电感耦合等离子体发射光谱仪原理
关键词：ICP电感耦合等离子体发射光谱仪；美析仪器：www.macylab.com；ICP-6800
ICP电感耦合等离子体发射光谱仪-ICP-6800光谱仪工作原理：
ICP（即电感耦合等离子体）是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体（Ar）电离形成火焰状放电高温等离子体，等离子体的最高温度10000K。试样溶液通过进样毛细管经蠕动泵作用进入雾化器雾化形成气溶胶，由载气引入高温等离子体，进行蒸发、原子化、激发、电离，并产生辐射，光源经过采光管进入狭缝、反光镜、棱镜、中阶梯光栅、准直镜形成二维光谱，谱线以光斑形式落在540×540个像素的CID检测器上，每个光斑覆盖几个像素，光谱仪通过测量落在像素上的光量子数来测量元素浓度。光量子数信号通过电路转换为数字信号通过电脑显示和打印机打印出结果。
1、ICP-AES分析性能特点
等离子体（Plasma）在近代物理学中是一个很普通的概念，是一种在一定程度上被电离（电离度大于0.1%）的气体，其中电子和阳离子的浓度处于平衡状态，宏观上呈电中性的物质。
电感耦合等离子体（ICP）是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体形成等离子体，并呈现火焰状放电（等离子体焰炬），达到10000K的高温，是一个具有良好的蒸发－原子化－激发－电离性能的光谱光源。而且由于这种等离子体焰炬呈环状结构，有利于从等离子体中心通道进样并维持火焰的稳定；较低的载气流速（低于1L/min）便可穿透ICP，使样品在中心通道停留时间达2～3ms，可完全蒸发、原子化；ICP环状结构的中心通道的高温，高于任何火焰或电弧火花的温度，是原子、离子的最佳激发温度，分析物在中心通道内被间接加热，对ICP放电性质影响小；ICP光源又是一种光薄的光源，自吸现象小，且系无电极放电，无电极沾污。这些特点使ICP光源具有优异的分析性能，符合于一个理想分析方法的要求。
一个理想的分析方法，应该是：可以多组分同时测定；测定范要围宽（低含量与高含量成分能同测定）；具有高的灵敏度和好的精确度；可以适用于不同状态的样品的分析；操作要简便与易于掌握。ICP-AES分析方法便具有这些优异的分析特性：
⑴ ICP-AES法首先是一种发射光谱分析方法，可以多元素同时测定。
发射光谱分析方法只要将待测原子处于激发状态，便可同时发射出各自特征谱线同时进行测定。ICP-AES仪器，不论是多道直读还是单道扫描仪器，均可以在同一试样溶液中同时测定大量元素（30～50个，甚至更多）。已有文献报导的分析元素可达78个[4]，即除He、Ne、Ar、Kr、Xe惰性气体外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法测定的报告。当然实际应用上，并非所有元素都能方便地使用ICP-AES法进行测定，仍有些元素用ICP-AES法测定，不如采用其它分析方法更为有效。尽管如此，ICP-AES法仍是元素分析最为有效的方法。
⑵ ICP光源是一种光薄的光源，自吸现象小，所以ICP-AES法校正曲线的线性范围可达5~6个数量级,有的仪器甚至可以达到7～8个数量级，即可以同时测定0.00n%～n0%的含量。在大多数情况下，元素浓度与测量信号呈简单的线性。既可测低浓度成分（低于mg/L），又可同时测高浓度成分（几百或数千mg/L）。是充分发挥ICP-AES多元素同时测定能力的一个非常有价值的分析特性。
⑶ ICP-AES法具有较高的蒸发、原子化和激发能力，且系无电极放电，无电极沾污。由于等离子体光源的异常高温（炎炬高达1万度，样品区也在6000℃以上），可以避免一般分析方法的化学干扰、基体干扰，与其它光谱分析方法相比，干扰水平比较低。等离子体焰炬比一般化学火焰具有更高的温度，能使一般化学火焰难以激发的元素原子化、激发，所以有利于难激发元素的测定。并且在Ar气氛中不易生成难熔的金属氧化物，从而使基体效应和共存元素的影响变得不明显。很多可直接测定，使分析操作变得简单，实用。
⑷ ICP-AES法具有溶液进样分析方法的稳定性和测量精度，其分析精度可与湿式化学法相比。且检出限非常好，很多元素的检出限低于1mg/L，如表1所列。现代的ICP-AES仪器，其测定精度RSD可在1%以下，有的仪器短期精度在0.4%RSD。同时ICP溶液分析方法可以采用标准物质进行校正，具有可溯源性，已经被很多标准物质的定值所采用，被ISO列为标准分析方法。
⑸ ICP-AES法采用相应的进样技术可以对固、液、气态样品直接进行分析。
当今ICP-AES仪器的发展趋势是精确、简捷、易用，且具有极高的分析速度。更加注重实际工作的需求及效率，使用者无需在仪器的调整上耗费时间和精力，从而能够把更多的精力放在分析测定工作上，使ICP成为一个易操作、通用性的实用工具。而且仪器更具多样化的适配能力，可根据实际工作需要选择不同的配置，例如在同一台仪器上可实现垂直观测、水平观测、双向观测，全波段覆盖、分段扫描，无机、有机样品、油样分析，自动进样器、超声雾化器、氢化物发生器、流动注射进样、固体进样等多种配置形式，并可根据需求随时升级，真正做到了一机多能，高效易用。新型的ICP商品仪器，综合了前几代仪器的优点，对仪器的结构、控制和软件功能等方面进行调整、推出新一代的ICP仪器。由于高集成固体检测器的普遍使用，高配置计算机的引入，使仪器在结构上更加紧凑、功能更加完善，并在控制的可靠性、数据通用性上都有了质的飞跃。
2、ICP-AES分析的进样技术
ICP-AES法可以对固、液、气态样品直接进行分析。进样技术有液体雾化进样、气体直接进样、固体超微粒气溶胶进样。
对于液体样品分析的优越性是明显的，对于固体样品的分析，所需样品前处理也很少，只需将样品加以溶解制成一定浓度的溶液即可。通过溶解制成溶液再行分析，不仅可以消除样品结构干扰和非均匀性，同时也有利于标准样品的制备。分析速度快：多道仪器可同时测定30～50个元素，单道扫描仪器10分钟内也可测定15个以上元素。而且已可实现全谱自动测定。可测定的元素之多，大概比任何类似的分析方法都要多，可以肯定目前还没有一种同时分析方法可以与之相匹敌。
ICP-AES法的应用中，仪器的操作使用要简单得多，而样品的预处理却是十分重要和关键。
表1.1 各元素ICP-AES分析法的检出限（L.D. mg∕L）
|
分析元素 |
Ag |
Al |
As |
Au |
B |
Ba |
Be |
Bi |
Ca |
Cd |
Ce |
Co |
Cr |
Cu |
Dy |
Er |
Eu |
|
L.D.-80*1 |
6.6 |
22 |
50 |
16 |
4.5 |
1.2 |
0.25 |
21 |
0.18 |
2.4 |
50 |
5.0 |
4.0 |
2.3 |
10 |
9.4 |
2.5 |
|
L.D.-99*2 |
0.3 |
0.2 |
0.9 |
0.6 |
0.3 |
0.04 |
0.05 |
2.6 |
0.02 |
0.09 |
2.0 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
1.0 |
0.7 |
0.2 |
|
分析元素 |
Fe |
Ga |
Gd |
Ge |
Hf |
Hg |
Ho |
In |
Ir |
K |
La |
Li |
Lu |
Mg |
Mn |
Mo |
Na |
|
L.D.-80*1 |
1.7 |
21 |
14 |
17 |
11 |
25 |
5.4 |
59 |
25 |
60 |
9.4 |
1.8 |
0.94 |
0.14 |
1.3 |
7.4 |
29 |
|
L.D.-99*2 |
0.2 |
4 |
0.9 |
6.0 |
3.3 |
0.5 |
0.4 |
9 |
5 |
0.2 |
1 |
0.2 |
0.2 |
0.01 |
0.04 |
0.2 |
0.5 |
|
分析元素 |
Nb |
Nd |
Ni |
Os |
P |
Pb |
Pd |
Pr |
Pt |
Re |
Rh |
Ru |
S |
Sb |
Sc |
Se |
Si |
|
L.D.-80*1 |
39 |
47 |
9.4 |
0.34 |
73 |
40 |
40 |
36 |
28 |
57 |
40 |
28 |
- |
17 |
- |
70 |
9 |
|
L.D.-99*2 |
5 |
2 |
0.3 |
0.13 |
1.5 |
1.5 |
3 |
2 |
4.7 |
3.3 |
5 |
6 |
9 |
2.0 |
0.09 |
1.5 |
1.5 |
|
分析元素 |
Sm |
Sn |
Sr |
Ta |
Tb |
Te |
Th |
Ti |
Tl |
Tm |
U |
V |
W |
Y |
Yb |
Zn |
Zr |
|
L.D.-80*1 |
40 |
25 |
0.4 |
24 |
22 |
39 |
61 |
3.5 |
39 |
4.9 |
240 |
4.6 |
28 |
3.2 |
1.7 |
1.7 |
6.6 |
|
L.D.-99*2 |
2 |
1.3 |
0.01 |
5.3 |
2 |
10 |
5.4 |
0.05 |
1.0 |
0.6 |
15 |
0.2 |
2.0 |
0.3 |
0.3 |
0.2 |
0.3 |
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