1、ICPOES基础理论ppt课件一、一、ICP发射光谱概述及分析原理发射光谱概述及分析原理此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。34JS）。原子可能存在的定态只能取一些不连续的状态，即电子只能沿着特定的轨道绕核旋转。在这些轨道上，电子的轨道运动角动量P必须等于h/2的正整数倍。即:P=nh/2（n=1，2，3）此式称为Bohr量子化规则，n称为主量子数据。+n电子返回低能级电子返回低能级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+n多种能量传输n发射光取决于能级间能量差返
2、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 原子发射 激发态 l 4l 3l 2l 1强度强度C浓度浓度0ICI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火花火花交流电弧交流电弧电感耦合等离子体（电感耦合等离子体（ICP）微波诱导等离子体
3、（微波诱导等离子体（MIP）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：好，稳定性：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：很好直流电弧直流电弧激光激光温度：温度：10000K，稳定性：好，稳定性：好温度：温度：10000K稳定性：很好稳定性：很好辅助气辅助气冷却气冷却气等离子体等离子体RF线圈线圈雾化气雾化气+样品气溶胶样品气溶胶 环型电流环型电流时，气体部分电离，称为低温等离子体。S=1/(f)1/2 (S:趋肤层深度 f:高频电源频率)通道效应：由于切线气流所形
4、成的旋涡使轴心部分的气体压力较外周略低，因此携带样品气溶胶的载气可以极容易地从圆锥形的ICP底部钻出一条通道穿过整个ICP。通道的宽度约2mm，长约5cm。样品的雾滴在这个约7000K的高温环境中很快蒸发、离解、原子化、电离并激发。即通道可使这四个过程同时完成。由于样品在通过通道的时间可达几个毫秒，因此被分析物质的原子可反复地受激发，故ICP光源的激发效率较高。点火过程点火过程并被原子化和激发产生发射光谱。ICP各区域的分布单道单道+多通道多通道多通道多通道全谱直读全谱直读摄谱仪摄谱仪平面光栅平面光栅+相板相板（1970）全谱，但不能直读全谱，但不能直读凹面光栅凹面光栅+光电倍增管光电倍增管直
5、读，但不能同时测量背景，不是全谱直读，但不能同时测量背景，不是全谱平面光栅平面光栅+光电倍增管光电倍增管直读，但不能同时测量背景，不是全谱直读，但不能同时测量背景，不是全谱中阶梯光栅中阶梯光栅+固体检测器固体检测器单道扫描单道扫描后全谱直读时代后全谱直读时代全谱直读全谱直读开机即用开机即用中阶梯光栅中阶梯光栅检测器检测器用光电倍增管来接收和记用光电倍增管来接收和记录谱线的方法称为光电直录谱线的方法称为光电直读法。光电倍增管既是光读法。光电倍增管既是光电转换元件，又是电流放电转换元件，又是电流放大元件大元件 光电倍增管由光阴极、倍光电倍增管由光阴极、倍增及阳极构成。增及阳极构成。光阴极材料依据分
6、光系统光阴极材料依据分光系统波段范围来选择：如紫外波段范围来选择：如紫外光区选用光区选用Cs-SbCs-Sb阴极和石阴极和石英窗的管子；可见光区用英窗的管子；可见光区用Ag-Bi-O-CsAg-Bi-O-Cs阴极的管子；阴极的管子；近红外区则用近红外区则用Ag-O-CsAg-O-Cs阴阴极的管子极的管子 电荷耦合器件的基本单元是电荷耦合器件的基本单元是MOS电容器，即通称的金属电容器，即通称的金属-氧化物氧化物-半导体电容器。半导体电容器。在半导体硅在半导体硅(P型硅或型硅或N型硅型硅)衬座上，热氧化形成一层衬座上，热氧化形成一层SiO2薄膜，再在上面喷涂一层金薄膜，再在上面喷涂一层金属属(或
7、多晶硅或多晶硅)作为电极，称为栅极或控制极。当栅极加上电压时，在电极下就形成势作为电极，称为栅极或控制极。当栅极加上电压时，在电极下就形成势阱，又称耗尽层。当光线照射阱，又称耗尽层。当光线照射MOS电容时，在半导体电容时，在半导体Si片内产生光生电荷和光生电片内产生光生电荷和光生电子，电荷被收集于栅极下面的势阱中，光生电荷与光强成比例，可以用作光电转换子，电荷被收集于栅极下面的势阱中，光生电荷与光强成比例，可以用作光电转换器件。器件。CCD防电荷溢出方法，一种是在溢出电荷的势阱旁邻电极加偏压，使溢出的电防电荷溢出方法，一种是在溢出电荷的势阱旁邻电极加偏压，使溢出的电荷在那里被复合，即建立势垒吸
8、引溢出电荷。另一种是设置荷在那里被复合，即建立势垒吸引溢出电荷。另一种是设置“排流渠排流渠”，把一组像，把一组像素用导电材料圈起来，当有电荷溢出时，通过导体将过剩电荷导出，以免溢入邻近素用导电材料圈起来，当有电荷溢出时，通过导体将过剩电荷导出，以免溢入邻近像素。像素。CIDCID与与CCDCCD类似，也是由金属类似，也是由金属-氧化氧化物物-半导体构成的电荷转移器件。与半导体构成的电荷转移器件。与CCDCCD不同，不同，CIDCID的衬底只用的衬底只用N N型硅，电极型硅，电极势阱下收集的电荷是少数载流子空穴势阱下收集的电荷是少数载流子空穴。在。在N N型硅的衬底上氧化成一层型硅的衬底上氧化成
9、一层SiO2SiO2薄薄膜，薄膜上装有两个电极。当有光照膜，薄膜上装有两个电极。当有光照射时，硅片中产生电子空穴对。当控射时，硅片中产生电子空穴对。当控制电极被施加负电压时，空穴被收集制电极被施加负电压时，空穴被收集在电极下的势阱中，电荷的量与光强在电极下的势阱中，电荷的量与光强成正比，电荷可以的两个电极之间转成正比，电荷可以的两个电极之间转移并读出。当许多单个的移并读出。当许多单个的CCDCCD构成面阵构成面阵时，就构成二维的电荷注入阵列检测时，就构成二维的电荷注入阵列检测器。器。由于由于CCDCCD与与CIDCID结构的不同，结构的不同，CCDCCD可以背可以背投，而投，而CIDCID不能
10、，且表面要涂不能，且表面要涂荧光剂，将紫外光转化成荧光剂，将紫外光转化成可见光。可见光。=K x BEC x RSD0%=0.01 K BEC (RSD0%=1%)K=3C0ICBECI0I积分时间和检出限的关系积分时间和检出限的关系种类及温度等因素相关。种类及温度等因素相关。酸粘度以下列的次序递增：酸粘度以下列的次序递增：HClHNO3HClO4H3PO4H2SO4 影响样品提升和雾化 粘度 酸度 表面张力 溶液浓度减轻至最小强度。因此，最常用的减轻至最小强度。因此，最常用的方法是选择另外一条干扰少方法是选择另外一条干扰少的谱线作为分析线，或应用干扰因的谱线作为分析线，或应用干扰因子校正法子
11、校正法(IEC)或或多谱拟合多谱拟合 (MSF)以予校正。以予校正。化学干扰：化学干扰：ICP光谱分析中的化学干扰，比起火光谱分析中的化学干扰，比起火焰原子吸收光谱或火焰原焰原子吸收光谱或火焰原子发射光谱分析要轻微得多，因此子发射光谱分析要轻微得多，因此化学干扰在化学干扰在ICP发射光谱分析发射光谱分析中可以忽略不计。中可以忽略不计。决这种易电离干扰。此外，决这种易电离干扰。此外，保持待测的样品溶液与分析标准溶液具有保持待测的样品溶液与分析标准溶液具有大致相同的组成也是十分必要。大致相同的组成也是十分必要。3.基体效应干扰基体效应干扰基体效应来源等离子体，对于任何分析线来基体效应来源等离子体，
12、对于任何分析线来说，这种效应与谱线激发电位有关，但由于说，这种效应与谱线激发电位有关，但由于ICP具具有良好的检出能力，分析溶液可以适当稀释，使总有良好的检出能力，分析溶液可以适当稀释，使总盐量保持在盐量保持在1mg/ml左右，在此稀溶液中基体干扰左右，在此稀溶液中基体干扰往往是无足轻重的。当基体物质的浓度达到几往往是无足轻重的。当基体物质的浓度达到几mg/ml时，则不能对基体效应完全置之不顾。相对时，则不能对基体效应完全置之不顾。相对而言，水平观察而言，水平观察ICP光源的基体效应要稍严重些。光源的基体效应要稍严重些。采用基体匹配、分离技术或标准加入法可消除或抑采用基体匹配、分离技术或标准加入法可消除或抑制基体效应。制基体效应。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完全重叠干扰（完全重叠干扰（IEC）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
