研究生课程-ICP-元素分析-ICP-MS.pptVIP

2. 发射光谱分析法的应用 发射光谱分析在鉴定金属元素方面（定性分析）具有较大的优越性，不需分离、多元素同时测定、灵敏、快捷，可鉴定周期表中约70多种元素，长期在钢铁工业（炉前快速分析）、地矿等方面发挥重要作用； 在定量分析方面，原子吸收分析有着优越性； 80年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。 一、概述 ICP-MS的工作原理及其分析特性：在ICP-MS中，ICP作为质谱的高温离子源（6800K），样品在通道中进行蒸发、解离、原子化、电离等过程。离子通过样品锥接口和离子传输系统进入高真空的MS部分，MS部分为四极快速扫描质谱仪，通过高速顺序扫描分离测定所有离子，扫描元素质量数范围从6到260，并通过高速双通道分离后的离子进行检测，浓度线性动态范围达9个数量级从ppt、ppb到数百ppm直接测定。 与传统无机分析技术相比，ICP-MS技术提供了最低的检出限、最宽的动态线性范围、干扰最少、分析精密度高、分析速度快、可进行多元素同时测定以及可提供精确的同位素信息等分析特性。 四级杆ICP-MS和碰撞反应池基本工作原理 进样系统----离子源----离子透镜组1----碰撞反应池----离子透镜组2----四级杆滤质器与离子检测器 离子源： 气溶胶干燥—粒子蒸发—解离成分子— 解离成单原子且电离 离子透镜组1处是第一级真空 离子透镜组2处是第二级真空 四级杆滤质器与离子检测器处是第三级真空 四级杆ICP-MS和碰撞反应池基本工作原理 分析原理流程： 首先样品通过进样系统，以一定的方式变成气溶胶状态进入等离子体中心通道，通过雾化室时除去大颗粒。样品在中心通道进行蒸发去溶剂、解离成分子、原子化、电离等过程，最后绝大部分转化成带一个正电荷的正离子（氩等离子体的特性），以超声波速度通过采样锥和截取锥的小孔（两椎之间为为第一级真空），从大气压等离子体进入质谱仪真空系统。 进入质谱仪的离子首先被第一组离子透镜组聚焦、偏转等与残存的中性分子分离，然后进入碰撞反应池系统中。碰撞反应池的目的是消除多原子离子，同时保证待测元素离子能大部分通过。 碰撞反应池一般位于由分子涡轮泵维持的第二级真空系统内。 离开碰撞反应池的待测离子被第二组离子透镜组聚焦偏转改变速度等，进入四级杆按质荷比分离，然后进入检测器。四级杆和检测器位于第三级高真空部分。 碰撞反应池基本工作原理 1.碰撞 通过氦原子和干扰物质碰撞，将之裂解。 不是主要方式，因为大多数干扰物质不能通过碰撞裂解。 2.反应模式 电荷转移、质子转移、原子转移、化合反应等几种基本过程。 ICP 离子源的效率主要决定于其高温，但是高温不能仅仅依靠提高ICP的功率来达到。离子源的温度，尤其是中心通道的温度受到多种因素的影响，样品进样量、溶剂负载（含水蒸汽）、载气流速、通道不同的位置等。 元素电离的程度受ICP温度影响很大。Be、Cd、As、Se、Zn等电离能较高， ICP温度在8000K时，约80%被电离， ICP温度7000K时，小于35%被电离， ICP温度6000K时，小于4%被电离， ICP温度5000K时，几乎不被电离。 当样品中有大量易电离元素，竞争电离使得难电离元素的分析更加困难。 用来衡量ICP温度的一个重要指标是CeO+/Ce+比值。温度越高比值越小，要求小于3%。 ICP-MS所用电离源是感应耦合等离子体，它与等离子发射光谱仪所用的ICP是一样的，其主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负载线圈，三层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却气，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。通过高频装置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流。强大的电流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达10000k的等离子焰炬。 样品由载气带入等离子体焰炬会发生蒸发、分解、激发和电离，辅助气用来维持等离子体，需要量大约为1L/min。冷却气以切线方向引入外管，产生螺旋形气流，使负载线圈处外管的内壁得到冷却，冷却气流量为10-15L/min。 ICP-MS的谱线简单，检测模式灵活多样：（1）通过谱线的质荷之比进行定性分析；（2）通过谱线全扫描测定所有元素的大致浓度范围，即半定量分析，不需要标准溶液，多数元素测定误差小于20%；（3）用标准溶液校正而进行定量分析，这是在日常分析工作中应用最为广泛的功能；（4）同位素比测定是ICP-MS的一个重要功能，可用于地质学、生物学