ICP(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer)   電感耦合等離子光譜發(fā)生儀   電感耦合等離子體(ICP)是目前用于原子發(fā)射光譜的主要光源。ICP具有環(huán)形結(jié)構(gòu)`溫度高`電子密度高`惰性氣氛等特點(diǎn),用它做激發(fā)光源具有檢出限低`線性范圍廣`電離和化學(xué)干擾少`準(zhǔn)確度和精密度高等分析性能.   ICP還可以作為原子化器,如以空心陰極燈為光源,ICP為原子化器的原子熒光光譜儀.這類儀器不采用單色器,以ICP為中心,在周圍安裝多個(gè)檢測(cè)單元(每一元素配一個(gè)檢測(cè)單元),形成了多元素分析系統(tǒng).ICP作為原子化器最大的優(yōu)點(diǎn)在于原子化器具有很高的溫度,多種元素都可得到很好地原子化,散射問(wèn)題也得到的克服.由計(jì)算機(jī)控制,燈電源順序地向各檢測(cè)單元的空心陰極燈供電(2,000次/秒),所產(chǎn)生的熒光由相應(yīng)的光電倍增管檢測(cè),光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)在放大后由計(jì)算機(jī)處理,并報(bào)出各元素的分析結(jié)果.不過(guò),值得提出的是,以ICP為原子化器的原子熒光光譜儀對(duì)難熔元素的測(cè)定靈敏度不高.

　　ICP的工作原理：

　　感耦等離子體原子發(fā)射光譜分析是以射頻發(fā)生器提供的高頻能量加到感應(yīng)耦合線圈上，并將等離子炬管置于該線圈中心，因而在炬管中產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，用微電火花引燃，使通入炬管中的氬氣電離，產(chǎn)生電子和離子而導(dǎo)電，導(dǎo)電的氣體受高頻電磁場(chǎng)作用，形成與耦合線圈同心的渦流區(qū)，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的高熱，從而形成火炬形狀的并可以自持的等離子體，由于高頻電流的趨膚效應(yīng)及內(nèi)管載氣的作用，使等離子體呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

　　樣品由載氣(氬)帶入霧化系統(tǒng)進(jìn)行霧化后，以氣溶膠形式進(jìn)入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣氛中被充分蒸發(fā)、原子化、電離和激發(fā)，發(fā)射出所含元素的特征譜線。根據(jù)特征譜線的存在與否，鑒別樣品中是否含有某種元素(定性分析)；根據(jù)特征譜線強(qiáng)度確定樣品中相應(yīng)元素的含量(定量分析)。

　　ICP的檢出限：

　　使用ICP-OES，大多數(shù)元素的檢出限為0.00Xmg/L，校準(zhǔn)曲線的線性范圍達(dá)105～106，可進(jìn)行多元素同時(shí)或順序測(cè)定。

　　ICP的校正方法：

　　有波長(zhǎng)校正和分析校正：

　　一、波長(zhǎng)校正的目的是使波長(zhǎng)與檢測(cè)器象素之間完全吻合。分兩步進(jìn)行：

　　1、光譜儀校正——調(diào)整儀器的偏差

　　2、漂移補(bǔ)償——克服波長(zhǎng)隨時(shí)間而變化

　　(1)光譜校正

　　對(duì)儀器實(shí)際測(cè)到的波長(zhǎng)與理論波長(zhǎng)之間的差別進(jìn)行校正。應(yīng)在每臺(tái)儀器上單獨(dú)測(cè)試一系列化學(xué)元素的波長(zhǎng)，并將之儲(chǔ)存為校正數(shù)據(jù)(一般儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中)。

　　通常存為下列一組數(shù)據(jù)：調(diào)試偏差；相關(guān)系數(shù)和修正系數(shù)。

　　光譜儀的校正要通過(guò)用戶的指令來(lái)進(jìn)行。

　　(2)漂移補(bǔ)償

　　這是為克服環(huán)境變化，如溫度氣壓等，而引起的波長(zhǎng)漂移，所采用的一種常規(guī)監(jiān)視過(guò)程。儀器在進(jìn)樣間歇期間，監(jiān)測(cè)多條氬線波長(zhǎng)，將實(shí)際值與理論值相比較，并對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

　　當(dāng)儀器第一次安裝時(shí)、或軟件重新安裝后，需要進(jìn)行波長(zhǎng)校正。當(dāng)更換了多色器吹掃氣體類型后，也必須進(jìn)行波長(zhǎng)校長(zhǎng)。吹掃氣可為Ar或N2。

　　二、分析校正(建立標(biāo)準(zhǔn)曲線)的目的是建立光強(qiáng)讀數(shù)與元素濃度之間的關(guān)系。即對(duì)已知濃度的標(biāo)樣進(jìn)行測(cè)試，建立起其響應(yīng)值與濃度之間的關(guān)系曲線。

　　在ICP-AES技術(shù)當(dāng)中，濃度與強(qiáng)度之間的關(guān)系一般為線性關(guān)系。當(dāng)濃度較高時(shí)，與線性關(guān)系會(huì)有一些偏差，通常強(qiáng)度會(huì)稍稍降低，即濃度的兩倍低于強(qiáng)度的兩倍。對(duì)有些元素，高濃度的強(qiáng)度會(huì)稍微更強(qiáng)一些，使曲線稍微向上彎曲。上彎曲線通常可設(shè)置適當(dāng)?shù)入x子體條件來(lái)加以克服。

　　其線性范圍可能會(huì)達(dá)到4到6個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　濃度校正曲線(標(biāo)準(zhǔn)曲線)是最廣泛采用的一種校正方式。方法是對(duì)一系列標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)量，得出各個(gè)強(qiáng)度/濃度點(diǎn)，再對(duì)一個(gè)空白進(jìn)行測(cè)量，以得到零濃度值時(shí)的強(qiáng)度值。采用數(shù)學(xué)方法對(duì)所得各點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，未知樣品濃度按照該曲線及所測(cè)得強(qiáng)度值得出。

　　ICP的使用與維護(hù)

　　1、儀器一定要有良好的使用環(huán)境

　　等離子體光譜與其它大型精密儀器一樣，需要在一定的環(huán)境下運(yùn)行，失去這些條件，不僅儀器的使用效果不好，而且改變儀器的檢測(cè)性能，甚至造成損壞，縮短壽命。根據(jù)光學(xué)儀器的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境溫度和濕度有一定要求。如果溫度變化太大，光學(xué)元件受溫度變化的影響就會(huì)產(chǎn)生譜線漂移，造成測(cè)定數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，一般室溫要求維持在70～75攝氏度間的一個(gè)固定溫度，溫度變化應(yīng)小于±1攝氏度。而環(huán)境濕度過(guò)大，光學(xué)元件，特別是光柵容易受潮損壞或性能降低。電子系統(tǒng)，尤其是印刷電路板及高壓電源上的元件容易受潮燒壞。濕度對(duì)高頻發(fā)生器的影響也十分重要，濕度過(guò)大，輕則等離子體不容易點(diǎn)燃，重則高壓電源及高壓電路放電擊毀元件，如功率管隔直陶瓷電容擊穿，輸出電路阻抗匹配、網(wǎng)絡(luò)中的可變電容放電等，以至損壞高頻發(fā)生器。一般室內(nèi)濕度應(yīng)小于70%，最好控制在45～60%之間，應(yīng)有空氣凈化裝置。過(guò)去由于基建施工，我們的環(huán)境條件很差，甚至儀器室多次被水淹，受潮及室溫變化過(guò)大，儀器不是定位困難就是經(jīng)常發(fā)生故障。搬到新的儀器室后條件改善了，儀器運(yùn)行就正常多了。

　　2、儀器的供電線路要符合儀器的要求

　　為了保證ICP儀的安全運(yùn)行，供電線路必須要有足夠大的容量，否則儀器運(yùn)行時(shí)線路的電壓降過(guò)大，影響儀器壽命。作為一臺(tái)精密測(cè)量?jī)x器，它還需要有相對(duì)穩(wěn)定的電源，供電電壓的變化一般不超過(guò)5%，如超過(guò)這個(gè)范圍，需要使用自動(dòng)調(diào)壓器或磁飽和穩(wěn)壓器，不能使用電子穩(wěn)壓器，由于電子穩(wěn)壓器在電壓高時(shí)產(chǎn)生削波，造成電脈沖，影響電子計(jì)算機(jī)、微處理器及相敏放大器的工作，引起誤動(dòng)作。連續(xù)正弦波電源才能保證這些電子電路的正常工作，儀器供電線路最好單獨(dú)從供電變壓器的配電盤上得到，盡量不與大電機(jī)，大的通風(fēng)機(jī)，空調(diào)機(jī)，馬弗爐等大的用電設(shè)備共用一條供電線路，以免在這些用電設(shè)備起動(dòng)時(shí)，供電線路的電壓大幅度的波動(dòng)，造成儀器工作不穩(wěn)定。允許電流大于30安培的儀器要單獨(dú)接地。一般光譜儀地線電阻要小于5歐姆，計(jì)算機(jī)地線電阻要小于0.25歐姆(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)，以防相互干擾。

　　在儀器的使用中，應(yīng)經(jīng)常注意電源的變化，不能長(zhǎng)期在過(guò)壓或欠壓下工作，根據(jù)資料介紹，當(dāng)儀器在過(guò)壓下工作會(huì)造成高頗發(fā)生器功率大管燈絲過(guò)度的蒸發(fā)和老化，電子管的壽命將會(huì)大大的縮短(是正常壽命的1/5～1/6)。如果在欠壓下工作，電子管燈絲溫度過(guò)低，電子發(fā)射不好，也容易造成電子發(fā)射材料過(guò)早老化，同樣也縮短電子管的壽命；儀器運(yùn)行中供電電壓的較大波動(dòng)同樣也會(huì)造成高頻發(fā)生器輸出功率的不穩(wěn)定，對(duì)測(cè)定結(jié)果的好壞影響極大，因此，應(yīng)當(dāng)注意供電電源的質(zhì)量。

　　3、防塵

　　國(guó)內(nèi)一般實(shí)驗(yàn)室都不具備防塵、過(guò)濾塵埃的設(shè)施，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需要采用排風(fēng)機(jī)，排除儀器的熱量及工作時(shí)產(chǎn)生的有毒氣體時(shí)，實(shí)驗(yàn)室與外部就形成壓力差，實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生負(fù)壓，室外含有大量灰塵的空氣從門窗的縫隙中流入室內(nèi)，大量積聚在儀器的各個(gè)部位上，容易造成高壓元件或接頭打火，電路板及接線、插座等短路、漏電等各種各樣的故障，因此，需要經(jīng)常進(jìn)行除塵。特別是計(jì)算機(jī)、電子控制電路、高頻發(fā)生器、顯示器、打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器等，定期拆卸或打開(kāi)，用小毛刷清掃，并同時(shí)使用吸塵器將各個(gè)部分的積塵吸除。對(duì)光電倍增管負(fù)高壓電源線、及計(jì)算機(jī)顯示器的高壓線及接頭，還要用紗布沾上少許無(wú)水酒精小心的抹除積炭和灰塵。磁盤驅(qū)動(dòng)器及打印機(jī)清出灰塵之后，要在機(jī)械活動(dòng)部件滴加少許儀表油。打印機(jī)的打印頭還要拆下，用軟毛刷刷掃，并用絨布抹凈，防止針孔被紙屑堵塞，然后按照說(shuō)明書(shū)調(diào)整一定的打印壓力。對(duì)于儀器除塵，一般由電子，儀修或計(jì)算機(jī)的專業(yè)人員幫助，儀器使用或管理人員如不懂電子知識(shí)，不了解儀器結(jié)構(gòu)，不要輕易去動(dòng)，以免發(fā)生意外，除塵應(yīng)事先停機(jī)并關(guān)掉供電電源下進(jìn)行。

　　4、對(duì)氣體控制系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)

　　ICP的氣體控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定正常地運(yùn)行，直接影響到儀器測(cè)定數(shù)據(jù)的好壞，如果氣路中有水珠、機(jī)械雜物雜屑等都會(huì)造成氣流不穩(wěn)定，因此，對(duì)氣體控制系統(tǒng)要經(jīng)常進(jìn)行檢查和維護(hù)。首先要做氣體試驗(yàn)，打開(kāi)氣體控制系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)，使電磁閥處于工作狀態(tài)，然后開(kāi)啟氣瓶及減壓閥，使氣體壓力指示在額定值上，然后關(guān)閉氣瓶，觀察減壓閥上的壓力表指針，應(yīng)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)沒(méi)有下降或下降很少，否則氣路中有漏氣現(xiàn)象，需要檢查和排除。第二，由于氬氣中常夾雜有水分和其它雜質(zhì)，管道和接頭中也會(huì)有一些機(jī)械碎屑脫落，造成氣路不暢通。因此，需要定期進(jìn)行清理，拔下某些區(qū)段管道，然后打開(kāi)氣瓶，短促地放一段時(shí)間的氣體，將管道中的水珠，塵粒等吹出。在安裝氣體管道，特別是將載氣管路接在霧化器上時(shí)，要注意不要讓管子彎曲太厲害，否則載氣流量不穩(wěn)而造成脈動(dòng)，影響測(cè)定。

　　5、對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)及炬管的維護(hù)

　　霧化器是進(jìn)樣系統(tǒng)中最精密，最關(guān)鍵的部份，需要很好的維護(hù)和使用。要定期的清理，特別是測(cè)定高鹽溶液之后，霧化器的頂部，炬管噴嘴會(huì)積有鹽份，造成氣溶膠通道不暢，常常反映出來(lái)的是測(cè)定強(qiáng)度下降，儀器反射功率升高等。炬管上積塵或積炭都會(huì)影響點(diǎn)燃等離子體焰炬和保持穩(wěn)定，也影響反射功率，因此，要定期用酸洗，水洗，最后，用無(wú)水乙醇洗并吹干，經(jīng)常保持進(jìn)樣系統(tǒng)及炬管的清潔。

　　6、使用中盡量減少開(kāi)停機(jī)的次數(shù)

　　開(kāi)機(jī)測(cè)定前，必須做好安排，事先標(biāo)好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，切忌在同一段時(shí)間里開(kāi)開(kāi)停停，儀器頻繁開(kāi)啟容易造成損壞，這是因?yàn)閮x器在每次開(kāi)啟的時(shí)候，瞬時(shí)電流大大高于運(yùn)行正常時(shí)的電流，瞬時(shí)的脈沖沖擊，容易造成功率管燈絲斷絲，碰極短路及過(guò)早老化等，因此使用中需要倍加注意，一旦開(kāi)機(jī)就一氣呵成，把要做的事做完，不要中途關(guān)停機(jī)。