微量元素分析 幻灯片课件

微量元素分析,主要内容 ICP-AES演示实验介绍 ICP-MS、 ICP-AES及GFAAS的主要干扰因素 样品预处理,样品分析的主要步骤,确定检测对象,样品分析的主要步骤,光 源 的 种 类,电感耦合等离子体光源（ICP）,等离子体（Plasma）一般指电离度超过0.1%被电离了的气体，这种气体不仅含有中性原子和分子，而且含有大量的电子和离子，且电子和正离子的浓度处于平衡状态，从整体来看是出于中性的。,ICP光源的装置及其形成,炬管的组成三层石英同心管组成,电感耦合等离子体光源（ICP）,常用3类等离子体光源 电感耦合等离子炬（ICP） 直流等离子体喷焰（DCP） 微波感生等离子炬（MIP）,电感耦合等离子体光源（ICP）,ICP光源主要优点 检出限低（1ug/L） 测量的动态范围宽5-6个数量级 基体效应小 精密度高 RSD0.5% 曝光时间短1030秒 多元素同时分析,ICP光源的特性,趋肤效应改善ICP的稳定性 通道效应高激发效率,ICP光源的气流,冷却气起冷却作用，保护石英炬管免被高温融化 辅助气“点燃”等离子体 雾化气作用形成样品气溶胶；作用将样品气溶胶引入ICP ；作用对雾化器、雾化室、中心管起清洗作用,等离子炬管,等离子炬管分为输入载气Ar的内层管、输入辅助气Ar的中层管和输入等离子气Ar的外层管。,外层管：外层管通Ar气作为冷却气，沿切线方向引入，并螺旋上升，其作用：第一，将等离子体吹离外层石英管的内壁，可保护石英管不被烧毁；第二，是利用离心作用，在炬管中心产生低气压通道，以利于进样；第三，这部分Ar气流同时也参与放电过程 中层管： 中层管通人辅助气体Ar气，用于点燃等离子体。 内层管：内层石英管内径为12mm左右，以Ar为载气，把经过雾化器的试样溶液以气溶胶形式引入等离子体中。,载气,用Ar做工作气体的优点： Ar为单原子惰性气体，不与试样组份形成难离解的稳定化合物，也不象分子那样因离解而消耗能量，有良好的激发性能，本身光谱简单。,气动雾化器,气动雾化器的结构简单，通常分为同轴型雾化器和直角型雾化器。 同轴型雾化器结构简单，易于制作，应用较为普遍。直角型雾化器不易被悬浮物质堵塞。但雾化效率较低，喷嘴容易堵塞，进样速度受载气压力的影响。改用蠕动泵驱动雾化器，可避免载气压力对样品提升量的影响。,超声雾化器,超声雾化器 超声雾化器的结构比较复杂，包括频电发生器、输液蠕动泵和雾化装置。采用功率超声处理技术，将样品溶液空化并形成气溶胶，然后由载气送入等离子炬。,IRIS LNTREPID 等离子发射光谱仪器操作规程,1 校准 1.1 在使用设备中注意设备所提供实验条件是否符合实验方法的要求，如不符合，视为实验结果无效。,IRIS LNTREPID 等离子发射光谱仪器操作规程,2 操作规程 2.1 准备工作 2.1.1 开机前要打开室外的气源，通气30分钟以上，氩气现为并联状态，开气时要将两个气瓶的开关全部打开，调整气压为0.450.60Mp（兆帕）大气压。（注意：更换气瓶时，一定要将准备换下气瓶上的两个开关全部关闭，否则会有空气进入，造成数据不稳定。）氩气纯度要求99.999% 2.1.2 仪器后面的压力表应在5060PSI（磅/英寸2） 2.1.3 打开稳压电源，使压力在220V5% 2.1.4打开主机电源，1位是开/0位是关 观察自检系统，会有打开电磁阀的声音，电磁阀的表会自动升到30的位置，再过几秒钟，电磁阀会自动关闭，电压回到零的起始位置 2.1.5 检查水箱里的水位是否在规定的位置上,IRIS LNTREPID 等离子发射光谱仪器操作规程,3 点火前的准备工作 3.1 检查光室的温度是否在900.2F 3.2 清空废液桶内的废液 3.3 夹紧蠕动泵夹，检查进样系统，把进样管放到稀释液或蒸馏水中，使进样液均匀地进入，并注意排除液要大于进样液 3.4 打开排风装置，开启计算机 3.5 在桌面上启动TEVA软件 3.6 检查气瓶气量，进出样的状况是否正常,IRIS LNTREPID 等离子发射光谱仪器操作规程,4 点火 4.1 点击点火图标，使各指示灯处于非红状态，应为绿色 4.2 点击Ignite 时间要不小于90秒，有充分的时间充气。在点击Ignite至火苗生成 4.2.1 点火里的4个功能设置 4.2.1.1 功率的设置 有机溶剂 不大于1550瓦 水溶液 一般1150瓦 4.2.1.2 雾化器的压力设置 4.2.1.3 蠕动泵转速的设置 4.2.1.4 辅助设置 分0.5、1.0、1.5和2.0 四个挡,IRIS LNTREPID 等离子发射光谱仪器操作规程,5 分析样品 5.1 分析样品前的准备 5.1.1等离子体预热15分钟 5.1.2 光室温度应在900.2F 5.1.3 CID温度应在-40，FPA15（从TOOLS里看） 5.2 分析样品 5.2.1 调用或编制分析方法 5.2.2 进行标准化 低标/高标 Blank/High STD 5.2.3 分析未知样品，打印出结果,IRIS LNTREPID 等离子发射光谱仪器操作规程,6 关机 6.1 关闭前要使用溶剂或蒸馏水冲洗5分钟后，关闭灭火装置 6.2 松开蠕动泵夹，取出进样管 6.3 观察CID温度15时，关闭计算机 6.4 根据实际情况关闭主机和气瓶 7 注意事项 标准溶液在每次做样前重新配置,干扰因素,ICP-MS 光谱干扰 可预见，少于300条 多原子离子和同量异位素与分析物质量相同时产生干扰 H, C, N, O, S, Cl 的最高丰度同位素与Ar形成的多原子离子， 40Ar 16O 58Ni58Fe，40Ar-Ar 80Se.,干扰因素,干扰因素,ICP-MS 光谱干扰的解决办法 高分辨质谱仪 元素校准公式 选用天然丰度低的同位素 用混合气体,干扰因素,ICP-MS 酸的基体干扰 It should be especially noted that HCl, HClO4, H3PO4 and H2SO4 can cause considerable spectral problems. Polyatomic interferences are caused by Cl+, P+, S+ ions in conjunction with other matrix elements like Ar+, O+, H+. Examples are, 35Cl40Ar on 75As and 35Cl16O on 51V.,干扰因素,ICP-MS 酸的基体干扰去除 过柱 电热蒸发 用硝酸,干扰因素,ICP-MS 双电荷离子的干扰 母体同位素的1/2质量处产生一些同位素重干扰 138Ba+ 严重干扰 69Ga+ 208Pb+严重干扰 104Ru+,干扰因素,ICP-MS 双电荷离子的干扰 母体同位素的1/2质量处产生一些同位素重干扰 138Ba+ 严重干扰 69Ga+ 208Pb+严重干扰 104Ru+,干扰因素,ICP-MS 双电荷离子的干扰的去除 仪器条件的优化，正确选择分析同位素,干扰因素,ICP-MS 基体效应干扰 喷射管 样品与标准溶液粘度的差异,干扰因素,ICP-MS 基体效应干扰的去除 基体相匹配 使用内标 提高扫描速度,干扰因素,ICP-MS 电离效应干扰 第一主族和第二主族元素易电离元素引起,干扰因素,ICP-MS 电离效应干扰的去除 基体相匹配 样品稀释 样品加标 同位素稀释 色谱提取和分离,干扰因素,ICP-MS 空间电荷效应干扰 同电荷离子间的排斥作用限制了离子的实际束缚能力，使轻离子丢失 Pb+ 对 Li+ 3的干扰,干扰因素,ICP-MS 空间电荷效应的去除 基体相匹配 样品稀释 样品内标 同位素稀释,干扰因素,ICP-AES 光谱干扰 光谱干扰数量多,谱库中有50,000条特征光谱。 加上来自如金属材料、矿石和化学品分析中基体的影响，解决起来比较困难。 不同的分子特征基团如OH键，也会造成在低含量分析时的干扰。,干扰因素,ICP-AES 光谱干扰的消除 离线光谱背景校正。 动态背景校正。,干扰因素,ICP-AES 基体效应的干扰 喷射管 样品与标准溶液粘度的差异,干扰因素,ICP-AES 基体效应的干扰 使用内标。,干扰因素,ICP-AES 电离效应的干扰 易电离的元素引起的电离干扰。ICP-MS更为严重。包括增强或抑制效应。,干扰因素,ICP-AES 电离效应的干扰的消除 仪器条件的最佳化 加入电离效应缓冲液,干扰因素,GFAAS 分子吸收 分子的光解离 分子的光致跃迁 光散射 冷凝再结合的分子散射 升华的灰及各种较大的分子 颗粒的挡光,干扰因素,GFAAS 氘灯扣背景 塞曼扣背景,干扰因素,GFAAS 基体效应的干扰 由于样品的类型，使被测元素在石墨管的滞留造成分析误差 在干燥和灰化阶段产生的瞬间电流,干扰因素,GFAAS 基体效应的干扰的去除 使用基体改进剂 提高进样温度 使用峰面积计算,ICP-MS、 ICP-AES和AAS方法的比较（1）,*加入内标可提高精密度,ICP-MS、 ICP-AES和AAS方法的比较（2）,ICP-MS、 ICP-AES和AAS方法的比较（3）,ICP-MS、 ICP-AES和AAS方法的比较（4）,检出限的比较 (g/L),1-10ppt,1-10ppb,微波制样概述,微波方法有效所必要的过程，最关键的部分归纳如下： 1）样品类型分类描述，例如地质的、冶金的等。 2）感兴趣分析物。 3）样品量（范围） 4）每次溶解的样品数 5）容器类型 6）溶剂所需的溶剂量（ACS等级或蒸馏等级等），溶剂空白所需溶剂量。,微波制样概述,微波方法有效所必要的过程，最关键的部分简洁地归纳如下： 7）完全消解程序。 8）对于校准，必须说明校准所需的具体功率设定和每步的持续时间。 9）对于温度反馈控制，需要描述加热温度、保持温度和冷却步骤。（如EPA方法3052可分为桑额阶段：加热到1805需5.5分钟，保持1805需9.5分钟，冷却至少需5分钟。）,普通加热示意图,样品+试剂,容器壁,导热,外部温度要高于试剂的沸点,热对流,微波消解示意图,微波可穿透容器壁,加入酸的样品吸收微波,局部过热,微波加热,陶瓷基底硅控管保护,硅控管,波导,microwaves,陶瓷基底,容器,微波反射,微波腔体,Schematic of Home Microwave EM Field Pattern,Schematic of Microwave Pattern Interaction with Pressure Vessels,waveguide,microwave pattern,microwave cavity,CEM Patented Magnetron Protection,magnetron,Isolator,waveguide,reflected microwaves,vessel,