張慧娟, 鄒函君， 王桂文

(重慶大學 分析測試中心， 重慶 401331)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀的維護和保養(yǎng)

張慧娟, 鄒函君， 王桂文

(重慶大學 分析測試中心， 重慶 401331)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)具有高精密度、低檢出限、線性范圍寬和多元素同時測定等特點，適用于食品、環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品等各類樣品中主量、微量及痕量元素的定性、半定量和定量分析。就炬管、中心管、霧化器等進樣系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)、儀器校準、元素分析的制樣和測試條件、譜線選擇和分析結(jié)果的判定4個部分展開討論，其中包括進樣系統(tǒng)積鹽積碳的處理方法，通過執(zhí)行自動尋峰和炬管準直來進行儀器校準的方法，不同元素的制樣方法及觀測方式的選擇和測試結(jié)果譜線的選擇依據(jù)等。通過介紹ICP-OES儀器的操作技巧和維護事項，旨在強化儀器管理的專業(yè)技能，提高儀器的服務(wù)時效。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀； 儀器維護； 儀器校準

0 引 言

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)主要根據(jù)試樣物質(zhì)中氣態(tài)原子(或離子)被激發(fā)以后，其外層電子由激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)時，輻射躍遷所發(fā)射的特征輻射能(不同的光譜)，來研究物質(zhì)化學組成的一種方法。ICP-OES法具有高精密度、低檢出限、線性范圍寬和多元素同時測定等特點，適用于食品、環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品等各類樣品中主量、微量及痕量元素的定性、半定量和定量分析，近10年來成為各種物料中重金屬分析普遍采用的檢測手段[1-6]。儀器的維護和保養(yǎng)對儀器的正常工作和高效運行起著十分重要的作用，現(xiàn)就ICP-OES儀器的日常維護和保養(yǎng)介紹一些實踐和收獲。

1 進樣系統(tǒng)的維護

ICP-OES通常采用液體進樣方式,采用蠕動泵提取樣品,經(jīng)過霧化器霧化成氣溶膠進入炬管激發(fā)。進樣系統(tǒng)的核心部件為中心管、炬管和霧化器，下面就這三個部件的維護和保養(yǎng)詳細進行說明。

1.1炬管和中心管的維護和保養(yǎng)

作為儀器進樣系統(tǒng)的主要構(gòu)件，中心管和炬管容易受到樣品污染，一般中心管需要2周清洗1次，炬管每月清洗1次。如果炬管或中心管內(nèi)部出現(xiàn)白色物質(zhì)聚集，需要做積鹽清潔。清潔方法是將其徹底撤卸后,放入盛滿肥皂水的超聲波池內(nèi)清潔10 min或者將其放入20%硝酸溶液中浸泡之后用超純水進行清洗，清潔完畢，待其完全干燥后再安裝使用。如果炬管或中心管內(nèi)部出現(xiàn)黑色物質(zhì)聚集，需要做積碳處理。清潔方法是將炬管放置于馬弗爐中加熱到750 ℃，打開爐門讓空氣進入約10 s，和碳在高溫下發(fā)生反應(yīng)，然后關(guān)閉爐門重新升溫到750 ℃，如此反復(fù)處理2到3次，直到積碳消失。

1.2霧化器的維護和保養(yǎng)

霧化室的作用是分離大小不同的液滴，同時將大液滴除去。霧化室中霧化器也需要經(jīng)常進行維護。一般在做完測試后，用5%硝酸溶液沖洗進樣系統(tǒng)，再用水沖洗，再關(guān)閉等離子體，這樣可以確保樣品不在霧化器毛細管內(nèi)沉積或者結(jié)晶。

霧化器如果發(fā)生堵塞可以用洗手液清洗或者硝酸浸泡，因霧化器中有毛細管，所以不能超聲處理。霧化器堵塞還有一種處理辦法，將霧化器取出，電腦操作界面上設(shè)置霧化器氣體流量0.75 L/min 或者0.5L/min，將進樣處白色端頭拔出，用手堵住霧化器尖頭，在點擊“應(yīng)用”后利用反吹來解決霧化器堵塞問題。當然還有一種簡單易行的方法即用頭發(fā)絲來疏通堵塞的霧化器。

2 儀器校準

如果儀器靈敏度降低，需要執(zhí)行自動尋峰來檢查高標溶液中各元素濃度是否正確。儀器校準即執(zhí)行自動尋峰，具體操作是點擊“儀器”，然后點“執(zhí)行自動尋峰”，將進樣泵管插入到高標溶液中，點擊確定后儀器開始校準。其中Al167， P177.4，P178.2這3條處于紫外區(qū)的譜線由于空氣中CO2對紫外光影響很強，故測出的數(shù)據(jù)與氬氣吹掃時間影響很大，氬氣吹掃時間越長，數(shù)值越大[7]。

儀器每更換一次炬管，都需要做炬管準直。具體的操作是在儀器選項里選擇“炬管準直”，將進樣管放在2×10-6Zn溶液中，點擊確定即可，一般需要10 min來完成此操作。

3 元素分析的制樣和測試條件

理論上ICAP-6000系列光譜儀可以測定元素周期表中標有紅色外的75個元素，但實際上要根據(jù)儀器配置和實際樣品類型而定。比如C，N，Ar，O,H本可以測定，但就因為空氣和水中存在C,N,H而無法定性和定量分析，另外采用了Ar氣作為工作氣體而無法定性和定量分析Ar 。再者因為一般的儀器只配置水溶液進樣系統(tǒng)而無法測定高鹽樣品和有機樣品。如果需要測定高鹽樣品和有機樣品及用HF處理的樣品需要相應(yīng)的高鹽、有機、耐HF酸進樣系統(tǒng)。ICP儀器進樣的樣品要求必須pH≤7，中性或弱酸性樣品才可以,酸度在5%之內(nèi)。由于炬管是石英材質(zhì)，與堿會發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕，所以堿性樣品不能直接進樣，需要加硝酸進行酸化。另外，由于玻璃器皿含有硼元素，所以在測量硼元素時需用塑料瓶來裝樣品。

等離子體觀測方式有垂直和水平兩種，由于垂直設(shè)計的靈敏度低，干擾小，適合礦石和冶金分析；而水平設(shè)計的靈敏性高,檢出限低，適合環(huán)境和化工分析。所以對于K,Ca,Na,Mg這些水中高含量元素需要選擇垂直觀測，以降低碳靈敏度[8-10]。

4 譜線選擇和分析結(jié)果的判定

4.1譜線的選擇的一般原則

ICP-OES的測試根據(jù)樣品基體及成分的不同，盡量選擇無干擾或者干擾小的譜線，同時要選擇測定線性好、準確性和穩(wěn)定性高的譜線。另外，對于微量元素的分析，要采用靈敏線，即第一條；對于高含量元素的分析，要采用次靈敏線[11-12]。

具體選擇標準如下：① 選擇經(jīng)過校對過的譜線；② 選擇3到5條不同波長的較靈敏的譜線(一般為前3～5條)作為分析用譜線，依次標準化和測定結(jié)果；③ 一般有2到3個不同波長的測定結(jié)果接近或者一致，從概率論而言其結(jié)果應(yīng)該更接近真實值(因為不同波長出現(xiàn)相同干擾的概率應(yīng)該很小)；④ 在第2條的基礎(chǔ)上，如果有多點標準校準的，選擇曲線線性好(及相關(guān)系數(shù)高)的譜線結(jié)果；⑤ 在確保上述情況下，選擇譜線強度高(靈敏性高)的譜線；⑥ 選擇譜線干擾小的譜線的結(jié)果(從結(jié)果的譜線峰形圖看是積分位置居中，兩邊背景低而平)[13-15]。

4.2ICP分析的干擾和排除

光譜干擾主要分為兩類，① 譜線重疊干擾，它是由于光譜儀色散率和分辨率的不足，使某些共存元素的譜線發(fā)生重疊從而產(chǎn)生干擾。② 背景干擾，這類干擾與基體成分及ICP光源本身所發(fā)射的強烈的雜散光的影響有關(guān)。對于譜線重疊干擾，采用高分辨率的分光系統(tǒng)，決不是意味著可以完全消除這類光譜干擾，只能認為當光譜干擾產(chǎn)生時，它們可以減輕至最小強度。因此，最常用的方法是選擇另外一條干擾少的譜線作為分析線，或應(yīng)用干擾因子校正法(IEC)以予校正。

5 結(jié) 語

ICP-OES由于分析速度快、各元素間干擾小、標準曲線的線性范圍寬、一次進樣多種元素同時測定等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于多學科領(lǐng)域。良好的維護和保養(yǎng)對儀器的正常工作和高效運行至關(guān)重要，根據(jù)實踐經(jīng)驗，本文就ICP-OES的炬管、中心管、霧化器等進樣系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)、儀器校準、元素分析的制樣和測試條件、譜線選擇和分析結(jié)果的判定四個方面進行了介紹，旨在提高儀器的共享和服務(wù)效率，為高校和社會的科技創(chuàng)新做出貢獻。

[1] 邢 軍，張 強，謝蔚嵩. 金屬罐消解ICP-OES法直接測定土壤及植物中的銅鉛鋅[J]．環(huán)?？萍?，2012,18(3):5-9.

[2] 辛仁軒. 等離子體發(fā)射光譜分析[M]. 北京： 化學工業(yè)出版社，2005：123-124.

[3] 楊 祥，金澤祥. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜的若干進展[J]． 巖礦測試，2009，19(1):32-41．

[4] 趙亞男，韓 瑜，吳江峰．ICP-AES分析技術(shù)的應(yīng)用研究進展[J]．廣東微量元素科學，2010，17(5)：18-24．

[5] 王小平，項蘇留.微波消解一ICP—OES，AAS和AFS測定大蒜不同部位20種元素含量[J]．光譜學與光譜分析，2006,26(10):1907-1911.

[6] 劉宏偉，秦宗會，謝華林弘，等． ICP—OES/ICP-MS測定葵花子中28種無機[J]．光譜學與光譜分析，2013,33(1):224-227.

[7] 李 建，計 輝，錢玉萍. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法ICP-OES同時測定活性炭中鋁鈷鎘銅鐵鎂錳鈉磷硫10種元素[J]．中國無機分析化學，2012,2(1)：58-60.

[8] 國家環(huán)保局編. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 4版. 北京： 中國環(huán)境科學出版社，2002，291.

[9] 楊銳明，李 彥. 微波消解及ICP-AES同時測定土壤中多種元素含量[J]．實驗技術(shù)與管理，2011，28(8):26-28.

[10] 張艷萍，劉連利，王莉麗.電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法同時測定水果中Ca、Fe、Zn等元素含量[J]．化學試劑，2010，32(2)，144-146.

[11] 楊 玲，張孟星，趙 麗. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜標準基體匹配直接測定純金中雜質(zhì)元素[J]．現(xiàn)代科學儀器,2011(1):117-122.

[12] 鄒亞娟，賴奕堅，許 實. 室內(nèi)外氣體顆粒物中無機元素的測定及分布特征[J]．實驗室研究與探索，2013,32(10):297-311.

[13] 美國熱電中國辦事處.《美國熱電 ( 中國 ) 原子光譜質(zhì)譜分析技術(shù)交流會論文集》[M]. 北京：美國熱電中國辦事處出版社，2000: 158.

[14] 劉紅艷，張瑞鵬，劉淑芹，等.金川銅鎳礦區(qū)土壤多元素相態(tài)分析方法[J]．實驗室研究與探索，2013，32(9):28-33.

[15] 張玲帆，王艷萍，劉 鑫，等. ICP-OES法快速檢測藥品中催化劑殘留的14種重金屬元素[J]．分析測試學報，2012,31(4)：475-479.

MaintenanceofInductivelyCoupledPlasmaOpticalEmissionSpectrometer

ZHANGHuijuan，ZOUHanjun,WANGGuiwen

(Analytical and Testing Center, Chongqing University, Chongqing 401331, China)

Inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES) possesses high precision, low detection limit, wide linear range and simultaneous multi-elements measurement. ICP-OES can be applied to qualitative, semi- quantitative and quantitative analysis of main, micro and trace amount elements in food, environment and farm products. Herein operation and maintenance of ICP-OES were presented in this article, including maintenance of system of pump samples, instruments calibration, sample preparation and parameter setting for different elements, spectrum selection and evaluation of analysis results in order to intensify professional qualification on instruments management and enhance service ageing and efficiency of the instruments.

inductively coupled plasma optical emission spectrometer(ICP-OES); instruments maintenance; instruments calibration

G 482.0

A

1006-7167(2017)09-0280-02

2016-12-22

張慧娟(1980-)，女,寧夏銀川人，博士,工程師,主要研究方向：合成各種功能性的無機或者有機/無機復(fù)合材料。Tel.：13896189229; E-mail：zhanghj@cqu.edu.cn