等离子体发射光谱法ICPAES

电感耦合等离子体发射光谱法(ICP/AES)在环境水样金属分析中的应用主要内容一、我们的主要任务及困难二、等离子体发射光谱法(ICP/AES)三、ICP/AES仪器的日常维护四、ICP/AES的发展方向：仪器联用五、水中金属元素分析方法建议1)环保监测中常用评价标准及需监测金属一、我们的主要任务饮用水源水其它地表水地下水海水污染源……1)环保监测中常用标准及需监测金属标准号标准名称需监测金属元素GB3838–2002地表水环境质量标准22种+硼(B)GB/T14848-93地下水质量标准16种GB3097-1997海水水质标准10种GB5084-92农田灌溉水质标准8种GB11607-89渔业水质标准8种DB4426-2001水污染物排放限值12种/类GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准14种/类GB16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准18种汇总23种/类+硼(B)①样品种类多注：不同类型的样品需用不同的样品前处理方法，需投入大量人力物力②项目多：多达23种/类金属和硼(B)注：无“万能”的分析方法及仪器，需投入大量人力物力基层监测站的困难④专业技术人员数量不足：注：基层单位人员复杂，起作用的技术人才数量跟不上任务需要，复杂基体样品分析还存在一定困难。③仪器运行/维修费用昂贵基层监测站的困难2)对应的金属检测方法分光光度法原子吸收法原子荧光法电化学法电感耦合等离子体发射光谱法(ICP/AES)ICP/MS法……国家标准方法可测、需监测金属元素数量不可测元素/化合物分光光度法15种镍(Ni)、钡(Ba)、锑(Sb)、钒(V)、钼(Mo)、铊(Tl)、四乙基铅、甲基汞、硼(B)原子吸收法18种六价铬(Cr6+)、砷(As)、钛(Ti)、四乙基铅、甲基汞、硼(B)原子荧光法6种砷(As)、硒(Se)、汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、锑(Sb)18种电化学法6种(4~5种同时分析)18种2)对应的金属检测方法常规方法的优缺点方法线性范围优点缺点分光光度法2~3个数量级仪器简单、便宜、普及性强、稳定性好；方法针对性较强、容易开展一种方法往往只测一种元素；人力物力投入大原子吸收法*2~3个数量级方法针对性较强、石墨炉原子吸收方法的灵敏度高仪器较贵、相对复杂、稳定性相对较差；一次分析往往只测一种元素原子荧光法1~2个数量级方法针对性强、灵敏度高仪器较贵、相对复杂、稳定性较差；只能同时测一至两种元素电化学法1~2个数量级仪器较简单；方法针对性强、灵敏度高、容易开展重现性较差、一次进样只能同时测少数几种元素*连续光源原子吸收法除外，其可同时分析多种元素常见需测、可测金属元素：18种+硼(B)铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)、铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)、硼(B)、铍(Be)、钡(Ba)、钴(Co)、钼(Mo)、钒(V)、铊(Tl)、银(Ag)、砷(As)、硒(Se)、锑(Sb)不可测、但需测的有：六价铬(Cr6+)、汞(Hg)、钛(Ti)、四乙基铅、甲基汞电感耦合等离子体发射光谱法(ICP/AES)二、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP/AES)被日本Horiba（堀场）收购160-800nm连续波长高光谱分辨率(0.005nm)HDD®高动态检测器等离子体利用高频感应电流产生的高频磁场将氩气加热、电离，产生高电子密度的含原子、离子和电子的粒子混合气体（即等离子体）。ICP/AES法：1)等离子体第一步：定量进样样品通过蠕动泵的带动进入雾化器和雾化室；泵管内径大小、蠕动泵的恒定转速及转动时间决定了样品的进样量。第二步：雾化样品经雾化器和雾化室的雾化作用变成气溶胶，气溶胶经载气的带动进入等离子体。2）ICP/AES法分析过程2）ICP/AES法分析过程废液桶旋流雾室具有灵敏度高、记忆效应低的优势，基本上代替了筒式结构的雾化室雾化后样品等离子体2）ICP/AES法分析过程第三步：激发样品中元素吸收等离子体的能量后，被原子化、电离、激发，元素从基态变成激发态。2）ICP/AES法分析过程样品导入系统示意图高频线圈等离子炬管样品溶液雾化室雾化器冷却气(Ar)等离子（辅助）气(Ar)雾化(载)气(Ar)2)ICP/AES法分析过程(第一步第三步)①冷却气起冷却作用，保护石英炬管免被高温融化②等离子(辅助)气“点燃”等离子体③雾化(载)气a.雾化样品形成样品气溶胶b.将样品气溶胶引入ICPc.对雾化器、雾化室、中心炬管起清洗作用所用气体及其作用2)ICP/AES法分析过程(第一步第三步)第四步：分光元素从激发态回复到基态时，会伴随着能力释放而产生发射光谱；利用光谱仪器将光源发射的光分解为按波长排列的光谱。2）ICP/AES法分析过程第五步：检测利用不同元素发射光谱中特征谱线的强度与元素浓度间的正比例关系进行定量分析。2）ICP/AES法分析过程检测器•目前市场上主流ICP/AES的检测器为固体检测器（第三代检测器,具有灵敏度高、体积小而利于集成等优点）CCD(电荷耦合器件)CID(电荷注入器件，热电公司专利)SCD(分段式电荷耦合器件)2）ICP/AES法分析过程•HDD(高动态检测器，JY公司专利)光电倍增管电压可自动调节，线性动态范围达10个数量级，既无信号饱和也不必预调电压，因而具有瞬时测定痕量及高浓度元素的能力。2）ICP/AES法分析过程特点(优点)①高温等离子体温度约为6000~7000℃，样品分子被解离，从而大大降低化学干扰。②分析速度快可同时分析多种元素，几秒即可分析一种元素(分析时间可调)。3)ICP/AES法的特点(优点)图片摘自：HoribaJYULTIMA2宣传手册③良好的仪器检出限大部分在亚g/L～g/L级，个别在亚mg/L～mg/L级3)ICP/AES法的特点(优点)④线性范围宽可达4~6个数量级⑤标准溶液配制简单一般无需其它辅助试剂3)ICP/AES法的特点(优点)缺点①并非万能个别元素还得依靠其它仪器及分离方法以获得更高的灵敏度②设备昂贵、运行及维修成本高4)ICP/AES法的缺点①光谱干扰：a.谱线重叠解决方法：选择合适的分析波长5)ICP/AES法常见干扰及解决方法摘自：《水和废水监测分析方法(第四版)》5)ICP/AES法常见干扰及解决方法b.其它光谱干扰解决方法：扣除背景干扰5)ICP/AES法常见干扰及解决方法②物理干扰a.复杂基体解决方法：适当稀释，尽量使标准溶液的基体与样品一致；使用标准加入法或内标法b.基线漂移解决方法：氩气流速应控制稳定；或用空白样品校正。5)ICP/AES法常见干扰及解决方法③记忆效应高浓度样品对后续样品的干扰解决方法：样品间、测试完毕后用稀HNO3和纯水清洗样品导入系统。5)ICP/AES法常见干扰及解决方法三、ICP/AES仪器的日常维护1）保持室内相对稳定的温度环境、干燥，可安装冷暖空调2）强力、畅通的排废气系统三、ICP/AES仪器的日常维护最初：向上排气方式，容易导致酸气回流；排气管路与其它实验室相通，排气力度不足。更改后：独立向下排气管路，排气管末端安置密封阀以防室外湿气倒灌三、ICP/AES仪器的日常维护3）持续有效、干净的冷却循环水系统注意：尽量使用蒸馏水或去离子水、经常更换冷却水、清理系统中残留颗粒物4）废液排放应畅通注意：及时清理过多废液，以免点火不成功三、ICP/AES仪器的日常维护5)检查并清洗样品导入系统三、ICP/AES仪器的日常维护样品导入系统常见问题：a.蠕动泵管路容易老化、堵塞b.雾化器堵塞解决方法：a.经常检查、清洗或更换泵管；b.处理好的样品应静置一段时间再上机分析，沉淀较多的样品应过滤后再上机分析；c.雾化室可用除氢氟酸外的酸浸泡，但勿用超声波清洗！三、ICP/AES仪器的日常维护6）经常清洗炬管及高频线圈注意：炬管、线圈可用无水乙醇擦拭炬管可用除氢氟酸外的酸浸泡，勿用超声波清洗！三、ICP/AES仪器的日常维护7）良好的仪器使用习惯：如(不同仪器具体操作可能有所不同)：①点火前后走一段时间纯水②样品间走适当的纯水或5%硝酸③熄火后用5%硝酸清洗样品导入系统5min及以上，接着用去离子水或纯水清洗10min及以上，最后排空样品管，放松蠕动泵管。④关机后，保持排废气系统继续运转10min左右。三、ICP/AES仪器的日常维护四、ICP/AES仪器的发展方向——仪器联用ICP/AES仪器可与一些衍生、净化及分离、检测器等系统联用，实现灵敏度、抗干扰能力等的提升。氢化物发生器离子色谱液相色谱气相色谱质谱……四、ICP/AES仪器的发展方向——仪器联用①可用于元素价/形态分析如：二价汞、甲基汞、乙基汞与苯基汞的同时分析•高效液相色谱电感耦合等离子体质谱联用测定环境水样中的二价汞、甲基汞、乙基汞与苯基汞.环境化学,2011,30(4):893-896.如：Cr3+、Cr6+的同时分析•离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定饮用水中的三价铬和六价铬.农业机械,2012,6:127-130.1）仪器联用的优势②提高灵敏度如：As、Se等的分析•氢化物发生电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定水和生物样品中砷、铋、锑和硒.分析化学,1996,24(3):360-363.1）仪器联用的优势③降低复杂基体对测定的影响如：海水等高盐样品中金属元素的分析•微柱固相萃取-电感耦合等离子体质谱联用技术用于测定高盐样品中痕量的铅.厦门大学学报(自然科学版),2001，40(5)：1062-1066.•高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱技术测定海水中锡化学形态.分析化学,2008，36(2)：235-237.1）仪器联用的优势①联用仪器往往价格昂贵、使用成本高②商品化的联用仪器缺乏推广使用③联用仪器间的接口技术在不同品牌仪器间的通用性欠缺2）仪器联用的缺点④净化及分离技术与ICP/AES仪器的联用会增加样品的分析时间⑤缺乏多种金属元素同时有效分离并可单独定量分析的技术2）仪器联用的缺点五、水中金属元素分析方法建议•主要参考文献：•仪器信息网()网友“zhangrl”的“ICP—AES分析技术.ppt”讲稿•HJYICP中文操作手册(简体修订版)•余兴.辉光放电光谱仪新进展.现代仪器，2008,(5):11-14,10.•戴亚明.以固态检测器为代表的第三代电感耦合等离子体发射光谱仪的进展评述.现代科学仪器，2010,(6):157-164.谢谢邮箱：[e-mail]手机：[phone]QQ：150654295