電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀電感耦合等離子體(ICP)的光源是利用電感耦合高頻感應(yīng)加熱原理，使流經(jīng)高頻感應(yīng)圈中的氣體(氬氣、氦氣等)電離產(chǎn)生火焰狀等離子炬光源，目前不僅廣泛應(yīng)用于原子發(fā)射光譜分析，而且在原子熒光光譜分析(ICP-AFS)中可用作原子化器，在質(zhì)譜分析中可用作離子源(ICP-MS)。

1ICP炬的形成

2ICP炬的物理特性

3ICP光源的光譜

4ICP光源的光譜分析特點(diǎn)

6高頻發(fā)生器

5ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)ICP炬的形成1ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)

ICP光源由高頻電源和ICP炬管構(gòu)成，而炬管的結(jié)構(gòu)和特性對分析性能有更大的影響，是ICP光源的核心構(gòu)件。材料物理學(xué)家Reed為拉制氧化鋯晶體需要，首先設(shè)計(jì)了由三個同心石英管組成的等離子體炬管。光譜學(xué)家Greenfield和Fassel參照Reed的炬管分別設(shè)計(jì)了兩種用作光譜分析的炬管，通常被稱為Greenfield炬管和Fassel炬管。這兩種炬管都成功地用于光譜分析,并有相近的檢出限，但Fassel炬管因其節(jié)省氣體和電能而被廣泛采用，Greenfield炬管只在少數(shù)ICP光譜儀上被采用。本文所提到的ICP炬管均為Fassel炬管。ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)圖3.6

ICP炬管結(jié)構(gòu)示意

ICP炬管由三個精確定位的同心石英玻璃管組成，炬管的結(jié)構(gòu)如圖所示。ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)外管最外層的管子為外管，也是最高的管子，其外面環(huán)繞著2~4圈用水冷卻的銅螺管(稱為感應(yīng)線圈或負(fù)載線圈)。高頻交變電流在螺管范圍內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生磁場(如圖所示)。同時冷卻氣流經(jīng)該管。外管將等離子炬與感應(yīng)線圈隔開，以免感應(yīng)線圈產(chǎn)生短路現(xiàn)象。外管由耐高溫的石英材料制成。

ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)中管中管用于輸送輔助氣體，一般用石英材料做成，但也有人使用過金屬材料做成的中管。內(nèi)管內(nèi)管也稱為中心管，通過載氣把氣溶膠經(jīng)該管輸送到等離子炬中去。它可以用石英、高溫陶瓷、鋯石甚至金屬做成。ICP炬的形成為了避免感應(yīng)線圈和等離子炬之間形成電弧，外管應(yīng)高于感應(yīng)線圈;中管和內(nèi)管的高度一般在感應(yīng)線圈的下緣。炬管的主要作用是：點(diǎn)燃等離子炬并維持等離子炬的穩(wěn)定，使等離子炬與感應(yīng)線圈隔離開，并借助于通過外管的氣流(冷卻氣)帶走等離子矩的熱量，以使感應(yīng)線圈充分冷；限制等離子炬的大小。1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)在ICP光譜分析中，對炬管的性能要求有:容易點(diǎn)燃等離子炬；產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的等離子炬，引人樣品對穩(wěn)定性的影響輕微，沒有熄滅或形成沉積物的危險；樣品經(jīng)中心通道到分析觀測區(qū)的量足夠大；

樣品在等離子炬中有較長的滯留時間，以便被充分加熱；耗用的工作氣體較節(jié)?。凰璧墓β瘦^小，以縮小高頻發(fā)生器尺寸和降低成本；具有良好的耦合效率(即功率轉(zhuǎn)換率高)。ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用的Fassel炬管分為一體化石英炬管(見下圖左)和組合式石英炬管(見下圖右)。圖ICP炬管結(jié)構(gòu)示意圖組合式Fassel型ICP炬管ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)一體化石英炬管為焊接式炬管，容易裝卸，各部位尺寸及相對位置均精確固定，但如果外管被燒壞，則維修很困難，需整體更換，因此成本較高。ICP炬的形成1.1ICP炬管結(jié)構(gòu)組合式石英炬管也稱可拆卸炬管，選用合適直徑的外管和中管，借助于環(huán)形耐高溫的密封墊，將外管、中管和內(nèi)管嵌入基座中，通過調(diào)整，可產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子炬。在三支石英管中任一支損壞時，可單獨(dú)更換，不會報(bào)廢整個炬管，大大降低了炬管的耗費(fèi)成本。ICP炬的形成炬管的幾何參數(shù)對等離子炬的穩(wěn)定性有很大的影響，特別是炬管的同心度對于ICP炬的對稱性極為重要。而等離子氣體通道的圓環(huán)面積(外管與中管之間的環(huán)帶面積)是一個重要的參數(shù)，它決定了等離子炬處于穩(wěn)定情況下的氬氣消耗量。炬管在使用時會受到污染，污染后，導(dǎo)入載氣及樣品氣溶膠的內(nèi)管里壁帶棕色，外壁頂部呈白色。通常，它們并不影響炬管的分析性能，況且已與石英結(jié)合，難以清洗除去。ICP炬的形成當(dāng)分析的樣品鹽分很低時，可以一個月清洗一次炬管，但分析高鹽溶液時，炬管尖嘴易析出鹽分而阻塞，應(yīng)卸下炬管清洗。用蒸餾水或稀酸噴霧只能清洗霧化器，不能清洗炬管。炬管需用濃硝酸或王水浸泡過夜，或用(1+1)鹽酸低溫加熱，尖口可用硬毛刷刷洗，尖口孔中沉積物可先用細(xì)的鋼針小心剔去，但注意不要把尖口磨毛或破損。清洗后的炬管用水充分淋洗干凈，晾干或烘干后重新裝上使用。ICP炬的形成石英炬管或石英-金屬炬管在一般分析中應(yīng)用較多，當(dāng)使用氫氟酸來處理樣品時，石英炬管會很快地被腐蝕。但在大部分文獻(xiàn)中，認(rèn)為酸只是腐蝕內(nèi)管。如果對外管和中管也有腐蝕，需更加注意內(nèi)管的腐蝕，因?yàn)樗母g將明顯地引起氣溶膠射流的幾何形狀和工作條件的變化，使信號產(chǎn)生很大變化。耐氫氟酸的特殊炬管，其內(nèi)管嘴由藍(lán)寶石材料或高溫陶瓷制成，為了適應(yīng)氫氟酸樣品溶液，霧化系統(tǒng)應(yīng)采用聚四氟乙烯材料做霧室和霧化器，或者用抗化學(xué)腐蝕的聚合物做霧室和霧化器，也有用藍(lán)寶石或鉑做霧化器噴嘴的。ICP炬的形成采用端視炬管裝置進(jìn)行光譜觀測，稱端視觀測、軸向觀測或水平觀測，即ICP軸與觀測方向一致。采用這種觀測方式，觀測光程加大，可以提高ICP靈敏度，降低檢出限，對分析痕量元素有好處，但同時會提高背景信號的強(qiáng)度，不利于高鹽樣品的測量。對于端視炬管裝置，要在尾焰下面裝一個噴嘴，吹進(jìn)空氣，使等離子炬尾焰偏離光軸，防止過高的溫度對光譜儀外光路裝置(如透鏡)的損害。ICP炬的形成1.2

ICP炬管的氣流目前商品ICP光譜儀均用氬氣作為工作氣體，而不采用價廉的分子氣體如氮?dú)夂涂諝獾取Ｆ湓蛴袃蓚€:一是氬ICP光源有良好的分析性能，分析靈敏度高且光譜背景較低;二是氬易于形成穩(wěn)定的ICP炬，所需的高頻功率也較低。ICP炬管結(jié)構(gòu)1.2ICP炬管的氣流

Fassel炬管通常有三股氣流(見右圖)，三股氣流所起的作用各不相同。圖3.18等離子炬形成原理R—高頻感應(yīng)線圈;l—高頻電流；H—高頻磁場；i—高頻磁場產(chǎn)生的渦流ICP炬管結(jié)構(gòu)1.2ICP炬管的氣流01.冷卻氣冷卻氣也稱等離子氣，由中管和外管之間的通道引入，以切線方向進(jìn)入通道并呈螺旋形上升，以產(chǎn)生渦旋氣流，其作用是作為工作氣體形成等離子炬并冷卻石英炬管，以免被高溫所熔化，使等離子炬的外表面冷卻并與管壁保持一定的距離。冷卻氣的流量約為10~20L/min，視功率的大小以及炬管的大小、質(zhì)量與冷卻效果而定。ICP炬管結(jié)構(gòu)1.2ICP炬管的氣流02.輔助氣輔助氣通入中管與內(nèi)管之間，其流量為0~1.5L/min，其作用是“點(diǎn)燃”等離子炬，并使高溫ICP炬底部與內(nèi)管、中管保持一定的距離，保護(hù)內(nèi)管和中管的頂端，尤其是內(nèi)管口不被燒熔或過熱，減少氣溶膠所帶的鹽分過多地沉積在內(nèi)管口上。另外它又起到抬升ICP炬，改變等離子炬觀察高度及改變樣品的停留時間的作用。ICP炬點(diǎn)燃后，輔助氣可以保留，也可切斷，但有機(jī)溶劑噴入ICP炬時，一定要用此氣流。ICP炬管結(jié)構(gòu)1.2ICP炬管的氣流03.載氣載氣也稱霧化氣或樣品氣。作用1是作為動力在霧化器中將樣品溶液轉(zhuǎn)化為粒徑只有1~10μm的氣溶膠;作用2是作為載氣將樣品氣溶膠引入ICP炬;作用3是對霧化器、霧室、內(nèi)管起清洗作用。載氣的流量一般為0.4~1.0L/min，或壓力為15~45psi(0.1~0.3MPa)。ICP炬的形成1.2

ICP炬管的氣流另外，HoribaJobinYvon公司生產(chǎn)的ICP儀器的進(jìn)樣系統(tǒng)多一路護(hù)套氣[見右圖]，護(hù)套氣沿切線方向進(jìn)入內(nèi)管，裹著從霧室垂直進(jìn)人內(nèi)管的氣溶膠呈螺旋形上升，由于樣品與內(nèi)管管壁幾乎不接觸，因而消除了內(nèi)管堵塞的危險并減小了記憶效應(yīng)。組合式Fassel型ICP炬管ICP炬的形成1.3

ICP炬的形成形成穩(wěn)定的ICP炬需要4個條件：高頻高強(qiáng)度的電磁場工作氣體維持氣體穩(wěn)定放電的石英炬管電子-離子源 第一步ICP炬的形成1.3

ICP炬的形成形成ICP炬稱為“點(diǎn)火”，點(diǎn)火分三步。是向外管及中管通入等離子體氣和輔助氣，此時內(nèi)管不通氣體，在炬管中建立氬氣氣氛。第二步向感應(yīng)線圈接入高頻電源，一般頻率為27~40MHz，電源功率1~1.5kW。此時感應(yīng)線圈內(nèi)有高頻電流I及由它產(chǎn)生的高頻磁場H，磁力線在石英管內(nèi)外形成橢圓形的閉合回路。ICP炬的形成1.3

ICP炬的形成第三步第三步：使氬氣局部電離。由于在室溫下干燥的氬氣并不導(dǎo)電，不會在氬氣中產(chǎn)生感應(yīng)電流，管口存在的高頻電磁場不會形成等離子炬。ICP炬的形成是工作氣體的電離過程，必須用其他方法使氬氣局部電離成為導(dǎo)體，高頻電磁場才能使它進(jìn)一步電離形成等離子炬。ICP炬的形成1.3

ICP炬的形成使氬氣部分電離的方法有兩種，一種是石墨棒加熱法，另一種是目前多用的能產(chǎn)生尖端放電的高壓Tesla線圈。氬氣局部電離后，局部產(chǎn)生一些電子和離子，這些帶電粒子在電磁場作用下被加速，同時反復(fù)與氣體粒子碰撞，從而進(jìn)一步引起另一些氣體粒子的電離(這時可觀察到與工作氣體氣流方向一致的絲狀放電)。在單位時間內(nèi)當(dāng)電子的生成量比其消失量大時，電子密度迅速增加，在石英管內(nèi)立即形成等離子炬。等離子炬一旦形成，電子與離子將產(chǎn)生復(fù)合，等離子氣體以一定流速通過高頻電場區(qū)域，離子和電子就消失了。ICP炬的形成1.3

ICP炬的形成放電是借助于氣體粒子的電離所形成的離子和電子的產(chǎn)生與消失的平衡來維持。適當(dāng)調(diào)節(jié)等離子炬的氣體流量和高頻電源功率，可形成環(huán)狀等離子炬，這樣，引入其中心通道的樣品可得到充分的激發(fā)。上圖中橢圓狀的陰影部位為環(huán)形感應(yīng)電流i的截面圖，ICP光源就是高頻電源通過電磁感應(yīng)的非接觸方式，把能量不斷傳輸給氬氣而形成穩(wěn)定的等離子體光源，等離子體氣的切向輸人有利于形成感應(yīng)電流的閉合環(huán)路，并在管口形成負(fù)壓，使點(diǎn)火容易。ICP炬的形成1.3

ICP炬的形成ICP炬的形狀及其體積與高頻功率和等離子氣體的流量有關(guān)。增大高頻功率可以使等離子炬的體積增大，其直徑和高度都會增加；若高頻功率改變幅度不大，等離子炬的體積雖然改變，但并不顯著地改變等離子炬的形狀。當(dāng)高頻功率穩(wěn)定時，增大等離子氣的流量，ICP炬呈圓錐形，但并不影響其寬度；減少等離子氣流量使ICP炬圓錐形的上緣膨脹起來;如果過分地減少其等離子氣流量，等離子炬將集結(jié)在感應(yīng)線圈內(nèi)部，并形成球形，其外緣緊貼于外管的內(nèi)壁，在這種情況下，外管將很快地被燒熱，甚至被燒熔。ICP炬的形成1.3

ICP炬的形成當(dāng)內(nèi)管沒有噴射氣溶膠時，一個穩(wěn)定的等離子炬不顯示出任何中間通道或環(huán)形的外觀。當(dāng)噴射氣溶膠時，便形成深暗色的通道，這是軸向溫度下降的標(biāo)致。這種深暗色的通道，在軸向觀察時，容易被識別。ICP炬的物理特性2ICP炬的物理特性2.1

ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)

ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)是ICP光源具有良好光譜分析性能的關(guān)鍵ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成，是由于高頻電流的趨膚效應(yīng)及內(nèi)管載氣的氣體動力學(xué)(即通道效應(yīng))雙重作用所致;ICP炬的物理特性2.1ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)01.趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)是指高頻電流密度在導(dǎo)體截面內(nèi)不均勻的分布，高頻電流不是均勻地分布在導(dǎo)體內(nèi)部，而是集中在導(dǎo)體表層的現(xiàn)象。其結(jié)果是等離子炬外圍層由電流加熱，而等離子炬的中心通道則是由外圍層的熱傳導(dǎo)和輻射加熱。當(dāng)樣品的氣溶膠注入等離子炬中心通道時，其溫度便會下降，從而形成環(huán)狀等離子炬。增大功率提高等離子炬的電導(dǎo)性，加大載氣流速提高冷卻效應(yīng)等均關(guān)系到環(huán)狀等離子炬的形成。ICP炬的物理特性

ICP光源優(yōu)良的分析性能與其等離子炬的環(huán)形結(jié)構(gòu)和高頻感應(yīng)電流的趨膚效應(yīng)有關(guān)。觀察ICP炬，可以看到感應(yīng)線圈中的等離子炬呈耀眼的白熾狀態(tài)，這就是渦流區(qū)所在的位置。2.1ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)高頻感應(yīng)電流產(chǎn)生的趨膚效應(yīng)可以用趨膚深度δ來表示。所謂趨膚深度就是電流密度值下降至其表面最大值的1/e(36.8%)時距表面層的距離(見下圖)。圖3.19高頻電流的趨膚效應(yīng)ICP炬的物理特性ICP炬的物理特性2.1ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)對非磁性材料，趨膚層深度δ的計(jì)算公式為:δ=??/√????????式中f-高頻電源的頻率，Hz;μ-磁導(dǎo)率，H/cm(對于氣體μ=1);σ-氣體的電導(dǎo)率，S/cm，是氣體壓力和溫度的函數(shù)。ICP炬的物理特性光譜分析用ICP光源，一般采用27.12MHz或40.68MHz高頻電源。等離子炬渦流區(qū)最高溫度為10000K，電導(dǎo)率約為30S/cm，當(dāng)高頻為27.12MHz時，趨膚深度δ約為0.2cm。從(上式中)可以看出，增大頻率將使趨膚效應(yīng)加劇，電流密度及功率密度將更集中在等離子炬的表層，更有利于等離子炬環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成。即使高頻電流頻率的高低對于等離子炬環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成可能不是一個主要的貢獻(xiàn)，但所選用的頻率仍然必須足夠高(如大于5MHz)。ICP炬的物理特性使得趨膚深度比等離子炬半徑小得多，以保證等離子炬的軸向通道在電學(xué)上是屏蔽的，這對于保證ICP放電的穩(wěn)定性是完全必要的。ICP光源中的趨膚效應(yīng)對于光源的分析性能極為重要。①由于趨膚效應(yīng)，高頻感應(yīng)電流絕大部分流經(jīng)等離子炬的外圍，越接近等離子炬的表面，電流密度越大，渦電流集中在等離子炬的表層，成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，形成一個環(huán)形加熱區(qū)，環(huán)形的中心對準(zhǔn)炬管的中心層的通道，樣品氣溶膠可以從環(huán)形中心進(jìn)入等離子炬，使等離子炬有很高的穩(wěn)定性。由于趨膚效應(yīng)所形成的等離子炬高溫區(qū)呈環(huán)形，如果高頻電流頻率偏低或石英炬管直徑過細(xì)，則等離子炬無法形成中心進(jìn)樣通道，樣品氣溶膠只能從等離子炬的外表層流過，成為淚滴形等離子炬，穩(wěn)定性差。ICP炬的物理特性ICP炬的物理特性右圖是高頻電源頻率對所產(chǎn)生的等離子炬進(jìn)樣方式的影響。圖(a)是5MHz高頻電源所形成的淚滴狀等離子炬，樣品氣溶膠只能從等離子炬表面流過。圖(b)是30MHz高頻電源所形成的等離子矩，由于有較強(qiáng)的趨膚效應(yīng)，形成環(huán)狀等離子炬，可以由中心通道進(jìn)樣。（a）淚滴形等離子炬（b）環(huán)形等離子炬兩種等離子炬進(jìn)樣方式ICP炬的物理特性②樣品氣溶膠在經(jīng)過中心通道時，被加熱并蒸發(fā)，然后進(jìn)入正常分析區(qū)(下圖)的中央部位。圖3.18ICP炬的分區(qū)NAZ—正常分析區(qū)；IRZ—初始輻射區(qū)；PHZ—預(yù)熱區(qū)2.1

ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)在正常分析區(qū)樣品平均停留時間可達(dá)毫秒級，比在其他光源的停留時間(1~10μs)長得多，樣品氣溶膠處于ICP炬的高溫區(qū)域，高溫環(huán)境和停留時間長有利于樣品的原子化和譜線激發(fā)，激發(fā)效率高，可獲得較高的譜線強(qiáng)度，高溫環(huán)境還可有效地消除化學(xué)干擾。ICP炬的物理特性③樣品氣溶膠從等離子炬中心通道穿過，不會很快地逸散到等離子炬外，在等離子炬中有較長的停留時間，加之載氣引入的樣品量少，因此基體效應(yīng)小。由于中央周圍的等離子炬是由輔助氬氣電離產(chǎn)生的，不含樣品中待測元素，而且其溫度較中央部位高，因此，即使樣品的原子蒸氣擴(kuò)散到炬的外層，也不會形成產(chǎn)生自吸的冷原子蒸氣層，降低了光源的自吸收，工作曲線的線性動態(tài)范圍得以增寬。ICP炬的物理特性ICP炬的物理特性④中心通道進(jìn)樣類似于間接加熱方式。ICP炬像一個圓形的管式電爐一樣，中心是受熱區(qū)和被加熱物，周圍是加熱區(qū)，通過熱傳導(dǎo)和輻射對中央部位加熱。這種加熱方式使得加熱區(qū)組分的變化對受熱區(qū)的樣品影響較小，降低了光源的基體效應(yīng)。ICP炬的物理特性2.1ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)02.通道效應(yīng)由于切線冷卻氣流所形成的旋渦使ICP炬軸心部分的氣體壓力較外圍略低，因此攜帶樣品氣溶膠的載氣可以極容易地從圓錐形的ICP炬底部鉆出一條通道穿過整個ICP炬。通道的直徑約2mm，長約5cm。樣品的霧滴在這個約7000K的高溫環(huán)境中很快蒸發(fā)、離解、原子化、電離和激發(fā)，即通道可使這5個過程同時完成。ICP炬的物理特性2.1

ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)當(dāng)形成等離子炬環(huán)狀結(jié)構(gòu)的條件遭到破壞(如頻率太低、中心氣流太小、炬管直徑太小、炬管口堵塞等)，將導(dǎo)致環(huán)狀結(jié)構(gòu)消失，形成淚滴狀的實(shí)心等離子炬[左圖(a)所示]。（a）淚滴形等離子炬（b）環(huán)形等離子炬兩種等離子炬進(jìn)樣方式ICP炬的形成此時，由于等離子炬的高度黏滯性，使樣品注人發(fā)生困難，由于等離子炬的膨脹和等離子炬表面的溫度梯度，對注入的樣品形成空氣動力學(xué)障礙，使樣品粒子從等離子炬表面反射回來，或沿著等離子炬外層表面滑過，無法進(jìn)行分析測試。增大載氣流量，對于通道的形成可能起著更重要的作用，一般載氣流速過小，將引起軸向通道的收縮，并導(dǎo)致樣品導(dǎo)入的穩(wěn)定性變壞ICP炬的形成炬管的形狀及尺寸對于等離子炬環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成同樣具有重要意義，如果直徑太小，就很難形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诖藞龊希哳l趨膚效應(yīng)不足以造成中心“薄弱環(huán)節(jié)”(即電流密度及功率密度很小)，而注入的載氣流可能“擾亂”靠近等離子炬邊緣的能量輸入?yún)^(qū)(即感應(yīng)區(qū)或環(huán)形外區(qū))，可能使放電不穩(wěn)定或者熄滅。此外，加快外管氣流的渦流速度，以造成較大的中心負(fù)壓，對于等離子炬軸向通道的形成，同樣是有益的。在ICP放電中，不同空間位置的等離子炬溫度及電子密度是很不相同的。這種溫度和電子密度空間分布的不均勻性，正是放電具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)和通道效應(yīng)的主要原因。為了闡明這種結(jié)構(gòu)對于分析物蒸發(fā)、原子化和激發(fā)過程的積極貢獻(xiàn)，必須對等離子炬溫度和電子密度的空間分布特性進(jìn)行概略的了解。ICP炬的物理特性2.2

ICP炬溫度分布及其分區(qū)ICP炬的物理特性2.2ICP炬溫度分布及其分區(qū)ICP炬是感應(yīng)線圈內(nèi)的渦流加熱氣體形成，因而渦流區(qū)(又稱熱環(huán)區(qū))有很高的溫度，等離子炬由下而上溫度逐漸降低。典型的溫度分布如下圖所示：ICP炬的軸向及徑向溫度分布引入樣品（b）ICP炬不同高度溫度分布的剖面圖引入樣品（a）ICP炬軸向溫度分布（近似開氏溫度)）ICP炬的物理特性在環(huán)形感應(yīng)放電區(qū)溫度最高達(dá)10000K，隨著觀測高度(感應(yīng)線圈上端到測光軸之間的距離)的升高離軸溫度下降。軸向溫度分布與等離子炬的工作參數(shù)有關(guān)：當(dāng)高頻功率較高、載氣流量較小時，軸向溫度分布如圖所示：圖3.21ICP炬不同觀測高度的溫度分布ICP炬的物理特性2.2ICP炬溫度分布及其分區(qū)軸向溫度隨觀測高度的增大而增高;當(dāng)高頻功率較低、載氣流量較大時，軸向溫度分布如下圖所示，軸向溫度隨觀測高度的增大而降低。ICP炬的軸向及徑向溫度分布引入樣品（b）ICP炬不同高度溫度分布的剖面圖引入樣品（a）ICP炬軸向溫度分布（近似開氏溫度)）ICP炬的物理特性綜上所述可歸納為：在觀測高度15mm或以下，中心通道受環(huán)形感應(yīng)區(qū)的包圍，溫度呈環(huán)狀分布結(jié)構(gòu)，溫度極大在離軸心處，這是由于冷的載氣氣流造成的；隨高度增高，這種分布結(jié)構(gòu)逐漸消失，在尾焰已完全消失而呈鐘形分布結(jié)構(gòu)，溫度極大在軸心處;中心通道內(nèi)溫度隨載氣氣流增大而降低，隨功率增大而升高，隨頻率增加而降低。ICP炬溫度分布不均勻性有利于分析條件的選擇和優(yōu)化?？梢愿鶕?jù)分析元素及分析線的性質(zhì)選擇適宜的分析區(qū)，以獲得最佳的測試結(jié)果。ICP炬的物理特性預(yù)熱區(qū)(PHZ)初始輻射區(qū)(IRZ)正常分析區(qū)(NAZ)各區(qū)的位置見右圖：通常把ICP炬分成三區(qū):圖3.18ICP炬的分區(qū)NAZ—正常分析區(qū)；IRZ—初始輻射區(qū)；PHZ—預(yù)熱區(qū)等離子炬的各區(qū)溫度不同，其功能也不相同。中心通道的預(yù)熱區(qū)溫度較低，樣品氣溶膠在此區(qū)內(nèi)首先脫水(去溶劑)形成干氣溶膠顆粒。干氣溶膠向上移動進(jìn)入初始輻射區(qū)，分析物開始分解、原子化及激發(fā)發(fā)光。此區(qū)由于溫度很高，發(fā)射很強(qiáng)的光譜背景，分析線的信背比不佳，不宜用于測量。分析物在中心通道繼續(xù)向上移動進(jìn)入正常分析區(qū)，又稱標(biāo)準(zhǔn)分析區(qū)。ICP炬的物理特性ICP炬的形成正常分析區(qū)有較高溫度，但周圍區(qū)域因受環(huán)形感應(yīng)區(qū)的影響，溫度更高，之后受環(huán)形區(qū)域包圍的情況隨高度升高而逐漸消失。此區(qū)具有適宜的激發(fā)溫度并可進(jìn)行較充分的原子化、背景強(qiáng)度又較低，取此區(qū)的發(fā)射光譜進(jìn)行測量可以獲得良好的信背比和測量靈敏度，一般情況下多用此區(qū)進(jìn)行光譜分析。進(jìn)一步增大觀測高度，通道效應(yīng)將消失，進(jìn)入尾焰區(qū)，此時軸心位置溫度將高于離軸溫度，尾焰溫度則在5000K以下。ICP炬的物理特性2.3

ICP炬的電子密度分布圖3.24不同觀測高度及載氣流量時Ar-ICP炬電子密度

ICP炬電子密度的空間分布輪廓與溫度分布類似。下圖給出了不同觀測高度及載氣流量時的電子密度徑向分布輪廓。ICP炬的物理特性2.3ICP炬的電子密度分布從圖中還可以看出，載氣不僅使電子密度值顯著降低，而且也是造成徑向分布呈離軸極大的環(huán)狀分布結(jié)構(gòu)的一個原因。從圖中可以看出，隨著觀測高度的升高，電子密度變小，通道效應(yīng)變小;當(dāng)不用載氣時，通道效應(yīng)明顯變小或消失，但電子密度及溫度較高(這可能與載氣的冷卻作用減小有關(guān)。ICP炬的物理特性2.3ICP炬的電子密度分布ICP炬溫度和電子密度的這種空間分布特性對分析物蒸發(fā)、原子化和激發(fā)過程將帶來復(fù)雜的影響。正如上述，在ICP炬中溫度和電子密度分布都是不均勻的，而且表征電子、離子、原子及分子的溫度也是不相等的。一般而言，在ICP炬中表征這些粒子的溫度有如下的關(guān)系：Te>Tion>Texc>Tg即ICP光源偏離熱平衡狀態(tài)，這是ICP光源與電弧、火花一類放電光源顯著不同之處，但也有學(xué)者認(rèn)為其熱環(huán)區(qū)接近局部熱平衡狀態(tài).ICP炬的物理特性為電子溫度;Te為電離溫度;Tion為激發(fā)溫度;Texc為氣體動力學(xué)溫度;TgICP炬的物理特性

ICP光源的溫度較高，且電子溫度高于其他粒子溫度，再加上亞穩(wěn)態(tài)氬原子和離子的大量存在，使得ICP光源的激發(fā)能力強(qiáng)，電離度高，因此，離子線(火花線)強(qiáng)度大，見下表：光源電離態(tài)及波長/nmMgⅡ279.65MgⅡ280.27MgⅠ285.21MgⅠ383.83NBS銅電弧21.2121MIT電弧0.50.511MIT火花1.51.50.51Ar-ICP光源804281表3.5幾種光源中鎂線相對強(qiáng)度的比較ICP炬的物理特性所以，ICP-AES多數(shù)情況下選用離子線作分析線，另外，由于亞穩(wěn)態(tài)氬原子電離電位較低，還可降低易電離元素測量的電離干擾。與電弧光源和直流等離子體光源相比，ICP光源有豐富的離子譜線，其譜線強(qiáng)度也高于原子譜線。故ICP光譜分析常用的靈敏線多為離子線。2.3ICP炬的電子密度分布ICP炬的物理特性上表中列出幾種發(fā)射光譜光源中原子線和離子線強(qiáng)度的比較，從表中可以看出，同其他發(fā)射光譜光源相比，ICP光源中鎂的離子線強(qiáng)度遠(yuǎn)高于原子線。但應(yīng)注意，并非所有元素都是這樣，堿金屬及某些非金屬元素(如Si、P、B等)的原子線強(qiáng)度較高。2.1

ICP炬的環(huán)狀結(jié)構(gòu)光源電離態(tài)及波長/nmMgⅡ279.65MgⅡ280.27MgⅠ285.21MgⅠ383.83NBS銅電弧21.2121MIT電弧0.50.511MIT火花1.51.50.51Ar-ICP光源804281ICP光源的光譜3ICP光源的光譜在ICP光源中，分析物的原子發(fā)射光譜有兩個特點(diǎn)：ICP光源的光譜中包含有多種物質(zhì)的光譜。（一）分析物的原子發(fā)射光譜一是光譜譜線多，譜圖比較復(fù)雜，特別是過渡族元素、鑭系元素和錒系元素。二是離子譜線比較靈敏，強(qiáng)度較高。ICP光源有很高的激發(fā)溫度和較強(qiáng)的電離能力，可以將原子和離子激發(fā)到各高能態(tài)，產(chǎn)生多條原子譜線和離子譜線，構(gòu)成較為復(fù)雜的原子及離子光譜圖。ICP光源的光譜（一）分析物的原子發(fā)射光譜Wohlers等編制的常用譜線表約有15000條譜線，后來又增擴(kuò)到24000條譜線。在ICP光源中1%的鉻溶液可觀察到4000多條鉻線。下圖是1mg/1的W、Co、U、Fe、V的ICP光譜圖。圖3.25水及1mg/L的W、Co、U、Fe、V的ICP光譜ICP光源的光譜上圖是煤油中釩的ICP-AES譜圖和ICP光源的原子熒光譜圖(HCL-ICPAFS)，從圖中可以清楚地看出，和原子熒光相比，ICP光源所激發(fā)的釩的原子光譜要復(fù)雜得多。圖3.26煤油中釩的ICP-AES光譜及HCL-ICP-AFS光譜ICP光源的光譜（二）工作氣體的發(fā)射光譜實(shí)際應(yīng)用的Fassel炬管分為一體化石英炬管(見下圖左)和組合式石英炬管(見下圖右)。波長/nm信背比波長/nm信背比波長/nm信背比415.859>50433.35638394.89827419.83250419.10332451.07421420.06850419.07132355.43118425.93650426.62932416.41817427.21343404.44231433.53411430.01040418.18828圖3.6較強(qiáng)的ArⅠ發(fā)射線波長及信背比ICP光源的光譜（二）工作氣體的發(fā)射光譜特別要注意它們對稀土元素測量的光譜干擾。如用氮?dú)庾鞴ぷ鳉怏w還會有較強(qiáng)N2分子光譜。ICP光源的光譜（三）分子發(fā)射光譜ICP光源是不均勻的等離子體，各部分溫度相差較大。在尾焰、初始輻射區(qū)及焰炬的外圍，由于溫度較低，適合激發(fā)分子光譜，常見的分子譜帶有OH、NO、N2、NH，可能對某些痕量元素的測量產(chǎn)生干擾。在有機(jī)化合物存在時還會有較強(qiáng)的CN帶及C2帶。C2分子帶的帶頭為563.5nm、558.5nm、554.0nm、516.5nm、512.9nm、473.7nm、471.5nm及469.7nm。CN帶的帶頭為421.6nm、412.7nm，388.3nm、358.6nm。OH分子帶主要分布在306.0~324.5nm波段，可能對痕量鉛的測量產(chǎn)生干擾。圖3.27為ICP光源中某些分子譜帶的發(fā)射圖。當(dāng)試液含有高含量稀土元素時，可以產(chǎn)生較強(qiáng)的稀土單氧化物的發(fā)射譜帶。ICP光源的光譜ICP光源的光譜上圖為ICP光源中某些分子譜帶的發(fā)射圖。圖3.27ICP光源中的分子發(fā)射光譜ICP光源的光譜（三）分子發(fā)射光譜當(dāng)試液含有高含量稀土元素時，可以產(chǎn)生較強(qiáng)的稀土單氧化物的發(fā)射譜帶。OH等分子譜帶在光源中的強(qiáng)度分布與分析物原子發(fā)射的譜線不同。OH306.7nm、CN359.0nm、NH366.0nm及N2337.1nm的橫向強(qiáng)度分布在中心通道無峰值，而V367.02nm、Ca396.85nm及Ar425.9nm均有中心對稱的峰值。出現(xiàn)這種差別的原因是因焰炬的周圍溫度較低，有較強(qiáng)的分子發(fā)射，并且它們的形成與空氣組分有關(guān)。C2438.2nm也是中心通道進(jìn)樣，故在中心出現(xiàn)峰值。ICP光源的光譜（四）連續(xù)光譜產(chǎn)生連續(xù)光譜的因素有黑體輻射、韌致輻射及電子-離子復(fù)合輻射三種。高濃度堿土元素和其他元素也能產(chǎn)生較強(qiáng)的散射光，疊加到連續(xù)光譜背景上。黑體輻射是由熾熱物質(zhì)發(fā)出的連續(xù)光譜輻射。韌致輻射是電磁輻射的一種，泛指帶電粒子在電磁場中碰撞時發(fā)出的一種輻射，例如高速電子在與其他粒子發(fā)生碰撞時，受原子核庫侖力作用而突然減速，其損失的能量即以輻射形式發(fā)出而形成韌致輻射，韌致輻射為連續(xù)光譜。ICP光源的光譜電子-離子復(fù)合輻射是當(dāng)離子俘獲自由電子成為低電荷的離子或中性原子時，電子在此過程中失去能量，其能量以連續(xù)輻射形式釋放出來。光譜儀光學(xué)系統(tǒng)不可避免的某些不完善使儀器內(nèi)部產(chǎn)生雜散光，也成為連續(xù)光譜的一部分。樣品光譜的強(qiáng)發(fā)射，特別是高含量Ca、Mg的光譜中的強(qiáng)線引起雜散光增大。ICP光源的連續(xù)光譜主要特點(diǎn)是由遠(yuǎn)紫外到近紅外波段發(fā)射強(qiáng)度逐漸增加。ICP光源的光譜在上述各種光譜中，有用的只有分析物的原子發(fā)射光譜，其他光譜成分對分析物光譜形成光譜干擾。光譜干擾的存在對分析檢測的檢出限、精密度和分析結(jié)果的準(zhǔn)確度會產(chǎn)生不可忽視的影響。因此，如何消除或抑制光譜干擾成為制定ICP-AES分析方法的重要內(nèi)容。（四）連續(xù)光譜ICP光源的光譜分析特點(diǎn)4ICP光源的光譜分析特點(diǎn)（一）ICP光譜分析的分析性能ICP的優(yōu)點(diǎn)不但在于光源的溫度很高，而且在于其加熱樣品的方式很獨(dú)特。樣品是沿中心通道引人的，雖然，此通道中的溫度足以使樣品氣化和原子化，但與圍繞的環(huán)形等離子炬相比，還是相對地冷一些。因?yàn)闃悠肥强康入x子炬從外部加熱，在通道內(nèi)形成很寬的溫度分布。等離子炬尾焰中比感應(yīng)線圈高達(dá)一定距離的部位，其溫度分布才真正與其他高溫源相似，即從中心點(diǎn)向外溫度逐漸下降。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)樣品通過ICP的平坦底部噴入，在ICP的較低部位，注射通道的溫度比周圍等離子體的溫度要低得多，僅在ICP尾焰的較高部位其溫度分布才是從中心點(diǎn)向外逐漸下降。自吸效應(yīng)和自蝕效應(yīng)是電弧光源和火焰光源的特性，而ICP的加熱方式能夠避免這兩種效應(yīng)的產(chǎn)生。ICP光譜分析在非常寬的濃度范圍內(nèi)都能獲得線性校準(zhǔn)曲線，這反映了ICP成功地克服了自吸效應(yīng)。此外，加快外管氣流的渦流速度，以造成較大的中心負(fù)壓，對于等離子炬軸向通道的形成，同樣是有益的。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)01.適合分析的樣品和樣品量ICP-AES主要用于測量溶液中的化學(xué)元素，溶液經(jīng)霧化成氣溶膠后被帶入ICP中測量，溶液中固體物含量太高(例如鹽分為10mg/mL或更多)會引起霧化器和炬管內(nèi)管管口堵塞。固體進(jìn)樣直接分析需要特殊進(jìn)樣裝置和技術(shù)。

ICP-AES分析性能，可以從它適宜于分析的樣品類型、樣品制備要求、可分析元素的數(shù)目、檢出限、精密度、準(zhǔn)確度、選擇性分析、校準(zhǔn)曲線的線性范圍、多元素測量能力、分析速度、操作簡便性等方面來評價。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)02.可分析的元素多元素同時分析時需溶液幾毫升。多元素順序分析則按所分析元素的數(shù)目而需要較多的溶液。結(jié)合特殊進(jìn)樣技術(shù)和測量瞬態(tài)信號的電子裝置可分析微升量的溶液樣品。當(dāng)樣品的氣溶膠注入等離子炬中心通道時，其溫度便會下降，從而形成環(huán)狀等離子炬。增大功率提高等離子炬的電導(dǎo)性，加大載氣流速提高冷卻效應(yīng)等均關(guān)系到環(huán)狀等離子炬的形成。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)03.同時或順序多元素測量同時多元素分析是發(fā)射光譜分析的共同特點(diǎn)，非ICP發(fā)射光譜分析所特有，但I(xiàn)CP能夠在同一工作條件下使大多數(shù)元素得到最佳的激發(fā)。由于經(jīng)典光譜分析因樣品組成影響較嚴(yán)重，故對樣品中多種成分(有時多達(dá)數(shù)十種)同時進(jìn)行定量分析時，參比樣品匹配、參比元素和光譜添加劑的選擇都會遇到困難，同時由于分餾效應(yīng)和預(yù)燃效應(yīng)造成譜線強(qiáng)度時間分布曲線的變化，無法進(jìn)行順序多元素分析。而ICP發(fā)射光譜分析具有低干擾和時間分布的高度穩(wěn)定性(溶液氣溶膠進(jìn)樣時)，以及寬的線性分析范圍，而可以方便地進(jìn)行同時或順序多元素測量。樣品待測成分在ICP炬通道內(nèi)較長時間處于高溫環(huán)境，有利于蒸發(fā)、解離，從而提高了原子化效率：自由原子處于Ar的惰性氣氛中，這樣一方面由于亞穩(wěn)態(tài)原子的激發(fā)作用，另一方面延長了在激發(fā)區(qū)內(nèi)的滯留時間，使原子或離子有充分的機(jī)會得到激發(fā)，提高了激發(fā)效率；從空間位置上可以把背景輻射的最強(qiáng)處與譜線輻射的最強(qiáng)區(qū)分開而具有較高的線背比；分析元素粒子比較集中在較狹窄的中心通道內(nèi)，發(fā)光通道正好充滿光譜儀的孔徑，致使原子的輻射得以充分利用。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)04.檢測能力綜合前面對ICP光源特性的探討，由于以下種種原因使ICP-AES分析具有較強(qiáng)的檢測能力：基于上述主要原因，ICP-AES具有較強(qiáng)的檢測能力。檢測能力用檢出限來表示。對于多數(shù)元素，ICP光譜分析的檢出限一般為0.1~100ng/mL，若用固體表示約為0.01~10μg/g(當(dāng)溶質(zhì)濃度為10mg/mL時)，對于難熔元素和非金屬元素，ICP-AES比經(jīng)典光譜分析具有較好的檢出限，后者無法檢出多數(shù)非金屬元素。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)分析物在一靜電屏蔽區(qū)進(jìn)行原子化、電離和激發(fā)，分析物組分的變化不會影響到等離子體能量的變化，且ICP進(jìn)樣采用蠕動泵穩(wěn)態(tài)進(jìn)樣，保證了具有較高的分析精密度。在數(shù)百倍于檢出限的濃度下，對同一濃度測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.5%~3%的范圍內(nèi)，取決于儀器設(shè)備、儀器操作參數(shù)、樣品、所測的元素、分析物濃度及分析過程隨機(jī)(偶然)誤差，因而優(yōu)于經(jīng)典電弧和火花光譜分析，故可用于主含量成分的分析。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)05.精密度ICP光源的光譜分析特點(diǎn)06.準(zhǔn)確度ICP-AES的準(zhǔn)確度取決于標(biāo)準(zhǔn)樣品與被分析樣品匹配到何種程度。在優(yōu)化的ICP工作參數(shù)條件下，由于分析物在高溫和氬氣中進(jìn)行原子化、激發(fā)，基體干擾小，電離干擾小，因此基體匹配不用十分嚴(yán)格。酸度影響小，用純的水溶液簡單標(biāo)準(zhǔn)樣品也可以達(dá)到較好的準(zhǔn)確度。ICP-AES分析校準(zhǔn)曲線一般具有較大的線性范圍。多數(shù)場合可達(dá)4~6個數(shù)量級，因而可以用一條校準(zhǔn)曲線分析該元素從痕量到較高濃度水平的樣品，給分析操作帶來極大方便，這主要是因?yàn)镮CP放電的低自吸現(xiàn)象，因此能保持濃度與信號間良好的線性關(guān)系。但是這種寬的線性分析范圍，只有在檢測器線性響應(yīng)范圍許可的情況下，才能顯示出來。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)07.線性分析范圍ICP光源的光譜分析特點(diǎn)08.基體效應(yīng)和電離干擾與電弧、火花、化學(xué)火焰等光源相比，ICP的基體效應(yīng)輕微得多。在電弧、火花光源中，由于元素的分餾效應(yīng)，基體可通過改變電極溫度而改變被測元素蒸發(fā)行為，基體因進(jìn)入放電區(qū)直接影響放電參數(shù)和弧焰溫度，從而改變原子化過程和激發(fā)態(tài)粒子的分布，易電離元素基體在分析區(qū)產(chǎn)生大量電子而改變分析元素原子數(shù)與離子數(shù)的關(guān)系，影響原子線或離子線的信號強(qiáng)度。經(jīng)典光源中某些基體干擾與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)08.基體效應(yīng)和電離干擾而在Ar-ICP光源中，由于ICP炬具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)和中心通道，氣溶膠只進(jìn)入中心通道不進(jìn)入感應(yīng)放電區(qū)，分析物在高溫和氬氣氛中進(jìn)行原子化、激發(fā)，基本上沒有什么化學(xué)干擾和電離干擾，基體效應(yīng)也較小。因此在很多情況下可用人工配制的校正溶液。ICP光源的光譜分析特點(diǎn)（二）ICP光譜分析的局限性當(dāng)然，上述所有的優(yōu)良特性都有其局限性，盡管理論上是可行的，但并非所有元素都能方便地用ICP-AES加以測量。例如:01工作氣體氬氣消耗量較大；02測量不穩(wěn)定元素時，需要用特殊設(shè)施來處理等離子體所排出的放射性煙霧；03測量氟、氧、溴時，需要用特殊的光學(xué)系統(tǒng)來傳輸波長非常短的光；ICP光源的光譜分析特點(diǎn)04與其他方法相比或與元素的通常濃度相比，其中有幾種元素(如氯和銣)的靈敏度相當(dāng)差，某些元素的檢出限不如電弧光譜分析、ICP質(zhì)譜法及石墨爐原子吸收法；05ICP光譜分析要破壞樣品，一般需將樣品制成溶液，這樣就限制了可以同時測量的元素?cái)?shù)目，而且需較長的制樣時間；ICP光源的光譜分析特點(diǎn)06雖然干擾效應(yīng)一般比較小且易于克服，但有時也不得不加以考慮；07設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用較高；08通用氣動霧化器的霧化效率很低。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)5ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)5.1氣動霧化和超聲霧化進(jìn)樣進(jìn)樣系統(tǒng)是ICP光譜儀器中極為重要的部分，也是ICP光譜分析研究中最活躍的領(lǐng)域，按樣品狀態(tài)不同可以分別用液體、氣體或固體直接進(jìn)樣。01.氣動霧化器在ICP-AES裝置中常采用氣動霧化裝置，一般要求霧化器能采用較低的載氣流量，如0.5~1L/min；用較低的樣品提升量，如0.5~2mL/min，以獲得較高的霧化效率；還要求記憶效應(yīng)小、霧化穩(wěn)定性好，且適于高鹽分溶液霧化及較好耐腐蝕能力。這些要求給霧化器的設(shè)計(jì)、制造帶來困難。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)5.1氣動霧化和超聲霧化進(jìn)樣同心型霧化器此種霧化器通入樣品溶液的毛細(xì)管被一股與毛細(xì)管軸相平行的高速氬氣流所包圍，見右圖：ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)ICP所用的氣動霧化器有兩種基本的結(jié)構(gòu)：同心型霧化器和正交型霧化器。圖3.28同心型霧化器采用固定式結(jié)構(gòu)，具有不用調(diào)節(jié)、霧化效率較高、記憶效應(yīng)小、霧化穩(wěn)定性好、耐酸(HF除外)等優(yōu)點(diǎn)，但制作時各參數(shù)不易準(zhǔn)確控制且毛細(xì)管容易堵塞。目前常用的商品化同心型霧化器有Meinhard和GE兩種品牌。新型的同心霧化器可以用不同的材料制造，以用于不同的目的，同時對高鹽分溶液的霧化性能也有較大的提高，例如，GE公司的海水霧化器能用海水直接進(jìn)樣而不堵塞。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)正交型(又稱交義型)氣動霧化器的進(jìn)液毛細(xì)管和霧化氣毛細(xì)管成直角，見下圖：正交型霧化器圖3.29正交型霧化器ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)過去常采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)兩毛細(xì)管之間的距離，以獲得較好的霧化穩(wěn)定性，但這種調(diào)節(jié)的人為因素很大，因此目前的正交型霧化器也大多采用固定式結(jié)構(gòu)。相對同心型霧化器而言，它比較牢靠、耐鹽性能較好，但霧化效率稍差。氣動霧化器溶液的提升，一般利用文丘里效應(yīng)在進(jìn)液毛細(xì)管末端形成負(fù)壓自動提升，溶液的提升受載氣的流量、壓力及溶液的黏度和密度的影響。采用蠕動泵來提升，可減小溶液物理性質(zhì)的影響。選擇合適提升量，有利于與等離子體系統(tǒng)相匹配。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)為適應(yīng)高鹽分樣品的需要，Babington(巴比頓)設(shè)計(jì)了一種簡便而不易堵塞的霧化器，下圖所示：圖3.30Babington霧化器ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)原理是氣流從一細(xì)孔中高速噴出，將沿V形槽流下的薄層液流破碎成霧滴，避免了高鹽分堵塞噴嘴的弊端，但這種霧化器沒有負(fù)壓自動提升能力，其霧化效率較低，而影響儀器的檢出限。Babington(巴比頓)霧化器實(shí)際上是正交型霧化器的一種。氣動霧化器的霧化效率較低，一般為3%~5%左右，樣品溶液大部分以廢液流掉。02.超聲波霧化器ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)5.1氣動霧化和超聲霧化進(jìn)樣超聲波霧化器是用超聲波振動的空化作用把溶液霧化成氣溶膠。超聲霧化器裝置比氣動霧化裝置復(fù)雜，由超聲波發(fā)生器、進(jìn)樣器、霧化室、去溶裝置幾部分組成，見下圖：使用時常用進(jìn)樣器(蠕動泵)把樣品溶液輸入霧化室，由超聲波發(fā)生器的電磁振蕩通過高頻電纜與霧化室中的換能器(例如鋯鈦酸鉛壓電晶片)相連，晶片在高頻電壓作用下產(chǎn)生諧振，將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而產(chǎn)生超聲波，當(dāng)超聲波連續(xù)輻射到霧化室中樣品溶液時，由于樣品溶液與空氣界面間的空化作用，使液體形成氣溶膠，然后用載氣通過霧化室把樣品氣溶膠去溶后引人炬管。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)如果樣品基體不復(fù)雜的話、超聲霧化器的檢出限要比氣動霧化器的低一個數(shù)量級左右，如果有干擾，例如背景漂移或光譜重疊，則這些效應(yīng)亦以同樣的程度增加。同樣，當(dāng)被霧化的溶液含鹽較高時，在等離子炬管的內(nèi)管上的積鹽也會增加。超聲霧化器的記憶效應(yīng)較大，與氣動霧化器相比，穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高。5.1氣動霧化和超聲霧化進(jìn)樣ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)03.霧室5.1氣動霧化和超聲霧化進(jìn)樣氣溶膠輸送效率定義為：實(shí)際到達(dá)等離子炬的被霧化溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。為了提高這一百分?jǐn)?shù)和為了使到達(dá)等離子炬的氣溶膠微?？焖俚厝ト芙狻⒄舭l(fā)和原子化，霧化器必須產(chǎn)生小于10μm直徑的霧滴。但是，一些霧化器，特別是氣動霧化器，所產(chǎn)生的氣溶膠都具有高度的分散性，其霧滴直徑可達(dá)100μm，這些大霧滴必須用霧室除去。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)

常用的霧室有筒型、梨型和旋流型霧室。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)筒型霧室：筒型霧室是利用霧室內(nèi)壁上的湍流沉降作用，或利用重力作用除去較大的霧滴。在早期的ICP光譜儀中，簡型霧室用得較為普遍。旋流霧室是圓錐形的，氣溶膠以切線方向噴入霧室并向下盤旋行進(jìn)，這種運(yùn)動產(chǎn)生了作用在霧滴上的離心力，從而將霧滴拋向器壁。在霧室底部，氣溶膠改變方向并與原來路線同軸地或更緊密的螺旋形向容器頂部移動。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)筒型霧室：拋向器壁的大霧滴由底部的廢液管排出，而小霧滴通人伸入容器頂部一小段管進(jìn)入炬管。旋流霧室具有高效、快速和記憶效應(yīng)小的特點(diǎn)，在現(xiàn)代ICP光譜儀中已得到廣泛的應(yīng)用。旋流霧室梨型霧室的去溶劑能力較強(qiáng)，特別適用于有機(jī)樣品(如油樣)進(jìn)樣系統(tǒng)。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)5.2固體進(jìn)樣一是先將固體或粉末樣品汽化、然后將蒸氣成固體氣溶膠用載氣引人等離子炬；二是將固體或粉未樣品直接送進(jìn)或插進(jìn)等離子炬。激光、控波火花、微電弧都可以成為固體或粉末樣品汽化的采樣裝置，并已有商品儀器出售，其采樣汽化原理與一般激光光源、火花和電弧光源并無什么不同。該技術(shù)具有火花直讀光譜分析的快速、方便，又具有ICP光譜的寬線性范圍，已應(yīng)用于冶金、機(jī)械等分析領(lǐng)域，特別是在鋁及鋁合金分析、貴金屬雜質(zhì)分析等方面更顯特色。ICP的進(jìn)樣系統(tǒng)屬于直接把固體和粉末送進(jìn)或插進(jìn)等離