ICP发射光谱综合分析
icp原子发射光谱
icp原子发射光谱ICP原子发射光谱（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy），简称ICP-AES，是一种广泛应用于分析化学领域的仪器分析技术，可以用来分析和确定样品中的各种元素及其含量。
它是在电感耦合等离子体（ICP）的激发条件下，利用原子发射光谱技术对样品进行分析的一种方法。
ICP-AES的工作原理是通过将待测样品喷入高温的等离子体中，将样品中的元素原子激发至高能级，并通过分析元素原子发射的特征光谱来确定元素的类型和含量。
在ICP中，通过电磁感应使产生高温等离子体，这种等离子体具有高温、高离子浓度和高电子能级的特点，能够将样品中的大部分元素原子激发至高能级。
当元素原子被激发至高能级时，会通过自发辐射的方式向低能级跃迁，放出特定波长的光谱线。
每个元素都有独特的光谱线，通过测量样品发射光谱的强度、频率和波长，可以准确地确定样品中的元素种类和含量。
在ICP-AES中，需要注意的是使用光栅光谱仪进行光谱测量，光栅光谱仪能够分散不同波长的光线，并测量其相对强度。
通过与已知元素的光谱线进行比对，可以准确地确定样品中的元素种类和含量。
ICP-AES有许多优点，也适用于许多领域。
首先，ICP-AES具有非常高的分析灵敏度和准确度，可以检测到微量元素的存在。
其次，ICP-AES具有宽线性范围和多元素分析能力，对于复杂样品的分析效果显著。
此外，ICP-AES还具有高分辨率、高样品处理速度和样品破坏小的特点。
ICP-AES在许多领域都有广泛的应用。
例如，它可以用于环境监测，对于水、土壤和空气中的污染物进行检测和分析。
它也可以应用于生物医学研究，分析生物体中的元素含量及其在生物过程中的分布和转化。
此外，ICP-AES还可以用于材料分析、冶金、食品安全等领域。
虽然ICP-AES是一种强大的分析技术，但也存在一些局限性。
首先，样品制备要求较高，特别是对于固体样品和复杂样品，需要进行前处理来提取或溶解样品中的元素。
ICP发射光谱分析法
• 元素被激发（发光源） 高频耦合线圈 →ICP发射光谱分析
等离子体
样品粒子
•ICP-AES(OES)
ICP Atomic Emission Spectrometry (Optical Emission Spectrometry)
ICP发射光谱分析法
• 元素分析 • 溶液进样
灵敏度 和检出极限
• 灵敏度：工作曲线的斜率 (只涉及吸收信号的大小) • 检出限: 样品溶液中目的元素的可检出的最低
浓度. (涉及信号强度和基线噪音两个因素) • 背景等效浓度：背景信号相当的浓度。
样品的前处理及 仪器的维护
溶解样品的基本要求
• 待测元素完全进入溶液 • 溶解过程待测元素不损失 • 不引入或尽可能少引入影响测定的成分 • 试样溶剂具有较高的纯度，易于获得 • 操作简便快速，节省经费等
ICP发射光谱分析中的干扰
• 物理干扰 • 化学干扰 • 离子化干扰 • 光谱干扰
干扰的校正
• 基体匹配
• 可消除物理、离子化干扰。注意不纯物的混入。
• 内标校正
• 可消除物理干扰。注意内标元素的选择(电离电位)。
• 背景校正 校正光谱干扰 • 校正系数法
几个常用概念
• 灵敏度 • 检出限（DL）定量下限（LQD） • 背景等效浓度（BEC）
样品的前处理（溶液化）-2
湿式分解法
样品 + 酸 低温（～300℃）加熱。适用于挥发元素。 对于有机物的分解需要很长时间（数時間～数日）。 注意酸、容器及周围操作环境带来的污染。 例）钢铁、其他金属及合金、生物样品、食品、塑料制品等。
高压分解
样品 + 酸在特弗隆制密闭容器中、一百多度加热高压下分解。 例）沉积物、土壤、粉尘、陶瓷、生物样品、食品等
发样中微量元素的测定(ICP发射光谱分析法)
发样中微量元素的测定（ICP发射光谱分析法）一、实验目的1．掌握ICP方法测定元素含量的基本原理和操作技术；2．熟悉ICPS-7000仪器的结构和工作原理。
二、实验原理1.发射光谱分析法是当样品受到电能，热能等作用时，将已蒸发、气化样品中原子激发，利用分光器将激发原子固有的特征谱线分开，利用检测器检测这些特征谱线的有无及强度，就可以进行样品中所含元素的定性、定量分析。
2.ICP发射光谱分析法是利用电感耦合等离子体作为光源的发射光谱分析方法，可同时测多种元素。
3.本实验测定消化后的头发样品中钙、锌、铁的含量，采用标准曲线法进行定量分析。
三、仪器与试剂1.仪器：100ml烧杯，50ml烧杯，100ml容量瓶，玻璃瓶，剪刀，电子天平，滤纸，移液管，日本岛津公司ICPS-7000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪，高纯氩气，循环水系统2.试剂：丙酮，无水乙醇，中性洗发液，混合酸（硝酸：高氯酸=4:1），去离子水，钙、铁、锌标准品四、实验步骤1.头发样品的消化处理（湿式消化法）(1)采样：用剪刀采集受试者后枕部头发（距头皮1-3cm）样品量约0.05g。
(2)洗涤：将头发样品放入100ml烧杯中，加入5ml中性洗发液，用玻璃棒搅拌，浸泡约10min，弃去洗液，用普通蒸馏水洗净约3-5遍，然后用去离子水洗至无泡沫（8-10遍），淋干后放在5ml丙酮中浸泡2min，再置于无水乙醇中浸泡1min，滤干，然后放入定性滤纸中并包好，置于110˚C干燥箱中干燥0.5h。
(3)消化：准确称取烘干好的头发样品0.0255g,置于50ml高型烧杯，加入混合酸5ml，放置10min后，即可见发样逐渐溶解，然后置于电炉上缓慢加热，温度控制在120˚C左右，当杯中溶液由棕褐色变为淡黄色时，继续加热至残留酸量小于1ml。
若此时为较深的黄色或仍有棕色残渣，则继续加酸（冷却后）加热；当烧杯中的残渣为白色时即消化完成。
(4)稀释：将消化好的样品用3-5ml 1%硝酸溶解后，再用去离子水少量多次地将样品转移至10ml容量管中定容，摇匀。
ICP等离子体发射光谱仪
ICP等离子体发射光谱仪ICP（Inductively Coupled Plasma）等离子体发射光谱仪是一种常用的分析化学分析仪器，可以快速而精确地分析样品中的化学成分，并可用于多种不同类型的样品。
本文将详细介绍ICP等离子体发射光谱仪的工作原理、应用以及优缺点等内容。
工作原理ICP等离子体发射光谱仪利用高频电磁波将气体转化为等离子体，然后将样品转化为气态，通过等离子体发射激发样品中的原子，使其发出特定波长的光。
然后，使用光谱仪将光谱分析出来，并确定样品中化学元素的存在量。
ICP发射光谱仪的工作原理可以简单概括成以下步骤：1.将样品转化为气态。
2.将样品中的化学元素转化为等离子体，方法为通入惰性气体（如氩气）和高频电磁波。
3.使等离子体中的离子激发发射特定波长的光。
4.通过光谱仪检测到发射光谱，而确定样品中存在的化学元素以及其数量。
应用ICP等离子体发射光谱仪广泛应用于不同领域，包括：环境科学ICP等离子体发射光谱仪可以用来分析空气、水、土壤等环境样品中存在的污染物和无机物。
食品科学ICP等离子体发射光谱仪可以用于分析食品中的微量元素，包括矿物质、微量元素、有机化合物和肥料等。
医药科学ICP等离子体发射光谱仪可以用于分析制药原料、药物、代谢产物和生物样品中的元素。
优缺点ICP等离子体发射光谱仪的优点包括：1.精度高：可以检测到非常小的化学元素存在量。
2.快速：可以在短时间内分析多个元素。
3.可靠性高：准确性和复现性都很高。
ICP等离子体发射光谱仪的缺点包括：1.易受样品基体干扰：如果样品中存在干扰物，可能会影响样品中元素的检测。
2.价格昂贵：ICP等离子体发射光谱仪的价格较高，不适合小型实验室。
3.操作复杂：ICP等离子体发射光谱仪需要经过专业的培训才能使用，操作门槛较高。
结论总之，ICP等离子体发射光谱仪是一种精确而可靠的分析化学仪器，广泛应用于环境科学、食品科学、医药科学以及其他领域。
虽然ICP等离子体发射光谱仪存在一些缺点，但其优点却可以弥补这些缺陷。
ICP-AES电感耦合等离子体原子发射光谱法
随能级增加的原子轨道
Atomic Orbitals in order of Increasing Energy
3d__ 3d__ 3d__ 3d__ 4s___ 3px__ 3py__ 3pz__
3d__
ENERGY
3s ___ 2px__ 2py__ 2pz__
2s ORBITAL
Each p subshell consists of a set of three p orbitals of equal energy, px py pz
Shown together the three p orbitals look like this:
The d subshell actually consists of a set of five d orbitals of equal energy. Each d orbital can hold a maximum of 2e-. This accounts for the total capacity of the d subshell as being 10 e-’s. The d orbitals do not play as important a role in the chemistry that we will be discussing therefore their shapes and names
E2 E3 n+ E1
Note: E1 的能级小于 E2
Atomic AEb1siosrbletisosnsthan E2 which is less than E3
原子由第一激发态到基态的跃迁：
第一共振线，最易发生，能量最小；
ICP光谱仪具有的优点和分析方法说明
ICP光谱仪具有的优点和分析方法说明
ICP光谱仪具有以下优点：
1.多元素同时检出能力。
可同时检测一个样品中的多种元素。
一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，可以进行分别检测而同时测定多种元素。
2.分析速度快。
试样多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，同时还可多元素同时测定，若用光电直读光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。
3.选择性好。
由于光谱的特征性强，所以对于一些化学性质极相似的元素的分析具有特别重要的意义。
如铌和钽、铣和铪、十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对aes来说是毫无困难之举。
4.检出限低。
用电感耦合等离子体新光源，检出限可低至数量级。
5.用icp光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可达4～6个数量级。
可同时测定高、中、低含量的不同元素。
因此广泛应用于各个领域之中。
6.样品消耗少，适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出的优势。
ICP光谱仪的分析方法：
1、定性分析
2、定量分析
工作曲线法，标准样品的组成与实际样品一致，在工作曲线的直线范围内测定，使用无干扰的分析线
3、半定量分析
有些样品不要求给出十分准确的分析数据，允许有较大偏差，但需要尽快给出分析数据，这类样品可采用半定量分析法。
ICP光源的半定量分析尚无通用方法，因仪器类型和软件功能而异，应用不广泛。
感应偶合高频等离子发射光谱(ICP)简介
感应偶合高频等离子体发射光谱Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer（ICPS）1．概要：使用电弧·电火花放电直接激发分析固体或粉末样品的方法，用来分析液体样品，不能充分满足灵敏度与精度要求。
由于液体样品的标准样品容易制备，所以出现了用于液体样品分析的发光光源。
这就是ICP（Inductively Coupled Plasma）的等离子体光源。
具有非常卓越特性的光源，现在应用范围越来越广。
2．原理与特点：当300MHz以下频率的高频电流通过线圈时，随着高频磁场的时间变化，由于感应产生电场而发生放电，因为这样是放电与电路结合的感应形式，此光源称为感应偶合等离子体，即ICP。
将雾化的液体样品，导入产生高温的氩气等离子体中，由于热能激发发光。
利用分光（色散）器，将光分成元素特有的谱线，根据这些谱线的强度，可以测定元素的含量。
作为发射光谱分析的光源-ICP，（1）因为是液体样品进样，比固体样品容易制备标准样品。
另外提高了分析精度。
（2）多数元素的检测下限低，灵敏度极高。
（3）等离子体的温度高，样品进入火炬状的孔穴中，由于停留时间较长，以往火焰具有的化学元素干扰少。
（4）自吸收少，工作曲线的线性范围也达到5～6个数量级，也就是动态范围很宽。
（5）同一条件下激发很多元素，主要成分元素·次要成分元素，微量成分元素同时可以定量的优点。
ICP发射光谱使用的分光器，也与当初固体发射光谱的一样，使用与光栅。
前一种分光器的结构简单，光学系统固定，稳定性好，最适合用于常规分析。
但是，因为ICP光源稳定，可以增加具有自由度的单色器。
基本上最常使用的有埃瓦特装置，策尼尔尼特装置等，也有使用中阶梯光栅。
装配脉冲马达，可以进行高速顺序（扫描）分析。
因为这样的系统既可以进行定量分析，也可以进行定性分析，适应未知样品的分析。
3．用途。
（1）环境样品：河水，工业废水，工业废物，酸性雨等（2）金属：钢铁，铜，铝，锌，贵金属，铁矿石，镀液（3）氧化物：陶瓷，玻璃，水泥，岩石，粘土，氧化铝（4）石油·化学：试剂，有机化合物，润滑油，催化剂（5）医药·食品：生物，血清，全血，啤酒，鱼类（6）农业：土壤，肥料，植物。
ICP发射光谱分析
ICP发射光谱分析ICP (Inductively Coupled Plasma)发射光谱分析是一种常用的无机分析技术，用于确定不同元素在样品中的浓度和存在形式。
它结合了无机分析的灵敏度和选择性，以及光谱分析的高分辨率和多元素分析能力，被广泛应用于环境监测、地质矿产、冶金、农业、生物医学等领域。
ICP发射光谱分析的基本原理是将待测样品通过高温等离子体体系中，将样品中的元素原子激发成电离态，并从高温等离子体中发射出特定波长的光线。
这些光线经过光学装置，分散成谱线，并通过光电探测器测量其强度。
根据样品中元素原子电离态的浓度和发射谱线的强度，可以计算出样品中元素的浓度。
ICP发射光谱分析的优点之一是其高分辨率。
由于谱线分散性能好，ICP能够同时测量多个元素的发射光谱，从而实现对多个元素的分析，极大地提高了分析效率。
此外，ICP发射光谱分析还具有灵敏度高、线性范围广、准确度高等特点。
它可以检测到微gram到nanogram级别的元素含量，且能够进行定量分析。
ICP发射光谱分析的应用非常广泛。
在环境监测领域，可以用于分析水、土壤、空气等样品中的有毒金属、重金属等元素含量，以进行环境污染的评估与监测。
在地质矿产领域，可以用于矿石、土壤、矿砂等样品中不同金属元素的测定，以指导矿产资源的开发利用。
同时，在冶金、农业、生物医学等领域也有广泛的应用，如矿石熔炼过程中的元素控制、土壤中营养元素的含量测定、医学检验中血清中元素的分析等。
然而，ICP发射光谱分析也存在一些限制。
首先，样品制备过程对分析结果有很大影响，样品的前处理工作需要严格控制，以保证分析结果的准确性。
此外，由于ICP发射光谱分析的仪器设备复杂，操作难度较大，需要经验丰富的专业人员进行操作和解读结果。
另外，ICP发射光谱分析的仪器设备和耗材成本较高，对于一些实验室和企业来说可能存在经济压力。
总之，ICP发射光谱分析是一种重要的无机分析技术，在各领域具有广泛的应用前景。
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2. 历史：
3.原子发射光谱分析的特点
(1) 多元素同时检测能力。可同时测定一个样品中的多种元素。每 一个样品一经激发后，不同元素都发射特征光谱，这样就可同 时测定多种元素。
(2) 分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对 几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液 体样品都可直接测定。
汞的第一激发态为4 . 9ev，
l 1240 (nm) 1240 253.6nm
Em E0
4.9ev
一些元素的离子化势能 (eV)
Lit.: Zaidel
原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即：
1）由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气 态原子激发而产生光辐射；
2）将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线， 形成光谱；
这样经简化后就成为：
I = AC b
式中，A为与测定条件有关的系数。式为原子发射光谱定量分析的 基本公式。
1.5 原子发射光谱仪的基本构成
AES仪器主要由光源（热源）、进样系统、单色系 统、检测系统、计算机数据处理系统五部分组成。 由于在后面的ICP中要涉及各个部分，因此，这 里就不作详细介绍了。
强度
定量分析原理 I
I
0 C
I aC
浓度 C
在光谱定量分析中，谱线强度与被测元素浓度成正比，而自吸严 重影响谱线强度。所以，在定量分析时必须注意自吸现象。 在一定的实验条件下，单位体积内的基态原子数目No和元素浓度 C的关系为
No= aC bq 式中，b为自吸系数，当浓度很低时，原子蒸气的厚度很小；b=1， 即没有自吸。a与q是与试样蒸发过程有关的参数；不发生化学反 应时，q =1，a又称为有效蒸发系数 。
3）用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
激发
+
不同的原子具有不同的能级，在一般的情况下，原子处于能 量最低的状态，即基态，当电子或其他粒子与原子相互碰撞 ，如果其动能稍大于原子的激发能，就可使该气态原子获得 一定的能量，从原子的基态过渡至某一较高能级，这一过程 叫做激发。
发射
+ 光
电子返回低能级 发出特定波长的光 DE=k/l k 12400
来描述； 2）当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时，
其核外电子就从一种能量状态（基态）跃迁至另一能量状态 （激发态）； 3）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8秒便跃迁返回 到基态，并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来； 4）将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱（线状光 谱）； 5）由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的， 因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光 谱，通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析— 定性原理。
ICP发射光谱综合分析
目录
1. 原子发射法简介 2.ICP发射光谱分析原理 3.ICP发射光谱仪的构成 4.ICP发射光谱分析方法 5. 样品的前处理
11.1.原概述子发射法简介
1.定义：
AES是据每种原子或离子在热或电激发， 处于激发态的待测元素原子回到基态时发射 出特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分 析的方法。
(3) 选择性好。每种元素因原子结构不同，发射各自不同的特征 光谱。在分析化学上，这种性质上的差异，对于一些化学性质 极相似的元素具有特别重要的意义。例如，铌和钽、锆和铪、 几十个稀土元素用其他方法分析都很困难，而发射光谱分析可 以毫无困难地将它们区分开来，并分别加以测定。
(4) 检出限低。一般光源可达10～0.1μg﹒g-1（或μg﹒cm-3），绝对 值可达1～0.01μg。电感耦合高频等离子体（ICP）检出限可达 ng﹒g-1级。
1.3 原子能级图及能级的跃迁
+
激发
ab c d a,b激发 c 电离 d 离子激发
能级图
离子激发态
e
离子基态
发射
~l 4
} 激发态 {
h ~l 3
f g
~l 2
~l 1
e 离子发射 f,g,h 原子发射
激发发光---原子光谱的产生
l ch
Em E0
入-波长，C-光速，h-普朗克常数， E0-基态能级能量，Em-激发态能 量
(5) 准确度较高。一般光源相对误差约为5％～10％，ICP相对误差 可达1％以下。
(6) 试样消耗少。
(7) ICP光源校准曲线线性范围宽可达4～6个数量级。这样可测定 元素各种不同含量（高、中、微含量）。一个试样同时进行多 元素分析，又可测定各种不同含量。目前ICP-AES已广泛地应用 于各个领域之中。
为了方便起见，我们可先看看AES所用到的光源， 并比较其各自的特征：
1.5.1 AES光源种类
光源经典光源 现代光源火焰 电弧 火花直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
1.5.2 AES光源的比较
光源
蒸发温度 K
原子光谱的产生 激发态 返回基态 发出光
+
多种能量传输
发射光取决于能级间能量差
h = Planck’s 常数, n = 频率, c = 光速, l = 波长
DE = hn = hc/l
1.4. AES 定性定量原理
量子力学基本理论告诉我们： 1）原子或离子可处于不连续的能量状态，该状态可以光谱项
，当c接近0时所观察到的谱线，是理论上的灵敏线或第一共振线。
4. 分析线：在进行元素的定性或定量分析时，根据测定的含量范围的实验 条件，对每一元素可选一条或几条最后线作为测量的分析线。 5. 自吸线：当辐射能通过发光层周围的蒸汽原子时，将为其自身原子所吸 收，而使谱线强度中心强度减弱的现象。 6. 自蚀线：自吸最强的谱线的称为自蚀线。
（8）常见的非金属元素如氧、硫、氮、卤素等谱线在远紫外区， 目前一般的光谱仪尚无法检测；还有一些非金属元素，如P、 Se、Te等，由于其激发电位高，灵敏度较低。
1.2 原子发射几个基本概念
1. 灵敏线：激发电位较低的谱线，常为原子线（电弧线），或离子线（
火花线）。与实验条件有关。 2. 共振线：从激发态到基态的跃迁所产生的谱线。由最低能级的激发态到 基态的跃迁称为第一共振线。一般也是最灵敏线。与元素的激发程度难易 有关。 3. 最后线：或称持久线。当待测物含量逐渐减小时，谱线数目亦相应减少