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1、北京华科天成科技有限公司 ICP产品培训手册一 产品基本原理,目录,原子发射法简介原子发射光谱分析原理ICP光谱仪的构成ICP光谱仪的分析方法,1、原子发射法简介,1.1、概述（1）定义：AES是据每种原子或离子在热或电激发，处于激发态的待测元素原子回到基态时发射出特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分析的方法。,1.1概述 （2）历史：,1、原子发射法简介,1、原子发射法简介,1.1、概述 （ 3）、原子发射光谱分析的特点多元素同时检测能力。可同时测定一个样品中的多种元素。每一个样品一经激发后，不同元素都发射特征光谱，这样就可同时测定多种元素。分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时
2、对几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液体样品都可直接测定。选择性好。每种元素因原子结构不同，发射各自不同的特征光谱。在分析化学上，这种性质上的差异，对于一些化学性质极相似的元素具有特别重要的意义。例如，铌和钽、锆和铪、几十个稀土元素用其他方法分析都很困难，而发射光谱分析可以毫无困难地将它们区分开来，并分别加以测定。,1、原子发射法简介,1.1概述：（ 3）、原子发射光谱分析的特点检出限低。一般光源可达100.1gg-1（或gcm-3），绝对值可达10.01g。电感耦合高频等离子体（ICP）检出限可达ngg-1级。 准确度较高。一般光源相对误差约为510，ICP相对误差可达1以
3、下。试样消耗少。ICP光源校准曲线线性范围宽可达46个数量级。这样可测定元素各种不同含量（高、中、微含量）。一个试样同时进行多元素分析，又可测定各种不同含量。目前ICP-AES已广泛地应用于各个领域之中。常见的非金属元素如氧、硫、氮、卤素等谱线在远紫外区，目前一般的光谱仪尚无法检测；还有一些非金属元素，如P、Se、Te等，由于其激发电位高，灵敏度较低,1、原子发射法简介,1.2、原子发射的基本概念 灵敏线：激发电位较低的谱线，常为原子线（电弧线），或离子线（火花线）。与实验条件有关。 共振线：从激发态到基态的跃迁所产生的谱线。由最低能级的激发态到基态的跃迁称为第一共振线。一般也是最灵敏线。与元
4、素的激发程度难易有关。 最后线：或称持久线。当待测物含量逐渐减小时，谱线数目亦相应减少，当c接近0时所观察到的谱线，是理论上的灵敏线或第一共振线。 分析线：在进行元素的定性或定量分析时，根据测定的含量范围的实验条件，对每一元素可选一条或几条最后线作为测量的分析线。 自吸线：当辐射能通过发光层周围的蒸汽原子时，将为其自身原子所吸收，而使谱线强度中心强度减弱的现象。 自蚀线：自吸最强的谱线的称为,1、原子发射法简介,1.3、原子发射光谱仪的基本构成,AES仪器主要由光源（热源）、进样系统、单色系统、检测系统、计算机数据处理系统五部分组成。,2、ICP发射光谱仪分析原理,2.1、什么是ICPICP（
5、 Inductive Coupled Plasma ）即为电感耦合高频等离子体光源。 等离子体（ Plasma ）：一般指电离度超过0.1%被电离了的气体，这种气体不仅含有中性原子和分子，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。利用电感耦合高频等离子体（ICP）作为原子发射光谱的激发光源始于上世纪60年代。其特点： 高温下电离的气体（Ionized gas）;离子状态;阳离子和电子数几乎相等;等离子体的温度较高，最高温度10000K。,2、ICP发射光谱分析原理,2 .2 、ICP形成的原理ICP装置由: 高频发生器和感应线圈; 炬管和供气系统; 进
6、样系统;三部分组成,高频发生器的作用是产生高频磁场以供给等离子体能量。应用最广泛的有自激发生器和利用石英晶体压电效应产生高频振荡的他激式高频发生器，其频率和功率输出稳定性高。频率多为27-50 MHz，最大输出功率通常是1-4kW。,2、ICP发射光谱仪分析原理,2.2.1 ICP进样系统及等离子炬管,等离子矩管,雾室,样品溶液,雾化器,等离子（辅助）气 (Ar),冷却气 (Ar),高频线圈,ICP火焰,将样品溶液雾化连续导入ICP中,2.2.1、 ICP进样系统及等离子炬管焰心区呈白色，不透明，是高频电流形成的涡流区，等离子体主 要通过这一区域与高频感应线圈耦合而获得能量。该区温度高达100
7、00K。内焰区位于焰心区上方，一般在感应圈以上10-20mm左右，略带淡蓝色，呈2）半透明状态。温度约为6000-8000K，是分析物原子化、激发、电离与辐射的主要区域。 尾焰区在内焰区上方，无色透明，温度较低，在6000K以下 只能激发低能级的谱线。,2、ICP发射光谱仪分析原理,ICP发射光谱仪分析原理,2.2.2、 ICP光源的气流 冷却气起冷却作用，保护石英炬管免被高温融化 辅助气“点燃”等离子体 雾化气形成样品气溶胶将样品气溶胶引入ICP对雾化器、雾化室、中心管起清洗作用,2、ICP发射光谱仪分析原理,2.2.3、等离子炬管 外层管:通Ar气作为冷却气，沿切线方向引入，并螺旋上升，其
8、作用：第一，将等离子体吹离外层石英管的内壁，可保 护石英管不被烧毁；第二，是利用离心作用，在炬管中心产生低压通道，以利于进样；第三，这部分Ar气流同时也参与放电过程 中层管：中层管通人辅助气体Ar气，用于点燃等离子体。 内层管：内层石英管内径为12mm左右，以Ar为载气，把经过 雾化器的试样溶液以气溶胶形式引入等离子体中。,2、ICP发射光谱仪分析原理,2.3、ICP光源的装置及其形成,炬管的组成：三层石英同心管组成（如上图）。冷却（等离子）氩气以外管内壁相切的方向进入ICP炬管内，有效地解决了石英管壁的冷却问题。防止其被高温的ICP烧熔。炬管置于高频线圈的正中，线圈的下端距中管的上端2-4m
9、m，水冷的线圈连接到高频发生器的输出端。高频电能通过线圈耦合到炬管内电离的氩气中。当线圈上有高频电流通过时，则在线圈的轴线方向上产生一个强烈振荡的环形磁场如图所示。开始时，炬管中的原子氩并不导电，因而也不会形成放电。当点火器的高频火花放电在炬管内使小量氩气电离时，一旦在炬管内出现了导电的粒子，由于磁场的作用，其运动方向随磁场的频率而振荡，并形成与炬管同轴的环形电流。,2.3、ICP光源的装置及其形成原子、离子、电子在强烈的振荡运动中互相碰撞产生更多的电子与离子。终于形成明亮的白色Ar-ICP放电，其外形尤如一滴刚形成的水滴。在高度电离的ICP内部所形成的环形涡流可看作只有一匝的变压器次级线圈，
10、而水冷的工作线圈则相当于变压器的初级线圈，它们之间的耦合，使磁场的强度和方向随时间而变化，受磁场加速的电子和离子不断改变其运动方向，导致焦耳发热效应并附带产生电离作用。这种气体在极短时间内在石英的炬管内形成一个新型的稳定的“电火焰”光源。 样品经雾化器被气动力吹散击碎成粒径为1-10um之间的细粒截氩气由中心管注入ICP中，雾滴在进入ICP之前，经雾化室除去大雾滴使到达ICP的气溶胶微滴快速地去溶、蒸发和原子化。,2、ICP发射光谱仪分析原理,2、ICP发射光谱仪分析原理,2、ICP发射光谱仪分析原理,2.5、ICP-AES不便测定的元素,卤族元素中溴、碘可测,氟、氯不能测定. 惰性气体可激发
11、,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. 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,2.6、检测范围微量分析 0.00X%-0.X%痕量分析:0.0000X%-0.000X%,一般需要分离和富集,常量分析0.X%-20%不宜用于测定30%以上的,准确度难于达到要求.北京华科天成科技有限公司 公司地址：北京亦庄工业开发区东区如意东路B05号 业务专线： 67892001 67676846 业务联系邮箱： 传真：010-67602592 网址： 技术服务邮箱： QQ 695376226 报修热线：010-67675172 QQ:
12、185135352 售后专用邮箱： ,2、ICP发射光谱仪分析原理,2.7、ICP发射光谱分析的基本原理,2、ICP发射光谱仪分析原理,ICP发射光谱分析过程主要分为三步, 即激发、分光和检测.利用等离子体激发光源（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，原子及离子在光源中激发发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。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,2.8、ICP-AES的特长,2、ICP发射光谱仪分析理,溶液进样、标准溶液易制备高灵敏度（亚ppb）高精度（CV 1%）化学干扰少线性范围宽
13、（个数量级）可同时进行多元素的定性定量分析,2.9、可检测分析的样品,2、ICP发射光谱仪分析理,金属(钢铁,有色金属)化学,药品,石油,树脂,陶瓷生物,医药,食品环境(自来水,环境水,土壤,大气粉尘)可以分析其他各种各样样品中的金属备注:固体样品必须进行前处理(液化),3.1、ICPAES结构示意图,3、ICP发射光谱仪的构成,3.2、ICP-AES光谱仪结构,3、ICP发射光谱仪的构成,3.3、炬管与雾化器,3、ICP发射光谱仪的构成,炬 管,同心型雾化器,3、ICP发射光谱仪的构成,3.4、雾 室,旋流雾室,双筒雾室,3.5、 ICP常见的几种类型,3、ICP发射光谱仪的构成,4、ICP
14、发射光谱分析方法,4.1、溶解样品的基本要求,待测元素完全进入溶液溶解过程待测元素不损失不引入或尽可能少引入影响测定的成分试样溶剂具有较高的纯度，易于获得操作简便快速，节省经费等,4、ICP发射光谱分析方法,4.2、样品的前处理（溶液化）,稀释法用纯水、稀酸、有机溶剂直接稀释样品。只适用于均匀样品例：排放水、电镀液、润滑油等干式灰化分解法在马弗炉中加热样品，使之灰化 。可同时处理多个样品。注意低沸点元素 Hg,As,Se,Te,Sb的挥发例：食品、塑料、有机物粉末等,4.2、样品的前处理（溶液化）,4、ICP发射光谱分析方法,4.2.1湿式分解法常规酸消化样品 + 酸（300）于烧杯或三角烧瓶
15、中,在电热板或电炉上加热，常规酸消化的优点是设备简单，适合处理大批量样品；缺点是操作难度大，试剂消耗量大、每个试样的酸消耗量不等，试剂空白高且不完全一致、消解周期长、劳动条件较差。,高压密封罐消解,高压密封罐由聚四氟乙烯密封罐和不锈钢套筒构成。试样和酸放在带盖的聚四氟乙烯罐中，将其放入不锈钢套筒中，用不锈钢套筒的盖子压紧密封聚四氟乙烯罐的盖子，放入烘箱中加热。加热温度一般在120180。聚四氟乙烯罐的壁较厚，导热慢一般要加热数小时。停止加热后必须冷却才能打开。溶剂：硝酸；硝酸+过氧化氢酸消耗量小，试剂空白低，试样消解效果好，金属元素几乎不损失，环境污染小。分解周期长。,4.2、样品的前处理（溶液化）,4、ICP发射光谱分析方法,4.2.1湿式分解法,微波消解微波消解也是一种在密封容器中消化的手段。它具有 高压密封罐法所有的优点。消解速度比高压密封罐法 快得多。 试剂消耗量小，金属元素几乎不损失，不受环境污染， 空白低。使用硝酸可消化大多数有机样品。 微波炉的价格较高，试样处理能力不如干式灰化和常规 消化法。,北京华科天成科技有限公司 公司地址：北京亦庄工业开发区东区如意东路B05号,谢 谢,
