电感耦合等离子体实验讲义

实验三电感耦合等离子发射光谱定量分析一、实验目的1．初步掌握电感耦合等离子发射光谱仪的使用方法。2．学会用电感耦合等离子发射光谱法定性判断试样中所含未知元素的分析方法。3．学会用电感耦合等离子发射光谱法测定试样中元素含量的方法。二、实验原理原子发射光谱法是根据处于激发态的待测元素的原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。各种元素因其原子结构不同，而具有不同的光谱。因此，每一种元素的原子激发后，只能辐射出特定波长的光谱线，它代表了元素的特征，这是发射光谱定性分析的依据。电感耦合等离子发射光谱仪是以场致电离的方法形成大体积的ICP火焰，其温度可达10000K，试样溶液以气溶胶态进入ICP火焰中，待测元素原子或离子即与等离子体中的高能电子、离子发生碰撞吸收能量处于激发态，激发态的原子或离子返回基态时发射出相应的原子谱线或离子谱线，通过对某元素原子谱线或离子谱线的测定，可以对元素进行定性或定量分析。ICP光源具有ng/mL级的高检测能力；元素间干扰小；分析含量范围宽；高的精度和重现性等特点，在多元素同时分析上表现出极大的优越性，广泛应用于液体试样（包括经化学处理能转变成溶液的固体试样）中金属元素和部分非金属元素（约74种）的定性和定量分析。三、仪器与试样仪器：ICPOES-6300电感耦合等离子发射光谱仪试样：未知水样品(矿泉水)四、实验内容1．每五位同学准备一水样品进行定量分析，熟悉测试软件的基本操作，了解光谱和数据结果的含义。2．观摩定量分析操作，学会分析标准曲线的好坏，掌握操作要点和测试结果的含义。五、实验步骤1．样品处理（1）自带澄清水溶液20mL，要求无有机物，不含腐蚀性酸、碱，溶液透明澄清无悬浮物，离子浓度小于100μg/mL。（2）将待测液倒入试管。2．谱线扫描（1）参照附录2“ICPOES-6300型电感耦合等离子发射光谱仪的使用”，并在教师指导下学会电感耦合等离子发射光谱的操作。（2）打开电脑软件，设置测量参数，选择待测元素，准备测量。本仪器可测元素如图3-1所示。图3-1ICPOES-6300可分析的元素（3）按下述条件测试清洗泵速和分析泵速一般设定在40-60rpm之间RF功率通常设定为950W—1150W雾化器压力根据需要一般设定在24—32PSI之间辅助气流量一般设定为0.50L/min，观测高度：15（4）保存和打印测试结果。3．结果分析表3-1某矿泉水微量元素定量分析(mg/L)元素波长浓度结果分析4．实验报告要求记录测试条件和测试结果，并对测试结果进行分析。六、注意事项1．光谱仪为贵重光学仪器，操作时动作要轻，以防损坏。2．开机前进行气路检查，确保进样器无堵塞。3．定期检查石英炬管和旋流雾室，如有污染，进行清洗。七、思考题1．电感耦合等离子发射光谱法具有哪些特点？2．试述电感耦合等离子发射光谱法的测试步骤？附录2ICPOES-6300型电感耦合等离子发射光谱仪的使用一、ICPOES-6300型电感耦合等离子发射光谱仪图3-2ICPOES-6300型电感耦合等离子发射光谱仪的外观图二、仪器的操作步骤1开机1.1确认有足够的氩气用于连续工作（储量≥2瓶）。1.2确认废液收集桶有足够的空间用于容纳废液。1.3打开氩气并调节分压在0.55----0.8Mpa之间。1.4打开主机电源.1.5启动iTEVA软件，检查联机通讯情况2点火2.1再次确认氩气储量和压力。2.2再次确认光室驱气已达2小时以上,或大气量1小时（非常重要）。2.3检查并确认进样系统（炬管、雾化室、雾化器、泵管等）是否正确安装。2.4上好蠕动泵夹子，进样管放入水中。2.5开启排风。2.6开启循环水机。2.7打开iTEVA软件的点火对话框，确保连锁指数灯呈绿色，点击等离子体开启。3稳定3.1确保光室温度稳定在38±0.2度（注意：打开主机电源开关后光室就已经开始升温，根据室温的不同，约2~5小时后达到设定稳度）3.2确保CID温度-40℃。3.3点火后,等离子体稳定15至30分钟。4分析4.1调用或新建分析方法。（基本方法的开发参见仪器操作手册和软件手册）4.2准备“标准”和待测样品。4.3标准化4.4分析未知样。4.5数据处理和报告打印（可在熄火后进行）。5关机5.1分析完毕后，用去离子水冲洗进样系统10分钟。熄火。5.2点击“shutdown”使仪器处于“Shutdown”状态。5.3待CID温度回升到20℃以上后才可关闭氩气（最好继续通气一小时后再关闭氩气）。5.4关闭排风。松开蠕动泵夹子。5.5若仪器较长时间（一周以上）停用，关闭主机电源和气源使仪器处于“Off”状态。6仪器维护（请根据仪器的使用频率和工作时间灵活掌握）6.1建议每周更换泵管。6.2建议每两周清洗一次中心管。6.3建议每月清洗一次炬管。6.4建议每月清理一次循环水机空气过滤网。6.5建议每六个月更换一次循环水。6.6建议每年检查维护光路。6.7计算机专用，重要数据备份。三、测试应用实例1、开机预热1)确认有足够的氩气用于连续工作。（储量≥1瓶）2)确认废液收集桶有足够的空间用于收集废液。3)打开稳压电源开关，检查电源是否稳定，观察约1分钟。4)打开氩气并调节分压在0.55—0.65Mpa之间5)打开主机电源。（左侧下方黑色刀闸）注意仪器自检动作。此时光室开始预热。6)打开电脑，待仪器自检完成后，双击“iTEVA”图标，进入操作软件主界面,仪器开始初始化。2、制定分析方案1)确定样品是否适用于ICP分析。ICP主要以常量和微量分析为主，在没有基体干扰的情况下，样品溶液中元素的含量一般不应小于5*DL(检出限)，在有基体干扰的情况下，样品溶液中元素的含量一般不应小于5*5*DL。2)确定样品分解方法（溶样方法）确保所测的元素能够完全分解，并溶解在溶液中。尽可能用HNO3或HCL分解样品。尽量不用H2SO4和H3PO4，会降低雾化效率。如果用HF酸的话，一定要赶尽，以避免损坏雾化器和影响B、Na、Si、Al等元素的测定。3)配制工作曲线（混标）浓度之间相差2—5倍一般用2—3点两个常见错误:a).所有分析元素的浓度都一致,这样省事,但不科学,应该根据不同元素的浓度范围,制定其相应的标准溶液浓度。b).标准曲线点与点之间相隔太近,如2,4,6,8…,完全没有必要。4)样品准备：样品必须消解彻底，不能有混浊,否则必须先用滤纸过滤,但不要抽滤对于标准雾化器，样品溶液中固溶物含量要求≤1.0%3、编辑分析方法1)操作软件（iTEVA）主窗口包括两个应用程序：1分析2报告生成2)编辑分析方法:1单击分析进入分析模块，单击方法→新建…,选择所需的元素及其谱线。2单击方法→分析参数，设置重复次数，样品清洗时间，积分时间。3自动输出→忽略。报告参数→忽略检查→忽略自动进样顺序→忽略4点击等离子源设置，设置清洗泵速和分析泵速，RF功率，雾化器压力和辅助气流量。清洗泵速和分析泵速一般设定在40-60rpm之间RF功率通常设定为950W—1150W雾化器压力根据需要一般设定在24—32PSI之间辅助气流量一般设定为0.50L/min，观测高度：155内标→忽略6点击标准，可添加和删除标准，选择标准中所含有的元素及其所需的谱线，设置和修改元素含量。7单击方法→保存，输入方法名，点击确定，方法编辑完成。4、点火操作1)确认光室温度稳定在38.0±0.1℃。2)再次确认氩气储量和压力（0.55—0.65Mpa），并确保在Boost模式（大量驱气模式如图）下驱气30分钟，以防止CID检测器结霜，造成CID检测器损坏。3)检查并确认进样系统（矩管、雾化室、雾化器、泵管等）是否正确安装。4)开启排风。5)打开水循环。6)上好蠕动泵夹，把样品管放入蒸馏水中。7)单击右下脚点火图标，打开等离子状态对话框，查看连锁保护是否正常，若有红灯警示，需做相应检查，若一切正常点击等离子体开启，进行点火操作。8)待等离子体稳定15-30分钟后，即可开始测试样品。5、建立标准曲线并分析样品1)选择分析方法，点击仪器选择执行自动寻峰…注：执行自动寻峰时，标准溶液浓度不能太低，亦不能太高，最好控制在1ppm—10ppm左右，否则有可能出现寻峰失败。遇到此种情况，可采用单标，对寻峰失败的谱线重新进行寻峰。寻峰结束后，需要重新保存方法，才可以继续标准化。若谱线没有漂移或漂移很小，可忽略此步骤。若谱线漂移很远，可能需要重新做波长校准。2)点击标准化图标，打开标准化对话框如下所示，依次运行标准溶液，点击完成。3)双击样品名称，即可打开Subarray谱图（样品谱图可叠加），察看谱峰是否有干扰，某些干扰可通过移动谱峰和背景的位置来消除干扰。需要点击更新方法。4)通过方法→元素→谱线和级次→拟合，察看谱线的线性关系和相关系数。以确定该谱线是否可用。如果没问题，就可点击未知样图标分析样品。6、熄火并返回待机状态1）分析完样品后，用蒸馏水冲洗5—10分钟，点击等离子体关闭，等几分钟，待水循环压力上升后，关闭水循环。2）通过点击仪器状态来查看Camera的温度，当温度回升到温室时，即可关闭氩气。3）松开泵夹。7、完全关机当仪器长期停用时，可关闭仪器主开关。三、常见故障排除1点火困难或无法点火1.1氩气不纯，更换高纯氩气(氩气纯度应低于99.995%)。1.2气体管路泄漏，查漏。1.3进样系统漏气。检查雾化室、雾化器、泵管、进样管、排废液管是否有漏气的地方，检查“O”型环是否老化。1.4点火时泵夹未上紧或进样管未放入水中。1.5炬管脏、中心管脏。1.6检查冷却气管、辅助气管、雾化气管的接头是否有漏气的地方。1.7排风未打开或风力太小。2灵敏度低2.1雾化器堵塞或损坏，清洗或更换。2.2雾化气压力（或流量）使用不当（太大或太小）。设置正确的压力。2.3光室驱气时间太短或氩气不纯（针对200nm以下的谱线）。2.4中心管脏或堵塞。炬管脏。清洗或更换。3稳定性差3.1雾化器堵塞或损坏，清洗或更换。3.2雾化气（载气）压力使用不当。3.3氩气压力不稳或漏气。3.4雾化室积水。3.5光室没有恒温。3.6中心管脏或堵塞。炬管脏。清洗或更换。3.7仪器供电不稳。