主题:【原创】在原子发射光谱法中谱线重叠干扰的判断和识别及分析线的选择

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shaweinan
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  随着ICP发射光谱分析应用的日益普及,现在我们国家应用ICP发射光谱进行元素分析的人已明显增多,它的应用领域也越来越广,因此从事ICP发射光谱分析的人也随之不断增多。近来曾多次看到网友发的有关分析线选择的求助帖,所以想借此和大家交流一下。
  所有新的分析技术出现时,往往都会注意到它的干扰问题,因为干扰效应是分析化学中最为复杂的问题之一,或者说分析化学中90%以上的理论问题,或多或少都是与解决干扰问题相关联的。
  原子发射光谱法也是一样,特别是由谱线重叠引起的光谱干扰更是如此。因为发射光谱的谱线非常之多,对于结构简单的元素来说,其谱线数量少则至少也有两位数,而对于那些结构复杂的元素来说,其谱线数量更是在5位数以上。
  这也不难理解,因为气态自由原子,在获得能量后可以被激发,而每个原子都有很多的激发态。如果气态自由原子所获得的能量超过了其电离能,它还会发生电离,电离之后如果继续获得能量,同样会被激发而跃迁到离子的激发态上,所以每一种元素的原子包括其离子都会具有很多很多的能级。
  现在的ICP全谱直读型仪器,大多采用中阶梯光栅的二维分光的方式,所以得到的谱图已不再象过去的一维线光谱,它是二维的或三维的(第三维是发射强度)。因此每当有人问我发射光谱有多少谱线时,我就会给他们看多元素的二维发射光谱的谱图,我就会问他们这样的谱图看上去象不象晴天无云的夜晚中天上的星星,它们有大的有小的,有亮的有暗的,如果有人让你去数星星你还想知道它们有多少吗?
  正是因为原子发射光谱有如此多的谱线,所以当发射光谱的仪器其分光系统的色散能力和分辨能力不够时,一些波长相差很小的谱线就会部分地或完全地重叠在一起,形成光谱干扰。至今还没有一台仪器可以将所有原子谱线都能分开的光谱仪器。这就是为什么我们在进行原子发射光谱分析时要处理光谱干扰的原因。谱线多是坏事也是好事,因为它在容易形成干扰的同时也为我们提供了更多的选择余地,为我们提供了非常丰富的原子结构信息,这也正是为什么发射光谱定性分析准确可靠的重要原因。
  好在过去的发射光谱仪器中,有一种采用光电倍增管对发射光谱的谱线强度进行检测的叫多道仪器,因为它可以进行多元素同时测定,所以对每种元素通常只提供一条固定波长的谱线,这样就不可避免地要解决由谱线重叠引起的光谱干扰问题,所以过去曾经有很多人专门从事这方面的研究,因此建立了很多比较好的和行之有效的校正方法,其中现在全谱直读仪器软件中用得比较多的一个是干扰系数法,另一个就是谱线解析法。因为关于这方面的内容比较多,所以在此不便作更多的熬述,在江祖成等编写的《现代原子发射光谱分析》有专门的一章介绍这方面的内容。
  知道了谱线重叠干扰该如何校正之后,接下来的问题就是如何去判断和识别这一干扰了。现在的全谱直读型仪器采用的是固体成像检测器来记录和测量谱线的发射强度,它们一般都具有呈现谱线轮廓的功能,我们可以通过这一功能直接观察分析线的情况,尽管它们都是峰形的,但它们可能会因元素的不同或谱线的不同而呈现出各种形状,它们可能有对称的有非对称的,有宽粗的有苗条的,有俊俏的有难看的,我们可以利用这一功能非常直观地看出线翼重叠。
  对于完全重叠或近乎完全重叠的谱线的情况可能会复杂一些,因为在一般情况下,仪器软件会对每一种元素提供一条以上可供选择的分析线,在进行分析测定时,可以多选几条谱线,如果由所有谱线都能得出一致的结果,就表明分析结果准确可靠,没有谱线干扰线的影响,反之的话结果明显偏高的,就很可能存在完全重叠或近乎完全重叠的干扰谱线。如果我们将基体分离并扣除空白后,之前结果明显偏高的谱线不再偏高,则一般就可以进一步确定它存在完全重叠或近乎完全重叠的谱线干扰。

   http://www.instrument.com.cn/bbs/shtml/20081029/1554124/
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shaweinan
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  谈完了谱线重叠干扰的判断和识别后,最好要说的就是分析线的选择问题了。这个问题应该比前面的问题容易得多,通常可以遵循以下原则:
 1. 尽量选择没有干扰或干扰小的谱线,对于干扰的大小可以通过分析线和干扰线的自身发射强度及在样品中的相对含量来判断;
 2. 选择灵敏度高的即自身发身强度大的谱线;
 3. 自吸收效应小的谱线,特别是在分析元素含量比较高时更是如此。如果被测元素的含量很高,这时可以选择次灵敏线。如果被测元素是样品中的大量或主量元素,甚至都可以考虑选用非灵敏线;
 4. 选择背景小的谱线;
 5. 选择对称性和峰形好的谱线。
  对于分析线选择的是否合适,最后主要还是要看分析结果的好坏,如果分析结果准确,无疑分析线选择得就没问题,否则的话就要视具体情况来分析一下了,因为还涉及到样品的前处理和水及试剂空白,还涉及到标准样品和分析样品的基体匹配问题,还涉及到样品溶液中被测元素的含量是否在ICP发射光谱法的检测范围之内的问题等等。
  其实,谱线重叠干扰并非只存在于原子发射光谱法中,在原子吸收和原子荧光中也都存在,只不过是因为原子吸收得到的谱线,大多都是一些以基态为低能级的共振线,所以谱线要比发射法少很多,而原子荧光是用元素的某一特征谱线进行激发,激发态比较单一,所以它的谱线就更为简单,因此这也是原子吸收仪器和原子荧光仪器光学系统中对分光部分要求比较低的重要原因,但是这两种方法在进行分析时也是要考虑谱线重叠的干扰问题的。
  前面讲了一些有关谱线干扰的问题,那么在分析化学中什么是干扰?所谓的干扰一般是指由于附随物质的存在,而引起的分析结果出现误差或差错的效应。这里的附随物质是指除了分析物和溶剂(如果采用溶剂的话)之外的存在于样品中的所有其它成分,而这些成分是原有的,也可以是添加的。
  在原子光谱法中的干扰效应,一般可按其机理将它们分为两类,一类是由分析物光谱信号与干扰物引起的辐射信号分辨不开而产生的光谱干扰,它主要包括光谱线重叠干扰和连续背景干扰;另一类是样品基体各成分中一个或几个附随物使已经分辨开的分析物光谱信号出现增强或减弱的非光谱干扰,它主要包括与分析物挥发、原子化、激发、电离等过程有关的特征干扰和溶液雾化(当采用溶液气溶胶进样时)过程有关的非特征干扰。在非光谱干扰中,如果干扰是由化学反应所引起的,习惯上就称其为化学干扰;如果是由电离效应所造成的,就称为电离干扰;如果是由于溶液的粘度、密度、表面张力气态原子扩散迁移过程的变化所产生的,就称为物理干扰。对于经典光谱法而言,非光谱干扰往往是造成分析结果准确度低的一个重要原因;而对于ICP发射光谱法而言,光谱干扰似乎更会引起人们的重视与关注。

   http://www.instrument.com.cn/bbs/shtml/20081029/1554124/
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Last edit by shaweinan
hb-hd-wy
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感谢楼主整理出这么有用的资料,这些都是平时工作中积累的知识,努力学习中,希望还有更多关于此类话题的探讨。
还要好好领会。
老难人
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楼主可以参加今年国庆原创大赛,估计能得奖.非常实用的资料.
nick91
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yanhu840309
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对于完全重叠或近乎完全重叠的谱线的情况可能会复杂一些,因为在一般情况下,仪器软件会对每一种元素提供一条以上可供选择的分析线,在进行分析测定时,可以多选几条谱线,如果由所有谱线都能得出一致的结果,就表明分析结果准确可靠,没有谱线干扰线的影响,反之的话结果明显偏高的,就很可能存在完全重叠或近乎完全重叠的干扰谱线。如果我们将基体分离并扣除空白后,之前结果明显偏高的谱线不再偏高,则一般就可以进一步确定它存在完全重叠或近乎完全重叠的谱线干扰。


呵呵,这一个方法很不错,很实用的,我用过很多次,当开始测不同的样品时,我一般选择多谱线,比较那条线更好,从而选择最好的谱线得到比较准确的结果!
yuduoling
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atlas
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好贴!
全谱直读型仪器中的固体成像检测器记录和测量谱线的发射强度,它们一般都具有呈现谱线轮廓的功能,我们可以通过这一功能直接观察分析线的情况.

原来的光电倍增管检测器也有这一功能,对于连续谱的背景扣除方法是一样的,但对于谱线叠加所产生的干扰不同的软件可能就融入了各家自己的处理方法了.
wudome
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飘尘
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说的很好谢谢有些地方不太懂要是具体一点最好了。不好意思本人比较贪婪。
有个问题想请教楼主
假如选择两条的话、从图上都看不出干扰是很完美的峰形。结果第一灵敏的结果比次灵敏的高很多我该如何选择最终结果?
谢谢