原理:原子發射光譜分析法是根據處于激發態的待測元素原子回到基態時發射的特征譜線對待測元素進行分析的方法。它一般是利用元素的激發態原子所發出的特征輻射的波長進行定性分析;利用特征輻射的強度進行定量分析。
原子發射光譜法具有以下優點:
(1)、多元素同時檢測。樣品被激發后,樣品中不同元素均發射特征光譜,這些特征光譜能夠被同時記錄和測量。
(2)、分析速度快。利用光電直讀光譜儀,可在幾分鐘內同時對幾十種元素進行定量分析。
(3)、檢出限低。
(4)、準確度高
(5)、選擇性好。每個元素因原子結構不同,各自發射不同的特征光譜。
(6)、校準曲線動態線性范圍寬,ICP光源可達4~6個數量級
原子發射光譜法也存在一些不足:對于常見非金屬元素,由于其譜線位于遠紫外區,目前一般的光譜儀尚不好檢測;另外,對于磷、硒、碲等元素,其激發電位高,分析靈敏度較低。
原子發射光譜儀
原子發射光譜儀分為三個部分:激發光源、光譜儀和檢測器
1、激發光源 作用是提供足夠的能量使試樣蒸發、原子化、激發、產生光譜。對激發光源的要求是:靈敏度高、穩定性好、光譜背景小、結構簡單、操作安全。
2、光譜儀 作用是將光源發射的電磁輻射經色散后,得到按波長順序的光譜,并對不同波長的輻射進行檢測與記錄
3、檢測系統 目前電荷耦合器件在原子發射光譜的應用比較廣泛。CCD是在大規模硅集成電路工藝基礎上研制而成的模擬集成電路芯片,是把光信號以電荷的形式存儲和轉移,而不是以電流和電壓的形式。光輻射照到光敏元件表面產生光生電荷,隨著電荷從收集區轉移到測量區,完成對累積電荷的測量。光敏元件是二維排列的,可同時從中階梯光柵光譜儀上記錄二維全譜。電荷耦合器件檢測器在發射光譜應用中的主要優點是:同時多譜線檢測;分析速度快,可在1min內測定幾十種元素;靈敏度高;動態線性范圍可達5~7個數量級。
定性分析:
(1)、光譜定性分析 每種元素的原子都有它的特征發射光譜,根據原子發射光譜中的元素特征譜線就可以確定試樣中是否存在被測元素。在定性分析中所依據的譜線有靈敏線、最后線及特征線組。只要在試樣光譜中檢出了某元素的靈敏線,就可以確定試樣中存在該元素。反之,若在試樣中未檢出某元素的靈敏度,就說明試樣中不存在該元素,或者該元素的含量在檢測靈敏度以下。光譜定性分析常采用攝譜法,通過比較試樣光譜與純物質光譜或鐵光譜來確定元素的存在。
(2)、標準試樣光譜比較法
(3)、鐵光譜比較法
定量分析
(1)、校準曲線法
(2)、標準加入法
(3)內標法
原子發射光譜實驗技術
1、樣品的制備與處理
ICP光譜分析法一般采用溶液樣品。各種樣品均要求轉化為溶液進行分析。將樣品轉化為溶液的方法常采用濕法消化法,即在氧化性酸(堿及非氧化性酸)存在下(必要時加入氧化劑),在一定的溫度和壓力下,通過化學反應使樣品分解,將待測元素轉化為離子形式存在于消解液中以供分析。對于無法用酸分解或酸分解不完全的試樣,常采用熔融分解法。對有機基體樣品,常采用干灰化法先除去有機基質。ICP光譜法分析樣品處理的一般原則是:盡量不引入鹽類或其他成鹽試劑,含鹽量高可能造成霧化器的堵塞及霧化效率的變化;一般采用硝酸或鹽酸處理樣品,盡量不用硫酸或高氯酸等黏度較大的酸處理樣品。處理后的酸量不宜過高,一般5%~10%。樣品溶液的酸度和標準溶液的酸度應一致。
2、ICP光源的重要工作參數
(1)、RF功率 幾乎所有的譜線強度都隨功率的增加而增加。但功率過大也會到來背景輻射增強,信倍比變差,檢出限反而不能降低。對于水溶液樣品,一般選用的功率為950~1350W
(2)、霧化氣流量 霧化氣流量大小直接影響霧化器提升量、霧化效率、霧滴粒徑、氣溶膠在通道中的停留時間等。因此要根據每個具體的霧化器精心選擇并在分析過程中保持一致。
(3)、觀察高度 在矩管垂直放置情況下,采用側向采光,各種元素的最佳激發區因元素而異。