ICP-OES售后培训教材和使用方法 安捷伦 瓦里安

安捷伦700系列ICP-OES标准培训第一章ICP-OES理论的介绍在这一章节中，我们将讨论：光谱的起源。用于元素含量测量的原子特性。发射光谱化学方法的基础。不同分析技术的比较。3观察可见光谱牛顿先生的棱镜实验太阳光棱镜4Fraunhofer吸收线夫琅和费吸收线190nm1802–沃拉斯顿（Wollaston）和夫琅和费（Fraunhofer）分别发现了太阳光谱中的黑线。Fraunhofer引入衍射光栅，其光谱分辨率更高。威廉姆.海德.沃拉斯顿约瑟夫.冯.夫琅和费5基尔霍夫（Kirchhoff）和本生（Bunsen）的发射实验喷灯棱镜白色卡透镜发射线将盐放在金属环上，然后将金属环放在火焰上罗伯特.本生古斯塔夫.基尔霍夫基尔霍夫和本生观察到当盐被加热到炽热时，盐中的元素发射出不同的颜色的光线。•通过这种方式发现元素Rb和Cs。6基尔霍夫（Kirchhoff）辐射定律定律1–热的密实气体或固体产生一张连续光谱。(实例，电灯泡灯丝)连续光谱古斯塔夫.基尔霍夫定律2–热的稀薄气体产生一张发射线光谱。(实例，霓虹灯)发射线光谱•定律3–连续光源前面的冷气体产生一张吸收线光谱。吸收光谱7早期ICP-OES发展史1884Hittorf发明了减压等离子体。1930’sLundgardh发明了火焰发射技术。1941Babat使用RF-ICP进行实验。1961Reed使用ICP进行了首个重要应用。1964Greenfield使用ICP作为一种分析工具。1965Wendt和Fassel使用ICP作为光谱仪的能量源。1974第一台商品化的ICP-OES诞生。89当前常用无机分析方式--基态激发态-----电子被激发到较高能级(激发态)时，要吸收的特征波长的光吸光强度与待测元素浓度成正比空心阴极灯(HCL)发射出特征波长的光高能量源释放能量(光能和热能)将电子激发到较高能级(激发态)，电子从较高能级再返回到低能级时发射出特征波长的光发光强度与待测元素浓度成正比高能量源(光能和热能)激发电子，使其脱离电子层(电离过程)，形成自由电子和带正电荷的离子离子被提取出来并用质谱仪直接测量高能量源(等离子体)产生光能和热能高能量源(火焰或等离子体)产生光能和热能原子吸收原子发射ICP质谱原子光谱的原理•分子受热，解离成原子和离子。•原子或离子吸收或发射的光子能量为：E=h=hc/此处h=普朗克常数(6.63x10-34Js)c=光速(3x108m/s)=吸收光的频率(Hz)=波长(m)•能量定律–吸收，发射的光子能量并非连续，而是具有特定的不连续的能量。•光子能量和波长成反比。10基态原子的波尔模型Be（5n,4p,4e）原子的波尔模型原子核–位于中心•质子–带正电•中子–不带电在原子核周围有各种能量轨道•电子–带负电，在各种能量轨道上围绕原子核旋转。所有的中性原子具有相同数量的质子和电子。中子质子电子轨道11电子能量转移激发态原子或离子基态原子或离子h发射的能量价(外层)电子吸收的能量12原子的电离原子失去电子后会形成离子•原子在ICP中剧烈碰撞，会失去电子，形成离子。•因为电子都带负电荷，所以在ICP中形成的离子都带正电荷。左图显示：Be原子失去一个电子后，形成单电荷离子。9Be原子4个质子5个中子4个电子9Be+离子4个质子5个中子3个电子在ICP中失去电子1314第一电离能第一电离能01020304050607080900510152025原子序数电离能(eV)Ar15.75eVHe24.58eVLiBeBCBaMgAlSiPSClKCaScVTiCrMnZnGaGeCuFeNiCoAsSeBrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsNaLanthanidesHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoRnRaAcNFKrHeONeAr15ICP-OES能分析约73种元素Pb的发射能级图（发射线较多）发射能级差异越大=发射线的波长越短b283.3nma368.4nmc261.4nmd217.0nmE4abcdEo基态激发态能量}E3E2E1283.3261.4217.0368.4nmPb16温度对发射的影响温度越高：发射物种的浓度更高。紫外发射波长中有更多的发射线。更可能发生光谱干扰。化学干扰较少。17光谱化学方法的基础元素的谱线具有特性，其波长为特定值。每个波长有特定的强度。–波长的强度和光谱仪的光学元件的质量决定了元素测量的灵敏度。发射线的强度取决于元素的浓度。–光谱定量分析基础。18光谱化学方法的基础19定量分析：浓度与响应呈正比。响应半定量分析半定量是对样品中一些元素的浓度进行大致估算。与定量分析相比较，半定量希望通过较少地努力来大致得到许多元素的浓度半定量分析是样品定量分析之前的有益的预分析可以估算待测元素浓度范围有助于选择合适的内标半定量分析不需要内标校正2021无机元素分析仪器设备FAAS：火焰原子吸收光谱GFAAS：石墨炉原子吸收光谱ICP-OES：电感耦合等离子体发射光谱ICP-MS：电感耦合等离子体质谱22分析技术比较ICP-MSICP-OESFAASGFAAS检出限优秀好好优秀工作效率很好优秀好低线性范围105105103102耐盐份0.1~0.4%3~30%0.5~3%高达20%光谱干扰很少中等一些很少化学干扰中等很少很多很多ICP-OES的特性–元素分析技术–宽动态范围：ppb－%水平ICP可分析78种元素–精密度往往好于1%–化学干扰少–和其它的技术相比更为快速–通常样品制备简单–操作相对容易–气体消耗量较大23第二章ICP-OES仪器介绍ICP示意图样品引入等离子体激发源光学系统RF发生器信号处理器检测器25ICP-OES分析的概述–RF发生器给感应线圈充电。–炬管上提供氩气用于生成和维持等离子体。–样品溶液（通常被泵入喷雾室），在喷雾室中雾化（通过和氩气碰撞），产生喷雾。–氩气将喷雾传输进入等离子体。–样品喷雾在等离子体（激发源）中被蒸发，原子化，电离并激发。–波长选择器隔离出选择的谱线。–在检测器上光能转化成电流。–计算机处理信号。26等离子体的产生27ICP炬管Ar–雾化器气流和样品气溶胶(0.6－0.9L/min)水冷却的感应线圈磁场炬体3重同心石英管Ar–等离子体气流（12－18L/min）Ar–辅助气流（1.5－2.25L/min）Ar+Ar+Ar+Ar+Ar+Ar+e-e-e-e-e-e-等离子体应该是对称的样品通道28等离子体区域29具有Sc或Y测试溶液的等离子体等离子体区域的可视评估样品激发过程分子重组离子-电子重组电离e-激发发射+hv1激发发射+hv2去溶剂蒸发原子化M+*(g)M+(g)M(g)MX(g)MX(s)MX(aq)M*(g)M+(g)M(g)30样品引入系统溶液向等离子体的转移过程–产生喷雾–将喷雾引入等离子体注意不要堵塞雾化器注意不要堵塞注入管管路使用下列部件完成：–蠕动泵–雾化器–雾化室–炬管31蠕动泵700-ES系列700-ES系列配备有3或4通道的蠕动泵•1st通道–雾化室废液管道。•2nd通道–将样品传输到雾化器。•3rd通道–内标溶液或基体改进剂。•4th通道–SVS-1切换阀系统。32蠕动泵–液体样品引入连续将样品泵入雾化器。泵的速率取决于：–测试溶液的物理性质，例如总溶解固体、粘度、表面张力和挥发性。–使用的雾化器类型，例如低流速、同心或v-槽。连续泵取溶液减小了来自样品和等离子体脉冲的物理影响。泵的管路必须适用于溶液的溶剂。泵管路内径(mm)和泵取速率是影响样品吸取的速率(mL/min)的因素。蠕动泵臂上管路缠绕的松紧程度不影响样品吸取速率。–调整管路，使吸取的溶液连续均匀的流入。33雾化器将溶液转化为喷雾。样品被泵入雾化器。–和高压Ar雾化气碰撞产生细小的样品液滴。–雾化效率2–3%。雾化器的类型：–蠕动(V槽，同轴)微型同轴(低流速)–超声(效率10%)–直接注射与雾化室共同作用，减少等离子体的噪音。34同轴雾化器氩雾化气(L/min)样品溶液流速1–2mL/min雾化器正面的横截面图•测试溶液遇上雾化气。35V-槽雾化器测试溶液从雾化器表面的v槽中流入，进入雾化气流。V-槽雾化器不会自吸溶液。需要泵取溶液。氩雾化气(L/min)样品溶液流速1–2mL/min36典型的蠕动雾化器雾化器–Conical–玻璃同轴：标准用途。–SeaSpray–玻璃同轴：可用于分析高达20%的盐溶液和含有颗粒（75µm）的溶液。–MicroMist–玻璃同轴：吸取速率约0.4mL/min。–Slurry–玻璃同轴：用于分析含大颗粒(150µm)的溶液，具有很好的稳定性。–PolyCon–聚酰亚胺同轴：可以雾化10%HF。吸取速率为50–5,000mL/min。–VeeSpray-石英或氧化铝陶瓷V槽：用于分析含超大颗粒（最大可达300µm）的溶液。37安捷伦提供的雾化室到等离子体到废液管Sturman-Masters-双通道GlassCyclonic-体积更小样品入口样品流路喷雾进入炬管泵入废液管38雾化室分离大小不同的液滴。将大液滴除去。喷雾室类型–双通道Sturman-Masters气旋式，例如“Twister”Scott–单通道气旋式双通道39炬管通入氩气形成等离子体。感应线圈和等离子体绝缘。将样品直接导入等离子体。炬管类型–一体式–半可拆卸式提供各种尺寸和各种类型的注入管管路。–完全可拆卸式炬管的所有主要部件都可以单独更换，例如，外管、中间管和注入管。提供各种尺寸和各种类型的注入管。40标准炬管径向•标准注入管内径=1.4mm轴向•外管比径向炬管长30mm•标准注入管内径=2.4mm30mm径向轴向20mm41半可拆卸炬管半可拆卸炬管：–增大注入管开口可分析均匀的悬浊液–降低等离子体中溶剂的含量可分析挥发性有机物–注入管替换为惰性注入管可分析HF溶液可拆卸炬管ID–熔融氧化铝ID=1.8mm（径向）–熔融氧化铝ID=2.4mm（轴向）–石英管ID=0.8mm、1.0mm和1.8mm42完全可拆卸炬管可拆卸炬管：–增大注入管开口分析高度离散的悬浊液–降低等离子体中溶剂的含量分析挥发性有机物–注入管替换成惰性材料的注入管可分析HF溶液可拆卸炬管ID–熔融铝ID=1.8mm（径向）–熔融铝ID=2.4mm（轴向）43RF发生器向感应线圈提供射频功率。使用两种单独的频率。–40.68MHZ和27.12MHzRF发生器的类型：–自由运行功率固定，改变频率，以维持等离子体。–晶体控制频率固定，改变功率，以维持等离子体。安捷伦700系列中的所有型号都配备40.68MHzRF发生器。44频率对等离子体的影响27.12MHzRF40.68MHzRF45安捷伦RF发生器紧凑型内置式40MHz自由运行RF系统空气冷却系统，部件不可移动(高可靠性)单匹配网络得到最大效率–产生75%的耦合效率。功率输出稳定性0.1%分析有机物的性能卓越–短链有机物需要高功率–极易挥发的溶剂不会扑灭等离子体甲醇－汽油4647光学系统结构示意图CCD检测器光栅棱镜等离子体光栅、棱镜、检测器均为固定安装，整个多色器系统无任何移动部件，确保仪器具有非常稳定的光学性能。中阶梯衍射光栅1-Echellette2-Echelle122148Echelle光学部件Echelle光栅棱镜横向色散器检测器芯片来自等离子体的光49检测器将光能(光子束)转化为电流。检测器的类型：–光电倍增管(PMT)–固态检测器电荷耦合装置(CCD)电荷注入装置(CID)50不同的检测器设计CCD检测器用于710-ES和720-ES系列中。–710-ES系列：可定制的兆像素CCD芯片上的像素数量：1,130,000波长范围：177-785nm–720-ES和730-ES系列：可定制的图像映射CCD。芯片上的像素