ICP-OES原理介紹

電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀（ICP-OES）是測定樣品中特定元素含量的分析儀器，ICP-OES測量的原理基于原子和離子會吸收能量使所含電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)這一事實。在ICP-OES中，這種能量的來源是在 10000 K 高溫下工作的氬等離子體的熱量。

激發(fā)態(tài)原子在返回低能級時會發(fā)射特定波長的光，這正是 ICP-OES 進(jìn)行測量的依據(jù)。

電子從高能級返回低能級（通常是基態(tài)）時，發(fā)射出特定波長的光。原子或離子的種類（即它是哪種元素的原子或離子）及電子一直在其間躍遷的不同能級共同決定了所發(fā)射光的波長。

在每一波長發(fā)射的光強度與發(fā)生相應(yīng)躍遷的原子或離子數(shù)成正比。朗伯-比爾定律描述了光強度與元素濃度之間的關(guān)系。

ICP-OES儀器如何工作

依據(jù) ICP-OES 原理，ICP-OES 儀器檢測主要通過以下幾方面實現(xiàn)：

1.采用氬等離子體激發(fā)原子或離子，

2.測量原子或離子中的電子返回基態(tài)或較低能量狀態(tài)時發(fā)射的光強度，

3.根據(jù)校準(zhǔn)曲線圖計算溶液中特定元素的濃度

樣品引入系統(tǒng)

液體樣品被抽入霧化器，使用氬氣流將其霧化為氣溶膠微粒。隨后，氣溶膠微粒進(jìn)入霧化室，將大液滴分離出去，剩下的氣溶膠微粒進(jìn)入等離子體炬管。

等離子體炬管

電感耦合等離子體 (ICP) 是測量使用的能量源。它看起來就像是在一根玻璃蠟燭上燃燒的火焰，蠟燭的周圍環(huán)繞著金屬線圈。等離子體炬管由三個同心玻璃管構(gòu)成。氬氣從外層的兩個玻璃管之間流過，玻璃管炬管周圍的環(huán)繞線圈則是電流的通路。電流產(chǎn)生磁場。

放電產(chǎn)生的火花進(jìn)入氬氣流形成等離子體。能量從炬管的環(huán)繞線圈傳遞到氬氣中，維持著等離子體。

另一股氬氣流載著樣品氣溶膠自下而上穿過等離子體炬管中心。等離子體的熱量將樣品中的溶劑蒸發(fā)，促使樣品分子裂解為原子和離子，同時為這些原子和離子中的電子激發(fā)提供能量，將它們激發(fā)到更高的能級。

射頻發(fā)生器

射頻發(fā)生器 (RF) 基本上就是一個盛裝電子元件的盒子，其中的電子元件產(chǎn)生射頻能量通過等離子體炬管的環(huán)繞線圈。儀器操作人員可以控制射頻功率來改變等離子體的能量水平。當(dāng)樣品中檢測元素的濃度很低時，可能需要調(diào)高射頻功率，同時降低樣品通過等離子體炬管的流速。這種改變可以讓樣品氣溶膠以更慢的速度通過能量更高的等離子體 — 以便所有原子和離子都能發(fā)射光而被成功檢測。

光譜儀

激發(fā)態(tài)電子回到較低能級時伴隨著特定波長的發(fā)射光 — 波長取決于元素本身及其電子躍遷的能級。如果樣品中存在多種原子，就會發(fā)射出不同波長的光。光譜中出現(xiàn)的尖峰稱之為分析譜線（有時或稱之為發(fā)射線）。每種元素可能有多條分析譜線，每根分析譜線處于不同的波長。電子在其間躍遷的不同能級水平?jīng)Q定了分析譜線的波長。

對某一特定元素來說，雖然其任何分析譜線均可用于測量，但通常均選用能量最強的那根分析譜線。

等離子體中原子和離子的發(fā)射光通過鏡子和其他光學(xué)部件被導(dǎo)入儀器的光譜儀中。在光譜儀內(nèi)部進(jìn)行分光（正如棱鏡將白光分解為彩虹光帶），以便在非常精確的不同波長處測量光強度。隨后使用檢測器測量每一波長處的分光強度。

檢測器

ICP-OES 儀器中使用的檢測器近年來變化很大?，F(xiàn)在通常使用看起來類似計算機芯片的電荷耦合器件 (CCD)。其芯片表面劃分為不同的像素，每個像素測量一個不同波長處的光子。

在安捷倫 ICP-OES 儀器中，167–785 nm 范圍內(nèi)每個波長的光強度都會被同時測量。

計算機化儀器控制

儀器收集信息，反饋給控制計算機（通常是運行 MS Windows 操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) PC）。
專業(yè)儀器控制軟件利用樣品分析前進(jìn)行的校準(zhǔn)，計算樣品中各元素的濃度。統(tǒng)計分析結(jié)果、保存儀器設(shè)置為分析方法、生成分析報告均由軟件完成。
現(xiàn)代智能 ICP 儀器配備傳感器網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用復(fù)雜算法監(jiān)控著自身的運行情況。如果需要維護支持，或者某處需要維修以確保正確測量時，儀器會通知用戶。安捷倫 ICP-OES 儀器等智能 ICP 儀器能夠讓用戶深入了解待測樣品，甚至能對測量選用的zui佳波長提供建議，以確保每次分析都獲得理想結(jié)果。