等离子发射光谱仪器优秀课件.ppt

等离子发射光谱仪器第1页，本讲稿共23页主要部件的性能和作用主要部件的性能和作用一、激发光源一、激发光源二、光谱仪二、光谱仪光源光源单色器单色器检测器检测器第2页，本讲稿共23页一、激发光源一、激发光源作用：提供试样蒸发、原子化、激发跃迁所需的能量。作用：提供试样蒸发、原子化、激发跃迁所需的能量。对激发光源的要求是：对激发光源的要求是：温度高温度高稳定，重现稳定，重现背景小（无或少带光谱）背景小（无或少带光谱）简便、安全简便、安全第3页，本讲稿共23页激发光源的分类激发光源的分类第4页，本讲稿共23页1 1、直流电弧、直流电弧第5页，本讲稿共23页2 2、交流电弧、交流电弧特点：电弧温度高，激发能力强；特点：电弧温度高，激发能力强；电极温度低，蒸发能力稍低电极温度低，蒸发能力稍低 电弧稳定性好，使分析重现性好，适用于定量分析。电弧稳定性好，使分析重现性好，适用于定量分析。适用于金属、合金中低含量元素的定量分析适用于金属、合金中低含量元素的定量分析第6页，本讲稿共23页3、高压火花光源、高压火花光源火花特点：火花特点：1 1）放电稳定，分析）放电稳定，分析重现性好重现性好；2 2）放电间隙长，）放电间隙长，电极温度电极温度（蒸发温度）（蒸发温度）低低，检出限低检出限低(不适于定性分析），多适于分析易熔金属、合金样品不适于定性分析），多适于分析易熔金属、合金样品及高含量元素（因为灵敏度差）分析；及高含量元素（因为灵敏度差）分析；3 3）激发温度高激发温度高（瞬间可达（瞬间可达10000 K10000 K）适于难激发元素分）适于难激发元素分析。析。第7页，本讲稿共23页4 4、电感耦合等离子体光源电感耦合等离子体光源inductive coupled plasmainductive coupled plasma，ICPICP等离子体：等离子体：plasmaplasma有一定电离度有一定电离度的气体，由于正、负电荷的粒的气体，由于正、负电荷的粒子基本相等，整体上呈电中性。子基本相等，整体上呈电中性。主要部分：主要部分：1 1）.高频发生器高频发生器作用是产生高频电流作用是产生高频电流 2 2）.等离子体炬管等离子体炬管 三层同心石英玻璃管三层同心石英玻璃管 3 3）.试样雾化器试样雾化器第8页，本讲稿共23页ICP炬管炬管由三层同心石英管组成：由三层同心石英管组成：外层管：外层管：工作气或冷却气；工作气或冷却气；中间管：中间管：辅助气；辅助气；内管：内管：载气将试样气溶胶引载气将试样气溶胶引 入到入到ICP炬中炬中第9页，本讲稿共23页ICP的工作原理：的工作原理：（1）当有高频电流通过）当有高频电流通过高频感应线圈高频感应线圈时，时，产生轴向磁场，这时若用高频点火装置产生火花，产生轴向磁场，这时若用高频点火装置产生火花，形成的形成的载流子（离子与电子）载流子（离子与电子）在电磁场作用在电磁场作用下，与原子碰撞并使之电离，形成更多的载流下，与原子碰撞并使之电离，形成更多的载流子。子。（2）当载流子多到足以使气体有足够的）当载流子多到足以使气体有足够的导导电率电率时，在垂直于磁场方向的截面上就会感生出时，在垂直于磁场方向的截面上就会感生出流经闭合圆形路径的流经闭合圆形路径的涡流涡流，强大的电流产生高，强大的电流产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度可达可达10000K的稳定的的稳定的等离子炬等离子炬。感应线圈感应线圈将能量耦合给等离子体，并维持等离子炬。将能量耦合给等离子体，并维持等离子炬。（3）当载气载带）当载气载带试样气溶胶试样气溶胶通过通过等离子体等离子体时，被后者加热至时，被后者加热至6000-7000K，并被原子，并被原子化和激发产生发射光谱。化和激发产生发射光谱。第10页，本讲稿共23页ICPICP焰分为三个区域：焰心区、内焰区焰分为三个区域：焰心区、内焰区和尾焰区。和尾焰区。内焰区内焰区 位于焰心区上方，一般在感应圈以上位于焰心区上方，一般在感应圈以上10-20mm10-20mm左右，略带淡蓝色，呈半透明状态。左右，略带淡蓝色，呈半透明状态。温度约为温度约为6000-8000K6000-8000K，是分析物原子化、激，是分析物原子化、激发、电离与辐射的主要区域。光谱分析就在该发、电离与辐射的主要区域。光谱分析就在该区域内进行，因此，该区域又称为区域内进行，因此，该区域又称为测光区测光区。焰心区焰心区呈白色，不透明，是高频电流形成的涡呈白色，不透明，是高频电流形成的涡流区，等离子体主要通过这一区域与高频感应线流区，等离子体主要通过这一区域与高频感应线圈耦合而获得能量。该区温度高达圈耦合而获得能量。该区温度高达10000K10000K，电，电子密度很高，由于黑体辐射、离子复合等产生很子密度很高，由于黑体辐射、离子复合等产生很强的连续背景辐射。试样气溶胶通过这一区域时强的连续背景辐射。试样气溶胶通过这一区域时被预热、挥发溶剂和蒸发溶质，因此，这一区域被预热、挥发溶剂和蒸发溶质，因此，这一区域又称为又称为预热区预热区。尾焰区尾焰区在内焰区上方，无色透明，温度较低，在内焰区上方，无色透明，温度较低，在在6000K6000K以下以下，只能激发低能级的谱线。，只能激发低能级的谱线。第11页，本讲稿共23页ICP-AES ICP-AES 特点特点(1)(1)温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，有熔化合物的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳很高的灵敏度和稳定性；定性；(2)(2)“趋肤效应趋肤效应”，稳定性高，稳定性高，有效消除自吸现有效消除自吸现象，线性范围宽（象，线性范围宽（4 45 5个数量级）；个数量级）；(3)Ar (3)Ar气体产生的背景干扰小；气体产生的背景干扰小；(4)(4)无电极放电，无电极放电，无电极污染无电极污染；缺点缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高用高第12页，本讲稿共23页二、光谱仪二、光谱仪 spectrophotometerspectrophotometer将发射出的辐射分光后观察其光谱的仪器。将发射出的辐射分光后观察其光谱的仪器。按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法；看谱镜、摄按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法；看谱镜、摄谱仪、光电直读光谱仪；谱仪、光电直读光谱仪；按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；第13页，本讲稿共23页光谱仪的四个组成部分：光谱仪的四个组成部分：照明系统、准光系统、色散系统、记录系统照明系统、准光系统、色散系统、记录系统第14页，本讲稿共23页1.1.棱镜摄谱仪棱镜摄谱仪第15页，本讲稿共23页2.光栅摄谱仪光栅摄谱仪光栅光栅是用玻璃片或金属片制成的，其上准确地刻有是用玻璃片或金属片制成的，其上准确地刻有大量宽度和距离相等的平行线条（刻痕），可近似大量宽度和距离相等的平行线条（刻痕），可近似得将它看成得将它看成一系列等宽和等距的透光狭缝。一系列等宽和等距的透光狭缝。第16页，本讲稿共23页摄谱法的优点和缺点摄谱法的优点和缺点摄谱法的主要优点是：摄谱法的主要优点是：1 1、仪器简单、仪器简单2 2、适于较宽的波长范围（一次可分析、适于较宽的波长范围（一次可分析7070多个元素）多个元素）摄谱法的主要缺点是：摄谱法的主要缺点是：1 1、操作麻烦（摄谱、冲洗、读谱、测黑度）、操作麻烦（摄谱、冲洗、读谱、测黑度）2 2、定量误差较大、定量误差较大第17页，本讲稿共23页3.多道光谱仪检测系统多道光谱仪检测系统从光源发出的光经透镜聚焦后，在入射狭缝上成像并进入狭缝。进入狭缝的光投射到凹面光栅上，凹面光栅将光色散，聚焦在焦面上，焦面上安装有一组出射狭缝，每一狭缝允许一条特定波长的光通过，投射到狭缝后的光电倍增管上进行检测，最后经计算机进行数据处理。光源光源单色器单色器PMTPMT第18页，本讲稿共23页优点是优点是分析速度快分析速度快，准确度优于摄谱法；，准确度优于摄谱法；光电倍增管对信号放大能力强光电倍增管对信号放大能力强，可同时分，可同时分析含量差别较大的不同无素；适用于较宽析含量差别较大的不同无素；适用于较宽的波长范围。但由于仪器结构限制，出射的波长范围。但由于仪器结构限制，出射狭缝间存在一定距离，使利用波长相近的狭缝间存在一定距离，使利用波长相近的谱线有困难。谱线有困难。第19页，本讲稿共23页4.单道扫描光谱仪检测系统单道扫描光谱仪检测系统从光源发出的光穿过入射狭缝后，反射到一个可以转动的光栅上，该光栅将光色散后，经反射使某一条特定波长的光通过出射狭缝投射到光电倍增管上进行检测。光栅转动至某一固定角度时只允许一条特定波长的光线通过该出射狭缝，随光栅角度的变化，谱线从该狭缝中依次通过并进入检测器检测，完成一次全谱扫描。分析样品的范围更广，适用于较宽的波长范围。完成一次扫描需要一定时间，速度慢。光栅光栅狭缝狭缝反射镜反射镜第20页，本讲稿共23页多道直读光谱仪和单道扫描光谱仪的比多道直读光谱仪和单道扫描光谱仪的比较较多道扫描多道扫描 单道扫描单道扫描优点:速度快灵活 效率高易于建立方法缺点:死板 速度慢,消耗成本扣背景不准确精度较差共同缺点:背景和信号不能同时测定,存在时间误差扣背景速度慢第21页，本讲稿共23页5.全谱直读等离子体光谱仪全谱直读等离子体光谱仪采用采用CID阵列检测器，阵列检测器，2828mm半导体芯片半导体芯片上，上，26万个感光点点阵万个感光点点阵(每个相当于一个光电每个相当于一个光电倍增管倍增管)可同时检测可同时检测165800nm波长范围波长范围内出现的全部谱线；内出现的全部谱线；B）中阶梯光栅分光系统，）中阶梯光栅分光系统，仪器结构紧凑，体积大仪器结构紧凑，体积大大缩小；兼具多道型和大缩小；兼具多道型和扫描型特点。扫描型特点。第22页，本讲稿共23页THE END 谢谢！第23页，本讲稿共23页