电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）对水样中微量元素的定性与定量分析一、实验目的1.掌握电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）的测定原理2.掌握ICP-OES的定性与定量分析方法二、方法原理ICP-OES是电感耦合等离子体原子发射光谱仪的英文简称，它是原子发射光谱分析的一种，主要根据试样物质中气态原子（或离子）被激发以后，其外层电子辐射跃迁所发射的特征辐射能（不同的光谱），来研究物质化学组成的一种方法。原子由居中心的原子核和外层电子组成，外层电子围绕原子核在不同能级运行，一般情况下外层电子处于能量最低的基态，当基态外层电子受到外界能量（如电弧、电火花、高频电能等）作用下吸收一定特征的能量跃迁到能量高的另一定态（激发态），处于激发态的电子并不稳定，大约10-8秒将返回基态或者其他较低的能级，并将电子跃迁时吸收的能量以光的形式释放出来。这就是我们通常的原子发射的产生原理。由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为“共振线”。当由较低能级的激发态（第一激发态）直接跃迁至基态时所辐射的谱线称为“第一共振线”，一般也是元素的最灵敏线。光谱线的强度，不仅与激发电位的大小、谱线的性质有关，而且与试样中该成分含量有关。当试样中该成分逐渐减小时，光谱数目亦相应减少，最后该成分逐渐减小至零时，所观察到的最持久的谱线，也即最后消失的线称为“持久线”或“最后线”，即元素的第一共振线，也是理论上的最灵敏线。ICP-OES法是以等离子体原子发射光谱仪为手段的分析方法，由于其具有检出限低、准确度高、线性范围宽且多种元素同时测定等优点，因此，与其它分析技术如原子吸收光谱、X-射线荧光光谱等方法相比，显示了较强的竞争力。在国外，ICP-OES法已迅速发展为一种极为普遍、适用范围广的常规分析方法，并已广泛应用于各行业，进行多种样品、70多种元素的测定，目前也已在我国高端分析测试领域广泛应用。1
1 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES） 对水样中微量元素的定性与定量分析 一、实验目的 1. 掌握电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）的测定原理 2. 掌握 ICP-OES 的定性与定量分析方法 二、方法原理 ICP-OES 是电感耦合等离子体原子发射光谱仪的英文简称，它是原子发射 光谱分析的一种，主要根据试样物质中气态原子（或离子）被激发以后，其外层 电子辐射跃迁所发射的特征辐射能（不同的光谱），来研究物质化学组成的一种 方法。原子由居中心的原子核和外层电子组成，外层电子围绕原子核在不同能级 运行，一般情况下外层电子处于能量最低的基态，当基态外层电子受到外界能量 （如电弧、电火花、高频电能等）作用下吸收一定特征的能量跃迁到能量高的另 一定态（激发态），处于激发态的电子并不稳定，大约 10 -8秒将返回基态或者其 他较低的能级，并将电子跃迁时吸收的能量以光的形式释放出来。这就是我们通 常的原子发射的产生原理。 由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为“共振线”。当由较低能级的激 发态（第一激发态）直接跃迁至基态时所辐射的谱线称为“第一共振线”，一般 也是元素的最灵敏线。光谱线的强度，不仅与激发电位的大小、谱线的性质有关， 而且与试样中该成分含量有关。当试样中该成分逐渐减小时，光谱数目亦相应减 少，最后该成分逐渐减小至零时，所观察到的最持久的谱线，也即最后消失的线 称为“持久线”或“最后线”，即元素的第一共振线，也是理论上的最灵敏线。 ICP-OES 法是以等离子体原子发射光谱仪为手段的分析方法，由于其具有检 出限低、准确度高、线性范围宽且多种元素同时测定等优点，因此，与其它分析 技术如原子吸收光谱、X-射线荧光光谱等方法相比，显示了较强的竞争力。在国 外，ICP-OES 法已迅速发展为一种极为普遍、适用范围广的常规分析方法，并已 广泛应用于各行业，进行多种样品、70 多种元素的测定，目前也已在我国高端 分析测试领域广泛应用
三、仪器与试剂美国热电iCAP6300型电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）仪，西门子LaboStarTM1-DI型超纯水机。SPEX公司标准溶液（CAT#：XCCC-13A），1000mg/L，10%HON3。水样。四、实验步骤（一）ICP-OES测定条件工作气体：氩气；冷却气流量：14L/min；载气流量：1.0L/min；辅助气流量：0.5L/min；雾化器压力：0.2MPa。（二）标准溶液的配制标准溶液：取1000mg/L标准溶液配制成浓度为0.10，1.00，5.00，10.00mg/的标准系列溶液,含1%（v/v）HNO3。空白溶液配制1%（v/v）硝酸溶液（三）ICP-OES仪器操作a.仪器开机：1、仔细检查房间的湿度与温度，确保开除湿机与空调两个小时以上，房间湿度最好在60%以下。2、开机1）打开电脑主机和显示器电源。2）打开仪器电源。注意仪器自检动作，等待仪器与电脑联机约2分钟。3）双击，启动iTEVA软件，检查联机通讯情况。4）仪器光室开始预热，等待光室恒温至38℃，仪器处于准备状态。3、打开氩气钢瓶驱气至少60分钟以上（分析元素波长越短需要驱气时间越长），并确认氯气储量和压力符合要求。4、如果当天仪器开机，需要稳定23个小时，再次确认光室恒温至38℃。5、打开空调及除湿机除湿一个小时以上，确保房间温度、湿度达到要求。6、点火，点着火后等待等离子体稳定15～30分钟。b.分析2
2 三、仪器与试剂 美国热电 iCAP 6300 型电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）仪，西门子 LaboStar TM 1-DI 型超纯水机。 SPEX 公司标准溶液（CAT#：XCCC-13A），1000mg/L，10%HON3。 水样。 四、实验步骤 （一） ICP-OES 测定条件 工作气体：氩气; 冷却气流量：14 L/min; 载气流量：1.0 L/min; 辅助气流量： 0.5 L/min; 雾化器压力：0.2 MPa。 （二） 标准溶液的配制 标准溶液：取 1000mg/L 标准溶液配制成浓度为 0.10，1.00，5.00，10.00mg/L 的标准系列溶液,含 1％（v/v）HNO3。 空白溶液 配制 1％（v/v）硝酸溶液 （三） ICP-OES 仪器操作 a. 仪器开机： 1、 仔细检查房间的湿度与温度，确保开除湿机与空调两个小时以上，房间 湿度最好在 60％以下。 2、 开机 1) 打开电脑主机和显示器电源。 2) 打开仪器电源。注意仪器自检动作，等待仪器与电脑联机约 2 分钟。 3) 双击，启动 iTEVA 软件，检查联机通讯情况。 4) 仪器光室开始预热，等待光室恒温至 38°C，仪器处于准备状态。 3、 打开氩气钢瓶驱气至少 60 分钟以上（分析元素波长越短需要驱气时间越 长），并确认氩气储量和压力符合要求。 4、 如果当天仪器开机，需要稳定 2～3 个小时，再次确认光室恒温至 38°C。 5、 打开空调及除湿机除湿一个小时以上，确保房间温度、湿度达到要求。 6、 点火，点着火后等待等离子体稳定 15～30 分钟。 b.分析
1、定性分析根据表1中元素的分析线新建方法，确定水样中所含微量元素的种类。选择需要分析的水样，点击分析→方法(新建）→元素周期表上选择好待查元素→点击上端工具栏运行全谱图（长波、短波各一次）→观察对应方框有无光斑来判定水样中所含元素。2、定量分析根据定性分析的结果，新建方法，分析水样中元素含量。1)iTEVA主窗口包括两个应用程序：分析和报告生成。单击分析进入分析模块，单击方法一→新建或选择分析方法，确定要分析的元素，选择适当的谱线（谱线选择的原则是与待测元素的含量范围相适应并避免共存基体或元素的干扰。）2）单击方法→分析参数，设置重复次数、样品清洗时间、积分时间。3）自动输出→默认设置；报告参数→默认设置；检查→默认设置；自动进样顺序→忽略。4）点击等离子源设置，设置清洗泵速和分析泵速、RF功率、雾化器压力和辅助气流量。清洗泵速和分析泵速一般设定在40-60rpm之间；RF功率通常设定为1150W；雾化器压力需要手动调节，一般为默认值；辅助气流量一般设定为0.5L/min，观测高度：15。5）内标→忽略。6）点击标准，可添加和删除标准，输入所选标准中各元素的含量。7）单击方法→保存，以新的文件名保存方法或修改原有的方法。8）先吸喷一个所选的标准或待测样品，优化分析谱线位置和自动背景校正位置。9）点击标准化图标，打开标准化对话框，依次运行标准溶液，运行结束后点击完成。10）通过方法→元素→拟合，查看谱线的线性关系和相关系数，以确定该谱线是否可用。如果没有问题，即可点击未知样品图标，分析待3
3 1、定性分析 根据表 1 中元素的分析线新建方法，确定水样中所含微量元素的种类。 选择需要分析的水样，点击 分析 →方法(新建.) → 元素周期表上选择好 待查元素→点击上端工具栏 运行全谱图（长波、短波各一次) →观察对应方框 有无光斑来判定水样中所含元素。 2、定量分析 根据定性分析的结果，新建方法，分析水样中元素含量。 1) iTEVA 主窗口包括两个应用程序：分析和报告生成。单击分析进 入分析模块，单击方法→新建或选择分析方法，确定要分析的元素， 选择适当的谱线（谱线选择的原则是与待测元素的含量范围相适应 并避免共存基体或元素的干扰。） 2) 单击方法→分析参数，设置重复次数、样品清洗时间、积分时间。 3) 自动输出→默认设置； 报告参数→默认设置； 检查→默认设置； 自动进样顺序→忽略。 4) 点击等离子源设置，设置清洗泵速和分析泵速、RF 功率、雾化器压 力和辅助气流量。清洗泵速和分析泵速一般设定在 40-60rpm 之间； RF 功率通常设定为 1150W；雾化器压力需要手动调节，一般为默认 值；辅助气流量一般设定为 0.5L/min，观测高度：15。 5) 内标→忽略。 6) 点击标准，可添加和删除标准，输入所选标准中各元素的含量。 7) 单击方法→保存，以新的文件名保存方法或修改原有的方法。 8) 先吸喷一个所选的标准或待测样品，优化分析谱线位置和自动背景 校正位置。 9) 点击标准化图标，打开标准化对话框，依次运行标准溶液，运行结 束后点击完成。 10) 通过方法→元素→拟合，查看谱线的线性关系和相关系数，以确定 该谱线是否可用。如果没有问题，即可点击未知样品图标，分析待
测样品。11)产生分析报告，并保存和打印。c.关机程序1）分析完毕后，用蒸馏水冲洗进样系统5～10分钟，熄火。2）进入等离子体控制窗口，点击关闭等离子体。等待大约5分钟让等离子体火炬及RF关闭，然后再关闭水循环和排风，此时CID温度上升。3)取出进样管，松开泵夹待CID温度升至15℃以上时，再保持通氩气5分钟。4)检测后的样品及时拿走，避免样品中的酸蒸汽对仪器带来问题5)退出TEVA程序。6)7)）先关闭仪器的主机，然后才能关电脑主机与显示器。五、问题讨论1.电感耦合等离子体发射光谱法的优点是什么？2.在ICP-AES法的分析原理是什么？六、附表表1各元素的重要分析线元素分析线波长（nm）Ag328.07338.29A1309.27308.22394.403961.15As228.81234.98278.02Au242.80267.60B249.68249.77Ba455.40493.41Be234.86313.04313.11332.13Bi306.77289.80c247.864
4 测样品。 11) 产生分析报告，并保存和打印。 c.关机程序 1) 分析完毕后，用蒸馏水冲洗进样系统 5～10 分钟，熄火。 2) 进入等离子体控制窗口，点击关闭等离子体。等待大约 5 分钟让等 离子体火炬及 RF 关闭，然后再关闭水循环和排风，此时 CID 温度 上升。 3) 取出进样管，松开泵夹。 4) 待 CID 温度升至 15℃以上时，再保持通氩气 5 分钟。 5) 检测后的样品及时拿走，避免样品中的酸蒸汽对仪器带来问题 6) 退出 TEVA 程序。 7) 先关闭仪器的主机，然后才能关电脑主机与显示器。 五、问题讨论 1.电感耦合等离子体发射光谱法的优点是什么？ 2. 在 ICP-AES 法的分析原理是什么？ 六、附表 表 1 各元素的重要分析线 元素 分析线波长（nm） Ag 328.07 338.29 Al 309.27 308.22 394.40 3961.15 As 228.81 234.98 278.02 Au 242.80 267.60 B 249.68 249.77 Ba 455.40 493.41 Be 234.86 313.04 313.11 332.13 Bi 306.77 289.80 C 247.86
Ca393.37396.85422.67Cd228.80326. 11346.58Ce413.77429.67Co346.58340.51345.35Cr425.44427.48428.97Cs459.32455.54Cu324.75327.40Dy313.54389.85Er326.48Eu272.78Fe302.06248.33259.94Ga287.42294.36Gd301.01Ge265.12303.91326. 95Hf282.02263.87264,14277.34Hg253.65365.02Ho342.54345.60 In303.94325.61Ir322.08292.48K404. 41404.72(766. 49)(769.90)La333.75433. 37Li323.26(670. 78)Lu261.54Mg285. 21279. 55280.27Mn279. 48279.83257. 61259.37Mo313.26317.04Na(589. 59)330.23330.30(589. 00)Nb292.78295.09313.08Nd430.36Ni341.48305.08Os290.91305.87P253.57255.33255.49253.40Pb280.31280.205
5 Ca 393.37 396.85 422.67 Cd 228.80 326.11 346.58 Ce 429.67 413.77 Co 340.51 345.35 346.58 Cr 425.44 427.48 428.97 Cs 455.54 459.32 Cu 324.75 327.40 Dy 313.54 389.85 Er 326.48 Eu 272.78 Fe 248.33 259.94 302.06 Ga 294.36 287.42 Gd 301.01 Ge 265.12 303.91 326.95 Hf 263.87 264.14 277.34 282.02 Hg 253.65 365.02 Ho 342.54 345.60 In 303.94 325.61 Ir 322.08 292.48 K 404.41 404.72 (766.49) (769.90) La 333.75 433.37 Li 323.26 (670.78) Lu 261.54 Mg 285.21 279.55 280.27 Mn 257.61 259.37 279.48 279.83 Mo 313.26 317.04 Na 330.23 330.30 (589.00) (589.59) Nb 313.08 292.78 295.09 Nd 430.36 Ni 305.08 341.48 Os 290.91 305.87 P 253.40 253.57 255.33 255.49 Pb 280.31 280.20