等離子體發(fā)射光譜分析（第三版）

第1章概述1

1.1引言1

1.2原子發(fā)射光譜分析簡史2

1.2.1原子發(fā)射光譜的定性分析2

1.2.2原子發(fā)射光譜的定量分析3

1.2.3等離子體光譜光源的發(fā)展3

1.3等離子體的基本知識3

1.4等離子體光源簡介4

1.4.1直流等離子體光源4

1.4.2微波等離子體光源6

1.4.3電感耦合等離子體光源8

1.4.4各類測定元素的原子光譜技術性能的比較11

參考文獻12

第2章ICP光源的物理化學特性14

2.1等離子體的基本概念14

2.2電感耦合等離子體的形成15

2.2.1ICP的形成條件及過程15

2.2.2工作氣體16

2.3ICP的物理特性17

2.3.1ICP的環(huán)形結構及趨膚效應17

2.3.2ICP溫度分布的不均勻性及其分區(qū)19

2.3.3等離子體的溫度及其測量21

2.4ICP光源的光譜特性36

2.4.1分析物的原子發(fā)射光譜36

2.4.2工作氣體的發(fā)射光譜38

2.4.3分子發(fā)射光譜38

2.4.4連續(xù)背景發(fā)射光譜39

2.5ICP光源的激發(fā)機理42

2.5.1Penning電離反應模型43

2.5.2電荷轉(zhuǎn)移反應模型44

2.5.3復合等離子體模型45

2.5.4雙極擴散模型46

2.5.5輻射俘獲模型46

2.5.6分析物的電離和激發(fā)過程46

參考文獻47

第3章ICP光譜儀器49

3.1高頻發(fā)生器50

3.1.1高頻發(fā)生器的技術要求50

3.1.2自激振蕩器原理51

3.1.3自激式等離子體電源線路52

3.1.4他激振蕩器55

3.1.5高頻電流的傳輸56

3.1.6ICP光源中振蕩頻率的影響57

3.2ICP炬管58

3.2.1通用ICP炬管59

3.2.2炬管結構及等離子體的穩(wěn)定性61

3.2.3低氣流炬管62

3.2.4微型炬管64

3.2.5水冷炬管65

3.2.6層流炬管65

3.2.7分子氣體的應用66

3.2.8炬管延伸管68

3.3進樣裝置69

3.3.1玻璃同心霧化器69

3.3.2交叉霧化器75

3.3.3Babington霧化器78

3.3.4超聲波霧化器81

3.3.5霧室85

3.3.6霧化器及進樣系統(tǒng)性能的診斷和評價87

3.4分光裝置89

3.4.1ICP光源對分光系統(tǒng)的要求89

3.4.2發(fā)射光譜儀常用的幾類光柵90

3.4.3光譜儀常用分光裝置97

3.5測光裝置105

3.5.1光電倍增管105

3.5.2信號處理單元106

3.6固態(tài)光電檢測器及其ICP光譜儀中的應用107

3.6.1ICP光譜儀中的電荷轉(zhuǎn)移器件107

3.6.2電荷轉(zhuǎn)移器件原理108

3.6.3電荷注入檢測器109

3.6.4電荷耦合檢測器111

3.6.5電荷轉(zhuǎn)移檢測器的特性115

3.6.6固態(tài)檢測器在ICP光譜儀中的應用118

3.7為什么ICP光譜儀用氬氣做工作氣體123

3.7.1幾種非氬氣氣體用作ICP的工作氣體概況123

3.7.2氣體的物理化學參數(shù)與ICP光源的分析性能125

參考文獻127

第4章光譜分析原理129

4.1原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生129

4.1.1光譜的產(chǎn)生129

4.1.2譜線的寬度及變寬130

4.1.3譜線的自吸131

4.2定量分析原理132

4.2.1譜線強度與濃度的關系132

4.2.2標準曲線法定量分析133

4.2.3標準曲線非線性問題135

4.2.4其他定量分析方法136

4.2.5定性和半定量分析144

4.3光譜分析條件147

4.3.1高頻功率的影響148

4.3.2工作氣體流量152

4.3.3觀測高度156

4.3.4其他分析參數(shù)158

4.3.5分析參數(shù)的優(yōu)化159

4.4靈敏度、檢出限和精密度162

4.4.1分析靈敏度162

4.4.2檢出限163

4.4.3精密度164

4.5干擾效應165

4.5.1物理干擾166

4.5.2化學干擾168

4.5.3電離干擾169

4.5.4光譜干擾170

4.6基體效應181

4.6.1ICP 光源的基體效應181

4.6.2基體效應的特點181

4.6.3重要基體效應及其處理方法183

參考文獻189

第5章ICP光譜分析的應用191

5.1概論191

5.2環(huán)境樣品分析192

5.2.1土壤分析192

5.2.2生活飲用水分析193

5.2.3水樣中主要元素的ICP光譜分析194

5.2.4測定廢水中多種痕量重金屬元素195

5.2.5微波消解法測定飛灰中的多種金屬元素196

5.2.6ICP光譜技術在環(huán)境應急監(jiān)測中的某些應用198

5.2.7巰基棉分離富集測定冶金廢水中痕量鉛、鎘、銅、銀199

5.2.8微波消解ICP-AES法測定大氣顆粒物中的金屬元素200

5.2.9微波消解測定水系沉積物中的微量元素201

5.3食品飲料分析202

5.3.1微波消解法測定大米中八種元素202

5.3.2泰國大米主要元素的光譜分析204

5.3.3微波消解測定萵筍中礦質(zhì)元素205

5.3.4鹽酸浸提測定奶粉中的金屬元素206

5.3.5ICP-AES測定壇紫菜中的重金屬207

5.3.6魚肉中多種有害元素的光譜測定209

5.3.7速溶咖啡中元素的快速測定210

5.3.8彩色獼猴桃中的無機元素測定212

5.3.9干法消解測定茶中的微量元素213

5.3.10微波消解測定面制食品中的鋁、鎘、銅214

5.3.11水浴蒸干和微波灰化測定葡萄酒中的鐵、錳、鉛和銅215

5.3.12牛奶及奶制品中微量元素的測定216

5.3.13灰化法和微波消解法測定植物油中的磷217

5.3.14濃縮蘋果汁中磷、鋅、銅等9種元素的測定219

5.4生物樣品的分析220

5.4.1人血清樣液制備方法的比較221

5.4.2毛發(fā)中鉈的標準加入法測定222

5.4.3人發(fā)中銅、鋅、鈣、鎂、鐵5種元素的測定224

5.4.4測定尿液中17種元素225

5.4.5測定男子肝臟中8種微量元素226

5.4.6干灰化-堿熔測定生物樣中硅、鋁等元素227

5.4.7玉米秸稈中微量元素含量的測定229

5.4.8香煙中6種重金屬含量的測定231

5.4.9高壓消解測定木材中的有害元素232

5.4.10測定天然植物中的金屬元素233

5.4.11測定松樹中的礦質(zhì)元素234

5.5無機非金屬材料235

5.5.1內(nèi)標法測定紫砂制品中的溶出元素236

5.5.2檢測日用陶瓷器皿中金屬元素的溶出量236

5.5.3測定硼硅酸鹽玻璃中的常量及微量元素237

5.5.4沉淀分離鋁后測定氧化鋁中的微量元素239

5.5.5測定AL2O3基催化劑中的鉑240

5.5.6測定石英砂中的鐵、鋁、鈣、鈦、硼、磷241

5.5.7鎂鉻質(zhì)耐火材料的光譜法測定242

5.5.8碳酸鹽型石墨中硅等９種元素的測定243

5.5.9測定鑭玻璃廢粉中的稀土元素244

5.6核燃料和核材料分析246

5.6.1二氧化鈾微球中釤、銪、釓、鏑的測定246

5.6.2高純钚化合物的化學分離ICP光譜測定247

5.6.3高純釷化合物分析高純二氧化釷248

5.6.4核純石墨中Sm、Eu、Gd和Dy的測定248

5.6.5測定陶瓷UO2芯塊粉末標準物質(zhì)249

5.6.6鈾中雜質(zhì)元素的化學分離光譜測定法251

5.6.7ICP光譜法測定二氧化鈾中痕量鉀、鈉252

5.6.8測定鈾-鉬合金中15種微量雜質(zhì)元素252

5.7化學化工產(chǎn)品分析254

5.7.1APDC萃取分離檢測硫酸錳中的鉛254

5.7.2不同光譜法檢測粉類化妝品中重金屬255

5.7.3測定內(nèi)外墻涂料中的鈦、鈣、鋅、鎂和硅256

5.7.4水-乙二醇型液壓液中Ca、Mg、Zn的測定257

5.7.5車用尿素水溶液中雜質(zhì)元素含量測定258

5.7.6硝酸鈉消解測定ＴＢＰ萃取劑中的雜質(zhì)元素259

5.7.7電極材料鎳鈷錳酸鋰中主元素測定260

5.7.8測定塑料中鉛、汞、鉻、鎘、鋇、砷260

5.7.9內(nèi)標法測定化肥中多種有害元素262

5.8有色金屬及合金分析264

5.8.1金屬鎳及鎳合金分析264

5.8.2金屬銅及銅合金分析266

5.8.3鉑族金屬及合金分析267

5.8.4鋁及鋁合金分析271

5.8.5鋅合金的分析274

5.8.6鈦及其化合物276

5.8.7鋯及鋯合金分析278

5.8.8稀土金屬及其化合物分析279

5.9鋼鐵及其合金分析282

5.9.1ICP光譜法測定碳鋼-低合金鋼中多種元素（GB/T 20125—2006）284

5.9.2碳鋼多元素分析285

5.9.3普碳鋼和低合金鋼中As、Sn、Pb、Sb、Bi氫化法測定286

5.9.4測定低合金鋼中的鉬、鎳、硅、錳、鉻、釩288

5.9.5測定釹鐵硼永磁材料中常量及微量元素288

5.9.6高溫合金中微量Mg的測定290

5.9.7微波消解法測定鋼中的全鋁291

5.9.8內(nèi)標法測定不銹鋼中硅含量292

5.9.9測定鐵鎳軟磁合金中的鎳293

5.9.10測定高碳高硅鋼中的硅含量294

5.9.11測定鑄鐵中的Si、Mn及P294

5.10地質(zhì)巖石礦物分析295

5.10.1硅酸鹽巖石的酸溶與堿熔分解樣品方法的對比296

5.10.2測定玄武巖中的８種微量元素299

5.10.3測定地質(zhì)樣品中Cu、Pb、Zn、Sc、Mo300

5.10.4偏硼酸鋰熔礦測定巖石水系沉積物土壤樣品300

5.10.5測定鉻礦砂及再生鉻礦砂中的二氧化硅301

5.10.6ICP-AES/AFS聯(lián)合測定金礦地質(zhì)樣品中的32種元素303

5.10.7測定礦石中Cr、Ni的含量304

5.10.8測定銅磁鐵礦中銅、錳、鋁、鈣、鎂、鈦和磷的含量306

參考文獻308

第6章ICP光譜分析中的樣品處理312

6.1概述312

6.2濕法消解常用試劑313

6.3常壓濕法消解315

6.4密閉增壓濕法化學消解320

6.5干灰化322

6.5.1干灰化的特點322

6.5.2干灰化條件323

6.5.3干灰化處理樣品典型示例324

6.6熔融分解處理樣品325

6.6.1熔劑種類及性質(zhì)326

6.6.2常用熔融法處理的樣品及使用條件327

6.6.3堿熔分解樣品處理過程328

6.7微波消解處理樣品330

6.7.1微波溶樣的原理330

6.7.2微波消解處理樣品的特點331

6.7.3微波消解裝置332

6.7.4微波消解用酸的選擇334

6.7.5微波消解在ICP-AES分析中的應用334

參考文獻358

第7章軸向ICP光譜技術360

7.1基本特點360

7.2軸向ICP光源裝置362

7.2.1加長炬管非氣流切割型裝置363

7.2.2氣流切割型軸向ICP裝置363

7.2.3水冷取樣錐形接口軸向ICP裝置364

7.2.4水冷反吹裝置364

7.2.5軸向ICP光源裝置的設計原則364

7.3分析運行參數(shù)365

7.4分析性能366

7.4.1譜線強度和光譜背景366

7.4.2檢出限367

7.4.3分析動態(tài)范圍370

7.4.4溶劑蒸發(fā)效應371

7.4.5電離效應371

7.4.6軸向觀測及雙向觀測ICP光源373

7.5軸向及雙向觀測ICP光譜儀的應用376

參考文獻378

第8章專用進樣裝置與技術380

8.1火花燒蝕進樣380

8.1.1裝置和工作條件380

8.1.2分析性能381

8.2直接試樣插入裝置382

8.3電熱進樣技術383

8.3.1原理和裝置383

8.3.2分析性能384

8.4激光燒蝕進樣裝置386

8.5氫化物發(fā)生法387

8.5.1氫化物發(fā)生法工作原理388

8.5.2氫化物發(fā)生器389

8.5.3分析特性391

8.5.4氫化物發(fā)生法的應用392

8.6生成揮發(fā)物進樣技術397

8.6.1痕量碘的測定397

8.6.2硫化物測定398

8.6.3碳酸鹽測定398

8.6.4硅和砷的測定399

8.6.5汞和鋨的測定399

8.6.6煙道氣和空氣飄塵中元素測定399

8.7微量溶液進樣裝置400

8.7.1循環(huán)霧化裝置400

8.7.2脈沖進樣器401

8.7.3微量同心霧化器402

8.7.4降低進樣泵速403

8.8漿液霧化進樣裝置和技術404

8.8.1漿液霧化原理和裝置404

8.8.2主要分析條件405

8.8.3校正曲線406

參考文獻407

第9章有機化合物的ICP光譜分析409

9.1有機ICP光譜分析的用途409

9.2炬管結構410

9.3有機ICP焰炬及其光譜特性412

9.3.1有機ICP焰炬構造412

9.3.2發(fā)射強度的空間分布414

9.4分析參數(shù)的選擇417

9.4.1高頻功率417

9.4.2載氣流量419

9.4.3輔助氣422

9.4.4冷卻氣423

9.5稀釋劑的影響424

9.5.1黏度的影響424

9.5.2極限提升量425

9.5.3檢出限427

9.6分子譜帶的抑制428

9.6.1增加冷卻氣流量428

9.6.2氧化抑制法429

9.7ICP-AES技術在有機溶劑樣品分析中的應用430

9.7.1氧氣輔助ICP-AES法直接進樣測定潤滑油中20種元素的含量430

9.7.2濕法化學消解ICP-AES測定催化裂化原料油中的鈉432

9.7.3以二甲苯為稀釋劑ICP-AES有機進樣測定潤滑油中的微量元素433

9.7.4微波消解ICP-AES法測定食用油中的微量元素435

9.7.5干灰化ICP-AES測定飛機潤滑油中的7種微量元素436

9.7.6萃取法ICP-AES測定無鉛汽油中的鉛437

9.7.7干灰化ICP-AES法測定原油中痕量鐵、鎳、銅和釩437

9.7.8硝酸鈉消解ICP-AES法測定TBP萃取劑中雜質(zhì)元素438

參考文獻440

第10章ICP光譜儀器技術的現(xiàn)狀與發(fā)展441

10.1商品ICP光譜儀器及技術發(fā)展歷程441

10.2ICP光譜技術進展443

10.3商品ICP光譜儀的現(xiàn)狀444

10.4我國ICP光譜儀的發(fā)展447

10.5商品ICP光譜儀器技術性能介紹448

10.5.1安捷倫5100型ICP-OES448

10.5.2賽默飛世爾7000系列光譜儀450

10.5.3珀金埃爾默Optima8000系列ICP光譜儀452

10.5.4日本島津公司ICPe 9000系列ICP光譜儀453

10.5.5美國Leeman Labs公司Prodigy7 ICP光譜儀454

10.5.6德國耶拿公司PQ9000型ICP光譜儀454

10.5.7德國斯派克公司新ARCOS系列和BLUE系列ICP光譜儀456

10.5.8ICP-3000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀457

10.5.9日本島津公司ICPS-8100順序掃描等離子體光譜儀459

10.5.10WLY-2型順序掃描平面光柵ICP光譜儀459

10.5.11聚光ICP-5000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀460

10.5.12Plasma 2000全譜電感耦合等離子光譜儀460

10.5.13ULTIMA2順序掃描平面光柵ICP光譜儀（HR-ICP-AES）460

10.5.14ICPS-1000II順序掃描平面光柵ICP光譜儀461

10.5.15萬聯(lián)達WLD-5000型ICP462

10.5.16AES-3000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀462

10.5.17納克Plasma1000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀462

10.6氬等離子體激發(fā)光源的某些探索性研究462

10.6.1空氣冷卻Ar-ICP光源463

10.6.2炬內(nèi)進樣炬管464

10.6.3射頻電容耦合等離子體光源464

參考文獻465

第11章微波等離子體光譜技術及應用466

11.1低功率微波感生等離子體467

11.1.1低功率微波感生等離子體原子發(fā)射光譜技術（MIP-AES）的發(fā)展467

11.1.2中功率微波感生等離子體光源471

11.2高功率微波感生等離子體473

11.2.1使用高的微波功率必要性473

11.2.2高功率MIP的分析條件及應用474

11.3電容耦合微波等離子體原子發(fā)射光譜儀476

11.3.1超高頻等離子體光譜儀（UHF Plasma Spectrascan）478

11.3.2Florida大學電容耦合微波等離子體（CMP）光譜技術的研究478

11.3.3微波等離子體炬（MPT）482

11.4磁場激發(fā)高功率微波等離子體光譜儀487

11.4.1磁場激發(fā)微波等離子體光源的發(fā)展488

11.4.2MP4200型微波等離子體光譜儀原理489

11.4.3MP4210微波等離子體光譜儀分析性能490

11.4.4MP4200微波等離子體光譜儀分析應用492

參考文獻500

第12章電弧光源和火花光源光譜分析504

12.1直流電弧光源504

12.1.1工作原理504

12.1.2直流電弧特性505

12.1.3應用506

12.2交流電弧光源509

12.2.1工作原理509

12.2.2分析特性509

12.3電火花光源510

12.3.1工作原理510

12.3.2分析特性511

12.3.3應用512

12.4直讀光譜儀及其應用512

12.4.1儀器結構及特點512

12.4.2激發(fā)光源513

12.4.3分析參數(shù)的優(yōu)化516

12.5電弧光源直讀光譜儀的發(fā)展517

參考文獻520

附錄ICP光源中元素的主要分析線521