一、实验目的

①熟悉电ICP-AES 的构造及工作原理;

②了解全谱直读等离子体原子发射光谱仪的基本操作;

③了解实际样品预处理及ICP-AES 在多元素同时测定中的应用。

二、实验原理

采用光电检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等三种类型,其中全谱直读光谱仪采用了中阶梯光栅分光系统和面阵型电荷转移检测器(CID),可在分光后同时对各波长辐射检测,从而真正体现了原子发射光谱可进行多元素同时检测这一显著优点,而使之成为痕量金属元素分析中最有力的工具之一。全谱直读光谱仪可在一分钟内完成原子发射法所能测定的70 余种元素的定性及定量分析,是目前原子发射光谱仪的主流类型,本实验即是采用这种仪器测定工业废水中铬、锰、铁、镍、铜等重金属元素。

三、仪器与试剂

1)仪器

全谱直读等离子体原子发射光谱仪(Prodigy,美国Leeman 公司)。

2)试剂与材料

高纯氩气;HNO3(优级纯);超纯水。

3)样品

工业废水。

四、实验步骤

1)标准溶液的配制

铬、锰、铁、镍、铜标准贮备液:均为1.0 mg/mL(国家标准物质中心);铬、锰、铁、镍、铜混合标准溶液:由贮备液用5%HNO3 溶液逐级稀释配制,是否需要过滤视具体情况而定。 具体浓度见表2-1。

表2-1　铬、锰、铁、镍、铜混合标准溶液浓度

2)全谱直读等离子体原子发射光谱仪测定条件设置(表2-2)

表2-2　全谱直读等离子体原子发射光谱仪测定条件设置

选定待测元素后,仪器软件会提供若干条分析线以供选择,每种元素可选择3 ~5 条分析线,最后根据测定结果以效果最佳的那条定量。

3)标准混合系列溶液的测定(www.daowen.com)

在上述条件下,待等离子体原子发射光谱仪稳定后,按浓度从低到高的顺序依次测定系列混合标准溶液中铬、锰、铁、镍、铜的响应值。

4)待测试样的测定

采集的废水试样中若有悬浮物需经0.45 μm 滤膜过滤后才可进行测定。 相同条件下,测定待测水样在选定分析波长下的响应值。

五、数据处理

①用Origin 等绘图软件绘制各元素的标准曲线。

②根据绘图软件提供的拟合方程和待测水样中各元素的响应值计算待测水样中铬、锰、铁、镍、铜的含量(以mg/L 表示)。

③实验报告中应提供标准曲线图、拟合方程及相关系数。

例如:Cr 元素(测定波长:205.552 nm)

图2-10　Cr 元素标准曲线图

得到:R=0.999 98,A=114.258 96,B=7 753.840 64,Y=114.258 96 +7 753.840 64x,利用铬标准曲线(图2-10)及水样中Y=23 340 的值可求得CCr =3.01 mg/L。

六、注意事项

1)开机

先开氩气(调到0.65 MPa,小于0.3 MPa 就要换气),然后按顺序开动变压器、冷却水(只能使用蒸馏水)、固态检测器冷却系统(设置不能低于20 ℃)以后,开启计算机,启动ICP-AES光谱仪,再打开计算机中的Salsa 软件,等到二次连接成功以后,关闭软件,把检测系统的温度设定在-44 ℃,再次打开软件,然后让其预热到35 ℃,大概需要1 h。

2)调试

①建立方法和命名;②元素和波长的选择;③输入标准浓度;③设置分析参数(一般很少改动)。

3)测试

①点燃等离子体;②等离子体定位;③波长校准;④波长扫描和确认;⑤背景校正;⑥标准曲线的测量和确认;⑦样品分析。

4)关机

关闭仪器前吸入清洗溶液(2%HNO3 溶液)10 min,然后吸入去离子水10 min,在线清洗样品引入系统,然后按“Extinguish”按钮熄火,再通一段时间氩气,使固态检测器需要驱气干燥后再关闭;然后依次退出软件操作,把软件检测系统的温度设定在20 ℃后,打开软件,等温度达到20 ℃,关闭软件,松开蠕动泵,关闭计算机,按ICP 的红色按钮关闭仪器,最后依次关闭冷却水、稳压器。

七、思考题

为什么ICP 光源能够提高原子发射光谱分析的灵敏度和准确度?