测量了铁谱每一条谱线的波长。）定位准确：已准确测量了铁谱每一条谱线的波长。标准谱图：标准谱图：将其他元素的分析线标记在铁谱上，铁谱起将其他元素的分析线标记在铁谱上

10、，铁谱起到标尺的作用。到标尺的作用。谱线检查：谱线检查：将试样与纯铁在完全相同条件下摄谱，将两谱片将试样与纯铁在完全相同条件下摄谱，将两谱片在映谱器在映谱器(放大器放大器)上对齐、放大上对齐、放大20倍，检查待测元素的分析倍，检查待测元素的分析线是否存在，并与标准谱图对比确定。可同时进行多元素测线是否存在，并与标准谱图对比确定。可同时进行多元素测定。定。四、光谱半定量分析四、光谱半定量分析测量试样中元素的大致含量、浓度范围。测量试样中元素的大致含量、浓度范围。应用：钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批应用：钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批量试样的快速测定。量试样的快速测定。方法：谱线呈

11、现法、谱线强度比较法、均称线对法。方法：谱线呈现法、谱线强度比较法、均称线对法。1 1、谱线强度比较法、谱线强度比较法 采用摄谱法中的比较黑度法，配制一个基体与试样组成采用摄谱法中的比较黑度法，配制一个基体与试样组成近似的被测元素的标准系列近似的被测元素的标准系列（如，（如，1%，0.1%，0.01%，0.001%）。）。在相同条件下，在同一块感光板上标准系列与在相同条件下，在同一块感光板上标准系列与试样并列摄谱，然后在映谱仪上用目视法直接比较被测试样试样并列摄谱，然后在映谱仪上用目视法直接比较被测试样与标样光谱中分析线黑度，若黑度相等，样品中欲测元素的与标样光谱中分析线黑度，若黑度相等，样品

12、中欲测元素的含量近似等于该标准样品中该元素的含量。含量近似等于该标准样品中该元素的含量。例如，分析矿石中的铅，即找出试样中灵敏线例如，分析矿石中的铅，即找出试样中灵敏线283.3nm，再以标准系列中的铅再以标准系列中的铅283.3nm线相比较，如果试样中的铅线线相比较，如果试样中的铅线的黑度介于的黑度介于0.01%0.001%之间，并接近于之间，并接近于0.01%，则可表，则可表示为示为0.01%0.001%。2、谱线呈现法谱线呈现法 谱线强度与元素的含量有关。元素含量低时，谱线强度与元素的含量有关。元素含量低时，仅出现少数灵敏线，随元素含量增加，谱线随之出仅出现少数灵敏线，随元素含量增加，谱

13、线随之出现。可编成一张谱线出现与含量关系表，依此估计现。可编成一张谱线出现与含量关系表，依此估计试样中该元素的大致含量。试样中该元素的大致含量。例如，铅的光谱例如，铅的光谱Pb含量（含量（%）谱线谱线(nm)0.001283.3069清晰可见，清晰可见，261.4178和和280.200很弱很弱0.003283.306、261.4178增强，增强，280.200清晰清晰0.01上述谱线增强，另增上述谱线增强，另增266.317和和278.332，但，但不太明显。不太明显。0.1上述谱线增强，无新谱线出现上述谱线增强，无新谱线出现1.0上述谱线增强，上述谱线增强，214.095、244.383、

14、244.62出出现，现，241.77模糊模糊3上述谱线增强，出现上述谱线增强，出现322.05、233.242模糊可见模糊可见10上述谱线增强，上述谱线增强，242.664和和239.960模糊可见模糊可见30上述谱线增强，上述谱线增强，311.890和和269.750出现出现3均称线对法均称线对法以测定低合金钢中的钒为例。合金钢中，铁为主要成分，以测定低合金钢中的钒为例。合金钢中，铁为主要成分，其谱线强度变化不大，可认为恒定。钒的谱线强度与铁有如其谱线强度变化不大，可认为恒定。钒的谱线强度与铁有如下关系：下关系：钒含量钒含量(%)钒谱线强度与铁谱线强度的关系钒谱线强度与铁谱线强度的关系0.2

15、V438.997=Fe437.593nm0.3V439.523=Fe437.593nm0.4V437.924=Fe437.593nm0.6V439.523Fe437.593nm这些线都是均称线对，即激发电位接近。用目视观察既可这些线都是均称线对，即激发电位接近。用目视观察既可判断元素的大致含量。判断元素的大致含量。五、五、光谱定量分析光谱定量分析1谱线强度与试样中被测元素浓度的关系谱线强度与试样中被测元素浓度的关系I=acb式中：式中：I为发射光谱线的强度；为发射光谱线的强度；a为同谱线性质、实验条件有关的常数；为同谱线性质、实验条件有关的常数；b为与谱线的自吸有关的常数，为与谱线的自吸有关的

16、常数，当无自吸时，当无自吸时，b=1，当有自吸时，当有自吸时，b1；c为被测元素浓度。为被测元素浓度。将上式取对数，得：将上式取对数，得：lgI=lga+blgc谱线强度的对数与被测元素浓度的对数具有线性关系。谱线强度的对数与被测元素浓度的对数具有线性关系。2.2.内标法基本关系式内标法基本关系式 影影响响谱谱线线强强度度因因素素较较多多，直直接接测测定定谱谱线线绝绝对对强强度度计计算算难难以以获得准确结果，实际工作多采用内标法（相对强度法）。获得准确结果，实际工作多采用内标法（相对强度法）。在在被被测测元元素素的的光光谱谱中中选选择择一一条条作作为为分分析析线线(强强度度I I1 1)，再再

17、选选择内标物的一条谱线择内标物的一条谱线(强度强度I I2 2)，组成分析线对组成分析线对。则：则：I1=a1c1b1I2=a2c2b2相对强度相对强度R=I1/I2=Ac1b1lgR=b1lgc+lgA A A为其他三项合并后的常数项，内标法定量的基本关系式。为其他三项合并后的常数项，内标法定量的基本关系式。内标元素及内标线的选择原则：内标元素及内标线的选择原则：内标元素内标元素1 1）外加内标元素在分析试样品中应不存在或含量极微；如样）外加内标元素在分析试样品中应不存在或含量极微；如样品基体元素的含量较稳时，亦可用该基体元素作内标。品基体元素的含量较稳时，亦可用该基体元素作内标。2 2）内

18、标元素与待测元素应有相近的特性（蒸发特性）。）内标元素与待测元素应有相近的特性（蒸发特性）。3 3）同族元素，具相近的电离能。）同族元素，具相近的电离能。内标线内标线1 1）激发能应尽量相近的分析线对，不可选一离子线和一原）激发能应尽量相近的分析线对，不可选一离子线和一原子线作为分析线对（温度子线作为分析线对（温度T T对两种线的强度影响相反）；对两种线的强度影响相反）；2 2）所选线对的波长及强度接近；）所选线对的波长及强度接近；3 3）无自吸现象且不受其它元素干扰；）无自吸现象且不受其它元素干扰；4 4）背景应尽量小。）背景应尽量小。3.摄谱法光谱定量分析摄谱法光谱定量分析 S=lgR=b

19、1lgc+lgA在完全相同的条件下，将标准样品与试样在同一感光板上在完全相同的条件下，将标准样品与试样在同一感光板上摄谱，由标准试样分析线对的黑度差摄谱，由标准试样分析线对的黑度差(S)对对lgc作标准曲线作标准曲线(三个点以上，每个点取三次平均值三个点以上，每个点取三次平均值)，再由试样分析线对的黑，再由试样分析线对的黑度差，在标准曲线上求得未知试样度差，在标准曲线上求得未知试样lgc,该法即该法即三标准试样法三标准试样法。标准加入法标准加入法测定微量元素，不易找到不含被分析元素的物质作为配制标测定微量元素，不易找到不含被分析元素的物质作为配制标准样品的基体时准样品的基体时，采用该法。，采用

20、该法。取若干份体积相同的试液（取若干份体积相同的试液（cX），），依次按比例加入不同量的依次按比例加入不同量的待测物（待测物（ci），浓度依次为：），浓度依次为：cX，cX+cO，cX+2cO，cX+3cO，cX+4cO在相同条件下测定：在相同条件下测定：RX，R1，R2，R3，R4。以以R对浓度对浓度c做图得一直线，图中做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度。点即待测溶液浓度。R=Acbb=1时，时，R=A(cx+ci)R=0时，时，cx=ci六、六、六、六、原子发射光谱分析法特点与应用原子发射光谱分析法特点与应用1.特点特点优点：优点：(1)可多元素同时检测可多元素同时检测(2)分析速度快

21、分析速度快(3)选择性高选择性高(4)检出限较低检出限较低100.1 g g-1(一般光源一般光源)；ng g-1(ICP）(5)准确度较高准确度较高相对误差相对误差5%10%(一般光源）；一般光源）；1%(ICP)缺点：影响谱线强度的因素较多；含量（浓度）较大时，准缺点：影响谱线强度的因素较多；含量（浓度）较大时，准确度较差；只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定确度较差；只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定；非金属元素灵敏度低。；非金属元素灵敏度低。2.2.2.2.应用应用应用应用 原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面（定性分析）具原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面（定性分析）具有

22、较大的优越性，不需分离、多元素同时测定、灵敏、快捷有较大的优越性，不需分离、多元素同时测定、灵敏、快捷，可鉴定周期表中约，可鉴定周期表中约7070多种元素，长期在钢铁工业（炉前快多种元素，长期在钢铁工业（炉前快速分析）、地矿等方面发挥重要作用；速分析）、地矿等方面发挥重要作用；在定量分析方面，原子吸收分析有着优越性；在定量分析方面，原子吸收分析有着优越性；8080年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。速，已成为无机化合物分析的重要仪器。20世纪世纪60年年代提出、代提出、70年代迅速发年代迅速发展展197

23、5年推出年推出第一台第一台ICP同时型同时型(多道多道)商品仪器商品仪器8090年代仪年代仪器的性能得器的性能得到迅速提高到迅速提高成为元素分成为元素分析常规手段析常规手段固态成像检固态成像检测器和中阶测器和中阶梯光栅应用梯光栅应用于新一代的于新一代的ICP光谱仪光谱仪第二节第二节电感耦合等离子体发射光谱分析法电感耦合等离子体发射光谱分析法一、一、ICP-AES分析方法及特点分析方法及特点1、ICP-AES的发展历程的发展历程2、ICP-AES基本原理基本原理等离子体等离子体(Plasma)电离度超过电离度超过0.1%被电离了的气体，这种气体不仅含有中被电离了的气体，这种气体不仅含有中性原子和

24、分子，而且含有大量的电子和离子，且电子和性原子和分子，而且含有大量的电子和离子，且电子和正离子的浓度处于平衡状态，从整体来看是出于中性的。正离子的浓度处于平衡状态，从整体来看是出于中性的。等离子体光源的类型等离子体光源的类型等离子体喷焰作为发射光谱的光源主要有以下三种形式：等离子体喷焰作为发射光谱的光源主要有以下三种形式：(1)直流等离子体喷焰直流等离子体喷焰(directcurrutplasmajet，DCP)弧焰温度高弧焰温度高8000-10000K，稳定性好，精密度接近稳定性好，精密度接近ICP，装，装置简单，运行成本低；置简单，运行成本低；(2)电感耦合等离子体电感耦合等离子体(ind

25、uctivelycoupledplasma，ICP)ICP的性能优越，已成为最主要的应用方式的性能优越，已成为最主要的应用方式；(3)微波感生等离子体微波感生等离子体(microwaveinducedplasma,MIP)温度温度5000-6000K，激发能量高，可激发许多很难激发的非金激发能量高，可激发许多很难激发的非金属元素：属元素：C、N、F、Br、Cl、C、H、O等，可用于有机物等，可用于有机物成分分析，测定金属元素的灵敏度不如成分分析，测定金属元素的灵敏度不如DCP和和ICP。ICP光源的装置及其形成光源的装置及其形成 当高频发生器接通电源后，高频电流当高频发生器接通电源后，高频电流

26、I通过感应线圈产生交变磁场。通过感应线圈产生交变磁场。开始时，管内为开始时，管内为Ar气，不导电，需要气，不导电，需要用高压电火花触发，使气体电离后，用高压电火花触发，使气体电离后，在高频交流磁场的作用下，带电粒子在高频交流磁场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞，形成高速运动，碰撞，形成“雪崩雪崩”式放电，式放电，产生等离子体气流。在垂直于磁场方产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流，其电阻很小，向将产生感应电流，其电阻很小，电流很大，产生高温。又将气体加热、电流很大，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。电离，在管口形成稳定的等离子体焰炬。原子离子发射光谱的产生

27、原子离子发射光谱的产生在等离子体中元素原子化、离子化在等离子体中元素原子化、离子化在等离子体中元素原子、离子发射特征波长的谱线在等离子体中元素原子、离子发射特征波长的谱线ICP组成组成a.高频发生器和高频感应线圈；高频发生器和高频感应线圈；b.炬管和供气系统；炬管和供气系统；c.雾化器及试样引入系统。雾化器及试样引入系统。ICP光源特点光源特点(1)温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，对大多数元素有很高的灵敏度和稳定性；分解和元素激发，对大多数元素有很高的灵敏度和稳定性；(2)“趋肤效应趋肤效应”，涡电流在外表面处

28、密度大，使表面温度高，涡电流在外表面处密度大，使表面温度高，轴心电流密度最小，温度低，中心通道进样对等离子的稳，轴心电流密度最小，温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小。有效消除自吸现象，线性范围宽（定性影响小。有效消除自吸现象，线性范围宽（45个数量个数量级）；级）；(3)ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；(4)工作气体工作气体Ar气产生的背景干扰小；气产生的背景干扰小；(5)无电极放电，无电极污染；无电极放电，无电极污染；ICP光源的分区光源的分区1.NAZ-分析区分析区2.PHZ-预热区区3.尾焰区尾焰区4.IRZ-初始辐射区初始辐射区

29、ICP-AES分析过程分为三步分析过程分为三步,即激发、分光和检测。即激发、分光和检测。1、利用等离子体激发光源使试样蒸发汽化、利用等离子体激发光源使试样蒸发汽化,离解或分解为离解或分解为原子状态，原子可能进一步电离成离子状态，原子及离子原子状态，原子可能进一步电离成离子状态，原子及离子在光源中激发发光。在光源中激发发光。2、利用光谱仪器将光源发射的光分解为按波长排列的光、利用光谱仪器将光源发射的光分解为按波长排列的光谱。谱。3、利用光电器件检测光谱，按测定得到的光谱波长对试样、利用光电器件检测光谱，按测定得到的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进行定性分析，按发射光强度进行

30、定量分析第三节第三节ICPAES仪器仪器一、一、ICP-AES光谱仪结构光谱仪结构ICP是由高频发生器和等离子体炬管组成。是由高频发生器和等离子体炬管组成。1、晶体控制高频发生器、晶体控制高频发生器石英晶体作为振源，经电压和功率放大，产生具有一定石英晶体作为振源，经电压和功率放大，产生具有一定频率和功率的高频信号，用来产生和维持等离子体放电。频率和功率的高频信号，用来产生和维持等离子体放电。石英晶体固有振荡频率：石英晶体固有振荡频率：6.78MHz，二次倍频后为，二次倍频后为27.120MHz,电压和功率放大后，功率为电压和功率放大后，功率为1-2kW。输出功率稳定性好、点火容易、发热量小、火

31、焰稳定、有输出功率稳定性好、点火容易、发热量小、火焰稳定、有效转换功率高、能对不同样品及不同浓度变化时抗干扰能效转换功率高、能对不同样品及不同浓度变化时抗干扰能力强。力强。2、ICP炬管炬管三层同心石英玻璃炬管置于高频感应线圈中，等离子体工作气三层同心石英玻璃炬管置于高频感应线圈中，等离子体工作气体从管内通过，试样在雾化器中雾化后，由中心管进入火焰；体从管内通过，试样在雾化器中雾化后，由中心管进入火焰；外层外层Ar从切线方向进入，保护石英管不被烧熔，中层从切线方向进入，保护石英管不被烧熔，中层Ar用来用来点燃等离子体；点燃等离子体；冷却气冷却气冷却作用，保护石英炬管免被高温融化冷却作用，保护石

32、英炬管免被高温融化(9L/min-20L/min)等离子气等离子气“点燃点燃”等离子体等离子体(10L/min-20L/min)雾化气雾化气形成样品气溶胶形成样品气溶胶将样品气溶胶引入将样品气溶胶引入ICP对雾化器、雾化室、中心管起清洗作对雾化器、雾化室、中心管起清洗作用用)(0.2L/min-1.5L/min)3、ICP-AES样品导入部样品导入部将样品溶液雾化连续导入将样品溶液雾化连续导入ICP中中高频线圈高频线圈等离子炬管等离子炬管样品样品溶液溶液雾室雾室雾化器雾化器冷却气冷却气(Ar)等离子等离子（辅助辅助）气气(Ar)气动雾化器通常分为同轴型雾化器和直角型雾化器。气动雾化器通常分为同

33、轴型雾化器和直角型雾化器。同轴型雾化器结构简单，易于制作，应用较为普遍。同轴型雾化器结构简单，易于制作，应用较为普遍。直角型雾化器不易被悬浮物质堵塞。但雾化效率较低，喷嘴直角型雾化器不易被悬浮物质堵塞。但雾化效率较低，喷嘴容易堵塞，进样速度受载气压力的影响。改用蠕动泵驱动雾容易堵塞，进样速度受载气压力的影响。改用蠕动泵驱动雾化器，可避免载气压力对样品提升量的影响。化器，可避免载气压力对样品提升量的影响。PMT检检测器测器光栅光栅等离子体等离子体矩管矩管球面球面准直镜准直镜UV光谱光谱球面球面聚光镜聚光镜IR光谱光谱4、ICP-AES分光器分光器选择分辨出目标元素的特征谱线选择分辨出目标元素的特

34、征谱线5、检测器、检测器光电倍增管检测器光电倍增管检测器光电倍增管工作原理图光电倍增管工作原理图阴极固态成像器件固态成像器件CID和和CCD检测器检测器CIDCCD6、计算机功能、计算机功能程序控制：仪器各部件的起动、关闭程序控制：仪器各部件的起动、关闭时实控制：时间监控、远程诊断、信息转移时实控制：时间监控、远程诊断、信息转移数据处理数据处理谱线数据库谱线数据库二、二、ICP-AES的几种类型的几种类型固定多道型固定多道型单道扫描型单道扫描型全谱直读型全谱直读型光电直读等离子体发射光谱仪光电直读等离子体发射光谱仪光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度

35、两种类型：单道扫描式和多道固定狭缝式两种类型：单道扫描式和多道固定狭缝式一个出射狭缝和一个光电倍一个出射狭缝和一个光电倍增管，可接受一条谱线，构增管，可接受一条谱线，构成一个测量通道；成一个测量通道；单道扫描式是转动光栅进行单道扫描式是转动光栅进行扫描，在不同时间检测不同扫描，在不同时间检测不同谱线；谱线；多道固定狭缝式则是安装多多道固定狭缝式则是安装多个狭缝和光电倍增管，同时个狭缝和光电倍增管，同时测定多个元素的谱线；测定多个元素的谱线；1、固定多通道型光谱仪、固定多通道型光谱仪多元素同时测定，分析速度快多元素同时测定，分析速度快分析精度高、稳定性好分析精度高、稳定性好操作简单，消耗少操作简

36、单，消耗少根据需求预先排定根据需求预先排定出射狭缝和出射狭缝和光电倍光电倍增管增管，灵活性差灵活性差凹面光栅与罗兰圆凹面光栅与罗兰圆罗兰圆：罗兰圆：Rowland(罗兰罗兰)发现在曲率半径为发现在曲率半径为R的凹面反射光栅的凹面反射光栅上存在着一个直径为上存在着一个直径为R的圆，不同波长的光都成像在圆上，的圆，不同波长的光都成像在圆上，即在圆上形成一个光谱带；即在圆上形成一个光谱带；凹面光栅既具有色散作用也起聚凹面光栅既具有色散作用也起聚焦作用（凹面反射镜将色散后的焦作用（凹面反射镜将色散后的光聚焦）。光聚焦）。仪器特点仪器特点:(1)多达多达70个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这是个通

37、道可选择设置，同时进行多元素分析，这是(2)其他金属分析方法所不具备的；其他金属分析方法所不具备的；(2)分析速度快，准确度高；分析速度快，准确度高；(3)线性范围宽，线性范围宽，45个数量级，高、中、低浓度都可分析；个数量级，高、中、低浓度都可分析；缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；改进型：改进型：n+1型型ICP光谱仪，在多道仪器的基础上，设置一个光谱仪，在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个可变通道；扫描单色器，增加一个可变通道；多道直读光谱仪示意图多道直读光谱仪示意图多道直读光谱仪示意图多道直读光谱仪示意图2、单道扫描

38、型光谱仪、单道扫描型光谱仪谱线选择灵活谱线选择灵活定量、定性和半定量分析定量、定性和半定量分析仪器价格低仪器价格低分析速度慢，精度稍差分析速度慢，精度稍差单道扫描光谱仪示意图单道扫描光谱仪示意图单道扫描光谱仪示意图单道扫描光谱仪示意图3、全谱直读型光谱仪全谱直读型光谱仪采用采用CID阵列检测器，可同时阵列检测器，可同时检测检测165800nm波长范围内出波长范围内出现的全部谱线；现的全部谱线；中阶梯光栅分光系统，仪器结中阶梯光栅分光系统，仪器结构紧凑，体积大大缩小；构紧凑，体积大大缩小；既具有单道的灵活性，既具有单道的灵活性，又有多道的快速与稳定。又有多道的快速与稳定。全谱直读光谱仪示意图全谱

39、直读光谱仪示意图全谱直读光谱仪示意图全谱直读光谱仪示意图仪器特点仪器特点(1)测定每个元素可同时选用多条谱线；测定每个元素可同时选用多条谱线；(2)可在一分钟内完成可在一分钟内完成70个元素的定性和定量测定；个元素的定性和定量测定；(3)1mL的样品可检测所有可分析元素；的样品可检测所有可分析元素；(4)扣除基体光谱干扰；扣除基体光谱干扰；(5)全自动操作；全自动操作；(6)分析精度：分析精度：CV0.5%。第四节第四节ICP-AES应用应用一、应用领域一、应用领域(1)(1)钢铁及合金分析：碳钢钢铁及合金分析：碳钢,高合金钢高合金钢,低合金钢低合金钢,铸铁铸铁,铁合金等；铁合金等；(2)(2

40、)有色金属及其合金：纯铝及其合金有色金属及其合金：纯铝及其合金,纯铜及其合金纯铜及其合金,铅合金铅合金,贵金属贵金属,稀土金属等；稀土金属等；(3)(3)环境样品：土壤环境样品：土壤,水体水体,固体废物固体废物,大气飘尘大气飘尘,煤飞灰煤飞灰,污水等；污水等；(4)(4)岩石和矿物、地质样品；岩石和矿物、地质样品；(5)(5)生物化学样品：血液生物化学样品：血液,生物体；生物体；(6)(6)食品和饮料：粮食食品和饮料：粮食,饮料饮料,点心点心,油类油类,茶茶,海产品；海产品；(7)(7)化学化工产品；化学化工产品；(8)(8)其它无机材料和有机材料；其它无机材料和有机材料；(9)(9)核燃料和

41、核材料。核燃料和核材料。二、二、ICP-AES可测定的元素可测定的元素三、三、ICP-AES不便测定的元素不便测定的元素卤族元素中溴、碘可测，氟、氯不能测定；卤族元素中溴、碘可测，氟、氯不能测定；惰性气体可激发，灵敏度不高，无应用价值；惰性气体可激发，灵敏度不高，无应用价值；碳元素可测定，但空气二氧化碳本底太高；碳元素可测定，但空气二氧化碳本底太高；氧、氮、氢可激发，但必须隔离空气和水；氧、氮、氢可激发，但必须隔离空气和水；大量铀、钍、钚放射性元素可测，但要求防护条件。大量铀、钍、钚放射性元素可测，但要求防护条件。四、应用范围四、应用范围常量分析常量分析0.X%-20%微量分析微量分析0.00

42、X%-0.X%痕量分析痕量分析0.0000X%-0.000X%，一般需要分离和富集，一般需要分离和富集不宜用于测定不宜用于测定30%以上，准确度难于达到要求。以上，准确度难于达到要求。五、五、ICP和其它技术的联用和其它技术的联用ICPGCMSAASAFSHIBSHPLC如：色谱如：色谱-ICP-AES包括包括GC-ICP-AES，LC-ICP-AES，HPLC-ICP-AES优点：判断元素存在的价态优点：判断元素存在的价态有效减少分析时的光谱干扰有效减少分析时的光谱干扰ICP-MS将将ICP作为质谱（作为质谱（MC）的离子源。）的离子源。优点：干扰比优点：干扰比ICP-AES小小比比ICP-AES具有更好的检出限具有更好的检出限