原子光谱分析实例.

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1、原子光谱分析实例 原子发射光谱分析实例 实例 铝 水和废水监测分析方法编委会 编 水和废水监测分析方法 （第四版） 第三篇 综合指标和无机污染物 第四章 金属及其化合物 n 铝是自然界中的常量元素，正常人每天摄入量约为10 100mg，由于铝的盐类不易被肠壁吸收，所以在人体内 含量不高。 n 铝的毒性不大，过去曾列为无毒的微量元素并能拮抗 铅的毒害作用。后经研究表明，过量摄入铝能干扰磷的代 谢，对胃蛋白酶的活性有抑制作用，且对中枢神经有不良 影响。 n 对洁净水中铝的含量世界卫生组织(WHO)的控制值为 0.2mg/L，日本的管理目标值为0.2mg/L，美国环境保护局 (USEPA)暂定为0.

2、050.2mg/L。 n 天然水中铝的含量变化幅度较大，一般为每升几毫克 到零点几毫克范围。 n 冶金工业、石油加工、造纸、罐头和耐火材料、木材 加工、防腐剂生产、纺织等工业排放废水中都含较高量的 铝。氯化铝、硝酸铝、乙酸铝毒性较大。 n 当铝含量不高时可促进作物生长和增加其中维生素C 的含量。当大量铝化合物随污水进入水体时，可使水体自 净作用减慢。例如，硝酸铝浓度达到1.0mg/L时，水生生 物繁殖会受到抑制，硫酸铝达到1 5mg/L时，水体自净作 用受到抑制。 n 铝的测定方法有分光光度法和原子吸收法，前者受共 有成分铁及碱金属、碱土金属元素干扰。火焰原子吸收法 由于铝在空气一乙炔火焰中形

3、成耐高温氧化物，灵敏度很 低，N2O乙炔火焰在国内尚未普及应用。在石墨炉原子 吸收法中，铝也难以形成基态原子，适用性不强。 n 络合物交换反应间接原子吸收法通过测定Cu达到定 量测定铝，方法虽然操作复杂，但灵敏度较高。ICP AES法在发达国家已列入标准方法系列。 电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)(B) n 电感耦合等离子体原子发射光谱法(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，简称 ICP-AES)，是以电感耦合等离子炬为激发光源的一类光 谱分析方法。 n 由于具有检出限低、准确度及精密度高、分析速度快 、线性

4、范围宽等优点，因此在国外ICP-AES法已发展成为 一种极为普遍、适用范围广的常规分析方法，并已广泛用 于环境试样、岩石、矿物、生物医学、金属与合金中数十 种元素的测定。 n ICP-AES法在我国的研究始于1974年，到目前为止， 已有上千个科研单位、高等院校和工厂等部门，采用了此 种分析手段，在高纯物质、环境监测、化学探矿与商品检 验等多种领域中获得广泛应用。 nICP-AES法也已成为我国分析测试领域中发展最快的手段 之一。 nICP-AES法应用于地表水和污水中多元素的同时测定，有 快速、简便、线性范围宽等优越性。 方法原理 n等离子体发射光谱法可以同时测定样品中多元素的含量。 n当氩

5、气通过等离子体火炬时，链锁反应形成原子、离子、电子的粒子混 合气体，即等离子体。 n等离子体火炬可达60008000K的高温。过滤或消解处理过的样品经进 样器中的雾化器被雾化并由氩载气带入等离子体火炬中，气化的样品分 子在等离子体火炬的高温下被原子化、电离、激发。 n不同元素的原子在激发或电离时可发射出特征光谱，所以 等离子体发射光谱可用来定性测定样品中存在的元素。特 征光谱的强弱与样品中原子浓度有关，与标准溶液进行比 较，即可定量测定样品中各元素的含量。 干扰及消除 n ICP-AES法通常存在的干扰大致可分为两类：一类是光 谱干扰，主要包括了连续背景和谱线重叠干扰，另一类是非光 谱干扰，主

6、要包括了化学干扰、电离干扰、物理干扰以及去溶 剂干扰等，在实际分析过程中各类干扰很难截然分开。在一般 情况下，必须予以补偿和校正。 n 物理干扰一般由样品的粘滞程度及表面张力变化而致；尤 其是当样品中含有大量可溶盐或样品酸度过高，都会对测定产 生干扰。消除此类干扰的最简单方法是将样品稀释。 基体元素的干扰： 优化实验条件选择出最佳工作参数，无疑可减少ICP AES法的干扰效应，但由于废水成分复杂，大量元素与微 量元素间含量差别很大，因此来自大量元素的干扰不容忽 视。表3-4-2列出了待测元素在建议的分析波长下的主要 光谱干扰。 表3-4-2 元素间干扰 测定元素 测定波长(nm) 干扰元素 测

7、定元素 测定波长(nm) 干扰元素 A1 308.21 Mn、V、Na Cr 202.55 Fe、Mo 396.15 Ca、Mo 267.72 Mn、V、Mg As 193. 69 Al、P 283.56 Fe、MO Be 313.04 Ti、Se Cu 324.7 Fe、Al、Ti 234.86 Fe Mn 257.61 Fe、Mg、Al Ba 233.53 Fe、V Ni 231.60 Co Ca 315.89 Co Pb 220.35 A1 317.93 Fe V 290.88 Fe、Mo Cd 214.44 Fe 292.40 Fe、Mo 226.50 Fe 311.07 Ti、Fe、

8、Mn 228.80 As Zn 213.86 Ni、Cu Co 228.62 Ti Ti 334.94 Cr、Ca 干扰的校正： n 化学富集分离法效果明显并可提高元素的检出能力， 但操作手续繁冗且易引入试剂空白； n 基体匹配法(配制与待测样品基体成分相似的标准溶液) 效果十分令人满意。此种方法对于测定基体成分固定的样 品，是理想的消除干扰的方法，但存在高纯试剂难于解决 的问题，而且废水的基体成分变化莫测，在实际分析中， 标准溶液的配制工作将十分繁琐； n 比较简便并且目前经常采用的方法是背景扣除法。 n背景扣除法(凭实验，确定扣除背景的位置及方式)及干扰 系数法，当存在单元素干扰时，可按下

9、式求得干扰系数： 式中ki是干扰系数； Q是干扰元素加分析元素的含量；Q是分析元素的 含量；Qi是干扰元素i的含量。通过配制一系列已知干扰元素含量的 溶液在分析元素波长的位置测定其Q，根据上述公式求出ki，然后 进行人工扣除或计算机自动扣除。 n鉴于废水的主要成分为K、Na、Ca、Mg、Fe及Al等元素 。因此，可依据所用仪器的性能及待测废水的成分选择适 当的元素谱线和适当的修正干扰的方法予以消除。 方法的适用范围 本方法适用于地表水和污水中Al、As、Ba、 Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn 、Na、Ni、Pb、Sr、Ti、V及Zn等20种元素溶解 态及元素总量的测定

10、。 溶解态元素：未经酸化的样品中，能通过0.45m滤 膜的元素成分。 元素总量：未经过滤的样品，经消解后测得的元素 浓度。即样品中溶解态和悬浮态两部分元素浓度的总和。 表3-4-3 测定元素推荐波长及检出限 测定元素 波长(nm) 检出限(mg/L) 测定元素 波长(nm) 检出限(mg/L) Al 308.21 0.1 Cu 327.39 0.01 396.15 0.09 Fe 238.20 0.03 As 193.69 0.1 259.94 0.03 Ba 233.53 0.004 K 766.49 0.5 455.40 0.003 Mg 279.55 0.002 Be 313.04 0.

11、0003 285.21 0.02 234.86 0.005 Mn 257.61 0.001 Ca 317.93 0.01 293.31 0.02 393. 37 0.002 Na 589.59 0.2 Cd 214.44 0.003 Ni 231.60 0.01 226.50 0.003 Pb 220.35 0.05 Co 238.89 0.005 Sr 407.77 0.001 228.62 0.005 Ti 334.94 0.005 Cr 205.55 0.01 336.12 0.01 267.72 0.01 V 311.07 0.01 Cu 324.75 0.01 Zn 213.86 0

12、.006 仪器及主要工作参数 仪器：电感耦合等离子发射光谱仪和一般实验室 仪器以及相应的辅助设备。常用的电感耦合等离子发射光 谱仪通常分为多道式及顺序扫描式两种。 主要工作参数：影响ICP-AES法分析特性的因素 很多，但主要工作参数有三个，即：高频功率、载气流量 及观测高度。对于不同的分析项目及分析要求，上述三项 参数存在一定差异。表3-4-4列出了一般仪器采用通用的气 动雾化器时，同时测定多种元素的工作参数折衷值范围， 供使用时参考。 表3-4-4 工作参数折衷值范围 高频频 功率 (kW) 反射 功率 (W) 观测观测 高度 (mm) 载载气 流量 (L/min) 等离子 气流量 (mL/min) 进样进样 量 (mL/min) 测测量 时间时间 (s) 1.01.456161.01.51.01.51.53.0120 (2)样品测定 将预处理好的样品及空白溶液，在仪器最佳 工作参数条件下，按照仪器使用说明书的有关规 定，两点标准化后，做样品及空白测定。扣除背 景或以干扰系数法修正干扰。 步骤 (1)样品预处理 计算 扣除空白值后的元素测定值即为样品中该 元素的浓度。 如果试样在测定之前进行了富集或稀释， 应将测定结果除以或乘以一个相应的倍数。 测定结果最多保留三位有效数字。单位以 mg/L计。 实例2 铝 空气和废气