电感耦合等离子体发射光谱法1.基本原理1.1概述原子发射光谱分析(atomicemissionspectrometry,AES)是-一种已有一个世纪以上悠久历史的分析方法,原子发射光谱分析的进展,在很大程度上依赖于激发光源的改进。到了60年代中期,Fassel和Greenfield分别报道了各自取得的重要研究成果,创立了电感耦合等离子体(inductivelycoupledplasma,ICP)原子发射光谱(ICP-AES)新技术,这在光谱化学分析上是一次重大的突破,从此,原子发射光谱分析技术又进入一个崭新的发展时期。1.2方法原理原子发射光谱是价电子受到激发跃迁到激发态,再由高能态回到较低的能态或基态时,以辐射形式放出其激发能而产生的光谱。1.2.1定性原理原子发射光谱法的量子力学基本原理如下:(1)原子或离子可处于不连续的能量状态,该状态可以光谱项来描述;(2)当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时,其核外电子就从一种能量状态(基态)跃迁到另一能量状态(激发态),设高能级的能量为E2,低能级的能量为片,发射光谱的波长为九(或频率V),则电子能级跃迁释放出的能量厶E与发射光谱的波长关系为△E=E2-Ei=hv=hc/九(3)处于激发态的原子或离子很不稳定,经约10-8秒便跃迁返回到基态,并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来;(4)将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱(线状光谱);(5)由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的,因此,对特定元素的原子或离子可产生一系列不同波长的特征光谱,通过识别待测元素的特征谱2线存在与否进行定性分析。1.2.2半定量原理半定量是对样品中一些元素的浓度进行大致估算。一种半定量的方法是对许多元素进行一次曲线校正,并将标准曲线储存起来。然后在需要进行半定量时,直接采用原来的曲线对样品进行测试。结果会因仪器的飘移而产生误差或因样品基体的不同而产生误差,但对于半定量来说,可以接受。1.2.3ICP定量分析原理ICP定量分析的依据是Lomakin-Scherbe公式:I=aCb式中I:谱线强度C:待测元素的浓度a:常数b:分析线的自吸收系数,一般情况下b<1,b与光源特性、待测元素含量、元素性质及谱线性质等因素有关,在ICP光源中,多数情况下b=l1.2.4发射光谱光源发射光谱通常用化学火焰、电火花、电弧、激光和各种等离子体光源激发而获得。等离子体光源有ICP(inductivelycoupledplasma)、DCP(direct-currentplasma)、MWP(microwaveplasma)。原子发射光谱分析的波段范围与原子能级有关,一般在200一850nm,近几年由于分光测光系统的改进,仪器的波长范围已扩展到120—1050nm。常见的光源如表1。表几种常见光源光源蒸发温度激发温度/K放电稳定性应用范围直流电弧高4000〜7000稍差定性分析,矿物、纯物质、难挥发兀素的定量分析3交流电弧中4000〜7000较好试样中低含量组分的定量分析4图ICP焰明显地分为三个区域火花低瞬间10000好金属与合金、难激发元素的定量分析ICP很高6000〜8000最好溶液中兀素的定量分析1.2.5ICP形成原理当高频发生器接通电源后,高频电流I通过感应线圈产生交变磁场(绿色)。开始时,管内为Ar气,不导电,需要用高压电火花触发,使气体电离后,在高频交流电场的作用下,带电粒子高速运动,碰撞,形成“雪崩”式放电,产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流(涡电流,粉色),其电阻很小,电流很大(数百安),产生高温。又将气体加热、电离,在管口形成稳定的等离子体焰炬。如图1。(1)焰心区,不透明,是高“、—影成的涡流区,等离子体主要通过这一.s-jtee曲工.区域与高频感应线圈耦合而获得能量,该区温度高达10000K;2)内焰区位于焰心区右方,一般在感应圈右边10-20mm左右,呈半透明状态,温度约为6000-8000K,是分析物原子化、激发、电离与辐射的主要区域;(3)尾焰区在内焰区右方,无色透明,温度较低,在6000K以下,只能激发低能级的谱线。TfK£肿心・(XJUO-itzoa■G5