微量元素分析第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六樣品分析的主要步驟確定檢測對象獲得分析樣品樣品前處理/獲得分析數據發布檢測報告確定檢測對象選擇/建立檢測方法數據處理數據解釋重復樣品分析的主要步驟第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六光源的種類光源現代光源經典光源火焰電弧火花電感耦合等離子體ICP激光光源直流電弧交流電弧第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六電感耦合等離子體光源（ICP）等離子體（Plasma）—一般指電離度超過0.1%被電離了的氣體，這種氣體不僅含有中性原子和分子，而且含有大量的電子和離子，且電子和正離子的濃度處于平衡狀態，從整體來看是出于中性的。第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六ICP光源的裝置及其形成炬管的組成三層石英同心管組成

第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六電感耦合等離子體光源（ICP）常用3類等離子體光源電感耦合等離子炬（ICP）直流等離子體噴焰（DCP）微波感生等離子炬（MIP）第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六電感耦合等離子體光源（ICP）ICP光源主要優點檢出限低（1ug/L）測量的動態范圍寬5-6個數量級基體效應小精密度高RSD~0.5%曝光時間短10~30秒多元素同時分析第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六ICP光源的特性趨膚效應—改善ICP的穩定性通道效應—高激發效率第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六ICP光源的氣流冷卻氣—起冷卻作用，保護石英炬管免被高溫融化輔助氣—“點燃”等離子體霧化氣—作用形成樣品氣溶膠；作用將樣品氣溶膠引入ICP；作用對霧化器、霧化室、中心管起清洗作用第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六等離子炬管等離子炬管分為輸入載氣Ar的內層管、輸入輔助氣Ar的中層管和輸入等離子氣Ar的外層管。

外層管：外層管通Ar氣作為冷卻氣，沿切線方向引入，并螺旋上升，其作用：第一，將等離子體吹離外層石英管的內壁，可保護石英管不被燒毀；第二，是利用離心作用，在炬管中心產生低氣壓通道，以利于進樣；第三，這部分Ar氣流同時也參與放電過程中層管：中層管通人輔助氣體Ar氣，用于點燃等離子體。內層管：內層石英管內徑為1~2mm左右，以Ar為載氣，把經過霧化器的試樣溶液以氣溶膠形式引入等離子體中。

第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六載氣用Ar做工作氣體的優點：Ar為單原子惰性氣體，不與試樣組份形成難離解的穩定化合物，也不象分子那樣因離解而消耗能量，有良好的激發性能，本身光譜簡單。第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六氣動霧化器氣動霧化器的結構簡單，通常分為同軸型霧化器和直角型霧化器。同軸型霧化器結構簡單，易于制作，應用較為普遍。直角型霧化器不易被懸浮物質堵塞。但霧化效率較低，噴嘴容易堵塞，進樣速度受載氣壓力的影響。改用蠕動泵驅動霧化器，可避免載氣壓力對樣品提升量的影響。第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六超聲霧化器超聲霧化器超聲霧化器的結構比較復雜，包括頻電發生器、輸液蠕動泵和霧化裝置。采用功率超聲處理技術，將樣品溶液空化并形成氣溶膠，然后由載氣送入等離子炬。第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六IRISLNTREPID?

等離子發射光譜儀器操作規程1校準1.1在使用設備中注意設備所提供實驗條件是否符合實驗方法的要求，如不符合，視為實驗結果無效。第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六IRISLNTREPID?

等離子發射光譜儀器操作規程2操作規程2.1準備工作2.1.1開機前要打開室外的氣源，通氣30分鐘以上，氬氣現為并聯狀態，開氣時要將兩個氣瓶的開關全部打開，調整氣壓為0.45～0.60Mp（兆帕）大氣壓。（注意：更換氣瓶時，一定要將準備換下氣瓶上的兩個開關全部關閉，否則會有空氣進入，造成數據不穩定。）氬氣純度要求99.999%2.1.2儀器后面的壓力表應在50～60PSI（磅/英寸2）2.1.3打開穩壓電源，使壓力在220V±5%2.1.4打開主機電源，1位是開/0位是關觀察自檢系統，會有打開電磁閥的聲音，電磁閥的表會自動升到30的位置，再過幾秒鐘，電磁閥會自動關閉，電壓回到零的起始位置2.1.5檢查水箱里的水位是否在規定的位置上第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六IRISLNTREPID?

等離子發射光譜儀器操作規程3點火前的準備工作3.1檢查光室的溫度是否在90±0.2F3.2清空廢液桶內的廢液3.3夾緊蠕動泵夾，檢查進樣系統，把進樣管放到稀釋液或蒸餾水中，使進樣液均勻地進入，并注意排除液要大于進樣液3.4打開排風裝置，開啟計算機3.5在桌面上啟動TEVA軟件3.6檢查氣瓶氣量，進出樣的狀況是否正常第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六IRISLNTREPID?

等離子發射光譜儀器操作規程4點火4.1點擊點火圖標，使各指示燈處于非紅狀態，應為綠色4.2點擊Ignite時間要不小于90秒，有充分的時間充氣。在點擊Ignite至火苗生成4.2.1點火里的4個功能設置4.2.1.1功率的設置有機溶劑不大于1550瓦水溶液一般1150瓦4.2.1.2霧化器的壓力設置4.2.1.3蠕動泵轉速的設置4.2.1.4輔助設置分0.5、1.0、1.5和2.0四個擋第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六IRISLNTREPID?

等離子發射光譜儀器操作規程5分析樣品5.1分析樣品前的準備5.1.1等離子體預熱15分鐘5.1.2光室溫度應在90±0.2F5.1.3CID溫度應在≤-40℃，FPA≥15℃（從TOOLS里看）5.2分析樣品5.2.1調用或編制分析方法5.2.2進行標準化低標/高標Blank/HighSTD5.2.3分析未知樣品，打印出結果第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六IRISLNTREPID?

等離子發射光譜儀器操作規程6關機6.1關閉前要使用溶劑或蒸餾水沖洗5分鐘后，關閉滅火裝置6.2松開蠕動泵夾，取出進樣管6.3觀察CID溫度≥15℃時，關閉計算機6.4根據實際情況關閉主機和氣瓶7注意事項標準溶液在每次做樣前重新配置第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS光譜干擾可預見，少于300條多原子離子和同量異位素與分析物質量相同時產生干擾H,C,N,O,S,Cl的最高豐度同位素與Ar形成的多原子離子，40Ar16O58Ni～58Fe，40Ar-Ar～80Se.

第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS光譜干擾的解決辦法高分辨質譜儀元素校準公式選用天然豐度低的同位素用混合氣體 第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS酸的基體干擾ItshouldbeespeciallynotedthatHCl,HClO4,H3PO4andH2SO4cancauseconsiderablespectralproblems.PolyatomicinterferencesarecausedbyCl+,P+,S+ionsinconjunctionwithothermatrixelementslikeAr+,O+,H+.Examplesare,35Cl40Aron75Asand35Cl16Oon51V.第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS酸的基體干擾去除過柱電熱蒸發用硝酸第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS雙電荷離子的干擾母體同位素的1/2質量處產生一些同位素重干擾138Ba++嚴重干擾69Ga+208Pb++嚴重干擾104Ru+第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS雙電荷離子的干擾母體同位素的1/2質量處產生一些同位素重干擾138Ba++嚴重干擾69Ga+208Pb++嚴重干擾104Ru+第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS雙電荷離子的干擾的去除儀器條件的優化，正確選擇分析同位素第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS基體效應干擾噴射管樣品與標準溶液粘度的差異第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS基體效應干擾的去除基體相匹配使用內標提高掃描速度第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS電離效應干擾第一主族和第二主族元素易電離元素引起第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS電離效應干擾的去除基體相匹配樣品稀釋樣品加標同位素稀釋色譜提取和分離第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS空間電荷效應干擾同電荷離子間的排斥作用限制了離子的實際束縛能力，使輕離子丟失

Pb+對Li+3的干擾第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-MS空間電荷效應的去除基體相匹配樣品稀釋樣品內標同位素稀釋第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-AES光譜干擾光譜干擾數量多,譜庫中有50,000條特征光譜。加上來自如金屬材料、礦石和化學品分析中基體的影響，解決起來比較困難。不同的分子特征基團如OH鍵，也會造成在低含量分析時的干擾。第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-AES光譜干擾的消除離線光譜背景校正。動態背景校正。第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-AES基體效應的干擾噴射管樣品與標準溶液粘度的差異第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-AES基體效應的干擾使用內標。第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-AES電離效應的干擾

易電離的元素引起的電離干擾。ICP-MS更為嚴重。包括增強或抑制效應。第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素ICP-AES電離效應的干擾的消除儀器條件的最佳化加入電離效應緩沖液第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素GFAAS分子吸收分子的光解離分子的光致躍遷光散射冷凝再結合的分子散射升華的灰及各種較大的分子顆粒的擋光第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素GFAAS氘燈扣背景塞曼扣背景第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素GFAAS基體效應的干擾由于樣品的類型，使被測元素在石墨管的滯留造成分析誤差在干燥和灰化階段產生的瞬間電流

第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六干擾因素GFAAS基體效應的干擾的去除使用基體改進劑提高進樣溫度使用峰面積計算

第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六ICP-MS、ICP-AES和AAS方法的比較（1）ICP-MSICP-AES火焰AAS 石墨爐AAS檢測限多數元素非常好多數元素很好部分元素很好部分元素非常好樣品通量所有元素2-6分鐘/樣品5-30元素/分鐘/樣品15秒/元素/樣品4分鐘/元素/樣品線性范圍105105103102精密度短時間長時間（4小時）1-3%＜5%*0.3-2%＜5%*0.1-1%1-5%*加入內標可提高精密度第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六ICP-MS、ICP-AES和AAS方法的比較（2）干擾因素ICP-MSICP-AES火焰AAS 石墨爐AAS光譜很少一般幾乎沒有很少化學基體中等幾乎沒有很大很大離子化低低中等低質譜影響低濃度時大無無無同位素有無無無第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六ICP-MS、ICP-AES和AAS方法的比較（3）ICP-MSICP-AES火焰AAS 石墨爐AAS溶解固體量0.1-0.4%2-25%0.5-3%>20%分析元素數量>75>73>68>50進樣量低高非常高非常低半定量分析是是否否同位素分析是否否否第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六ICP-MS、ICP-AES和AAS方法的比較（4）ICP-MSICP-AES火焰AAS 石墨爐AAS日常操作容易容易容易容易方法學研究技術要求高技術要求高簡單技術要求高自動化操作可行可行不可行可行可燃氣體不需要不需要需要不需要實驗費用高高低一般設備費用非常高高低一般第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六檢出限的比較(μg/L)1-10ppt1-10ppb第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六微波制樣概述微波方法有效所必要的過程，最關鍵的部分歸納如下：1）樣品類型分類描述，例如地質的、冶金的等。2）感興趣分析物。3）樣品量（范圍）4）每次溶解的樣品數5）容器類型6）溶劑所需的溶劑量（ACS等級或蒸餾等級等），溶劑空白所需溶劑量。第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六微波制樣概述微波方法有效所必要的過程，最關鍵的部分簡潔地歸納如下：7）完全消解程序。8）對于校準，必須說明校準所需的具體功率設定和每步的持續時間。9）對于溫度反饋控制，需要描述加熱溫度、保持溫度和冷卻步驟。（如EPA方法3052可分為桑額階段：加熱到180±5℃需5.5分鐘，保持180±5℃需9.5分鐘，冷卻至少需5分鐘。）第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六普通加熱示意圖樣品+試劑容器壁導熱外部溫度要高于試劑的沸點熱對流第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六微波消解示意圖微波可穿透容器壁加入酸的樣品吸收微波局部過熱微波加熱第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六陶瓷基底硅控管保護硅控管波導microwaves陶瓷基底容器微波反射

微波腔體第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六SchematicofHomeMicrowaveEMFieldPatternLowEmFieldIntensityHighEmFieldIntensityMicrowaveCavity第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六SchematicofMicrowavePatternInteractionwithPressureVesselswaveguidemicrowavepatternmicrowavecavity第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六CEMPatentedMagnetronProtectionmagnetronIsolatorwaveguidereflectedmicrowavesvesselmicrowavecavitymicrowaves第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六敞口式微波消解爐的使用第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

微波消解手段的十大理由:

1）通常采用的2450MHz的微波，只能導致分子（粒子）運動，不引起分子結構變化，從而不會改變消解反應的方向

2)微波直接向樣品釋放能量（熱是副產物），避免了傳統方式（熱傳導熱對流)中能量的損失，提高能量的使用效率。

3)最先進的微波消解儀器能夠通過磁控管的自動調節，定量的控制微波能量的傳遞，以此控制分解條件并實現對反應的控制。第58頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六微波消解手段的十大理由:

4)大多數傳統試劑在微波消解中仍然可以使用，因此對大多數的反應操作者無須改變試劑的種類。

5)樣品的分解可以進行的更精確、徹底。

6)密閉微波消解可通過提高溫度／壓力協助反應，使反應物在需要的特定溫度下發生快速分解，減少分解所需的時間，提高工作效率，對傳統方法這是不可能的。

7)揮發元素如：As，Hg等可以被保留在溶液中，防止揮發造成結果的偏差和對環境的污染。同時也使操作人員避免接觸酸霧和有害的氣體。

8)由于微波消解試劑用量少，且無環境對樣品的污染，因此有較低的空白值。

第59頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六微波消解手段的十大理由:

9)好的微波消解儀器能夠實現從功率選擇到消解反應的自動控制，避免了人為操作產生的錯誤和誤差。

10）通過溫度、壓力參數的控制可以保證消解的質量，保證反應完全一致的平行性和重復性第60頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

微波消解必須考慮的因素酸與容器間的化學作用，氫氟酸不應用于玻璃和石英容器。酸沸點和容器熔點的矛盾，高沸點（339℃的硫酸能熔化大多數塑料制品，包括特氟隆PFA)。酸在微波場中的穩定性、其蒸氣壓。混酸組合使用時，酸之間的相互作用。揮發性，在鹽酸中:As,Se,Sb,Sn,Ge,Te,Hg的氯化物

在其它酸中:Cr,V,Mo,Mn,Bi,Tl的氯化物在稀酸中:B,P,Pb,Se,Sb,As,Te,Hg的氫化物溶解性,溶解度常數，(伴隨)氟化物沉淀酸和混合酸HNO3,HCl,HF,H2SO4,H3PO4,H3BO3

第61頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六禁止隨意在密閉系統中操作的物質

·炸藥（TNT，硝化纖維等）

·推進劑（肼，高氯酸胺等）

·引火化學品

·二元醇（乙二醇，丙二醇等）

·航空燃料（JP-1等）

·高氯酸鹽（高氯酸銨，高氯酸鉀等）

·乙炔化合物

·醚（熔纖劑-乙二醇苯基醚等）

·丙烯醛

·酮（丙酮，甲基乙基酮等）

·漆（丁烷，己烷等）

·雙組分混合物（硝酸和苯酚，硝酸

·動物脂（硝酸甘油酯,和三乙胺，硝酸和丙酮等）

·硝化甘油或其它有機硝化物）

第62頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

爆炸物的特征原子集團

請實驗者關注特性樣品與試劑在反應過程中可能出現的產物，