大米中微量元素定性分析及铜的测定

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1 大米、黄豆中微量元素的定性及铜定量分析-ICP

一、实验目的: 1. 掌握干式消解法对食品进行前处理方法

2.了解ICP光源的形成机制

3.详细了解ICP-AES的工作原理及其应用。

二、实验原理:

电感耦合等离子体,,在炬管的切向方向引入高速氩气,氩气在炬管的外层形成高速旋流,通过类似真空检漏仪的装置产生的高频电火花使氩气电离出少量电子,形成一个沿炬管切线方向的电流.因为炬管放置在高频线圈内,通过高频发生器产生的高频振荡通过炬管线圈耦合到已被电离出少量电子的氩气上,使氩气中的这部分电子加速运动,撞击其他电子产生电离,形成雪崩效应,最终靠高频发生器连续提供能量,即可形成一个稳定的等离子体火焰。等离子体是一种由自由电子、离子、中性原子与分子所组成的在总体上呈中性的气体。利用电感耦合高频等离子体(ICP)作为原子发射光谱的激发光源。ICP装置由高频发生器和感应圈、炬管和供气系统、试样引入系统三部分组成。高频发生器的作用是产生高频磁场以供给等离子体能量。应用最广泛的是利用石英晶体压电效应产生高频振荡的他激式高频发生器,其频率和功率输出稳定性高。频率多为27-50 MHz,最大输出功率通常是2-4kW。等离子炬管由三层同心石英管组成。外管通冷却气Ar的目的是使等离子体离开外层石英管内壁,以避免它烧毁石英管。采用切向进气,其目的是利用离心作用在炬管中心产生低气压通道,以利于进样。中层石英管出口做成喇叭形,通入Ar气维持等离子体的作用,有时也可以不通Ar气。内层石英管内径约为1-2mm,载气载带试样气溶胶由内管注入等离子体内。试样气溶胶由气动雾化器或超声雾化器产生。用Ar做工作气的优点是,Ar为单原子惰性气体,不与试样组分形成难解离的稳定化合物,也不会象分子那样因解离而消耗能量,有良好的激发性能,本身的光谱简单。

当有高频电流通过线圈时,产生轴向磁场,这时若用高频点火装置产生火花,形成的载流子(离子与电子)在电磁场作用下,与原子碰撞并使之电离,形成更多的载流子,当载流子多到足以使气体有足够的导电率时,在垂直于磁场方向的截面上就会感生出流经闭合圆形路径的涡流,强大的电流产生高热又将气体加热,瞬间使气体形成最高温度可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦合给等离子体,并维持等离子炬。当载气载带试样气溶胶通过等离子体时,被后者加热至6000-7000K,并被原子化和激发产生发射光谱。

ICP焰明显地分为三个区域:焰心区、内焰区和尾焰区。

焰心区呈白色,不透明,是高频电流形成的涡流区,等离子体主要通过这一区域与高频感应线圈耦合而获得能量。该区温度高达10000K,电子密度很高,由于黑体辐射、离子复合等产生很强的连续背景辐射。试样气溶胶通过这一区域时被预热、挥发溶剂和蒸发溶质,因此,这一区域又称为预热区。 2 内焰区位于焰心区上方,一般在感应圈以上10-20mm左右,略带淡蓝色,呈半透明状态。温度约为6000-8000K,是分析物原子化、激发、电离与辐射的主要区域。光谱分析就在该区域内进行,因此,该区域又称为测光区。

尾焰区在内焰区上方,无色透明,温度较低,在6000K以下,只能激发低能级的谱线

三、仪器与试剂

1. 仪器:所用玻璃仪器均以硝酸(10%)冲洗,再用去离子水冲洗干净。

马弗炉、分析天平、电感耦合等离子发射光谱仪

2. 本实验用水均为去离子水,试剂为分析纯。

硝酸(10%):取10mL硝酸置于适量水中,再稀释至100mL。

硝酸(0.5%):取0.5mL硝酸置于适量水中,再稀释至100mL。

硝酸(1+4)。

硝酸(4+6):量取40mL硝酸置于适量水中,再稀释至100mL。

铜标准溶液:准确称取1.0000g金属铜(99.99%),分次加入硝酸(4+6)溶解,总量不超过37mL,移入1000mL容量瓶中,用水稀释至刻度。此溶液每毫升相当于1.0mg铜。

3. ICP的仪器操作条件及参数

RF功率1150 (750~1350w) 泵速:50 (0~125rpm)

辅助器流量:0.5 (0.0~1.5L/min)

四、实验步骤

1. 分别称取0.20g、0.30g、0.40g大米和0.30g黄豆,置于瓷坩埚中,加入5 mL硝酸(4+6)。取另一瓷坩埚加入等量硝酸,放置0.5h,小火蒸干。

2. 继续加热至样品炭化,转移入马弗炉中,600 oC灰化4h。

3. 取出放冷,用1mL硝酸(1+4)溶解4次,过滤至25mL容量瓶中,用水稀释至刻度,备用。

4. 将消解好的大米、黄豆、及空白在上述发射光谱实验条件下进行微量元素定性分析。

5. 铜元素的含量分析

(1)铜标准使用液I:吸取5.0mL铜标准溶液,置于100mL容量瓶中,用0.5%硝酸溶液稀释至刻度,摇匀,铜标准使用液I中每毫升含铜1.0μg铜。

(2)铜标准使用液II:吸取1.0mL铜标准溶液,置于100mL容量瓶中,用0.5%硝酸溶液稀释至刻度,摇匀,铜标准使用液II中每毫升含铜0.50μg铜。

(3)吸取0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 mL铜标准使用液II,分别置于25 mL容量瓶中,加硝酸(0.5%)稀释至刻度,摇匀。容量瓶中每mL分别相当与含0, 0.02, 0.04,

0.06, 0.08, 0.10, 0.12 ug Cu。

(4)在一定的实验条件下将上述标准系列、试样空白、大米和黄豆试样进行定量分析。

3 五、数据记录与处理

1. 定性分析数据记录(判断哪些元素存在,哪些元素可能存在,哪些元素不存在)

2. 定量分析数据记录

(1) 绘制定量分析的工作曲线

(2) 试样中铜的定量分析

六、误差分析

七、思考题

1. ICP-AES定性分析和定量分析的理论依据是什么?

2. 为什么ICP光源能够提高光谱分析的灵敏度和准确度?

3. 简述等离子体焰炬的形成过程。