ICPAES测定工业废水实验报告.doc
PAGE 仪器分析实验报告：2011年5月13日实验一 膜过滤/电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定工业废水中的铬、锰、铁、镍和铜姓名：饶建国老师评价一、实验目的1、熟悉电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）的结构、工作原理；2、了解全光谱直读等离子体原子发射光谱法的基本操作；3、了解实际样品前处理及ICP-AES在多元素同时测定中的应用。二、实验原理电感耦合等离子体（ICP）光源是一种环状结构的高温火焰状等离子炬，利用高频感应加热的原理使流经石英管的工作气体（氩气）发生电离。 当测试溶液通过蠕动泵泵入雾化器后，雾化的测试溶液以气溶胶形式进入等离子炬的环形通道，在其高温作用下蒸发雾化、激发并发射相应元素特征光谱。ICP光源激发能力强、稳定性好、基体效应小、检出限低、无自吸收效应，线性范围可达几个数量级，是目前性能最好、应用最广泛的原子发射激发光源。ICP光源中样品原子发射出的各种波长的辐射，经过光谱系统后进入检测器检测。根据样品被激发后是否产生某种元素的特征辐射波长，即可进行定性分析； 在一定的浓度范围和一定的工作条件（如ICP光源入射功率、观察高度、载气流速等）内，发射光谱强度与测试溶液中待测元素的含量成正比，即I=kc，据此可进行定量分析。
原子发射光谱仪中常用的光电探测器，如光电倍增管，将入射光强度转换成相应大小的电信号进行检测。因此，测量的信号可以等效于入射光强度。采用光电探测器的原子发射光谱仪称为光电直读光谱仪。有多道直读光谱仪、单道扫描光谱仪和全谱直读光谱仪三种类型。其中，全谱直读光谱仪采用中阶光栅光谱仪系统和平面阵列电荷转移检测器（CID），分流后可以同时检测各个波长的辐射，真正体现了原子发射光谱法对多种元素同时检测的显著优势，使之成为痕量金属元素分析最有力的工具之一。全谱直读光谱仪可以在一分钟内完成原子发射法可测定的70多种元素的定性和定量分析。 是目前原子发射光谱仪的主流类型，本实验利用该仪器测定工业废水中的铬、锰、铁、镍、铜等重金属元素。采集的废水样品若有悬浮物，须经0.45μm滤膜过滤后方可测定。三、仪器与试剂1.仪器全光谱直读等离子体原子发射光谱仪：，美国公司2.试剂高纯Ar稀硝酸溶液：5%(超纯)超纯水待测水样：是否过滤视具体情况而定铬、锰、铁、镍、铜标准储备液：均1.0mg?mL-1（国家标准物质中心）铬、锰、铁、镍、铜混合标准溶液：用5%稀硝酸将储备液逐级稀释后配制。 具体浓度见下表：元素含量/mg?L-10.00.00.00.00.01混合标准号0.50.50.50.50.5混合标准号21.01.01.01.01.03混合标准5.05.05.05.04混合标准10.010.010.010.010.05混合标准号4.实验步骤1.全光谱直读等离子体原子发射光谱仪测量条件如下：元素波长/nm=1 \*GB3①206.....754功率1.0kW频率27±3MHz辅助气体0.5L?min-1冷却气体14L?min-1雾化压力310.5kPa样品吸气速率1.1 mL?min-1观察高度喷洒10 μg?mL-1锰标准溶液，运行仪器观察位置自动调整程序机刻光栅1800线/mm（n=1-2）全息光栅3600线/mm（n=1-2）中间阶梯光栅30-79线/mm（n=30-125）固体探测器CID=1 \*GB3 ①选择待测元素后，仪器软件会提供几条分析线可供选择，每个元素可选择3-5条分析线，最后根据测定结果选择效果最好的一条进行定量。
2、标准混合系列溶液的测定在上述条件下，待等离子体原子发射光谱仪稳定后，按从低到高浓度的顺序测定系列混合标准溶液中铬、锰、铁、镍、铜的响应值。3、待测样品的测定在同样的条件下，在选定的分析波长下，测定待测水样的响应值。五、数据记录与处理要求：用绘图软件绘制各元素的标准曲线，根据绘图软件提供的拟合方程及待测水样中各元素的响应值，计算出待测水样中铬、锰、铁、镍、铜的含量（以mg?L-1表示）。实验报告中应提供标准曲线图、拟合方程及相关系数。 Cr元素测定波长：205.552R=0.=114.=7753.=114.25896+7753.==3.01Cu元素测定波长：324.75R=0.9998A=7817.=98385.=781.27577+98385.==2.40Ni元素测定波长：341.476R=0.9993A=851.=11080.==2.61Zn元素测定波长：213.856R=0.=912.=44955.==0.42Pb元素测定波长：283.305R=0.=-286.=551.==0.VI. 全谱直读等离子体原子发射光谱仪操作及注意事项1、开机：先打开氩气（调到0.65Mpa，低于0.3Mpa需要通风），然后依次启动变压器、冷却水（只能用蒸馏水）、固态检测器冷却系统（设定不能低于20℃），打开电脑，启动ICP-AES光谱仪，然后打开电脑里的Salsa软件，二次连接成功后关闭软件，将检测系统温度设置为-44℃，再次打开软件，然后让其预热到35℃，大约需要1个小时。
2、调试：（1）建立方法并命名；（2）选择元素及波长；（3）输入标准浓度；（4）设定分析参数（一般很少改变）。 3、测试：（1）点燃等离子体；（2）等离子体定位；（3）波长校准；（4）波长扫描及确认；（5）背景校正；（6）标准曲线的测定及确认；（7）样品分析4、关机：仪器关机前，先吸入清洗溶液（2%硝酸溶液）10分钟，再吸入去离子水10分钟，在线清洗进样系统，然后按键关火焰，再通入氩气一段时间这样固态检测器在关机前需要吹扫、干燥； 然后依次退出软件操作，设置软件检测系统温度为20℃，打开软件，等到温度达到20℃，关闭软件，松开蠕动泵，关电脑，按ICP红色键关机仪器，最后依次关闭冷却水、稳压器。 七、思考题 1、比较原子发射光谱法与原子吸收光谱法在样品分析过程中的优缺点，它们各自的优缺点是什么？ 答：原子吸收光谱法是根据物质产生的原子蒸气对特定谱线的吸收而进行的定量分析方法。原子发射光谱法是基于原子的发射现象，而AAS是基于原子的吸收现象。两者都属于光学分析方法。原子吸收选择性高，干扰少，容易克服。由于原子吸收谱线数目比发射谱线少得多，所以谱线重叠的概率要小得多。
而且空心阴极灯一般不发射相邻波长的辐射，因此其它辐射干扰较小。原子吸收具有较高的灵敏度，在原子吸收实验条件下，原子蒸气中基态原子数远大于激发态原子数，因此测量的原子绝大部分都是原子。原子吸收法比发射法有较好的信噪比，这是因为激发态原子数的温度系数明显大于基态原子的。为什么ICP光源能提高原子发射光谱法的灵敏度和准确度？答：1）、温度高，惰性气氛，雾化条件良好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，灵敏度高，稳定性好；2）、“趋肤效应”有效消除自吸收，线性范围宽（4～5个数量级）；3）、ICP中电子密度大，受碱金属电离影响小；4）、Ar气产生的背景干扰小； 5)、无电极放电，无电极污染。通过实验，你认为实验各步骤应注意什么？答：1)氩气纯度：等离子光谱仪所用氩气纯度应为高纯氩气，一般在4 9以上。不纯的氩气会造成点火失败或ICP熄火。2)气流稳定：ICP的气路控制系统是否稳定正常工作直接影响仪器测量数据的质量，气路中若有水滴、机械碎屑、杂物等，会造成气流不稳定。3)雾化器：是进样系统中最精密、最关键的部分，需要良好的维护和使用。要定期清洁，特别是在测量高盐溶液后，如不及时清洁，会造成雾化器堵塞。每次测量后，关机前应将移液器放入稀酸溶液中清洗。
当雾化器堵塞时，需要用手堵住喷嘴进行反冲洗，切勿用铁丝等硬物去戳。4）割炬：每次安装割炬时，一定要确保安装到位，防止割炬烧坏。采样时，特别是高盐样品，盐分会在割炬喷嘴处积聚，造成气溶胶通道堵塞，这往往体现在测量强度下降，仪器反射功率增大上。割炬上积灰或积碳会影响等离子炬的点火及其稳定性，以及反射功率，甚至会造成熄火。所以要定期用酸水冲洗，最后用无水乙醇清洗、吹干，并始终保持喷射系统和割炬的清洁。割炬如果长时间不清洗，清洗起来会非常困难。