电感耦合等离子体原子发射光谱分析-1

电感耦合等离子体 原子发射光谱分析

2013-5-13

感耦等离子体原子发射光谱分析

第一节 概

述

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感耦等离子体原子发射光谱分析

电感耦合等离子体原子发射光谱，英文名称： Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectra,简称ICP-AES。或：Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectra,简 称ICP-OES。顾名思义，ICP-AES是等离子体光 源(ICP)与原子发射光谱(AES)的联用技术，就是 利用等离子体形成的高温使待测元素产生原子发 射光谱，通过对光谱强度的检测，可以确定待测 试样中是否有含有所测元素(定性),其含量是多 少(定量)。因此，ICP-AES仍是原子发射光谱范 畴，它与原子吸收光谱同祖同宗。2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 3

1860 年 ， 克 希 霍 夫 (G. Kirchoff) 和 本 生 (R. Bunsen)用钠光灯照射含有食盐的火焰，发现这 些火焰中的钠原子具有原子吸收现象时，首先就 已经知道钠光灯中钠原子具有原子发射现象。此 后若干年内，利用原子发射光谱分析技术在发现 新元素以及填充门捷列夫元素周期表上作出了巨 大贡献。例如，1861年在硒渣中发现了铊(Tl), 1863年在不纯的硫化锌中发现了铟(In),1875年 从闪锌矿中中发现了镓(Ga),1879~1907年先后 发现了稀土元素钬(Ho)、钐(Sm)、铥(Tm)、镨 (Pr)、钕(Nd)、镥(Lu)。有些稀有气体的发现也 有原子发射光谱的功劳。2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 4

进入20世纪后，随着工业的发展，人们迫切 需要一种能够快速给出试样成分的分析技术 。 1925年Gerlach提出了定量分析的内标原理， 1930~1931年罗马金(Lomakin)和塞伯(Scherbe) 分别提出定量分析的经验公式，确定了谱线的发 射强度与浓度之间的关系。二战期间，军工企业 的迅速发展，使得光栅刻制技术日趋完善，前苏 联光谱学家解释了罗马金-塞伯公式的物理意义， 使光谱分析技术更加完善。这一时期最早采用的 激发光源是火焰，后发展为直流电弧、交流电弧 和电火花。但是这些经典发射源都有基体干扰严 重、灵敏度不高等缺点，限制了原子发射光谱的 应用。2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 5

1955年澳大利亚物理学家沃尔什(A. Walsh)提 出了原子吸收分光光度新的测试方法之后，原子 吸收光谱法得到了迅速发展，很多光谱分析化学 家纷纷改行搞原子吸收光谱方法研究，给原子发 射光谱分析带来了严重的冲击。于是人们千方百 计地寻求一种新型激发光源来代替传统电弧光源 和 火花光 源 。1971年 美 国 分析 化学家法赛尔 (Fassel)在第19届国际光谱大会上做了长达74页 的专题报告，系统总结了各种等离子体光源的发 展和技术现状，标志着原子发

射光谱进入等离子 体时代。正是有这样一批化学工作者的坚持不懈， 出现了等离子体原子发射光谱分析这个光谱分析 的新兴领域。2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 6

ICP-AES发展的初期几个主要阶段年 代 作者或厂商 技术内容 成果或产品

1942年 前苏联物理学家巴巴特

在大气中用无极放电产生等离子体 未能获得实用的稳 炬，但几秒种就使石英炬管烧熔 定的等离子火焰

1961~ 1962年

里德(Reed)

设计制造了通入切向气流获得稳定 获得实用的稳定的 的等离子火焰的石英炬管，并提出 等离子火焰 可作为发射光谱分析光源开展了等离子体光源 用于光谱分析的研究

1962年 1964~ 1965年 1966年 1969年2013-5-13

美国法塞尔 (V.A.Fassel)和英国格 林菲尔德 (S.Greenfield)法塞尔 和林菲尔德 温特(R.H.Wendt)和法 塞尔 法塞尔和迪金森 (G.W.Sickinson)

组装了等离子体装 置，对检出限、光 发表了等离子体光源分析技术的 谱特性及干扰特性 进行了研究 第一批报告 把ICP用于原子吸收光谱分析 作为原子化器 发表了高灵敏度等离子体光源 使用超声雾化器和 分析技术报告(检出限达到或超过 低载气流中心通道 进样技术 火焰原子吸收分析技术水平)7

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ICP-AES进入商业应用的几个主要进展年代 作者或厂商 技术内容 成果或产品系统研究了 提出多元素 1kw 50MHz 1974~ 同时测定的 法塞尔和博蔓斯 等离子体光源 1975 等离子体光 (P.W.J.M.Boumans) 的性能，为商 年 谱分析折中 品仪器的生产 条件的报告 准备了条件 鲍希隆公司应用研究 相继把第一 1975 所(Baush & Lomb 开辟了ICP代商品等离 AES推广应用 年前 ARL)和费希尔(Fisher) 子体光谱仪 后 科学公司的佳尔阿许 的新阶段 投放市场 (Jarrell-Ash)分部2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 8

作者或厂商 非络伊德 (M.Floyed) 蒙塔塞 1976年 (A.Montaser)和法 塞尔 1979 霍克(R.Hock) 1980年 和法塞尔 1980 帕森(M.Parson) 1981年 德默斯(D.R. 1981年 Demers)和阿莱曼 (C.D.Allemand)

年代

技术内容 研制成功程序扫描等离子体 光谱仪用等离子体光源作为 原子荧光光谱仪的原子化器

用等离子体作为质谱分析的 离子源 编制等离子体谱线表和干扰 线表 和贝尔德(Baird)公司共同研 制成多元素等离子体原子荧 光分析光谱仪的商品仪器 低功率氮冷等离子体光源商 1982年 日本 岛津制作所 品仪器 1982年 佳尔阿许公司 n+m型等离子体光谱仪2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 9

我国等离子体光谱分析技术研究几乎与世界同时 起步。1974年，北京化学试剂研究所的许国勤等 人，用一台2.5kw的高频加热设备改装成ICP发生 器，获得了很好的检出限

。1977年吉林省铁岭市 电子仪器厂生产了我国第一台自激式等离子体发生 器(功率6kw,频率2MHz)的ICP装置商品仪器并获 得鉴定通过。后来，上海纸品厂、北京地质局实验 室和北京广播器材厂等单位生产的低功率发生器相 继投放市场。1985年北京第二光学仪器厂生产的 7502型ICP光量计通过鉴定。目前我国已有多家厂 商在生产ICP-AES。与国际先进水平相比国产ICPAES还有较大差距，主要是高频发生器的稳定性还 有待提高。2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 10

随着等离子体技术的发展，等离子体与其它 分析技术的联用也越来越普遍： ◆LC-ICP-AES 高效液相色谱与等离子体原子发 射光谱联用，将ICP作为高效液相色 谱的检测设备。 ◆GC-ICP-AES 即将气相色谱与等离子体原子发 射光谱。 ◆ICP-MS 即将等离子体与质谱联用。将ICP作 为质谱的离子源，将受光部分改为质 谱仪，不仅能进行高灵敏度的元素分 析，还能进行元素的状态分析。2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 11

◆ICP-AFS 即将原子荧光与等离子体原子发射光 谱联用。现在美国的Baird公司生产这 种设备。 ◆LC-ICP-MS 利用LC将样品溶液的组分进行分 离，再利用ICP-MS进行测试。现在美 国的Thermo fisher公司生产这种设备。 目前，联用技术应用较广的是ICP-MS。该设 备的最大特点是检出限非常低，一般可达10-14g/L, 比一般ICP-AES低1000倍，高分辨ICP-MS的检 出限更低。2013-5-13 感耦等离子体原子发射光谱分析 12

第二节 发射光谱的产生

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2.1光源要产生光谱，就必须能提供足够的能量使试样 蒸发、原子化、激发，产生光谱。 目前常用的光源有高温火焰、直流电弧(DC arc)、交流电弧(AC arc)、电火花(electric spark) 以及电感耦合高频等离子体(ICP)。 2.1.1 直流电弧 直流电弧的最大优点是电极头 温度相对比较 …… 此处隐藏：3003字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……