瓦里安ICP培训PPT完整版本.ppt 128页

'SpectroCirOSICP光谱仪:培训课程SpectroShanghaiOffice InductivelyCoupledPlasma–ICP（电感耦合等离子体）-ICP InductivelyCoupledPlasma-ICP发射光谱仪原理检测器激发态原子激发源透镜波长选择器 原子理论CirOS仪器方法建立ICP:检查与维护应用InductivelyCoupledPlasma-ICP InductivelyCoupledPlasma-ICP第1部分:原子理论 InductivelyCoupledPlasma=ICP原子包括：带正电荷的质子，带负电荷的电子和不带电荷的中子。中子质子电子原子核什么是原子? InductivelyCoupledPlasma=ICP电子跃迁到更高能级原子核原子核较低能级电子释放出能量光量子的发射获得额外能量的电子会跃迁到更高的能级。当它们跃迁回原来的能级时，就会发射出光量子。量子跃迁 InductivelyCoupledPlasma=ICPDE=hv=hc/lDE=两个能级之间的能量差h=6.6256x10-27ergsecv=频率c=光速l=波长原子光谱 InductivelyCoupledPlasma=ICP电压765432102.74.37.62SPDsp1p2p3df1S01P11D23S13P23P13P03D3.2.13F4.3.2单电子键三电子键3S4S5S6S7S3P3D4D5D6D4P5P6P7P3p13p23p34p14p24p35p15p25p36p16p26p37p17p27p34s5s6s7s8s3d4d5d6d5f4f4571.15500010000150002000025000300003500040000450005000055000600001828.12025.822852.1111828.85711.094703.005528.428806.755183.675172.703332.143329.95167.383336.6915032.73829.363091.073832.313092.973838.293096.917657.515023.315032.710812.914877.14730.16n.cm-1镁原子的能级 InductivelyCoupledPlasma=ICPG.F.LarsonandV.A.Fassel.Appl.Spectrosc.33.597(1979)高阶扫描:5000µg/mlMg低阶扫描:去离子水10-1010-910-410-510-610-710-8光电流[A]波长[nm]220240260280300MgII279.55MgII280.27MgI285.213p3P0-10d3D3p3P0-11d3D3p3P0-9d3D3p3P0-8d3D3p3P0-7d3D3p3P0-6d3DMg溶液波长扫描 电磁谱-射线X-射线UV可见光区红外无线电波0.01nm1nm100nm400-700nm1mm1米1kmInductivelyCoupledPlasma=ICP单位1nm=10-9m1Å=10-10m范围红外>750nm可见光:400-750nm紫外<400nm ICP中的化学反应示意框图+光子发射(原子线)光子发射(离子线)激发源原子团分子原子离子液体试样固定试样雾化固定试样进样气溶胶去溶剂汽化激发分解激发离子化InductivelyCoupledPlasma=ICP能级框图离子激发态离子基态基态激发态能量原子发射离子发射激发离子化4321 原子及离子线原子线一个电子处于激发态的原子离子线已离子化的原子剩余的电子被激发InductivelyCoupledPlasma=ICP 一些元素的离子化势能(eV)Lit.:ZaidelEl.IIIIIIIVV1H13.595--------2He24.58154.405------3Li5.39075.622122.427----4Be9.32118.207153.85217.671--5B8.29625.11937.921259.31340.1566C11.26524.37747.86664.478392.07N14.54529.60647.60977.497.878O13.61535.08255.11877.28113.79F17.42234.97962.64787.142114.2210Ne21.55940.95863.42796.897126.4311Na5.13847.29271.650----12Mg7.64515.03280.119109.533--13Al5.98518.82428.442119.961154.2814Si8.14916.33933.48945.131166.515P10.97719.65330.15751.35665.0116S10.35723.40535.04847.29462.217Cl12.95923.79939.90554.45267.818Ar15.73627.61940.68617819K4.34031.81145.7----20Ca6.11211.86851.20967.2--El.IIIIIIIVV21Sc6.5612.924.75373.91391.822Ti6.83513.627.543.23799.8423V6.73814.226.548.56424Cr6.76116.7----73.025Mn7.42915.636----76.026Fe7.8616.24030.6----27Co7.87617.4------28Ni7.63318.2------29Cu7.72320.283------30Zn9.39217.96039.70----31Ca5.99720.50930.764.1--32Ce8.12615.9334.21645.793.4333As9.8120.227.29750.12362.6134Se9.75021.69134.07842.90073.1135Br11.84419.235.888----36Kr13.99626.536.9468--37Rb4.17627.4994780--38Sr5.69311.026------39Y~6.612.420.5--~7740Zr6.95114.0324.1033.972--InductivelyCoupledPlasma=ICP ICP-文献A.Montaser,D.W.Golightly,Inductivelycoupledplasmasinanalyticalatomicspectrometry,VerlagChemie(1992)P.W.J.M.Boumans,Inductivelycoupledplasmaatomicemissionspectrometry,JohnWiley&Sons(1987)R.K.Winge,V.A.Fasseletal.,ICP-OES:Anatlasofspectralinformation,Elsevier(1985)InductivelyCoupledPlasma=ICP 第2部分:CirOS仪器InductivelyCoupledPlasma-ICP InductivelyCoupledPlasma=ICP从试样到分析结果:色散棱镜衍射光栅进样:雾化器电极氢化物发生器检测感光板PMT发光二极管阵列(PDA)CCD/CID分析结果数据处理操作手册计算机激发电弧/火花火焰辉光放电灯(GDL)微波等离子体(MIP)ICP激光 InductivelyCoupledPlasma-ICP氧气净化管(@CirOSleft)包含紫外的光学系统(@CirOSlefttop)高压发生器(@CirOSback)过滤器RF发生器排气(@CirOStop)废液瓶4通道蠕动泵进样系统CCD控制板紫外区循环泵OPI&炬管RF发生器控制板(@CirOSrightside) 发生器(SPECTROCIROSCCD)功能:能量传递给等离子气体免维护，27.12MHz最短的预热时间(~15-20min.)功率范围:700W-1700WInductivelyCoupledPlasma=ICP RF功率影响(SPECTROCIROSCCD)ICP最低持续需求足够激发的能量足够的背景强度以获得良好的检出限包含1350W-1450W能适应90%到95%的应用相对发射背景谱线功率InductivelyCoupledPlasma=ICP 发生器功率影响1200W1190W1210W与第一次测量相比[%]InductivelyCoupledPlasma=ICP 电磁场RF包含电磁场首次弹性碰撞Ar+e-Ar++2e-导致离子化Ar+e-Ar++2e-M+e-M++2e-InductivelyCoupledPlasma=ICP 等离子体火炬样品流入磁场电感线圈等离子体发射区石英炬管氩气切线气流固定模式3个同心石英管可拆卸模式喷管可更换:石英或氧化铝InductivelyCoupledPlasma=ICP 发生器参数优化冷却气流量辅助气流量雾化气流量(与雾化器种类有关)额外气流(如果需要的话)观测高度(对于侧向/轴向观测等离子体)发生器功率泵速级别(相对于泵速)InductivelyCoupledPlasma=ICP 气体流量的作用冷却:7-20L/min辅助:0-3L/min气溶胶:0.5-1.5L/minInductivelyCoupledPlasma=ICP 雾化器压力的影响3bar2.9bar3.1bar相对于第一次测定[%]InductivelyCoupledPlasma=ICP EOP–端视等离子体InductivelyCoupledPlasma=ICP 端视(或轴向)等离子体36241571–仪器光路2–水冷等离子体接口3–氩气源4–羽状区5–分析区6-RF线圈7–等离子体炬InductivelyCoupledPlasma=ICPSpectro专利OPI 光谱仪入射狭缝光栅出射狭缝检测器:线性CCD阵列InductivelyCoupledPlasma=ICP SPECTROCIROSCCD:光学系统19CCDK766nmLi670nmNa589nm次级光栅2400l/mm初级光栅2924l/mm460nm125nm入射狭缝虚拟入射狭缝 CCD阵列双光栅光谱仪 光栅方程dbcaa=光栅常数b=入射角ic=衍射角rd=刻线距离N=衍射级数nl=d(sini+sinr)InductivelyCoupledPlasma=ICPCirOS:n=1只收集最强的发射光 线性CCD芯片阵列InductivelyCoupledPlasma=ICP特点:2,500象素每个最短积分时间:1ms根据信号高度自动对每个象素优化积分时间自动暗电流校正 搀杂质的硅晶体吸收电子在定义的芯片区域(象素)产生电学充电CCD芯片功能InductivelyCoupledPlasma=ICP 电荷通过晶体的象素转移CCD芯片功能InductivelyCoupledPlasma=ICP 每个象素读数通过电压成比例放大及转化CCD芯片功能InductivelyCoupledPlasma=ICP 试样进样系统炬管固定式可拆卸式耐HF雾化器同心交叉浆料喷雾室双通路喷雾室气旋雾化室对于不同用途可以更换:水溶液,有机物,HF,浆料,...InductivelyCoupledPlasma=ICP 同心雾化器大约25mm大约40mm毛细管外壳喷嘴液体(试样)进入气体进入(侧臂)InductivelyCoupledPlasma=ICP 交叉雾化器Ar试样InductivelyCoupledPlasma=ICP 改进型Lichte雾化器毛细管液体(试样)进入气体进入喷嘴InductivelyCoupledPlasma=ICP GMK雾化器可调节冲击球气体溶液到ICP排液InductivelyCoupledPlasma=ICP Babington雾化器氩气(1l/min)V形槽气溶胶溶液(2ml/min)内径0.8mmInductivelyCoupledPlasma=ICP Burgener雾化器溶液氩气喷嘴详细图解氩气试样InductivelyCoupledPlasma=ICP 雾室–双通道排液雾化器过来的气溶胶气溶胶雾气到炬管InductivelyCoupledPlasma=ICP 雾室–单通道排液扰流器雾化器过来的气溶胶气溶胶到炬管InductivelyCoupledPlasma=ICP 气旋式雾化器室雾化器气溶胶到炬管排液InductivelyCoupledPlasma=ICP 第3部分:方法开发InductivelyCoupledPlasma-ICP ICP-OES一般情况比较方法，需要校准标样与试样的基本保持一致强度浓度InductivelyCoupledPlasma=ICP 背景等效浓度-数值BEC:背景等效浓度检出限BEC/50强度浓度BECInductivelyCoupledPlasma=ICP 公式SBR=(强度(标样)-强度(光谱背景))强度(光谱背景)BEC=c(标样)SBRcDL=3xRSD(光谱背景)xBEC100123cDL=0.03xRSD(光谱背景)xBEC4InductivelyCoupledPlasma=ICP 常见单位1%10g/L1g/L1,000ppm1g/kg1ppm1,000ppb1mg/L1mg/kg1µg/L1ppb1µg/kgInductivelyCoupledPlasma=ICP 扫描空白污染背景校正干扰InductivelyCoupledPlasma=ICP 光谱背景连续背景杂散光分子键(如：OH,N2,C,ZrO,WO等)等离子体中原子、离子的谱线(如：Ar,H,O,N等)基体元素的谱线InductivelyCoupledPlasma=ICP 杂散光分子键(如：OH,N2,C,ZrO,WO等)等离子体中原子、离子的谱线(如：Ar,H,O,N等)基本元素的谱线InductivelyCoupledPlasma=ICP 智能分析软件InductivelyCoupledPlasma=ICP双击这个“图标”进入前面窗口主窗口 智能分析软件:仪器发生器参数InductivelyCoupledPlasma=ICP可以通过移动滑动条或者直接输入，然后点击按钮“Apply”所有参数立即在屏幕上更新 智能软件:仪器发生器参数InductivelyCoupledPlasma=ICP炬管位置优化所有参数立即在屏幕上更新要求的溶液:2ppmMn 智能分析软件:方法开发InductivelyCoupledPlasma=ICP点击按钮…然后…开始方法开发 智能分析软件:方法开发InductivelyCoupledPlasma=ICP点击“New”生成一个新方法或高亮度显示一个已有方法名然后点击“OK”以修改方法 InductivelyCoupledPlasma=ICP智能分析软件:方法开发请输入方法名称*Methodauthorisoptional InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:编辑批注…optional从这个方向填表 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:进样缺省数值,可以根据分析要求及试样管长度来改变 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:仪器参数缺省数值,根据试样的基体、待分析元素、元素浓度、雾化器及雾室的类型修改 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:测量参数缺省数值，根据方法要求及试样中元素的浓度来修改 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:定义输入格式这里所有的东西全部由用户设计。当确认这个格式后，以后打印的数据将根据你设计的格式。分析时数据打印 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:定义输出格式如果你想将你的数据存贮在硬盘上，记住点击“DataFile”给文件一个文件名 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:编辑选择的谱线选择你要测定的元素添加Ar作为监控线(NBAr将变成兰色)如果需要添加内标元素（s),在从元素周期表中选元素的时候检查一下“ReferenceLine（干扰线）”(NBtheelement(s)is/aremagentaincolour)Bymouseclick!!双击这儿为你选定的元素选择谱线 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:编辑选择的谱线对于同样的元素，可以同时选择多于一条谱线。为为区分它们，你可以为它们指定你喜欢的名字双击元素可编辑! InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:编辑选择的谱线点击按钮“Scan(扫描）”对一到二个标准溶液扫描，指定峰及背景校正位置(如果需要) InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:开始扫描输入试样/标准的名称，吸入试样后，点击“Start”得到扫描图重复第1步直到得到所有的扫描图 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:开始扫描指定峰和背景位置(如果需要)对所有要分析元素重复第1步完成步骤2后，点击回到“EditLineSelection（编辑选择的谱线）”窗口记得点击“Yes”以便存贮所有修改 背景校正标样和试样的基本不匹配提高检出限水平的准确度InductivelyCoupledPlasma=ICP InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:“Pseudo”功能（注：可推算分子含量）如果需要测定Al的氧化物成分而不是Al时，可调出“Pseudo”功能I生成Al2O3方程式从Al的测定结果直接得到f点击“New”生成Al2O3方程式 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:“Pseudo”功能Al的摩尔质量=26.98O的摩尔质量=15.99Al2O3的摩尔质量=26.98x2+15.99x3Al2O3的浓度=浓度(Al)xAl2O3的摩尔质量Al的摩尔质量输入方程式插入方程式:点亮方程式点击“Select” InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:“Switch（切换）”功能优点:*拓宽分析的动态线性范围规则:*选择一条以上的谱线放在同一个通道中 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:“Switch”功能点亮谱线，指定其低点和高点浓度(也即是浓度范围)重复其它可选谱线 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:编辑选择的谱线全部准备好后，关闭“EditLineSelection”窗口，回到“MethodDevelopment”窗口 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:编辑选择的谱线现在，空白地方已经填满了你选择谱线的相关信息Ar监控线在430nm3条谱线被指定为内标元素线，但现在还没有使用。回到“InternalStandardization（内标标准化）”部分同一元素的两条谱线放在同一个元素通道 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:定义标样到“List”生成标准溶液数据库当前数据库中可用的标样，可以修改或生成新的OR InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:定义标样点击‘Conc.…”进入浓度表 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:定义标样包含所有标样然后关闭窗口。在进行下一步测量标样前记得保存方法。 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:测量标样 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:测量标样可用标液列表点击‘Yes”开始… InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:编辑回归数据校准曲线信息 InductivelyCoupledPlasma=ICP方法开发步骤:完成点击“exit”回到“MethodDevelopment”窗口记得“Select”选择所有通过的谱线用于试样分析 InductivelyCoupledPlasma=ICP试样分析 试样分析选择方法吸入试样后点击‘F3’或图标开始InductivelyCoupledPlasma=ICP ICP-OES:优缺点优点多元素同时分析在0.02-50µg/L范围良好的检出限精度高(r<1%)化学干扰及蒸发干扰少动态范围宽(5-6个数量级)可完全覆盖紫外区域每个元素的分析成本低InductivelyCoupledPlasma=ICP ICP-OES:优缺点缺点需要制备试样光谱干扰InductivelyCoupledPlasma=ICP 内标元素的选择CaII315.86.117.0513.16II317.97.0513.16II396.83.129.23SiI212.46.62BeII313.09.323.9613.28ScII361.36.543.459.99YII371.06.513.5210.03BeI332.16.45元素EIEAEI+EAEI=离子化势能eVEA=原子化势能eVInductivelyCoupledPlasma=ICP 内标在试样和标样中加入相同浓度的内标相似......化学及物理特征...谱线的激发能量...离子化能量...波长范围及强度InductivelyCoupledPlasma=ICP 内标Be-Ca(1=100ms)相对于首次测量(grid=5%)InductivelyCoupledPlasma=ICP 内标Y-Cr相对于首次测量(grid=5%)(1=100ms)InductivelyCoupledPlasma=ICP 内标标准化提高主要元素的准确度准确加入一个或几个元素到标样和试样中提高精度和准确度RSD0.1-0.2%原子化能量离子化能量 内标标准化对于内标的要求:必须是试样中没有的必须是高纯的容易获得与待测元素具有相近的离子化势能常用内标元素:无机分析:Sc,Sr,Ba,Y有机分析:Sc,Y 内标标准化回到方法开发窗口，点击‘EditLineSelection”添加参比元素如IS点击按钮“Reference” 内标标准化根据浓度范围、势能等指定IS（内标）元素关闭“EditLineSelection”窗口，回到主窗口“MethodDevelopment”，可以看到一个柱状框里显示指定IS的信息 内标标准化与平常一样测定标样生成校准曲线，然后元素的强度变成了强度比(也即是元素强度与内标元素强度的比值） 标准加入法步骤:按下面方法至少准备三个标样(例如待测元素：A,B&C)常量=xmLStd0Std1Std2在每个标样中加入相同体积的未知样品Std0Std1Std2多元素的尝试(A,B&C)0510ppm多元素标样的体积x*xxmL加入的未知样品yyymL总体积x+yx+yx+ymL*只有基体空白溶液 标准加入法步骤:选择“OnlyStdAdd.”生成一个新方法 步骤:与平常一样创建方法,但是按下面要求定义标样不要忘记点击“SPIKE”记得输入内标的浓度标准加入法 步骤:与平常一样进标样(Std0,1,2,…)校准方法得到校准曲线标准加入法 步骤:测量未知样品就可以得到结果.(也即是如图所示理论图形)********Advantages:不要匹配复杂的未知基体可以分析浓度非常低的元素可以同样方法生成的校正曲线测定其它相同/相近基体的未知样品标准加入法 第4部分:ICP维护和检查表InductivelyCoupledPlasma-ICP 用于ICP调节的检查表测量Y(1,000mg/L)通过BEC值看气流及能量的影响通过发生器窗口调节光轴InductivelyCoupledPlasma=ICP 测量Y(1,000mg/L)InductivelyCoupledPlasma=ICP 用于ICP调节的检查表辅助气流量喷嘴顶端无积盐或积碳（有机物）雾化器(载气流量)载气流速–喷管–附加气控制泄漏气体连接泵管-雾化器InductivelyCoupledPlasma=ICP 更换氧气净化管InductivelyCoupledPlasma=ICP 第5部分:应用InductivelyCoupledPlasma-ICP 水分析典型样品:应用水地下水地表水废水InductivelyCoupledPlasma=ICP 水分析的标准步骤美国环保署EPA200.7及EPA200.1530个元素的测量步骤检查实验室条件步骤包括SPECTRO智能分析德国标准方法DIN38406及DIN3841433个元素的检测InductivelyCoupledPlasma=ICP 盐的分析NaCl,KCl,FeCl3,...等中的杂质合适的进样系统InductivelyCoupledPlasma=ICP 有机物的分析发动机油中的磨损金属添加剂(Ca,Mg,Zn,P)汽油中的Pb残留燃油中的Na和K用过的油中的Cl和SInductivelyCoupledPlasma=ICP 有机物分析特殊安排-更高的能量-更高的辅助气-更高的冷却气流-添加氧气(最好的辅助气)-准确选择谱线(C-,CH-谱带)InductivelyCoupledPlasma=ICP 金属分析Fe,Cu,Al中痕量元素合金中的元素贵金属灵敏度合金元素的准确度选择合适的谱线InductivelyCoupledPlasma=ICP 金属分析的精密度和准确度内标动态背景校正定标试验InductivelyCoupledPlasma=ICP 超声雾化器试样被泵入变频器通过晶振雾化加热:挥发溶剂冷却:冷凝除掉溶剂提高:改善基体10倍InductivelyCoupledPlasma=ICP 超声雾化器原理变频器板滴液口喷雾气体进样口滴液口等离子体炬管绝缘层加热带帕耳贴部件InductivelyCoupledPlasma=ICP 氢化物发生器易形成氢化物的元素:As,Se,Sb,Te,Bi,Sn,Pb化学过程:能过添加NaBH4和HCl的混合溶液把元素还原为易挥发气体优点-以氢化物形式可以提高元素的转化率-把元素与基体分离-更好的检出限(10-100倍)InductivelyCoupledPlasma=ICP 氢化物发生技术的原理NaBH4溶液进入ICP的气体Ar载气排液试样溶液HCl-溶液InductivelyCoupledPlasma=ICP 氢化物技术的原理氩载气试样溶液1%NaBH4含0.1MNaOH2%HCl进入ICP气体排液相分离器InductivelyCoupledPlasma=ICP 氢化物发生器优点检出限好50-100倍分离基体缺点试样处理复杂化学干扰(Cu对Se)依赖于不同基体InductivelyCoupledPlasma=ICP 悬浮浆料分析技术搅拌器蠕动泵排液氩气Babington雾化器圆锥形雾室直接喷射管10cmInductivelyCoupledPlasma=ICP 浆料分析中的典型试样制备程序1.试样研磨2.称样3.加入水及1滴表面活性剂(TritonX-100)(曲拉通X-100)4.通过超声振荡把悬浮液搅拌均匀InductivelyCoupledPlasma=ICP Al2O3悬浮液中V292.402nm的校正曲线xxxxCEK强度比(AU)605040302010000.0050.010.0150.02%氧化物Al266.917nm内标InductivelyCoupledPlasma=ICP 浆料分析-结论优点含固体的浆料雾化可应用到很多难处理材料内标InductivelyCoupledPlasma=ICP 浆料分析–结论缺点-需要严格控制颗粒的大小-悬浮液的稳定性-颗粒的输送-ICP中颗粒的分解InductivelyCoupledPlasma=ICP 此课件下载可自行编辑修改，供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！'