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AES分析中的干扰效应及校正,你知道吗?

2018-07-03 16:19:03  来源: 检测家

在原子发射光谱(AES)分析中存在的干扰效应会对样品的测量结果产生系统误差或偶然误差。干扰现象依据产生的机理可分为光谱干扰和非光谱干扰两类,我们就着重讲一讲这两类干扰及其校正。


光谱干扰是指待测元素分析线的信号和干扰物产生的辐射信号分辨不开的现象;非光谱千扰包括物理干扰、化学干扰和电离干扰。


1
光谱干扰

原子发射光谱仪工作时,由于激发光源的能量高,在200~1000nm波长范围会产生10万~1000万条谱线,平均在0. 1 mm宽度就分布上百条谱线,因而几乎每个元素的分析线都会受到不同程度的谱线干扰。当使用ICP光谱仪时,比其它光源会出现更强的谱线重叠干扰,而成为ICP-AES中的主要干扰。


光谱干扰可分为谱线重叠干扰和背景干扰两类。


1、谱线重叠干扰

它是指被测定元素的分析线上被另外一个元素的谱线重叠或部分重叠,分为两种情况:


(1)谱线直接重叠即干扰线与分析线完全重合。

此时可用干扰系数法进行校正,它是指千扰元素所造成分析元素浓度的增加与干扰元素浓度的比值。


如测定地质样品中的Cr元素,当用Cr的分析线205.552nm进行测定时,大量Fe的存在会产生干扰,若Fe的质量浓度为1000mg/L时造成Cr的质量浓度增加0.2 mg/ L,此时Fe对Cr的干扰系数K为:


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被测元素分析受干扰时测得的浓度为表观浓度cs,其用干扰系数校正后,即得真实浓度cT

CT=CS-KcD

式中,CD为干扰元素的浓度。


使用干扰系数法应满足以下几点:

①必须已知干扰元素的浓度,并在被测元素分析浓度范围内,保持为常数。


②干扰系数K与光谱仪的分辨能力相关,使用不同的仪器,测得K值也不相同,文献资料中的K值只作为参考,多数情况应自行测定。


在ICP光谱分析中,对常见元素分析线产生的干扰线波长以及常见元素干扰系数,可从ICP光谱分析专著中查阅。


(2)复杂谱线重叠分析线和两条或两条以上的干扰线重叠或部分重叠。此时若使用干扰系数法会得到错误结果,因此时干扰系数K不是常数,需使用多谱线拟合程序来进行校正。


在现代原子发射光谱仪中,由于高分辨技术的应用,减少了光谱干扰,特别是中阶梯光栅和全息光栅的广泛应用,大大降低了杂散光,提高了色散率,有效地消除和减少了光谱干扰。


2、背景干扰

它是指有连续发射形成的带状光谱叠加在分析线上而形成的干扰。背景干扰分为四种情况,如图所示。

533381484f3112bba65bf546806b25d6.png

光谱背景干扰的几种情况
(a)简单平滑光谱背景;(b)斜坡背景;(C)弯曲背景;(d)复杂结构背景


(1)简单平滑光谱背景分析线谱峰被平滑背景叠加后,平行向上移动,可采用离峰单点校正,即从含背景的峰值强度中扣除背景强度值:

IAIAB=ICB


(2)斜坡背景分析左右背景强度随波长发生渐变,但变化是线性的,可用离峰两点校正,即在谱峰两侧等距离处,测定此两点背景强度,取其平均值,再从含背景的峰值强度中扣除背景平均值:


e3c93486563f18caab4ad83b94d61d9a.png

(3)弯曲背景分析线位于与其共存元素高强度谱线的一侧,形成渐变弯曲的斜坡背景,如果分析线强度较大,则仍可按线性斜坡背景的离峰两点校正方法进行,若分析线强度较低,则此法校正的误差较大,会给出不正确的测定数据。对这种光谱背景校正,用空白背景校正法,即用不含待测元素的溶液测出空白对应的谱线强度,再用被测元素测得的谱线强度(表观强度)减去空白对应的谱线强度,即完成校正。


(4)复杂结构背景这种光谱背景通常由分子光谱谱带或谱线混合叠加而成。对这种背景采用空白溶液校正法是最合适的。


背景于扰的存在会影响分析结果的准确度,应予以扣除,但采用的扣除方法又会引入附加的误差,因而应依据背景产生的原因尽量减弱或抑制背景,当然最好应选用不受干扰的分析线再进行谱线强度测定。


2
非光谱干扰

在原子发射光谱分析中,非光谱干扰有物理干扰、化学干扰和电离干扰。


1、物理干扰

分析试液物理特性,如黏度、密度和表面张力的差异,影响ICP雾化效率,引起谱线强度的变化,称物理干扰或物性干扰,它又分为酸效应和盐效应两类:


(1)酸效应在ICP分析中,样品需经酸溶解制成试样溶液,由于酸的类型和浓度的不同,会产生对谱线强度的影响。通常随酸度增加会显著降低谱线强度,无机酸对谱线强度的影响会按下述顺序递增:HCI<HNO3<HCIO<H3PO4<H2SO4。

酸效应是以在酸存在时的谱线强度与无酸存在时(去离子水溶液)谱线强度的比值来表示的(I/I)。


(2)盐效应当试样浓度增加(含盐量增加),其黏度、表面张力等物性均会增大,从而影响进样量,雾化效率和气溶胶传输效率降低,并进而影响分析线的谱线强度的降低。


消除物理干扰的根本方法是采用基体匹配法,即保持标准溶液和分析试样溶液及空白溶液中的酸度和盐含量相同。


2、化学干扰

化学干扰又称“溶剂蒸发效应”,是原子吸收法和火焰光度法普遍存在的干扰效应。如测Ca时,磷酸根或Al会产生干扰,此时应加入释放剂来降低化学干扰,在ICP光谱分析中,其影响较小,但仍存在。


3、电离干扰

对易电离的元素,其挥发进入火焰中,随电离的发生,使电子密度增加,会使电离平衡MM++e-向中性原子方向偏移,也会使谱线强度下降,因而在火焰光度法中,电离干扰是很严重的。在ICP光谱分析中,电离干扰要弱许多,但仍存在。


电离干扰对钠元素光谱的影响有如下规律:

(1)电离干扰对Na的离子线会降低谱线强度,对Na原子线会增强谱线强度。


(2)提高对炬焰的观测高度达15mm时,Na原子浓度高达1700ug/mL时,可降低Na对Ca(422.673nm)谱线的电离干扰。但在一般情况下,提高观测高度,电离干扰会增强,这可能是由于在较高观测高度,ICP炬焰的温度会降低而使谱线强度下降。


为消除电离干扰,可采用基体匹配法,或在定量分析时,使用标准加入法。



3
基体效应

基体效应是指样品中主要成分发生变化时,对分析线谱线强度和光谱背景的影响,它也是光谱分析中干扰效应的一种。


基体效应的产生,实质上是各种干扰效应的总和?;逍вχ饕欠枪馄赘扇?,但也包括光谱干扰中的背景干扰和激发于扰。


激发干扰是指由于样品成分变化,导致ICP光源温度、电子密度、原子及离子在光源中分布发生变化,而引起分析线谱线强度和光谱背景变化的现象。

由上述可知基体效应是多种干扰效应产生综合作用的结果。


基体效应与干扰元素的种类、含量(浓度)相关,也受ICP光谱分析条件,如高频功率、载气流量,观测高度的影响。


基体效应可用存在基体效应时分析线的谱线强度IB与无基体(空白)效应存在时分析线的谱线强度INB的比值B来表示。

B=IB/INB

当B>1时,基体效应增强,B<1时,基体效应被抑制。


为了降低光谱分析时基体效应的影响,可采用以下几种方法:

(1)采用稳健性(robust)分析条件又称强化条件。在ICP光谱分析中,应采用较高的高频功率、较低的载气流量、适中的观测高度,可以抑制基体效应。


(2)采用基体匹配法在配制标准溶液系列时,要加入与分析样品溶液相同量的基体成分,使标准溶液系列的主要成分与分析样品溶液相匹配。


(3)标准加入法当采用基体匹配法时,加入的基体成分要比分析试样的纯度高1.2个数量级,有时难于获得,此时可采用标准加入法,而无须使用基体成分材料。


(4)化学分离法待分离出基体成分后,再对样品溶液进行ICP光谱分析。



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