ICP-OES光谱-样品分析

《ICP-OES-MS及GF-AAS在复杂基质样品分析中的方法研究》篇一ICP-OES-MS及GF-AAS在复杂基质样品分析中的方法研究一、引言随着科学技术的飞速发展，分析化学领域面临着日益复杂和多样的样品分析需求。

特别是在地质、环境、生物医学和工业生产等领域，复杂基质样品的分析显得尤为重要。

为了满足这些需求，现代分析技术不断更新迭代，其中ICP-OES/MS（电感耦合等离子体光学发射光谱/质谱）和GF-AAS（石墨炉原子吸收光谱法）是两种重要的分析方法。

本文将就这两种方法在复杂基质样品分析中的应用进行深入研究，并探讨其方法和优势。

二、ICP-OES/MS在复杂基质样品分析中的应用ICP-OES/MS是一种基于电感耦合等离子体（ICP）的高效、高灵敏度分析技术。

其利用高能电场将样品离子化，并通过质谱仪进行质量分析和浓度测定。

在复杂基质样品分析中，ICP-OES/MS具有以下优势：1. 高灵敏度：ICP-OES/MS能够检测极低浓度的元素，甚至可以检测到ppb（十亿分之一）级别的元素。

2. 快速分析：由于ICP的快速离子化过程，使得该方法能够在短时间内完成大量样品的检测。

3. 多元素同时检测：ICP-OES/MS可以同时检测多种元素，提高了分析效率。

在具体应用中，ICP-OES/MS常用于地质样品、环境样品和生物样品等复杂基质的分析。

例如，在地质样品分析中，ICP-OES/MS可以用于测定岩石、矿石等样品中的微量元素，为矿产资源开发和地质勘探提供有力支持。

三、GF-AAS在复杂基质样品分析中的应用GF-AAS是一种基于原子吸收光谱的定量分析方法，其利用原子化过程和原子吸收光谱原理进行元素浓度的测定。

在复杂基质样品分析中，GF-AAS具有以下优势：1. 高选择性：GF-AAS通过原子化过程选择性地吸收特定波长的光，从而具有较高的选择性。

2. 准确度高：GF-AAS的测量结果准确可靠，能够满足许多高精度分析的需求。

ICP OES中样品的分解、制备四ICP-OES中样品的分解、制备(四)2011年05月09日ICP—AES分析中常用的无机酸为硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸。

在分解样品时，往往不是用一种酸单一地分解，而是用几种酸依次分别加入或几种酸混合后加入以增进分解的能力（依次分别加入或混合加入应根据样品的性质而定）。

常用的混合酸有盐酸与硝酸混合（3+1）的王水。

1) 硝酸（HNO3）含量65—69%的HNO3称为“浓硝酸”，含量高于69%者称之为“发烟硝酸”。

实验室常用的HNO3为16mol/L，68%，它是一种强氧化剂，它可以将样品中的许多痕量元素溶解出来转化为溶解度很高的硝盐酸。

通常用HNO3来分解各种金属、合金及消解有机物质（如生物样品），但对于某些金属及矿石等地质样品，通常还需加入HCl及HF以增加分解样品的能力。

HNO3能与许多硫化物起反应，但往往不能将硫化物完全氧化，往往会产生H2S。

以硫化物形式存在的硫即使用发烟硝酸也不能完全百分之百的转化为硫酸盐。

2) 盐酸（HCl）浓HCl（12mol/L，36%）是分解许多金属氧化物以及其氧化还原电位低于氢的金属的一种最常用的试剂。

与硝酸不同，HCl是一种弱还原剂，一般不用来分解有机物质。

在采用HCl时应估计到一些易挥发金属氯化物（As、Sb、Sn、Se、Te、Ge、Hg）潜在挥发损失。

3) 氢氟酸（HF）在市场上可购到38%—40%（W/W）和约48%（W/W）的HF。

38.3%HF(22mol/L)的沸点为112℃，由于较低的沸点和酸的高蒸气压使得它很容易挥发。

HF是唯一能分解以硅为基质的样品的无机酸，用HF分解硅酸盐时，硅酸盐将被转化为挥发性的SiF4，在敞开的容器中它将在加热过程中被挥发。

这一特性在分析硅酸盐类的样品时是很有用的，如各类地质样品、矿石、水系沉积物、土壤、石英岩等等，用HF分析样品可除去样品中大量的Si，可有效地降低样品试剂中的TDS。

icp oes原理ICP-OES技术，全称为电感耦合等离子体原子发射光谱技术，是一种非常广泛应用于元素分析的光谱分析技术。

这种技术基于电感耦合等离子体（ICP）光源产生的高温（约10000 K）等离子体，并将高速离子流导入光谱仪中，将样品中的分子离解、消化、激发出原子或离子的库伦能级跃迁，产生近似于连续的光谱辐射。

ICP-OES是一种高灵敏、高准确度、低检出限、高测量速度和多元素分析技术。

它是分析无机样品中微量元素的首选方法之一，适用于地球化学、环境、食品、药品、材料科学、金属材料等领域中元素分析和定量分析。

ICP-OES分析采用的是比原子吸收光谱（AAS）和比原子荧光光谱（AES）更先进的技术。

该分析技术具有很多优点，包括灵敏度高、分析速度快、选择性好、持续工作时间长、样品消耗少等，这使得它在许多实验室中日益受到重视。

ICP-OES的原理ICP-OES技术中，样品在ICP中的分子或原子被电离并激发，产生具有特定光谱特性的辐射。

这些辐射通过分光仪传递并分离，然后进入光谱探测器进行测量和分析。

这有助于检测样品中的不同元素组分的浓度和存在形式。

在ICP-OES中，通过将试样液体作为载体连续喷入ICP产生的等离子体的上部，使原子在一个高能非热平衡等离子态下准备好进行激发。

将试样在载体中进行分散并形成一个某种形式的喷雾。

这个喷雾通过一个氧化钢管，并靠近一个中心电极，该电极上高频电源建立一个RF电场。

喷雾中各部份中的水分子，原子或离子被激发并电离，并形成高温高压等离子体。

在此等离子体中，分子被冷却和分解，原子对或阳离子被电离，并从一个能级跃迁到另一个能级，产生特定的光谱辐射。

产生的辐射从等离子体的顶部边缘进入单色器，这是由一个尖端和一个弧线构成的器件，可以不同的角度分散出较短波长的光谱线。

单色器将这些光谱线聚焦成一个线状的图像并通过光纤传递给光电倍增管。

光电倍增管将光信号转换为电信号，并放大。

测量器将这些电信号转换为光谱特性曲线，并通过测量这些曲线来确定样品中的元素组分的浓度。

电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）研究领域：分析化学。

主要用途：它可用于定性和定量分析地质，环境保护，化学工业，生物学，医学，食品，冶金和农业样品中的元素。

指标信息：1.检测范围：可以测定所有金属元素和一些非金属元素。

2.波长范围：160〜800nm，连续覆盖，无断点。

3.检测极限：大多数元素可以达到0.00xppm的水平。

主要特点：1.高效稳定：可以连续快速地确定多个元素。

2.中心气化温度高达10000K，可以使样品完全气化，精度高。

3，工作曲线线性关系好，线性范围宽。

4.结合计算机软件，全光谱直读结果方便快捷。

注射系统：雾化器标准-石英同心雾化器雾室标准-石英涡流室可拆卸割炬管，低气流，低功率石英割炬管。

蠕动泵由计算机控制，带有双12辊，可精确控制流量并确保测量精度。

氩气：流量可以通过计算机控制，质量流量可以精确控制到0.001l/min。

日常分析的准确度优于0.5％。

等离子气：0〜16L/min，辅助气：0〜2L/min，雾化气：0〜2L/min。

使用ICP-OES，大多数元素的检出限为0.00xmg/l，校准曲线的线性范围为105-106，可用于同时或顺序测定多种元素。

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）是将RF发生器提供的高频能量添加到电感耦合线圈中，并将等离子炬管放置在线圈的中心。

因此，在割炬管中会产生高频电磁场，该电磁场会被微电火花点燃。

割炬管中的氩气被离子化，以产生电子和离子并导电。

导电气体是由高频电磁场形成并耦合的。

由于高频电流的趋肤效应和内管中载气的作用，等离子体为环形结构。

样品通过载气（氩气）进入雾化系统，然后以气溶胶形式进入等离子体的轴向通道。

它在高温和惰性气氛中被完全蒸发，雾化，离子化和激发，并发射出所含元素的特征光谱线。

根据特征谱线的存在与否，确定样品中是否存在某些元素（定性分析）；根据特征谱线的强度确定样品中相应元素的含量（定量分析）。

等离子体一词最早由Langmuir于1929年提出。

0引言锡是地壳中分布较广的元素，是一种银白色金属，是人类最早发现和使用的金属之一。

锡化学性质稳定，简单的锡化合物和锡盐毒性相当低。

锡广泛应用于人类生活、现代工业和国防工业领域，诸如镀锡板（马口铁）用作食品和饮料的容器、各种包装材料、家庭用具和干电池外壳等。

锡与其他金属制成的合金用于轴承工业、印刷工业、原子能工业和航空工业等领域。

锡的有机化合物主要用于木材防腐剂、农药等。

锡的无机化合物主要用作催化剂、稳定剂、添加剂和陶瓷工业的乳化剂等[1]。

锡是人体不可缺少的微量元素之一，但过量摄入锡会导致中毒，出现头晕、恶心、口干等症状，并导致血清中钙含量降低，危害健康[2]。

有机锡毒性远高于无机锡，如应用于船舶外防霉剂、防腐剂，能防止水中微生物侵蚀的锡的三羟基化合物。

随着现代工业的迅速发展，生存环境中土壤和水质普遍遭受不同程度的污染，对环境中常量、微量元素的检测成为必不可少的工作。

土壤中锡的检测标准方法比较少[3]，目前地质、冶金、食品等行业对于锡的测定大都采用交流电弧发射光谱法、原子荧光光谱法等[4-11]，土壤中锡含量一般比较低，以μg/g 计为个位数甚至更少。

经实验可见锡的多条分析线在电感耦合等离子体发射光谱仪上的测定值均有很好的灵敏度。

本文采用碱熔法将样品以及难溶的锡矿物完全溶解[1]，在碱性液体中土壤大量铁、钙、镁等元素沉淀，取清液酸化后在电感耦合等离子体发射光谱仪上测定，以189.927nm 为测定线，经国家标准土壤样品的检测证明此方法简单快速、准确可靠、灵敏度高，能准确地测定土壤中微量锡。

1试剂①氢氧化钠（分析纯）。

②过氧化钠（分析纯）。

③盐酸（分析纯）。

④蒸馏水（超纯水）。

⑤ρ（Sn ）=1mg/mL 准确称取金属锡粒1.0000g ，加入1+1盐酸100mL ，溶解至完全，稍热后放凉，加入浓盐酸30mL ，移入1000mL 容量瓶中，稀释至刻度摇匀。

⑥ρ（Sn ）=10μg/mL 工作液：将上述储备液稀释成此工作液，加入1+1盐酸，制成酸度为2%的工作液。

ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱仪）是一种高性能的光谱仪器，广泛应用于金属分析、环境监测、生物医药等领域。

通过使用高能量的等离子体光源激发样品原子、离子产生辐射，ICP-OES可以快速、精确地分析样品中各种元素的含量，具有分析速度快、灵敏度高、分辨率高的优点。

一、ICP-OES原理1.1 等离子体激发ICP-OES仪器的核心部分是等离子体激发源。

在ICP-OES中，氩气被注入高频电感耦合等离子体生成器中，产生高温的等离子体。

在高温等离子体中，氩气的电子被激发到更高能级，随后再回到基态发出特定波长的辐射。

这些辐射能够激发样品中的原子和离子产生特征的光谱信号。

1.2 火焰或石墨氛围ICP-OES仪器通常有两种工作方式，一种是火焰氛围，另一种是石墨氛围。

在火焰氛围中，样品被喷入高温火焰中，原子和离子被激发产生辐射。

而在石墨氛围中，样品被加热至高温，原子和离子被激发后产生辐射。

两种氛围均可用于ICP-OES分析。

1.3 光谱测量ICP-OES测量的原理是通过测量等离子体激发所产生的辐射光谱，从而确定样品中各种元素的含量。

通过调节仪器的检测系统，可以获得不同元素的特定波长的辐射信号，进而进行精确的元素分析。

二、ICP-OES仪器结构2.1 光源系统ICP-OES的光源系统包括高频电感耦合等离子体发生器、气体流动控制系统以及光学系统。

高频电感耦合等离子体发生器产生高温等离子体，气体流动控制系统用于输送气体并维持等离子体的稳定，光学系统用于收集等离子体产生的辐射信号。

2.2 样品处理系统ICP-OES的样品处理系统包括样品进样部分和样品分析部分。

在进样部分，样品通过自动进样系统或手动进样系统被输送至等离子体中，而在分析部分，样品被激发产生辐射信号，通过光学系统进入检测器进行测量。

2.3 转换系统ICP-OES的转换系统主要包括光电倍增管、光栅系统和数据采集系统。

光电倍增管用于将收集的光谱信号转换为电信号，光栅系统用于分散和选择不同波长的光谱信号，数据采集系统用于记录和分析各种元素的含量。