电感耦合等离子体发射光谱仪培训课件(共95张).ppt

1、电感耦合等离子体发射光谱仪电感耦合等离子体发射光谱仪Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission SpectrometryICP-AES 世界领先科技世界领先科技 ICPICP用户培训提要用户培训提要一、一、ICPICP发射光谱概述及分析原理发射光谱概述及分析原理二、仪器二、仪器三、三、ICPICP的分析参数的分析参数四、应用中的一些问题四、应用中的一些问题 一、一、ICP发射光谱概述及分析原理发射光谱概述及分析原理 ICPICP放射光譜放射光譜仪和仪和AAAA等等比較比較+-氢原子的玻尔模型氢原子的玻尔模型（基态）（基态）+激发激发n电子返回低能级电子

2、返回低能级n发出特定波长的光发出特定波长的光 D DE=k/l l k=12400=12400光光+发射发射激发发射能量 离子激发态 离子基态abcda,b激发c 电离d 离子激发efghe 离子发射f,g,h 元子发射 激发态 l 4l 3l 2l 1 能级图能级图n多种能量传输n发射光取决于能级间能量差返回基态发出光+激发态DE=hn=hc/l h=Plancks 常数,n=频率,c=光速,l=波长 原子光谱的产生原子光谱的产生强度强度C浓度浓度0ICI0I 定量分析定量分析 某个波长的强度和该元素的浓度成正比某个波长的强度和该元素的浓度成正比原子发射光谱仪原子发射光谱仪火花火花交流电弧交

3、流电弧电感耦合等离子体（电感耦合等离子体（ICP）火焰火焰直流电弧直流电弧火焰火焰 温度：温度：20003000K，稳定性：很好稳定性：很好温度：温度：40007000K，稳定性：较好稳定性：较好温度：温度：40007000K，稳定性：差稳定性：差温度：温度：60008000K稳定性：很好稳定性：很好温度：温度：10000K，稳定性：好稳定性：好电感耦合等离子体电感耦合等离子体 ICP 温度高达温度高达70007000度度工作气体氩气工作气体氩气溶液进样溶液进样检出限低检出限低稳定性好稳定性好线性范围宽线性范围宽 ICP-AES多元素多元素测定测定 ICP辅助气辅助气冷却气冷却气等离子体等离子

4、体RF线圈线圈雾化气雾化气+样品气溶胶样品气溶胶 环型电流环型电流点火过程点火过程 ICP各区域的温度各区域的温度 ICP各区域的分布各区域的分布 二、仪器二、仪器1.1.ICPICP光源光源 RFRF发生器发生器 ICP ICP矩及进样系矩及进样系 独特的双观测结构独特的双观测结构 2.2.光谱仪和检测器光谱仪和检测器 OPTIMA 4000 OPTIMA 2000电感耦合等离子体发射光谱仪系统电感耦合等离子体发射光谱仪系统光谱仪系统光谱仪系统检测器检测器光学传递光学传递等离子炬管等离子炬管等离子炬等离子炬蠕动泵蠕动泵雾化室雾化室氩气氩气样品样品高频发生器高频发生器数据系统数据系统微处理器微

5、处理器和电子控制系统和电子控制系统废液口废液口雾化器雾化器样品喷射管样品喷射管ICP光源光源主要部件主要部件RFRF发生器发生器 27.12 27.12MHz-40.68MHz MHz-40.68MHz 大功大功率管率管-固态电路固态电路 体积体积 15 15 X 15 X 10 cmX 15 X 10 cm3 3 ICPICP炬炬 可拆卸可拆卸 双向观测双向观测进样系统进样系统 正交雾化器正交雾化器 耐腐蚀雾室耐腐蚀雾室 质量质量流量计流量计 0.01 0.01升升/分分 恒温系统方便的维修和诊断系统对OPTIMA4000和OPTIMA2000所有部件全部通用小巧和低成本的射频系统快速雾化气

6、系统 固态射频发生器 可拆卸矩管系统Optima 4300DV增加可靠性降低成本减小体积及重量Optima 4300 DV桌面型193 kgOptima 3300DV落地型454 kg 固态固态 RF 发生器的特点发生器的特点可靠性和稳定性更好可靠性和稳定性更好无需使用大功率管无需使用大功率管热平衡时间短热平衡时间短无需进行无需进行 RF 功率校正功率校正更高的能量传输效率可达更高的能量传输效率可达77%77%而大功率管只有而大功率管只有 50%50%小体系低功耗小体系低功耗ICP 观测方式观测方式PHZ (予热区)IRZ (开始发射区)NAZ (正常观测区)ICP各区域的分布（轴向）各区域的

7、分布（轴向）尾焰正常观测区切割气予热区开始发射区ConcentrationEmission IntensityCalibration With Tail PlumeRemovedn 尾焰 形成分子氧化物 自吸Emission IntensityConcentrationSelf AbsorptionCalibration ViewedThrough Tail Plume加长矩管抽尾焰加长矩管抽尾焰加长矩管去尾焰（红色部分）加长矩管去尾焰（红色部分）镍锥切割尾焰镍锥切割尾焰 镍镍锥去尾焰（红色部分）锥去尾焰（红色部分）轴向轴向径向径向切割气切割气OPTIMA5000DV 2100DV双向观测双向

8、观测Optima 空气切割去尾焰（红色部分）空气切割去尾焰（红色部分）其它公司其它公司ICP进样系统进样系统其它公司其它公司ICP进样系统进样系统 OPTIMA 3300XL 进样系统进样系统OPTIMA 5300V 进样系统进样系统Optima 5000DV 2100DV快速拆卸的进样系统快速拆卸的进样系统可快速拆卸的可快速拆卸的Ryton材料耐腐蚀进样系统材料耐腐蚀进样系统Ryton Ryton 材料的雾化室材料的雾化室确保极低的记忆效应确保极低的记忆效应快速冲洗快速冲洗极低的记忆效应极低的记忆效应信号在信号在3030秒之内降秒之内降低低3 3个量级个量级不同进样系统不同进样系统 ICP矩

9、的位置矩的位置 ICP典型的参数典型的参数ParametersScott+Cross-FlowUnbaffledCyclonic+Concentric(Type C1)Cyclonic+Low FlowGemConeRF Power1300 watts1500 watts1500 wattsNebulizerFlow0.85 L/min0.85 L/min0.6 L/minAuxiliaryFlow0.2 L/min0.2 L/min0.2 L/minPlasma Flow15 L/min15 L/min15 L/minSample FlowRate1.5 L/min1.0 L/min2-2.

10、2 L/minEquilibriumTime15 sec15 sec15 secTorchPosition-3-2-1 稳定和不稳定的稳定和不稳定的ICP 不同等离子条件的火矩形状不同等离子条件的火矩形状 位置 0 时正常的ICP 位置-3mm时正常的ICP 有空气漏入 辅助气太高,漏气或雾室温度太高 不同等离子条件的火矩形状不同等离子条件的火矩形状 冷却气漏气使ICP变细 漏气或雾室温度太高无辅助气 喷射管太前ICP-AES 的发展的发展照相法照相法ICPICP多道直读光谱仪多道直读光谱仪 PMTPMTICPICP单道直读光谱仪单道直读光谱仪 PMTPMTICPICP全谱直读光谱仪全谱直读光

11、谱仪 CCDCCD传统单道多道光谱仪简图传统单道多道光谱仪简图全谱直读光谱仪简图全谱直读光谱仪简图OPTIMA 4000DV光光 学学 系系 统统 设设 计计 思思 想想紫外区紫外区：ICP主要谱线集中在紫外区主要谱线集中在紫外区 除碱金属锶及轻稀土元素外所有元素灵敏线均在除碱金属锶及轻稀土元素外所有元素灵敏线均在400400nmnm以内以内灵敏度灵敏度：光通量光通量 大面积光学元件紫外区用光栅代替棱镜大面积光学元件紫外区用光栅代替棱镜 透射率透射率 紫外区用光栅代替棱镜紫外区用光栅代替棱镜分辨率分辨率：色散率色散率 光栅刻线光栅刻线 焦距焦距 狭缝宽度狭缝宽度 二档狭缝二档狭缝 相元宽度相元

12、宽度12.512.5u u 像差像差 抛物面准直镜抛物面准直镜SchmidtSchmidt光栅消除聚光镜光栅消除聚光镜 球面球面像像差差EchelleFieldFlattenerUV CameraSphereComputer-controlledMirrorICPTorchEntranceSlitFoldFlatSchmidtCrossDisperserParabolaVisiblePrismTelephoto LensOutputCCD SubarrayOptima 4300 DV 精湛的光学系统精湛的光学系统光学系统优异的性能光学系统优异的性能与分辨率成正比的光学参数与分辨率成正比的光学参

13、数 光栅宽度：光栅宽度：160160mmmm中阶梯光栅刻线密度：中阶梯光栅刻线密度：79 79 条条/mmmm闪耀角：闪耀角：63.463.4焦距：焦距：0.5 0.5m m消消像像差：差：抛物面准直镜抛物面准直镜 SchmidtSchmidt光栅光栅 与灵敏度成正比的光学参数与灵敏度成正比的光学参数光栅面积光栅面积 ：8080160160mm mm 保障了大光通量保障了大光通量大光圈：大光圈：f/f/6.7 6.7 能量大能量大OPTIMA4000和其他和其他光谱仪光谱仪 光通量的比较光通量的比较D/F=1/f1/f=6.7 F=504mm D=75mm S=4400mm21/f=8.5 F

14、=381mm D=45mm S=1600mm2 S 准直镜面积准直镜面积面向实际分析的检测器面向实际分析的检测器SCD235个子陈列个子陈列5000多条谱线多条谱线包含包含ICP分析所需全派分析所需全派部谱线避免无用的大量存储空间部谱线避免无用的大量存储空间每个陈列编上地址码每个陈列编上地址码迅速读数个迅速读数个CCD顺序读出节顺序读出节省时间省时间每个每个陈列包括一套照相快门和信号处理放大系统每个每个陈列包括一套照相快门和信号处理放大系统自动接谱线强弱选定积分时间（低至自动接谱线强弱选定积分时间（低至1毫秒）避免毫秒）避免信号饱和信号饱和每个陈列到四周设有屏蔽每个陈列到四周设有屏蔽超饱和也不

15、会溢出到其超饱和也不会溢出到其它陈列它陈列MD March 199756SCDMD March 199757波长和级次 高低 级次 波长高低低高13012011010090807060Pb 220.353Cu 221.458SCD示意图示意图(二维光谱二维光谱)SCD 子阵列原理图子阵列原理图屏蔽线输出电路接口时钟线控制线地址线光电寄存器存储寄存器输出寄存器SCD 检测器的特点检测器的特点检测噪声低检测噪声低量子效率高尤其在紫外区量子效率高尤其在紫外区避免溢出效应避免溢出效应检测速度快检测速度快OPTIMA 2000DV双单色仪光学设计双单色仪光学设计Optima 2000 双阵列双阵列背投式

16、背投式 固态检测器固态检测器DBI-CCD 检测器原理图检测器原理图3 mmlCCD array2 mmCCD array3.5 mmRegister for thereference measurementRegister for theanalytical measurementOutputOutput参比谱线分析谱线 双阵列背投式固态检测器双阵列背投式固态检测器光从背面照射光仅通过9微米的薄层光能量最小吸收 实时动态波长校正原理图实时动态波长校正原理图D e te c to rEc he l l e g ra ti ngSi ng l e o r d e r a na l yti c a

17、 l sp e c tr umUnso r te d ne o n sp e c trumO p ti c a l fi b e rI nte r m e d i a te sl i tPri sm sp e c trumPri sm三、三、ICP的主要分析性能和参数的主要分析性能和参数 1 1检出限检出限 2 2稳定性稳定性 3 3准确度准确度 4.4.ICPICP主要工作参数主要工作参数 检出限检出限 DL=K x C/I-I0 x RSD0%=K x C/I-I0 x RSD0%=K x BEC x RSD0%=0.01 K BEC (RSD0%=1%)K=3C0ICI0BEC 背景等效

18、浓度背景等效浓度BECC/BEC=I-I0/I0 BEC=C/I-I0/I0 I0I 稳定性稳定性 短期短期 RSD 0.5%RSD 0.5%长期长期 RSD 1.5%RSD 1.5%准确度准确度样品处理样品处理消除干扰消除干扰消除基体效应消除基体效应 ICP ICP主要工作参数主要工作参数雾化气流量雾化气流量积分时间积分时间狭缝宽度狭缝宽度（象元数）象元数）ICPICP工作参数与分析性能的关系见下表工作参数与分析性能的关系见下表积分时间和检出限的关系积分时间和检出限的关系四、应用中的一些问题四、应用中的一些问题1.1.样品前处理样品前处理2.2.分析方法中的干扰校正分析方法中的干扰校正 物理

19、干扰物理干扰 粘度粘度 表面张力表面张力 酸度酸度 溶液浓度等溶液浓度等 光谱干扰光谱干扰 背景校正背景校正 直接干涉校正直接干涉校正 IEC 多谱拟合多谱拟合 MSF3.3.基体效应的消除基体效应的消除 样品前处理样品前处理 取样量和稀释倍数(溶液中离子总浓度)尽量避免碱溶 影响样品提升和雾化 粘度 酸度 表面张力 溶液浓度物理干扰物理干扰光谱干扰光谱干扰 检测器上得到分析谱线外的光得到不准确结果检测器上得到分析谱线外的光得到不准确结果 可不校正背景可不校正背景 简单背景校正简单背景校正 简单背景校正简单背景校正 简单背景校正简单背景校正 倾斜的背景校正倾斜的背景校正 倾斜的背景校正倾斜的背

20、景校正 倾斜的背景校正倾斜的背景校正完全重叠干扰（完全重叠干扰（IEC）完全重叠干扰完全重叠干扰 0.001000.002000.003000.004000.005000.006000.000.310.320.330.340.350.360.3Wavelength(picometers)Emission Intensity/Second部分重叠干扰（部分重叠干扰（MSF）部分重叠干扰部分重叠干扰 部分重叠干扰部分重叠干扰MSF:Multi-Component Spectral Fitting 多谱拟合多谱拟合 Emission spectrum=sum of n contributions=+=Analyte纯分析元素纯分析元素Blank空白空白Matrix纯基体纯基体Measured Spectrum实际测定的光谱图实际测定的光谱图 3.3.基体效应的消除基体效应的消除基体匹配基体匹配校正校正内标内标