等离子体光谱仪

等离子体光谱仪的分类

1．中西药及其包装材料中的有害重金属、微量元素、农药残留物、抗生素、有效成分等 　2. 生物组织中的重金属、微量元素及有机成分 　3．保健品及生物制品中的有害成分、营养成分等 　4．食品及其包装材料中的有害物质、重金属、微量元素及其它营养成分 　※主要仪器设备介绍 　主要仪器设备：电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS（美国热电公司X7型）、原子吸收光谱仪（美国热电公司SOLAAR-M6型）、电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-AES（美国热电公司IRIS Advantage型），均为世界顶级分析仪器。

等离子体光谱仪的介绍

等离子体发射光谱仪用于测定各种物质（可溶解于盐酸、硝酸、氢氟酸等）中的常量、微量、痕量元素的含量。2、仪器具有高效、抗干扰型强、自动化程度高、操作简便、稳定可靠、测试范围广、分析速度快、检出限低等特点。3、广泛应用于稀土、地质、冶金、化工、环保、临床医药、石油制品、半导体、食品、生物样品、刑事科学、农业研究等各个领域。

电感耦合等离子体原子发射光谱法

一、内容概述原子发射光谱法是以测量物质内部能级跃迁时辐射波长和强度为基础的光学分析法。电感耦合等离子体原子发射光谱法（inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，缩写ICP-AES；有时也称其为ICP-OES，源于optical emission spectrometry，区别以离子线为主的ICP光源和其他以原子线为主的光源）是以电感耦合等离子体为激发光源的原子发射光谱分析技术，该技术始于20世纪70年代ICP的出现，是迄今为止发展最快、应用最为广泛的原子发射光谱技术。其原理是利用氩等离子体产生的高温使试样完全分解形成激发态的原子和离子，由于激发态的原子和离子不稳定，外层电子会从激发态向低能级跃迁，因此发射出特征的谱线。通过光栅等分光系统分光后，利用检测器检测特定波长的强度，从而测定试样中待测元素的含量。电感耦合等离子体（ICP）是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体形成等离子体，并呈现火焰状放电（等离子体焰炬），达到10000 K的高温，是一个具有良好的蒸发-原子化-激发-电离性能的光谱光源。而且由于这种等离子体焰炬呈环状结构，有利于从等离子体中心通道进样并维持火焰的稳定；较低的载气流速（＜1 L/min）便可穿透ICP，使样品在中心通道停留时间达2～3ms，可完全蒸发、原子化；ICP环状结构的中心通道的高温，高于任何火焰或电弧火花的温度，是原子、离子的最佳激发温度，分析物在中心通道内被间接加热，对ICP放电性质影响小；ICP光源又是一种光薄的光源，自吸现象小，且系无电极放电，无电极玷污。这些特点使ICP光源具有优异的分析性能，符合对一个理想分析方法的要求。因而，ICP AES分析法具有下列优异的分析特性：1）ICP-AES法首先是一种多元素同时测定。不论是多道直读还是单道扫描仪器，均可以在同一试样溶液中同时测定大量元素（30～50个，甚至更多）。已有文献报道的分析元素可达78个，即除He、Ne、Ar、Kr、Xe惰性气体外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法测定的应用报道。2）ICP具有较高的蒸发、原子化和激发能力。由于等离子体光源的优异特性，可以避免经典光谱分析方法的化学干扰、基体干扰，因此干扰水平比较低。等离子体焰炬具有更高的温度，能使一般化学火焰难以激发的元素原子化、激发，所以有利于难激发元素的测定。并且在Ar气氛中不易生成难熔的金属氧化物，从而使基体效应和共存元素的影响变得不明显。而且ICP光源的自吸现象很低，校正曲线的线性范围可达5 ～6 个数量级，在大多数情况下，元素浓度与测量信号呈简单的线性。既可测低浓度成分（＜1 毫克/升），又可同时测高浓度成分（几百或数千毫克/升）。是充分发挥ICP-AES多元素同时测定能力的一个非常有价值的分析特性。3）ICP-AES法具有溶液进样分析方法的稳定性和测量精度（RSD＜1%）。其分析精度可与湿式化学法相比。且检测限非常好，很多元素的检测限＜1 mg/L。相关仪器的最新进展如下：（1）Spectroblue ICP-OES-全谱直读等离子体发射光谱仪Spectroblue ICP-OES-全谱直读等离子体发射光谱仪（德国斯派克公司），其特点是：采用750 mm焦距的帕邢-龙格光学系统，采集130 nm到770 nm范围的一级光谱的全谱数据；在130 nm到340 nm波长范围内均可保持恒定的分辨率（像素分辨率3pm），340 nm以上像素分辨率6 pm；15个线性CCD阵列检测器；UV-PLUS气体净化技术（在密闭充氩光学室内，用小型隔膜泵使氩气通过净化管净化循环）；OPI-AIR接口，免除了外部水冷系统；提供两种观测模式（轴向或径向），径向观测时，采用等离子体接口（OPI）：在接口部分切线方向导入氩气，通过一出口反吹出去，直接穿透等离子体，把尾焰吹开，消除基体干扰。（2）Optima 7300 V光谱仪Optima 7300 V是一款台式垂直炬管电感耦合等离子体发射光谱仪（图1），消除了碳聚积并将维护要求降至最低。该仪器的径向观测功能可确保操作快速稳定，专为应对油样分析或地质及冶金应用的独特挑战而设计。Optima 7300 V系列有两种型号：①Optima 7300 V油版，适用于油分析；②Optima 7300 V HF版，适用于地球化学和高固体分析。图1 Optima 7300V光谱仪（3）平板等离子体技术Optima 8x00系列ICP-AES，其特点是：降低氩气消耗，平板等离子体技术在任意RF功率下只需8 L/min的等离子体气流量；远紫外区（120nm）的扩展，以利于低背景谱线的选择及非金属元素（如C、S、N、Cl、Br、I）的分析；专利的等离子体双向观测-采用空气切割气消除冷尾焰，消除干扰；可以使用同一种方式测量高浓度和低浓度元素，轴向观测提供最低检出限，径向观测的观测高度可变，可扩充工作范围和消除电离效应。（4）Agilent 710 Series ICP-OES-CCIAgilent 710 Series ICP-OES-CCI特点是采用冷锥接口技术，双向观测模式，CCD检测器。二、应用范围及应用实例（一）在地质试样分析中的应用ICP-AES的仪器检出限为0.1～100ng/mL，一般元素都存在灵敏度不同的多条谱线，动态线性范围约为4～6个数量级，故非常适合于地质分析试样基体复杂、元素含量范围变化大、要求测定元素多和试样批量大的要求，适用于地质试样中主、次、痕量元素的分析。目前，ICP-AES技术已在地质分析领域得到广泛的应用，成为现代地矿分析实验室里重要的多元素分析手段。ICP-AES在地质试样分析中较典型的应用如下。1）复合酸溶分解后测定岩石、土壤、水系沉积物中Ba、Be、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Sr、Th、Ti、V、Zn、Sc等20 多个元素，特别适合于大批量试样的测定。2）偏硼酸锂熔融后直接测定包括 Si 在内的主量元素（SiO2、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO、P2O5及次要成分Zr、Sr、Ba等），可以达到全分析要求的精密度，取代烦冗的化学分析，百分含量加和质量可以控制在99.3% ～100.7%之间（灼烧减量另测）。3）矿物矿石试样中主、次量元素的测定，部分痕量元素需经分离富集后测定。比如盐酸、硝酸、氢氟酸和高氯酸分解黄铁矿、闪锌矿、钴镍多金属矿等样品，ICP-AES直接测定Al、Fe、Cu、Pb、Zn、Ca、Mg、K、Na、Sb、Mn、Ti、Li、Cd、Co、Ni、V和Ag等18个元素。4）碱熔-阳离子树脂或P507树脂分离富集后测定各种地质试样中痕量超痕量级15个稀土元素的含量。5）天然水样中主要阳离子（Ca、Mg、K、Na等）和偏硅酸、B等的直接测定。氢氧化铁共沉淀分离富集后测定天然水中几十种痕量元素等。6）磷酸混合酸溶样-ICP-AES法测定B、S等元素。7）聚氨酯型泡沫塑料分离富集-ICP-AES法测定地质样品中痕量元素Ti。ICP-AES技术主要应用于金属元素分析，非金属元素的测定灵敏度较差，但可以较好地分析较高含量的P、S、B（B若采用酸溶需加入磷酸保护）、As、Se等元素，有些型号的仪器甚至可以分析 Cl、Br、I 等元素。一般非金属元素的灵敏线都在远紫外区，200 nm以下有明显的氧分子吸收带，190 nm以下波长需采用真空或充入惰性气体措施防止氧分子吸收问题。（二）稀土元素分析Marin等用ICP-IES快速测定了1mol/L FeCl3滤出液中的Ba、Zr、Th、U、La、Ce、Eu、Hf和Gd等元素。液-液萃取过程用乙醚对Fe进行选择性及定量萃取，去污因子为65000。该方法对铁离子浓度较高的溶液中的U、Th、Ba和Zr的检出限为1～24ng/mL，相对标准偏差为0.9%～4.6%。该方法已被用于处理放射性物质。（三）土壤微量元素分析PerkinElmer的ICP-OES可以分析元素周期表中所有金属元素，检出限在1×10-9以下。同时可以分析绝大部分非金属元素，例如As、Se、P、S、Si、Te等，检出限低于10×10-9，如果配合使用氢化物发生器，这些非金属的检出限可以改善10倍以上。Praveen Sarojam等（2010）将土壤样品经过微波消解等前处理技术处理后，通过OptimaTM 7300 DV ICP-OES仪进行了测试，取得了很好的结果。三、资料来源http://www.perkinelmer.com.cn/Catalog/Family/ID/Optima＋8 x00＋ICP＋OES＋Spectrometers？utm_ media＝LinkToEloquaGenericLandingMarin A，Joaquin C，Karin P et al.2009.Determination of REE，U，Th，Ba，and Zr in simulated hydrogeological leachates by ICP-AES after matrix solvent extraction.Journal of Rare Earths，27（1）：123～127Praveen S，Trace M.Characterization of Soils Using the Optima 7300 DV ICP-OES，PerkinElmer，Inc

电感耦合等离子体发射光谱仪类型

进行光谱分析的仪器设备主要由光源、分光系统(光谱仪)及观测系统三部分组成。简单地说，就是把试样引入激发光源，使其原子化、激发和电离，辐射出特征光谱，然后用分光系统使光辐射色散，最后将形成的光谱通过相板或转换为电信号进行强度测量。ICP光谱仪可分为几类，即摄谱仪、多通道光电直读光量计和顺序扫描单色仪。近年来最流行的ICP光谱仪则为采用固体检测器的全谱直读光谱仪。(1)摄谱型等离子发射光谱仪采用相板记录的商品ICP摄谱仪并不多，我国目前仍在使用此类仪器。如北京光学仪器厂的WP-2L型ICP-D型摄谱仪、北京第二光学仪器厂的WPl-G型ICP摄谱仪，及许多自行组装的ICP光谱仪。(2)多通道光电直读等离子发射光谱仪此种光谱仪为固定狭缝多通道式，即在光谱仪的焦面上按欲测元素所选用光谱线出现的位置安装许多固定出射狭缝和相应的检测器(如光电倍增管)，同时接收来自试样的多个元素的分析信号，多通道仪器的通道数目可多达60道以上。多通道ICP光谱仪具有很高的分析效率和很好的分析精密度，是一种同时多元素快速测定的方法，适用于大批量试样分析。缺点是通道数目有限且固定，灵活性差，不能灵活选择测定元素，也难以根据试样的基体和待测元素的含量选择干扰少或不同灵敏度的适用谱线。(3)顺序扫描型等离子发射光谱仪顺序单道扫描仪相当于出射狭缝和电子倍增管在光谱仪的焦面上移动扫描或光栅转动扫描，顺序检测不同波长的谱线。此种方式具有较大的灵活性，可以根据试样特点和元素含量灵活选择谱线进行顺序多元素分析。其缺点是测定元素多时，分析速度慢，消耗试样溶液多，且精密度较差。(4)多通道与顺序扫描单色仪结合型等离子发射光谱仪鉴于上述两种类型的仪器均有其各自的优缺点，可在多通道仪器的基础上附加一个单色仪，以在一定程度上弥补各自的缺陷。(5)全谱直读型等离子发射光谱仪全谱直读型ICP-AES运用了现代微电子学、光电子学和计算机领域的最新成果，推出了以中阶梯光栅二维色散与固态检测器相结合的新型仪器，实现了ICP-AES的一次革命性飞跃。用几十万至上百万像元(CCD或CID)组成的检测器，实现了高信息量的二维全谱检测，集经典的摄谱仪、多道光量计和单道扫描光谱仪的优点于一身，可以采集全谱图照片，将试样中存在的所有元素的原子发射光谱信息同时记录下来，得到试样的“指纹”信息，以便日后对某些元素的复杂情况进行重新研究或探讨尚未分析的元素，还可以灵活选择谱线，考察谱图，在一次读谱中，可同时精确地读出一个元素的多条谱线，通过不同谱线的测定结果判断有无谱线的干扰，灵活选择最佳谱线。另外，可通过采用不同强度的谱线来分析试样中不同含量的元素，实现更宽的线性动态范围；方便地进行背景和干扰校正，适用于不同类型的试样；利用谱线差减，直接比较试样之间的差别，发现尚未分析的元素；测定精密度高，分析速度快，效率高，适用于大批量试样分析；方便与流动注射分析(FIA)或液相色谱等技术联用，测量瞬态信号。