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電感耦合等離子體光譜儀的原理是什麽,在檢測方面有哪些優勢?

等離子體(Plasma)壹詞最早由Langmuir於1929年提出,現在壹般是指電離程度超過0.1%的氣體被電離,氣體中不僅含有中性原子和分子,還含有大量的電子和離子,並且電子和正離子的濃度處於平衡狀態,作為壹個整體,它處於中性。從廣義上講像火焰和電弧的高溫部分、火花放電、太陽和恒星表面的電離層都屬於等離子體。

等離子體按溫度可分為高溫等離子體和低溫等離子體兩類。當溫度高達106-108K時,氣體中的所有原子和分子都完全離解電離,稱為高溫等離子體;當溫度低於105K時,氣體部分電離,稱為低溫等離子體。

在實際應用中,低溫等離子體又分為熱等離子體和冷等離子體。當氣體壓力在 1.013X105Pa(相當於1個大氣壓)左右時,粒子密度較大,電子濃度高,平均自由程小,電子與重粒子之間碰撞頻繁,電子從電場中獲得的動能迅速轉移到重粒子上,使各種粒子(電子、正離子、原子、分子)發生碰撞、正離子、原子、分子)的熱運動能量趨於匯聚,整個氣體進入或達到熱力學平衡狀態,此時,氣體溫度與電子溫度基本相等,溫度約為幾千度到幾萬度,這種等離子體稱為熱等離子體。例如,直流等離子體火焰(DCP)和電感耦合等離子體火炬(ICP)等都屬於熱等離子體。屬於熱等離子體時,如果放電氣體壓力較低,電子濃度較小,電子與重粒子碰撞的機會較少,來自電場的電子動能不易與重粒子產生交換,它們之間的動能相差很大,電子的平均動能可達幾十個電子伏特,而且氣體溫度較低,因此等離子體處於非熱力學平衡體系,稱為冷等離子體,如格林輝光放電、空心陰極燈放電等。

在光譜分析中所謂等離子體光源,通常是指外觀類似火焰的壹類放電光源。目前最常用的有三種:即電感耦合等離子體炬(ICP)、直流等離子體焰(DCP)和微波感應等離子體炬(MIP)。就 MIP 而言,雖然它可以微量進樣、耗氣量小、功率低、易於測定非金屬,但它對大多數金屬的檢出限較低,元素間幹擾嚴重,而且需要氦氣,因此主要用作色譜分析的檢測器。

ICP和DCP這兩種分析性能較好的等離子體光源已應用於原子發射光譜儀。

電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)技術的先驅是 Greenfiald 和 Fasel,他們於 1964 年發表了研究成果。70 年代後,該技術取得了真正的進展,1974 年,美國的 Leeman 研發出第壹臺商用電感耦合等離子體原子發射光譜儀。

ICP 源的主要優點是:

1)?檢測限低:許多元素的檢測限為 1ug/L

2)?測量動態範圍廣:5-6 個數量級

3)?精度高

4)?基體效應小:ICP 采用的是 6000-7000K 的高溫激發光源,樣品經過化學處理後,分析標準系列非常容易配制,與樣品溶液中的酸度、基體成分、總鹽度等性質非常相似的溶液。同時,高能量密度的光源、特殊的激發環境-通道效應和激發機理,使 ICP 光源具有基體效應小的突出優點。

5)?精度高:RSD~0.5%

6)?曝光時間短:壹般僅需 10-30 秒

7)?原子發射光譜法具有同時分析多種元素的特點,與其他分析方法對每種元素進行單獨測定相比,在效率、經濟、技術等方面都有很大的特點。這也是 ICP 原子發射光譜法取得長足進步的原因之壹。

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