第五章 仪器联用技术.pptVIP

第五章 新型监测仪器及仪器联用技术 1.概述 1.1仪器监测技术 —色谱技术 —光谱技术 —质谱技术 —其他技术：电化学技术、生物监测技术等 联用技术是在以上基础上，加上适当的接口技术发展起来的。 色谱技术 气相色谱、液相色谱 离子色谱 毛细管电泳色谱 薄层色谱和纸色谱 柱色谱 凝胶渗透色谱 超临界色谱 光谱技术 光谱分析方法（Spectrometry）是基于电磁辐射与物质相互作用产生的特征光谱波长与强度进行物质分析的方法。 原子光谱、分子光谱 吸收光谱、散射光谱、发射光谱、荧光光谱 红外光谱、紫外光谱、可见光谱 光声光谱（PAS） 质谱技术 质谱分析法（Mass Spectrometry, MS）是在高真空系统中测定样品的分子离子及碎片离子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。化合物分子经电离形成的带正电荷分子离子及碎片离子，按照其质量m和电荷z的比值m/z（质荷比）大小依次排列而被记录下来的图谱，称为质谱。 无机质谱（同位素质谱）、有机质谱（如飞行时间质谱） 高分辨质谱 离子阱质谱、四级杆质谱、多级质谱 单聚焦质谱、双聚焦质谱等 1. 电感耦合等离子体质谱（ICP-MS） 无机（元素/ 同位素）分析技术 首先是质谱 其次是将等离子炬作为离子源，高温离子源 －质谱普通电子轰击源 －等离子体的高温使样品去溶剂化、汽化解离和电离。经研究发现，90%以上的元素都能离子化，且生成的二价离子较少，绝大多数以一价离子存在。 常用四级杆质量分析器（将不同质荷比粒子分开） 1.1 ICP－MS工作原理 1）被分析样品通常以水溶液的气溶胶形式引入氩气流中，然后进入由射频能量激发的处于大气压下的氩等离子体中心区，等离子体的高温使样品去溶剂化、汽化解离和电离。 2）部分等离子体经过不同的压力区进入真空系统，在真空系统内，正离子被拉出并按照其质荷比分离。自然界出现的每种元素都有一个简单的、一个或几个同位素，每个特定同位素离子给出的信号与该元素在样品中的浓度成线性关系。 1.3 ICP-MS仪器的基本构造 ICP结构示意图 ICP－MS测定程序 2. 离子源（ICP Ion Source ） 离子源的作用使样品离子化，并使离子汇聚成具有一定形状和能量的离子束。它是质谱仪的心脏。离子源的结构和性质对质谱仪的分辨率、灵敏度影响很大 使物质电离的方法很多： 电子轰击，化学电离、火花电离、ICP离子源等。 电感耦合等离子体简介（1） ICP是本世纪60年代提出、70年代迅速发展起来的一种新型光源。这种新光源基体效应低，而它所具有的“环状结构”造成了分析物样品易于导入的方便条件。ICP是一种有效的挥发－原子化－激发－电离器。 电感耦合等离子体简介（2） 等离子体的定义： 在近代物理学中，把电离度大于1%，其正负电荷相等的 电离气体均称为等离子体。它由离子、电子、及未电离的中性粒子组成。整体呈电中性。在光谱分析中，习惯上把外观上类似火焰的一类放电光源称为等离子体。 电感耦合等离子体是大气压下一种气体的无极放电现象，并通过一个射频发生器的耦合作用得以维持。 电感耦合等离子体简介（3） ＩＣＰ具有以下的特点，特别适合用作质谱法的离子源： 由于样品在常压下引入，因此样品的更换很方便. 引入样品中的大多数元素都能非常有效地转化为单电荷离子，少数几个例外的元素是具有高的第一电离电位的元素，如氟和氦. 只有那些具有最低二次电离电位的元素，如钡，才能观测到双电离离子. 在所采用的气体温度条件下，样品的解离非常完全，几乎不存在任何分子碎片. 痕量浓度就能产生很高的离子数目，因此潜在的灵敏度很高。 电感耦合等离子体简介（4） 电感耦合等离子体装置由等离子体炬管和高频发生器组成。三个同心管组成的等离子体炬管放在一个连接于高频发生器的线圈里。当引入氩气时，若用一高压火花使管内气体电离，产生少量电子和离子，则电子和离子因受管内轴向磁场的作用，在管内空间闭合回路中高速运动，碰撞中性原子和分子，使更多的气体被电离，很快形成等离子体。 ICP放电中分析物的蒸发-原子化-激发-电离过程 (1) 蒸发过程，即分析物挥发为气态的过程。 (2) 离解或原子化过程，即气态分子或自由基离解为自由原子的过程。 (3) 激发过程，即气态自由原子(或离子、分子)由低能态过渡到高能态的过程。 (4) 电离过程，即气态自由原子失去电子变成自由离子的过程。 (5) 扩散迁移过程，即气态原子、离子或分子因扩散、迁移和对流等而离开等离子体的过程。 ICP离子化过程 3. 接 口（1） 接口是ICP－MS仪器的关键，采样锥和截取锥是其关键部件 (一个冷却的采样锥（大约１ｍｍ