第十三章 概述 原子发射光谱 generalization 分析法 二，ICP-AES结构流程 structure of ICP-AES atomic emission 三、ICP-AES原理 spectrometry,AES principle and feature of ICP-AES 第三节 四、ICP-AES的特点 等离子体发射光谱仪 feature of ICP-AES 五、等离子体发射光谱仪 plasma emission plasma emission spectrometry spectrometry 下一页
第十三章 原子发射光谱 分析法 一、 概述 generalization 二、ICP-AES结构流程 structure of ICP-AES 三、 ICP -AES原理 principle and feature of ICP-AES 四、ICP-AES的特点 feature of ICP-AES 五、等离子体发射光谱仪 plasma emission spectrometry 第三节 等离子体发射光谱仪 atomic emission spectrometry,AES plasma emission spectrometry
概述 generalization 原子发射光谱在50年代发展缓慢： 1960年，工程热物理学家Reed,设计了环形放电感耦等 离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源； 1960年，工程热物理学家Reed 设计了环形放电感耦等离子体炬； 指出可用于原子发射光谱分析中的激 发光源； 光谱学家法塞尔和格伦菲尔德用 于发射光谱分析，建立了电感耦合等 离子体光谱仪(ICP-AES); 70年代获ICP-AES应用广泛。 2024/9/20
2024/9/20 一、概述 generalization 原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦等 离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源； 1960年，工程热物理学家 Reed 设计了环形放电感耦等离子体炬； 指出可用于原子发射光谱分析中的激 发光源； 光谱学家法塞尔和格伦菲尔德用 于发射光谱分析，建立了电感耦合等 离子体光谱仪(ICP-AES); 70年代获ICP-AES应用广泛
等离子体光源的形成类型 等离子体喷焰作为发射光谱的光源主要有以下三种形式： (I)直流等离子体喷焰(direct currut plasmajet,DCP) 弧焰温度高8000-10000K,稳定性好，精密度接近ICP, 装置简单，运行成本低： (2)电感耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP) ICP的性能优越，已成为最主要的应用方式； (3)微波感生等离子体(microwave induced plasma,.MP) 温度5000-6000K,激发能量高，可激发许多很难激发的 非金属元素：C、N、F、Br、CI、C、H、O等，可用于有机 物成分分析，测定金属元素的灵敏度不如DCP和ICP。 2024/9120
2024/9/20 等离子体光源的形成类型 等离子体喷焰作为发射光谱的光源主要有以下三种形式： (1)直流等离子体喷焰(direct currut plasmajet，DCP) 弧焰温度高 8000-10000K，稳定性好，精密度接近ICP， 装置简单，运行成本低； (2)电感耦合等离子体(inductively coupled plasma， ICP) ICP的性能优越，已成为最主要的应用方式 ； (3) 微波感生等离子体(microwave induced plasma, MIP) 温度5000-6000K，激发能量高，可激发许多很难激发的 非金属元素：C、N、F、Br、Cl、C、H、O 等，可用于有机 物成分分析，测定金属元素的灵敏度不如DCP和ICP
ICP-AES的结构流程 structure of ICP-AES and process 采用ICP作为光源是ICP-AES与其他光谱仪的主要不同之处。 主要部分： 1.高频发生器 等离子体焰炬 辐射光 自激式高频发生器，用于中 光谱系统 低档仪器： 炬管 晶体控制高频发生器，输出 氩气流 功率和频率稳定性高，可利用 同轴电缆远距离传送 高频发生器 雾化器 2.等离子体炬管 三层同心石英玻璃管 试样 3.试样雾化器 4.光谱系统 ICP-AES系统框图 2024/9/20
2024/9/20 二、 ICP-AES的结构流程 structure of ICP-AES and process 采用ICP作为光源是ICP-AES与其他光谱仪的主要不同之处。 主要部分： 1. 高频发生器 自激式高频发生器，用于中 、低档仪器； 晶体控制高频发生器，输出 功率和频率稳定性高，可利用 同轴电缆远距离传送。 2. 等离子体炬管 三层同心石英玻璃管 3. 试样雾化器 4. 光谱系统
ICP-AES 反射镜 等离子体焰炬 反射镜 高频感应线圈 照相快门 石英炬管 等离子体气流 辅助气流 雾化器 CP焰炬 中阶梯光栅 废液 CID检测器 全谱直读等离子体光谱仪示意图 2024/9120
2024/9/20 ICP-AES
三、ICP-AES的原理 principle and feature of ICP-AES ICP是由高频发生器和等离子体炬管组成。 1.晶体控制高频发生器 石英晶体作为振源， 经电压和功率放大，产生 具有一定频率和功率的高 频信号，用来产生和维持 等离子体放电。 石英晶体固有振荡频 晶控高频发生器原理图 率：6.78MHz,二次倍频后 1一石英振荡器(6.78MHz):2一一次倍颍 (13.56MHz);3-二次倍频(27.12MHz),4一放 为27.120MHz,电压和功率 大器：5一功率放大器；6一耦合器：7一感应圈： 放大后，功率为1-2kW; 8一输出功率计；9一负反馈放大器；10一电源 2024/9/20
2024/9/20 三、 ICP-AES的原理 principle and feature of ICP-AES ICP是由高频发生器和等离子体炬管组成。 1. 晶体控制高频发生器 石英晶体作为振源， 经电压和功率放大，产生 具有一定频率和功率的高 频信号，用来产生和维持 等离子体放电。 石英晶体固有振荡频 率：6.78MHz，二次倍频后 为27.120MHz,电压和功率 放大后，功率为1-2kW；
2.炬管与雾化器 等离子体焰炬 三层同心石英玻璃 高频感应线圈 炬管置于高频感应线圈 中，等离子体工作气体 从管内通过，试样在雾 石英炬管 等离子体气流 化器中雾化后，由中心 辅助气流 管进入火焰： 外层Ar从切线方向 雾化器 进入，保护石英管不被 烧熔，中层Ar用来点燃 试液 等离子体； 废液 2024/9/20
2024/9/20 2. 炬管与雾化器 三层同心石英玻璃 炬管置于高频感应线圈 中，等离子体工作气体 从管内通过，试样在雾 化器中雾化后，由中心 管进入火焰； 外层Ar从切线方向 进入，保护石英管不被 烧熔，中层Ar用来点燃 等离子体；
T/K 25 士10% 3.原理 6000 .6200 6500 当高频发生器接通电源后，高频 mm 030 8000 电流通过感应线圈产生交变磁场（绿色 10000 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。 试样+1 2024/9/20
2024/9/20 3. 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
四、ICP-AES特点 feature of ICP-AES (1)温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物 的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性； (2)“趋肤效应”，涡电流在外表面处密度大，使表面温度 高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小。 也有效消除自吸现象，线性范围宽(4~5个数量级)； (3)ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小： (4)Ar气体产生的背景干扰小； (5)无电极放电，无电极污染： CP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电： 缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高。 2024/9/20
2024/9/20 四、 ICP-AES 特点 feature of ICP-AES (1)温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物 的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性； (2)“趋肤效应”，涡电流在外表面处密度大，使表面温度 高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小。 也有效消除自吸现象，线性范围宽（4～5个数量级）； (3) ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小； (4) Ar气体产生的背景干扰小； (5) 无电极放电，无电极污染； ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电； 缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高
五、等离子体发射光谱仪 plasma emission spectrometry 1. 光电直读等离子体发射光谱仪 光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度； 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式： 一个出射狭缝和一个光 出射狭缝 电倍增管，可接受一条谱线 光电倍增管 ,构成一个测量通道； 柱面反射镜 单道扫描式是转动光栅 进行扫描，在不同时间检测 入射狭缝 聚光镜 罗兰圆 不同谱线； 光 多道固定狭缝式则是安 装多个（多达70个），同时 多道型光电直读等离子体光谱仪示意图 测定多个元素的谱线： 2024/9/20
2024/9/20 五、 等离子体发射光谱仪 plasma emission spectrometry 1. 光电直读等离子体发射光谱仪 光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度； 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式； 一个出射狭缝和一个光 电倍增管，可接受一条谱线 ，构成一个测量通道； 单道扫描式是转动光栅 进行扫描，在不同时间检测 不同谱线； 多道固定狭缝式则是安 装多个（多达70个），同时 测定多个元素的谱线；