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原子吸收光谱和ICP光谱比较

2019/9/23编辑:Ma Liang 人气:2104

【导读】原子吸收光谱法原子发射光谱法都属于原子光谱分析技术。不同之处在于原子发射光谱分析技术是通过测量被测元素的发射谱线的波长与强度进行定性与定量分析的一种原子光谱技术;而原子吸收光谱则是依据被测元素对锐线光源的吸收程度进行定量分析的一种原子光谱技术。下面对两种技术简单进行分别介绍。

  第一部分 原子吸收光谱法

  原子吸收光谱法(AAS),也称作原子吸收分光光度法(AAS),是基于蒸气相中待测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。

  一、原子吸收光谱分析的特点及其应用

  1、原子吸收光谱法的特点

  原子吸收光谱分析法的优点是:

  (1)检出限低,灵敏度高。火焰原子吸收法的检出限可达10-9g(ppm级),石墨炉原子吸收法更高,可达ppb级。

  (2)测量精度好。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对偏差可小于1%,测量精度已接近于经典化学方法。石墨炉原子吸收法的测量精度一般为3-5%。

  (3)选择性强,简便、快速。由于其采用銳线光源,样品不需要经繁琐的分离,可在同一溶液中直接测定多种元素,测定一个元素只需要数分钟,分析操作简便、迅速。

  (4)抗干扰能力强。原子吸收线数目少,光谱干扰少,一般不存在共存元素的光谱重叠干扰。

  (5)应用范围广。可测60多种元素;既能用于微量分析又能用于超微量分析。另外,还可用间接的方法测定非金属元素和有机化合物。

  (6)用样量少。火焰原子吸收光谱测定的进样量为3~6mL·min-1,采用微量进样时可少至10~50μL。石墨炉原子吸收光谱测定的液体进样为10~20μL,固体进样量为毫克量级,需要的样品量极少。

  (7)仪器设备相对比较简单,操作简便,易于掌握。

  2、原子吸收光谱分析法的应用

  原子吸收光谱分析法主要用于金属元素的测定,已广泛应用于矿物、金属、陶瓷、水泥、化工产品、土壤、食品、血液、生物体、环境污染物等试样中的金属元素的测定中。

  此外,利用间接原子吸收光谱法还可以进行一些非金属元素等的测定。如共振吸收线位于短波紫外区的元素,如F、Cl、Br、I、S、P、N、As、Se、Hg等;用直接原子吸收光谱法测定灵敏度很低的难熔高温元素,如B、Be、Zr、F、Nb、Ta、W、U、Th以及稀土元素等以及不能直接测定的阴离子和有机化合物。

  采用原子吸收光谱分析法还可以测定元素形态,主要通过化学法、氢化物发生法和色谱-原子吸收光谱联用法实现。

  二、原子吸收光谱法的基本原理

  从光源发射出具有待测元素特征谱线的光,通过试样蒸气时,被蒸气中待测元素的基态原子所吸收,吸收程度与被测元素的含量成正比。所以,可以根据测得的吸光度求得试样中被测元素的含量。

  三、原子吸收光谱仪的基本构造

  原子吸收分光光度计分为单光束型和双光束型。其结构可分为五个部分:光源、原子化器、光学系统、检测系统与数据处理系统。

  3.1光源

  为测出待测元素的峰值吸收,须采用锐线光源,应满足以下一些要求:辐射强度大、辐射稳定、发射普线宽度窄。空心阴极灯是目前原子吸收光谱仪器使用的主光源,属于辉光放电气体光源。

  空心阴极灯是一种由被测元素或含有被测元素的材料制成的圆筒形空心阴极和一个阳极(钨、钛或锆棒),密封在充有低压惰性气体的带有石英窗的玻璃壳内的电真空器件。

  当在两极之间施加几百伏的高压,两极之间会产生放电,电子将从空心阴极内壁射向阳极,并在电子的通路上又与惰性气体原子发生碰撞并使之电离,带正电荷的惰性气体离子在电场的作用下,向阴极内壁猛烈地轰击,使阴极表面的金属原子溅射出来,而这些溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生碰撞并被激发,于是阴极内的辉光便出现了阴极物质的光谱。

  空心阴极灯的阴极材料的纯度必须很高,内充气体也必须为高纯,以保证阴极元素的共振线附近不含内充气体或杂质元素的强谱线。

  空心阴极灯的操作参数是灯电流,灯电流的大小可决定其所发射的谱线的强度。但是需根据具体操作情况来选择灯电流的大小。

  通常情况下,空心阴极灯在使用前需预热10~15min。

  3.2 原子化系统

  原子吸收光谱中常用的原子化技术是:火焰原子化和电热原子化。此外还有一些特殊的原子化技术如氢化发生法、冷原子蒸气原子化等。

  3.2.1火焰原子化系统——火焰原子化器

  火焰原子化器由雾化器、雾化室、燃烧器三部分组成。常见的燃烧器有全消耗型和预混合型。目前主要使用的是预混合型燃烧器。

  3.2.2 电热原子化系统——石墨炉原子化器

  非火焰原子化器中适用最广的是管式石墨炉原子化器。组成部分为:石墨管、炉体、电源。样品直接放置在管壁上或放置在嵌入管内的石墨平台上,用电加热至高温实现原子化。

  3.3光学系统

  光学系统为光谱仪的心脏,一般由外光路与单色器组成。

  外光路可以分为单光束与双光束。单光束系统中,来自光源的光只穿过原子化器,它的优点,能量损失小,灵敏度高,但不能克服由于光源的不稳定而引起的基线漂移。

  传统双光束系统采用斩光器将来自光源的光分为样品光束与参比光束,补偿了基线漂移,但能量损失大。

  单色器置于原子化器之后,这样可将空心阴极灯阴极材料的杂质发出的谱线、惰性气体发出的谱线以及分析线的邻近线等与共振吸收线分开并防止光电管疲劳。

  由于锐线光源的谱线简单,故对单色器的色散率要求不高(线色散率为10-30Å/mm)。

  3.4 检测系统与数据处理系统

  检测系统包括检测器、放大器、对数转换器及显示装置等。光电倍增管是原子吸收光谱仪的主要检测器,要求在180-900nm测定波长内具有较高的灵敏度,并且暗电流小。目前通过计算机软件控制的原子吸收光谱仪具有很强的数据处理能力。

  四、原子吸收光谱法分析的实验技术

  4.1 试样用量以及进样形式的控制

  原子吸收光谱分析本质上是一种微量元素或痕量元素的测定技术,无论是火焰原子吸收还是石墨炉原子吸收分析,对于含量或浓度高的样品都必须进行稀释。原子吸收光谱最适宜的测量范围,固体样品在千分之几至十万分之几之间。

  对于试样的形式通常首选溶液进样分析技术。所以样品的前处理相当重要。涉及到萃取、消解等前处理技术。而非溶液进样则应用于石墨炉原子吸收光谱分析。

  4.2 相对测量技术

  原子吸收光谱分析是一种相对测量技术,要测得一个未知样品的准确含量,必须同时满足三个条件:1、用合适的标准品对仪器进行“定标”,即作出一条校准曲线;2、标准品和样品必须是同一台仪器进行测定;3、标准品和样品的测试条件应大致保持一致。

  4.3 实验条件选择

  4.3.1光谱通带

  选择原则:能将吸收线与邻近的干扰线分开

  一般元素通带在0.4~4nm之间,谱线复杂的元素,如Fe、Co、Ni等选小于0.1nm的通带。

  4.3.2灯电流

  通常是额定电流的1/2~2/3。这样可使多普勒变宽减至最小,消除自吸,提高灵敏度,改善校正曲线的线性。

  4.3.3火焰位置以及条件

  位置:光源发出的光束通过火焰中自由原子浓度最大的位置,即在吸收值最大处固定燃烧器的位置。

  火焰条件按实验具体情况选定。

  4.3.4分析线的选择

  为了获得最高灵敏度,通常选用共振线作为分析线。对于共振线在远紫外区的元素,受火焰气体和大气的干扰强烈,测定时选用合适的非共振线作为分析线。

  五、定量依据

  在原子蒸汽激发态原子和基态原子,两中状态的原子数之比在一定的温度下是一个相对确定的值,它们的比例关系可用玻尔兹曼(Boltzmann)方程式来表示:

  Nj/N0=(Pj/)e-(Ej-E0)/ kT

  式中:Nj与N0 分别为激发态和基态原子数;Pj 与P0分别为激发态和基态能级的统计权重;k为玻尔兹曼常数;T为热力学温度。

  从波尔兹曼分布可以看出,在原子化器中,N0及态原子数远比激发态原子数NJ大,所以通常情况下可以忽略激发态原子和元素电离的影响,可以用N0代替吸收发射线的原子总数。

  原子吸收光谱分析测量的是吸收信号,是同一束光的强度变化。原子吸收光谱分析和其他的吸收光谱仪器一样,在测量中服从朗伯-比尔定律,即:

  lg(1/T)=lg(I0/IT)= abc

  lg(1/T)=lg(I0/IT)= A

  A——测得的吸光度

  T——光经过吸收池的透光率

  I0——通过吸收池的初始光强度

  IT——透过吸收池,未被吸收的光强度

  a——与吸收系数有关的常数

  b——吸收池长度

  c——被测元素的原子在吸收池中的浓度

  在原子吸收光谱分析中,吸收池(燃烧器缝和石墨管)的长度是一定的,被测元素的特定分析谱线的吸收系数也是一定的,因而仪器测得的吸光度就与吸收池(原子化器)中的目标元素原子的浓度成正比。即:A= kc

  式中k是与实验条件有关的常数。该式即为原子吸收光谱法的定量依据。

  5.1 原子吸收光谱法中常用的定量方法

  (1)标准曲线法

  标准曲线法是用标准物质配制一系列已知浓度的标准试样,在标准条件下,测得每一浓度对应的吸光度值,以吸光度对浓度作图,绘制标准曲线。在相同条件下测定样品吸光度,从标准曲线上读取样品浓度。

  优点:适用范围广,快速简便,适合大批量样品的测定。

  不足:实验准确度受基体干扰严重。

  (2)标准加入法

  标准加入法是在数个等分的试样中分别加入呈比例的标准试样,然后稀释到一定体积。根据测定的吸光度值,绘制吸光度c(浓度)曲线。用外推法求得稀释后试样中待测物的浓度。

  优点:可以减小或消除基体效应的干扰,提高测定准确度。

  不足:工作量大

  (3)内标法

  内标法是在试样各含量不同的一系列标准试样中,分别加入固定量的纯物质,即内标物。在标准条件下测定分析元素和内标元素的吸光度比,以此比值对浓度作图,绘制标准曲线,在同样条件下,测定试样中被测元素和内标元素的吸光度比值,在从标准曲线上读取对应的浓度。

  优点:可以减少实验条件按变动引起的随机误差,提高精密度。

  不足:必须使用双通道原子吸收光谱仪,使用上受到限制。

  六、干扰及其消除或抑制方法

  原子吸收分析中常常遇到的干扰有物理干扰和化学干扰。其次是光谱干扰和电离干扰。

  6.1 物理干扰

  物理干扰是指试样在转移、蒸发和原子化过程中,由于试样任何物理性质的变化而引起的原子吸收信号强度变化的效应。物理干扰属非选择性干扰。

  为消除物理干扰,保证分析的准确度,一般采用以下方法:

  a、配制与待测试液基体相一致的标准溶液,这是最常用的方法。

  b 、当配制与待测试液基体相一致的标准溶液有困难时,需采用标准加入法。

  c 、当被测元素在试液中浓度较高时,可以用稀释溶液的方法来降低或消除物理干扰。

  6.2 化学干扰

  化学干扰是一种由待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应,此效应主要影响待测元素化合物的熔融、蒸发和解离过程。化学干扰是一种选择性干扰,它不仅取决于待测元素与共存元素的性质,还和火焰类型、火焰温度、火焰状态、观察部位等因素有关。

  化学干扰的形式有两种,一是待测元素与共存元素作用生成难挥发的化合物,致使参与吸收的基态原子数目减少。消除办法:提高火焰温度或加入释放剂和保护剂。常用的释放剂有氯化镧和氯化锶等

  二是基态原子的电离。消除办法:在标准溶液中同时加入大量的易电离元素,增加火焰中自由电子浓度,将分析元素的电离效应抑制到最小。

  6.3 光谱干扰

  光谱干扰主要产生于光源和原子化器。

  6.3.1光源产生的干扰

  (1)与分析线相邻的其它谱线的存在所引起的干扰

  ①共存谱线为待测元素线。多发生在多谱线元素的测定中。可借助于调节狭缝的宽度的办法来控制。

  ②共存谱线为非待测元素的谱线。选用合适的单元素灯。

  (2)谱线重叠的干扰

  是由于共存元素的共振线与待测元素的共振线重叠而引起的。遇到这种情况,可选择灵敏度较低的的谱线进行测量,以避免干扰。

  6.3.2与原子化器有关的干扰

  这类干扰主要是由于背景吸收所造成。背景吸收的干扰系由气体分子对光的吸收和高浓度盐的固体微粒对光的散射所引起的。

  火焰成分会对光的强度产生吸收。波长越短,火焰成分中的OH、CH及CO等基团或分子对辐射的吸收就越严重。可通过调节零点或改换火焰组成等消除。

  对于复杂试样,由于干扰物未知,须做背景校正。常用的背景校正方法有:

  a、双线校正法,该法是在测量共振吸收值的同时,测量共振线邻近的非吸收线的吸收值,然后从共振线的吸收值中扣除;

  b、连续光源氘灯校正法此种校正方法一般只用于350nm以下的波长范围;

  c、以塞曼效应为基础的背景扣除法,原理是根据原子普贤的磁效应和偏振特性使原子吸收和背景吸收分离来进行背景校正。此方法特别适用于电热原子化器。

  不足之处

  除了以上优点,同时原子吸收光谱法存在一下不足之处:

  原则上讲,不能多元素同时分析。测定不同元素时必须更换光源。测量难熔元素时不如等离子体发射光谱。对于共振线处于真空紫外区域的卤族元素和S、Ce等不能直接测定。如今商品化的原子吸收仪器设计的测定波长范围只在As193.7nm至852.1nm之间。

  标准工作曲线的线性范围窄(一般在一个数量级范围)。测定复杂基体样品中的微量元素时易受主要成分的干扰。在高背景低含量样品测定任务中,精密度下降。如何进一步提高灵敏度和降低干扰,仍是当前和今后原子吸收光谱分析工作者研究的重要课题。

  第二部分 电感耦合等离子体原子发射光谱法

  电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)是以电感耦合等离子体焰炬为激发光源的一类光谱分析方法,它是一种由原子发射光谱法衍生出来的新型分析技术。

  一、ICP-AES光谱法的特点及其应用

  1、ICP-AES光谱法的特点:

  (1) 分析速度快,可多元素和常量、微量元素同时进行分析。通常的发射光谱分析法不适用于测定样品中含量高的元素,如果通过方法研究满足了准确测定高含量元素的要求,则常不能满足微量元素的需要。采用电感耦合等离子体发射光谱分析方法成功地解决了这类问题

  (2) 分析灵敏度高,检出限低。对于溶液中的元素可检测的最低浓度一般是十亿分之几到千万分之几,即ppb级的检出限。

  (3) 分析精密度好。对于痕量、微量和常量元素的测定,单次测定的相对标准偏差可达到千分之几到百分之几的水平

  (4) 分析含量动态范围宽,工作曲线可达5-6个数量级以及极小的基体效应。

  (5) 测定范围广。可以测定几乎所有紫外和可见光区的谱线,被测元素的范围大。

  2、ICP-AES光谱法的应用

  电感耦合等离子体发射光谱仪可以测定全部的金属原素及部分非金属元素。广泛应用于无机样品分析的各个领域,按照分析方法和分析条件的类似性,将样品分成以下几类:

  (1)冶金原料及产品

  (2).地质类,包括矿物、矿石、岩石、土壤等

  (3)生物类,包括血液、骨质、头发、组织和器官等

  (4)农业类,包括食用油、粮食、饮料、牛奶、肉类等

  (5)环境类,如大气粉尘、沉积物、地面水、工厂排放物、饮用水、海水、动物及植物、废水等。

  (6)化学及化工类,如玻璃制品、药品、催化剂、食用化学品、稀土化合物、半导体试剂、电镀液、树脂等

  (7)能源类,如煤炭、煤灰、汽油、石油、煤油、液化气、沥青等。

  应用实例

  (1)饮料中钾、钠含量的测定

  国家对电解质饮料中钾和钠含量进行了适当的限量。对于饮料中钾和钠的测定, 传统的方法是原子吸收光谱法, 该方法较为稳定,但线性范围太窄,而且钾和钠的吸收光谱非常强, 为使吸收降在线性范围内, 有时须重新调整燃烧头的高度、旋转角度等,使操作变得烦琐。采用原子发射光谱法进行测定,由于钾和钠极易电离, 造成测量稳定性较差或采用内标法增加了测量步骤。而ICP-AES可以避免以上问题,被认为用于测定钾、钠含量的首选方法。

  国家新会出入境检验检疫局采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定电解质饮料中钾和钠的含量, 采用降低的发射功率,取得了较好的检测效果

  庞晋山,黄刚, 宋传明等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定电解质饮料中钾和钠[J].理化检验-化学手册2009,45(2):220-221

  (2)万益群等采用ICP-AES法建立了定量分析测定白酒中23种微量元素的新方法。方法准确度、精密度均较高。为研究白酒质量和微量元素之间的关联提供了极具参考价值的数据。

  万益群等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定白酒中23种微量元素[J].光谱学与光谱分析,2009,29(2):499-503.

  (3)ICP-AES光谱法用于水质分析。纪桂芬用ICP-AES法直接测定生活饮用水中铅、钡、硒、硼、镍、镉、钒八种微量元素的企业标准方法。利用国家标准物质验证了方法的准确度,测定值与标准值吻合,相对标准偏差小于2.00%,水样加标回收率为93.4%~106.4%。该方法样品处理简单,不破坏样品,多元素同时测定,数据处理由计算机PS软件完成,快速准确,是目前元素检测分析方面较理想的方法。

  (4)此外还可以用于贵金属合金首饰贵金属含量的测定等。

  联用技术 HPLC-ICP-AES;CE-ICP-AES

  二、ICP-AES分析技术的发展

  1942年Babat采用大功率电子振荡器实现了石英管中在不同压强和非流动气流下的高频感应放电,为这种放电的实用化奠定了基础。

  1961年Reed设计发明了电感耦合等离子炬(ICP)。之后,Greenfind、Wenat、Fassel首先将ICP装置用于AES,开创了ICP在原子光谱分析上的应用历史。

  20世纪70年代,ICP-AES进入实质应用阶段。

  1975年美国的ARL公司生产出了第一台商品ICP-AES多色仪,此后各种类型的商品仪器相继出现。ICP-AES获得广泛的应用。

  现代的ICP光谱仪,已发展到全谱直读型,一般都有微机控制系统,自动化程度较高,分析程序由键盘输入,仪器一般也都配有自动故障报警、安全保护等功能。

  三、电感耦合高频等离子体发射光谱仪(ICP-AES)发射光谱理论

  原子发射光谱分析测定的是原子外层电子从高能级向低能级跃迁时发射出的电磁辐射。在原子外层电子“跳回”和“跃迁”的过程中原子所放出的能量和所接受的能量与辐射或吸收的电磁波的波长有严格的一一对应的关系:

  ΔΕ=hν= hc/λ

  ΔΕ—量子状态的能量差;h—普朗克常量;ν—辐射的电磁波频率;c—光速;λ—波长。

  故不同的原子拥有其独有的特征性光谱,可以看作为是其“指纹”,用来作为定性分析的基础。而谱线强度则可以用作定量分析的基础。I=abc。

  电感耦合高频等离子体发射光谱仪(ICP-AES)是通过原子发射光谱衍生出来的分析技术。是采用ICP光源作为激发光源,是样品激发,发出多含元素的特征谱线,由分光系统将各种组分原子发射的多种波长的光分解成光谱,由检测系统接收,经计算机系统处理分析,最终得出结果。根据特征谱线的存在与否,鉴别样品中是否含有某种元素(定性分析);根据特征谱线强度确定样品中相应元素的含量(定量分析)。

  样品经雾化等技术导入,被激发,通过分光系统进行分光,到达检测器,通过与计算机连接,数据转化得到最终测试结果。

  四、ICP原子发射光谱仪器结构

  电感耦合等离子体原子发射光谱仪由样品引入系统、电感耦合等离子体(ICP)光源、色散系统、检测系统等构成,并配有计算机控制及数据处理系统,冷却系统、气体控制系统等。

  1、ICP光源

  ICP光源是ICP发射光谱仪的核心部分。原子发射光谱常用的激发源有火焰,电弧(直流电弧、交流电弧)、火花(高压火花、低压火花)、辉光放电、等离子体(直流等离子体DCP、电感耦合等离子体ICP、微波感生等离子体MIP、微波耦合等离子体CMP)。

  等离子体光源是20世纪60年代发展起来的一类新型发射光谱分析用光源。等离子体光源不是火焰,而是含有一定浓度阴、阳离子能导电的气体混合物。在等离子体中,阴离子和阳离子的浓度时相等的,静电荷为零。

  通常用氩等离子进行发射光谱分析,一般温度可达10000K。

  1.1 ICP光源的组成

  ICP光源由高频电源和ICP炬管构成。ICP炬管由三个同心石英管和管外上部环绕的高频感应圈组成(一般为2~4圈空心铜管),存在三个进气管。

  1.2 ICP的行成条件及过程

  形成稳定的ICP炬焰需要四个条件:高频高强度的电磁场、工作气体(持续稳定的纯氩气流,纯度要求为99.99%以上)、维持气体稳定放电的适应炬管以及电子-电离源。

  石英外管和中间管之间通10~20L/min的氩气,其作用是作为工作气体形成等离子体并冷却石英炬管,称为等离子体气或冷却气;中间管和中心管通入0.5~1.5L/min氩气,成为辅助气,用以辅助等离子体的形成,在形成等离子炬后可以关掉;中心管通载气用于导入试样气溶胶。

  形成ICP焰炬通称为点火。点火分为三步:第一步是向外管及中管通入等离子体和辅助气,此时中心管不通气体,在炬管中建立氩气气氛;第二步向感应圈接入高频电源,一般频率为7~50MHz,电源功率1~1.5kW,此时线圈内有高频电流I及由它产生的高频电磁场。第三步是用高频火花等方法使中间流动的工作气体电离,产生的离子和电子再与感应线圈所产生的起伏磁场作用。这一相互作用使线圈内的离子和电子沿图中的封闭环路流动;它们对这一运动的阻力则导致欧姆加热作用。由于强大的电流产生高温,是气体加热,从而形成火炬状的等离子体。

  形成等离子体的具体过程为:在感应线圈上施加高频电场的同时,用高频火花等使部分等离子体工作气体电离,产生带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动,碰撞气体原子,使之迅速、大量电离,形成雪崩式放电,电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流,在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合,这种高频感应电流产生的高温又将气体加热、电离,并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰炬。

  样品在ICP源中的激发过程为:液体样品经过雾化成气溶胶,然后脱溶(固体样品经导入);成为固体颗粒后到达激发源,在激发源中固体颗粒被进一步气化变成分子形态;分子经激发解离成为原子,同时光子发射——原子发射线;原子在经进一步激发离子化变为离子,在此过程中伴随光子发射——离子线。

  原子线(Atomic line)——原子外层电子被激发;离子线(Ionic line)——原子被电离,离子外层电子被激发。所以ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer)等同于ICP-AES(Inductively Coupled PlasmaAtomic Emission Spectrometer)。

  在感应线圈以上15~20mm的高度上,背景辐射中的氩谱线很少,故光谱观察在这个区域上进行。ICP中心通道的预热区温度较低,试液气溶胶在此区内首先脱水(去溶剂)形成干气溶胶颗粒。干气溶胶颗粒向上移动进入高温区,分析物开始分解和原子化,激发发光。此区域温度很高,发射很强的光谱背景,分析线的信背比不佳,不在此区域取光测定。分析物在中心通道继续上移进入正常分析区。当试样原子抵达观察点时,它们可能已在4000~8000K温度范围内停留了约2ms时间。这个时间和温度大约比在火焰原子化中所用的乙炔/氧化亚氮火焰大2~3倍。因此,原子化比较安全,并且减少了化学干扰的产生。

  电感耦合等离子体焰炬的特点如下:

  (1)工作温度高、同时工作气体为惰性气体,因此原子化条件良好,有利于难熔化合物的分解及元素的激发,对大多数元素有很高的灵敏性。

  (2)趋肤效应的存在,稳定性高,自吸现象小,测定的现性范围宽。

  (3)电子密度高,碱金属的电离引起的干扰小

  (4)无极放电,不存在电极污染

  (5)载气流速低,利于试样在中央通道中充分激发,而且耗样量少。

  (6)采用惰性气体作工作气体,因而光谱背景干扰少。

  2、样品引入系统

  气溶胶进样系统是目前最常用的方法。样品引入系统由两个主要部分组成:样品提升部分和雾化部分。样品提升部分一般为蠕动泵,也可使用自提升雾化器。要求蠕动泵转速稳定,泵管弹性良好,使样品溶液匀速地泵入,废液顺畅地排出。

  雾化部分包括雾化器和雾化室。样品以泵入方式或自提升方式进入雾化器后,在载气作用下形成小雾滴并进入雾化室,大雾滴碰到雾化室壁后被排除,只有小雾滴可进入等离子体源。

  要求雾化器雾化效率高,雾化稳定性高,记忆效应小,耐腐蚀;雾化室应保持稳定的低温环境,并需经常清洗。

  最常用的雾化器有气动雾化器和超生雾化器。另外,特别是对于固态样品采用电热蒸发。

  3、光学(分光)系统

  电感耦合等离子体原子发射光谱的单色器通常采用光栅或棱镜与光栅的组合。目前较常使用的是中阶梯光栅。中阶梯光栅常数为微米级。刻线密度10~80线/mm;闪烁角60°左右;入射角大于45°;常用谱级20~200级。

  4、检测系统

  电感耦合等离子体原子发射光谱的检测系统是光电转换器——光电倍增管和固态成像系统,利用光电效应将不同波长光的辐射能转化成电信号。电荷耦合器件CCD(charge-coupled device)、电荷注入器件CID(ChargeInjection Device)是一种新型固体多道光学检测器件,它是在大规模硅集成电路工艺基础上研制而成的模拟集成电路芯片。由于其输入面空域上逐点紧密排布着对光信号敏感的像元,因此它对光信号的积分与感光板的情形颇相似。具有多谱线同时检测能力,检测速度快,动态线性范围宽,灵敏度高的特点。目前这类检测器已经在光谱分析的许多领域获得了应用。

  五、ICP原子发射光谱法分析的实验技术

  ICP发射光谱中,影响分析特性的因素很多。与分析性能相关的几个主要分析参数是高频功率、工作气体流量以及观测高度。

  ICP-AES法的主要工作参数:

  l.入射功率( l.l-l.25kW)

  2.观察高度(10一15mm ,5500一 8000K)

  3.载气流量

   ①等离子气流量: 15—20L/min

   ②雾化气流量: 0.9—1.1L/min

   ③辅助气流量: 0.5—0.7L/min

  干扰及其消除或抑制方法

  ICP原子发射光谱法测定中通常存在的干扰有光谱干扰,主要包括连续背景和谱线重叠干扰,以及非光谱干扰,包括化学干扰、电离干扰、物理干扰等。

  干扰的消除可以采用空白校正、稀释校正、内标校正、背景扣除校正、标准加入等方法。

  样品制备

  样品所采用的试剂一般为纯度不低于优级纯的酸类,如硝酸、盐酸、高氯酸、过氧化氢、氢氟酸、硫酸、王水等。一般首选酸为硝酸,因为硝酸引起的干扰最小。试剂用水为去离子水(电导率<0.056μS/cm)。

  固体样品需要采用合适的方法进行消解。常用的消解方法有湿法消解、干法消解、微波消解等。

  液体样品则根据试剂具体情况考虑采取直接测试还是消解后测样。

  六、光谱分析

  1 光谱定性分析

  定性分析是只在试样光谱中检出某元素的一根或几根不受干扰的灵敏线。

  所谓灵敏线,是指一些激发电位低,跃迁概率大的谱线,一般来说灵敏线多是一些共振线。最后线是指当样品中某元素的含量逐渐减少时,最后仍能观察到的几条谱线。它也是该元素的最灵敏线。

  2、光谱半定量分析

  光谱半定量分析可以给出试样中某元素的大致含量。在做钢材、合金、矿产品位的大致估计,特别是分析大批样品时用到。

  光谱半定量分析常采用摄谱法中比较黑度法,这个方法须配制一个基体与试样组成近似的被测元素的标准系列。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试样与标准系列中被测元素分析线的黑度。黑度若相同,则可做出试样中被测元素的含量与标准样品中某一个被测元素含量近似相等的判断。

  3、光谱定量分析

  光谱定量分析主要是根据谱线强度与被测元素浓度的关系来进行的。光谱定量方法有标准曲线法、标准加入法等。方法同原子吸收光谱法中所述。

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(来源: 分析测试百科网 )

标签:原子吸收光谱仪应用,原子吸收光谱仪基本原理,原子吸收光谱法

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