icp等离子体光谱仪工作原理 icp等离子

Plasma 2000测定稀土镧铈合金中La、Ce、Fe元素
稀土储氢合金具有高容量，可大功率充放电，循环寿命长，无污染等特点，是镍氢电池负极的主要材料。其原料之一的镧铈合金在实际工艺过程中却无法完全控制其产出LaCe比例，需对产品进行分类，用以确定稀土镧铈合金中的镧铈配分，同时其杂质Fe含量会对产品性能产生较大影响。因此测定稀土镧铈合金中镧铈含量具有重要意义。
使用仪器：钢研纳克技术股份有限公司Plasma 2000 电感耦合等离子体发射光谱仪
Plasma 2000 电感耦合等离子体发射光谱仪
仪器特点：
观测方式：径向观测
分光系统：中阶梯光栅与棱镜交叉色散结构，全谱瞬态直读
器：大面积背照式CCD芯片，高紫外检出效率，宽动态范围
光源：高效固态射频发生器，小体积高效率
Plasma 2000工作条件
载气流量（L/min） 辅助气流量（L/min） 冷却气流量（L/min）
0.6 0.5 13.5
RF功率（W） 曝光时间（s） 蠕动泵转速（rpm）
1250 8 20
实验方法
称取0.1g稀土镧铈合金，加入5ml盐酸，200℃下加热溶解样品，溶解完全后待样品冷却后取出，定容至100ml容量瓶待测。
分析谱线的选择
表2 Plasma 2000谱线选择
元素 La Ce Fe
谱线（nm） 333.749 446.021 259.940
标准曲线绘制
Fe标准溶液（国家钢铁材料测试中心，1000μg/mL）
氧化镧，La2O3/REO>99.999%;
氧化铈，CeO2/REO>99.99%。
配制曲线浓度如表3 ，线性相关系数大于0.9995。其线形见下图
表3 标准曲线浓度（%）
元素名称 标准1 标准2 标准2 标准3 标准4
La 14.58 21.87 29.16 36.45 43.73
Ce 40.22 48.26 56.30 64.34 72.39
Fe 0.01 0.05 0.1 0.5
La 校准曲线
Ce 校准曲线
Fe 校准曲线
方法精密度
本次实验共3个样品，标号分别为1#、2#、3#。采用循环测样方式，即顺序测试1#、2#、3#，循环11次测定，实验兼顾长期稳定性与短期稳定性。其中La、Ce含量为配分含量，Fe含量为原始百分含量。
表4 1#样品实际样品分析结果（%）
元素 11次测定值 平均值 RSD
La 41.96/41.83/41.84/41.85/41.74/41.97/41.65/41.67/41.78/41.58/41.53 41.76 0.33
Ce 58.02/58.15/58.14/58.13/58.24/58.01/58.33/58.31/58.20/58.40/58.45 58.22 0.24
Fe 0.1856/0.1876/0.1856/0.1867/0.1855/0.1866/0.1869/0.1849/0.1862/ 0.1888/0.1865 0.1864 0.56
2#样品实际样品分析结果（%）
元素 11次测定值 平均值 RSD
La 34.00/33.98/34.13/33.98/34.01/33.98/33.89/33.64/33.78/33.67/33.64 33.88 0.48
Ce 65.98/66.00/65.85/66.00/65.97/66.00/66.09/66.34/66.20/66.31/66.34 66.10 0.25
Fe 0.1290/0.1292/0.1292/0.1269/0.1287/0.1285/0.1296/0.1266/0.1282/ 0.1261/0.1266 0.1281 0.94
3#样品实际样品分析结果（%）
元素 11次测定值 平均值 RSD
La 32.40/32.32/32.35/32.34/32.37/32.18/32.20/32.34/32.23/31.98/31.97 32.24 0.44
Ce 67.58/67.66/67.63/67.64/67.61/67.80/67.78/67.64/67.75/68.00/68.01 67.74 0.21
Fe 0.1607/0.1612/0.1615/0.1580/0.1612/0.1604/0.1609/0.1606/0.1605/ 0.1573/0.1590 0.1601 0.83
结论
本方法采用Plasma 2000测定稀土镧铈合金中La、Ce、Fe含量，采用一次溶样方法可同时测定高含量La、Ce金属配分含量及低含量杂质元素Fe的含量，其镧铈配分含量11次测定稳定性RSD为0.21%-0.48%，Fe含量11次测定稳定性RSD为0.56-0.94%之间。其稳定性好，适用于稀土镧铈合金中La、Ce、Fe含量的测定。

钢研纳克高分辨率时序扫描型ICP光谱仪测定镧铈合金中15种稀土元素
摘 要 利用钢研纳克技术有限公司研制的光栅刻线为3600条/mm的高分辨率时序扫描型ICP-AES发射光谱仪研究了镧铈基体对其中13种稀土元素分析线的光谱干扰情况。给出了镧铈合金中35%镧和65%铈作为基体时, 其中13 种稀土元素的分析谱线，并估算了各元素分析谱线的检出限，解决了以镧铈为基体材料的元素含量准确的难题。
关键词 ICP-AES，稀土；镧铈合金；光谱干扰
稀土镧铈合金主要用做贮氢合金材料和钢材添加剂，其主要功能为：1) 用LC/LPC金属作为添加剂提升金属材料综合性能方面的应用；2) 以LC/LPC金属作为合金主要成分研发高性能合金材料产品；3) LaCe/LaPrCe 作为合金化合物在镍氢电极负极材料方面的应用。ICP-AES法测定镧铈合金中的稀土元素时，由于ICP 相当强的激发能力, 使得可观测的稀土元素原子发射光谱比电弧或火花光源更加丰富，因此全面了解各元素之间的光谱干扰信息是ICP-AES法准确测定稀土元素的重要基础。
近年来，国内一些研究小组利用光栅刻线数为3600条/mm的高分辨率ICP-AES发射光谱仪, 系统地研究了十五种稀土元素作为基体时对其他稀土元素分析线的干扰轮廓[ 1-6]。镧铈合金由于受镧和铈双重基体的影响，光谱干扰更加复杂。本文采用钢研纳克技术有限公司的Plasma-1000型高分辨率时序扫描式ICP-AES光谱仪并在文献[1]-[6]的基础上，选择受镧或铈干扰小或干扰较小的谱线作为考察对象，考察了镧铈合金中各稀土元素受镧铈基体干扰的情况，给出了35%镧和65%的铈作为基体时, 其他13种稀土元素的分析线，并估算了此条件下各元素的检出限。
1　实验部分
1.1 仪器及参数
Plasma 1000 型顺序扫描发射光谱仪(纳克) , Czermy-Turner光学系统, 焦矩: 1000mm，光栅有效面积110×110，光栅刻线: 3600 条/mm, 倒线色散率和分辨率: 0.22 nm/mm，0. 0066 nm，入射狭缝20 μm, 出射狭缝20 μm。高频电源: 频率27. 12 MHz、入射功率1. 15 kW。工作气体: 氩气纯度> 99. 95%, 冷却气15 L/ min、等离子气1. 2 L/min、载气0.5 L/ min, 冲洗气3. 5 L/min, 观察高度15.0 mm。
1. 2　主要试剂与稀土标准系列
盐酸、硝酸均为AR级；稀土标准溶液：1 mg/mL，盐酸或硝酸介质；实验用水为蒸馏水。
1.3实验方法
1.3.1 准确称取0.1000 g试样于150 mL烧杯中，加盐酸10 mL，低温电热炉上加热溶解样品，待样品溶解完后，冷却至室温，转移到100 mL容量瓶，加水定容至刻度，此溶液用于测量除镧铈以外其他稀土元素；
1.3.2 准确分取20 mL 1.3.1的原溶液于100 mL容量瓶中，补加盐酸5 mL,加水定容至刻度，此溶液用于测量镧和铈元素。
1.3.3 标准曲线
除镧铈以外其它元素标准曲线：在五个100 mL容量瓶中，分别加入35 mg 99.99%的镧基体和65 mg 99.99%的铈基体，加盐酸10 mL，并分别加入10、50、100、500μg的Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tu、Yb、Lu、Y等稀土元素的混合标液，用水定容到刻度；
镧和铈标准曲线：在五个100 mL容量瓶中，分别加入10 mL盐酸，然后再分别加入0、12、13、14、15 mL的铈标准溶液（1 mg/mL）和0、7、6、5、4 mL的镧标准溶液（1 mg/mL），用水定容至刻度。
2 结果与讨论
2.1 分析谱线的选择
根据文献[1]-[6]中提供的纯溶液中杂质元素谱线的检出限、信背比以及不同稀土基体时的背景相当浓度值和扫描图综合考虑, 选择出适合镧铈基体中的稀土元素分析的分析线作为本实验的待考察谱线，见表1。实验结果表明，Tm、Nd、Tb在考察的范围内，没有找到特别合适的谱线，因此选择受两种基体干扰相对较小的谱线。
表1 Plasma 1000 谱线
元素 谱线/nm 元素 谱线/nm
La 333.749 Er 323.058; 337.271; 349.910; 369.265
Ce 413.380; 418.660 Tm 313.126; 342.508
Pr 414.311; 417.939; 422. 535 Yb 289.138; 328.937
Nd 401.225; 406.109; 430.358 Lu 261.542
Sm 359.260; 442.434 Y 324.228; 371.030; 377.433
Eu 381.967; 412.970 Dy 353.170
Gd 335.047; 336.223 Ho 345.600
Tb 350.917; 367.635
表2 镧铈合金中各稀土元素的分析谱线
元素 分析线/nm 元素 分析线/nm
La 333.749 Er 349.910 369.265
Ce 413.380 418.660 Tm 313.126
Pr 422.535 Yb 328.937
Nd 406.109 430.358 Lu 261.542
Sm 359.260 Y 324.228; 377.433
Eu 381.967 Dy 353.170
Gd 335.047 Ho 345.600
Tb 350.917; 367.635
2.2 检出限
在表2所列的仪器条件下测定了15 个稀土元素在镨钕基体中对所选的分析线按文献[ 7]估算了检出限。估算检出限公式如下:
，式中I n/I b为分析物的净强度和背景强度比; C为产生I n/I b 的分析物浓度。
表 3 镧铈合金中各稀土元素谱线检出限
元素 分析线/nm Plasma100检出限
/(g/mL)
La 333.749;
379.478 0.0050
0.0035
Ce 413.380
418.660 0.015
0.019
Pr 422. 535 0.015
Nd 406.109
430.358 0.01
0.01
Sm 359.260 0.0075
Eu 381.967 0.001
Gd 310.050
335.047 0.0058
0.005
Tb 350.917
367.635 0.006
0.02
Er 337.271
369.265 0.003
0.0038
Tm 313.126 0.0025
Yb 328.937 0.0006
Lu 261.542 0.0013
Y 324.228
377.433 0.0028
0.0025
Dy 353.170 0.0024
Ho 345.600 0.005
3 结论
1）本工作就纳克生产的高分辨率光谱仪对稀土元素的分析性能和光谱干扰研究结果表明: 与普通分辨率光谱仪相比, 背景相当浓度值和光谱干扰程度显著降低, 因而提高了检出能力和分析结果的准确度，在以稀土为主要共存物的痕量稀土分析中具有明显优势。
2）研究了镧铈基体对其他13个稀土元素分析线的光谱干扰情况。给出了35%镧和65%的铈作为基体时, 13种稀土元素的分析线，并估算了此条件下各元素的检出限，为ICP-AES法准确测定镧铈合金中13种稀土元素奠定了基础。
参考文献:
1 李冰,尹明. 高分辨型电感耦合等离子体发射光谱仪测定稀土元素的光谱干扰研究I. 铈镨和钕基体[J]. 分析测试仪器通讯，2（6）：63-81.
2 谷胜，杨赸原，李冰. 稀土元素原子发射光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究 Ⅱ. 钐基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），1997, 17（2）：8 8 -94.
3 应海，杨原，张志刚. 稀土元素原子发射光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究：Ⅲ镝基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），1998, 18（5）：559-564.
4 孙振华，孙大海，谷胜. 稀土元素原子发射光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究：VI 铕、钆基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），2000, 20（1）：49-54.
5 孙振华,谷胜，孙大海. 稀土元素原子发射光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES研究:V 镥、铥、钇、镱基体对其他稀土元素的光谱干扰[J]. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），2000, 20（2）：222-228.
6 孙振华，李冰, 孙大海. 稀土元素原子发射光谱及其谱线干扰的高分辨率ICP-AES 研究:VI 镧、铽、钬、铒基体对其他稀土元素的光谱干扰. 光谱学与光谱分析（Spectroscopy and Spectral Analysis），2001, 21（1）：57-61.
7 Winge R K, Fassel V A, Peterson V J, etal. Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy[M]. An Atlas of Spectral Information. Amsterdam: Elsevier, 1985.

国产单道扫描ICP-AES发射光谱仪直接测定镨钕镝合金中的非稀土杂质
摘要：通过选择合适的分析谱线和基体匹配与背景扣除法进行干扰校正，研究建立了国产单道扫描ICP光谱仪直接测定镨钕镝合金中的非稀土元素Al、Ca、Fe、Mg和Si的方法。结果表明，应用本法对客户的三个样品进行，测定结果与参考值一致。本法可用于镨钕镝合金中非稀土杂质元素的。
关键词：ICP-AES；镨钕镝合金；非稀土元素
镨钕镝合金是高性能钕铁硼材料的主要原料之一，准确测定其中各元素的含量十分必要。ICP-AES以其检出限低，精密度好，动态范围宽，分析速度快等优点在分析领域已得到了广泛的应用。本文研究使用国产单道扫描ICP-AES发射光谱仪直接测定镨钕镝合金中的Al、Ca、Fe、Mg和Si等非稀土元素的方法，并对客户委托的样品进行了测试，获得满意结果，本法具有一定的实用价值。
1 实验部分
1.1 仪器及参数
Plasma1000单道扫描电感耦合等离子体光谱仪（钢研纳克技术有限公司）；高纯氩（纯度≥99.999%），光栅为3600条/mm。参数设置：功率1.15 kW，冷却气流量18.0 L/min，辅助气流量0.8 L/min，载气流量0.2 L/min，蠕动泵泵速20 rpm，观测高度距功率圈上方12 mm，同轴玻璃气动雾化器，进口旋转雾室，三层同轴石英炬管，中心管2.0 mm。
1.2 试剂
盐酸，ρ≈1.18 g/ml，优级纯，北京化工厂；硝酸,ρ≈1.42 g/ml,优级纯，北京化工厂；Al、Ca、Fe、和Mg的标准溶液质量浓度均为1000 µg/ml，Si的标准溶液质量浓度均为500 µg/ml，国家钢铁材料测试中心；所用溶液用水均为二次去离子水。
1.3 样品处理
称取2.5 g试料，精确至0.0001 g。置于250 ml烧杯中，加20 ml王水，低温加热至溶解完全，冷却至室温后移入100 ml容量瓶中，定容，混匀。再从上述100 ml容量瓶中准确移取10.00 ml溶液于50 ml容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，待测。随同试料做空白试验。
2 结果与讨论
2.1分析谱线的选择
在谱线选择上要充分考虑其光谱干扰，对所选谱线进行轮廓扫描的方法，即用纯试剂找到被测元素的峰位，在此峰位及其附近扫描实际样品，观察其他元素在该谱线附近的谱线位置和强度情况，选择在该谱线附近其他元素无谱峰或通过背景扣除可以消除的谱线，终确定合适的谱线见表1。
表1 推荐的分析线
元素 分析线/nm
Al 237.312
Ca 393.366
Fe 259.940
Mg 279.553; 280.271
Si 251.612
2.2 校准曲线线性及精密度试验
根据被测元素的含量范围配制系列标准溶液，各待测元素的线性相关系数见表2。此外，对样品2进行6次平行测定，相对标准偏差也列于表2。
表2 各待测元素线性相关性及精密度
元素 相关系数 RSD/%（n=6）
Al 1.0000 1.94
Ca 0.9998 1.52
Fe 0.9995 2.31
Mg 0.9999 2.42
Si 0.9996 1.67
2.3 实际样品测试及结果对照
采用所建立的方法对客户委托的实际样品进行了测试，为检验测试结果的准确性，将3个客户委托的样品的结果与其他方法提供的测试结果进行了对照，结果及比对见表4。结果表明，采用本法的结果与其他方法提供的结果基本一致。
表3 本法测定结果与其他方法的参考值比对
样品 方法/参考值 含量，w/%
Al Ca Fe Mg Si
1号样品 本法 0.123 <0.050 0.140 0.185 0.032
参考值 0.149 <0.050 0.155 0.176 0.034
2号样品 本法 0.204 0.061 0.444 0.036 0.053
参考值 0.234 0.063 0.447 0.035 0.052
3号样品 本法 0.424 0.081 0.612 0.048 0.308
参考值 0.425 0.079 0.608 0.048 0.302
3 结论
以上试验结果表明，应用国产ICP-AES发射光谱仪测定镨钕镝合金中的非稀土元素是可行的。该方法简便、快速、结果准确，精密度好，完全满足定镨钕镝合金产品的要求。

电感耦等离子体原子发射光谱仪(ICP—AES)主要用于液体试样(包括经化学处理能转变成溶液的固体试样)中金属元素和部分非金属元素的定量分析。将样品溶液以气溶胶形式导入等离子体炬焰中，样品被蒸发和激发，发射出所含元素的特征波长的光。经分光系统分光后，其谱线强度由光电元件接受并转变为电信号而被记录。根据元素浓度与谱线强度的关系，测定样品中各相应元素的含量。
应用领域
可用于地质、冶金、稀土及磁材料、环境、医药卫生、生物、海洋、石油、化工新型材料、核工业、农业、食品商检、水质等各领域及学科的样品分析。可以快速、准确地从微量到常量约70种元素。
仪器原理 Principle
Plasma电感耦合等离子体发射光谱仪系统由光谱仪主机和一套PC机组成。整个仪器可以分为进样系统、高频发生系统、分光系统、控制与数据处理系统。
其工作原理是：待测试样经喷雾器形成气溶胶进入石英炬管等离子体中心通道，经过光源加热激发所辐射出光，经光栅衍射分光，通过步进电机转动光栅，将元素的特征谱线准确定位于出口狭缝处，光电倍增管将该谱线光强转变为光电流，再经电路处理，由计算机进行数据处理来确定元素的含量。
）分析流程全自动化控制，实现软件点火、气路智能控制功能；
2) 输出功率自动匹配调谐，功率参数程序设定；
3) 优良的光学系统，先进的控制系统，保证峰位定位准确，信背比优良；
4）较小的基体效应；
5）测量范围宽， **微量到常量的分析,动态线性范围5—6个数量级；
6）检出限低，大多数元素的检出限可达ppb级；
7）良好的测量精度，稳定性相对标准偏差RSD≤1.5%（5ppm），优于国家A级标准（JJG768-2005）；
8）功能强大、友好的人机界面分析软件,可在测定过程中，进行数据处理，方法编制和结果分析，是真正的多任务工作软件；该软件数据处理功能强大，提供了多种方法，如内标校正、IECS和QC监测功能等，可获得的背景扣除点以消除干扰；对输出数据可直接打印或自动生成Excel格式的结果报告.
技术参数 Parameters
分光系统
光路形式：Czerny-Turner型
光栅类型：离子刻蚀全息平面光栅
刻线密度：3600g/mm
步进电机小驱动步距：0.0004n
光室恒温：(30± 0.2)℃
分辨率：不大于0.008nm
出射、入射狭缝宽度：20μm
光室冲氩或氮（流量可调）
高频发生器
震荡频率：40.68MHz
震荡类型:自激式
功率稳定度：0.1%（长期25 ℃典型值）
工作线圈：3圈空心铜管外套聚四氟乙烯管
进样系统
进样方式：蠕动泵进样
配有多种雾室（旋流雾室、双筒雾室和耐氢氟酸雾室）
雾化器：同心雾化器
工作环境
仪器室内无腐蚀性气体；
空中的尘埃粒子须保持。
室内温度18℃～26℃；
室温应达到稳定状态，
温度变化率应小于1℃/h
相对湿度不大于70％。
尺寸和重量
仪器室内无腐蚀性气体；
空中的尘埃粒子须保持。
室内温度18℃～26℃；
室温应达到稳定状态，
温度变化率应小于1℃/h
相对湿度不大于70％。

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