Induktivt koblet plasma atomutslippsspektroskopi - Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy

ICP atomemissionsspektrometer.

Induktivt koblet plasma atomemissionsspektroskopi (ICP-AES), også referert til som induktivt koblet plasma optisk utslippsspektrometri (ICP-OES), er en analytisk teknikk som brukes for påvisning av kjemiske elementer. Det er en type utslippsspektroskopi som bruker det induktivt koblede plasmaet til å produsere eksiterte atomer og ioner som avgir elektromagnetisk stråling ved bølgelengder som er karakteristiske for et bestemt element . Plasmaet er en høy temperaturkilde for ionisert kildegass (ofte argon). Plasmaet opprettholdes og vedlikeholdes ved induktiv kobling fra avkjølte elektriske spoler ved megahertz -frekvenser. Kildetemperaturen er i området fra 6000 til 10 000 K. Intensiteten til utslippene fra forskjellige bølgelengder av lys er proporsjonal med konsentrasjonene av elementene i prøven.

Mekanisme

ICP Plasma "fakkel".

ICP-AES består av to deler: ICP og det optiske spektrometeret . ICP -fakkelen består av 3 konsentriske kvartsglassrør . Utgangs- eller "arbeidsspolen" til radiofrekvensgeneratoren (RF) omgir en del av denne kvartsbrenneren. Argongass brukes vanligvis til å lage plasma .

ICP -ene har to driftsmoduser, kalt kapasitiv (E) -modus med lav plasmatetthet og induktiv (H) -modus med høy plasmatetthet, og E til H -varmemodusovergang skjer med eksterne innganger. Fakkelen brukes i H -modus.

Når fakkelen slås på, opprettes et intenst elektromagnetisk felt inne i spolen av det høyeffektive radiofrekvenssignalet som strømmer i spolen. Dette RF -signalet opprettes av RF -generatoren, som effektivt er en radiosender med høy effekt som driver "arbeidsspolen" på samme måte som en typisk radiosender driver en senderantenne. Typiske instrumenter kjører på enten 27 eller 40 MHz. Argongassen som strømmer gjennom fakkelen antennes med en Tesla -enhet som skaper en kort utladningsbue gjennom argonstrømmen for å starte ioniseringsprosessen. Når plasmaet er "antent", slås Tesla -enheten av.

Argongassen ioniseres i det intense elektromagnetiske feltet og strømmer i et bestemt rotasjonssymmetrisk mønster mot magnetfeltet til RF -spolen. Et stabilt plasma med høy temperatur på omtrent 7000 K genereres deretter som et resultat av de uelastiske kollisjonene som oppstår mellom de nøytrale argonatomer og de ladede partiklene.

En peristaltisk pumpe leverer en vandig eller organisk prøve i en analytisk forstøver hvor den blir omgjort til tåke og introdusert direkte inne i plasmaflammen. Prøven kolliderer umiddelbart med elektronene og ladede ioner i plasmaet og brytes selv ned i ladede ioner . De forskjellige molekylene brytes opp i sine respektive atomer som deretter mister elektroner og rekombinerer gjentatte ganger i plasmaet, og avgir stråling ved de karakteristiske bølgelengdene til de involverte elementene.

I noen design brukes en skjærgass, vanligvis nitrogen eller tørr trykkluft for å 'kutte' plasmaet på et bestemt sted. Ett eller to overføringslinser blir deretter brukt til å fokusere det utsendte lyset på et diffraksjonsgitter der det blir separert i komponentbølgelengdene i det optiske spektrometeret. I andre konstruksjoner rammer plasmaet direkte på et optisk grensesnitt som består av en åpning hvorfra en konstant strøm av argon kommer ut, avbøyer plasmaet og sørger for avkjøling mens det avgitte lyset fra plasmaet kommer inn i det optiske kammeret. Enda andre design bruker optiske fibre for å overføre noe av lyset til separate optiske kamre.

Innenfor det eller de optiske kammerene, etter at lyset er atskilt i dets forskjellige bølgelengder (farger), måles lysintensiteten med et eller flere fotomultiplikatorrør som er fysisk plassert for å "se" den eller de spesifikke bølgelengdene for hver elementlinje som er involvert, eller, i mer moderne enheter, faller de adskilte fargene på en rekke halvlederfotodetektorer som ladningskoblede enheter (CCDer). I enheter som bruker disse detektorarrayene, kan intensiteten til alle bølgelengder (innenfor systemets område) måles samtidig, slik at instrumentet kan analysere for hvert element som enheten er følsom for på en gang. Dermed kan prøver analyseres veldig raskt.

Intensiteten til hver linje blir deretter sammenlignet med tidligere målte intensiteter av kjente konsentrasjoner av elementene, og deres konsentrasjoner blir deretter beregnet ved interpolasjon langs kalibreringslinjene.

I tillegg korrigerer spesiell programvare generelt for forstyrrelser forårsaket av tilstedeværelsen av forskjellige elementer i en gitt prøvematrise.

applikasjoner

Eksempler på anvendelse av ICP-AES inkluderer bestemmelse av metaller i vin, arsen i mat og sporstoffer bundet til proteiner.

ICP-OES er mye brukt i mineralbehandling for å gi data om karakterer for forskjellige bekker, for konstruksjon av massebalanser.

I 2008 ble teknikken brukt ved Liverpool University for å demonstrere at en Chi Rho -amulett funnet i Shepton Mallet og tidligere antatt å være blant de tidligste bevisene på kristendommen i England , bare datert til det nittende århundre.

ICP-AES brukes ofte til analyse av sporstoffer i jord, og det er av den grunn som det ofte brukes i rettsmedisin for å fastslå opprinnelsen til jordprøver funnet på åsteder eller på ofre osv. Ta en prøve fra en kontroll og bestemme metallsammensetningen og ta prøven hentet fra bevis og bestemme at metallsammensetningen tillater en sammenligning. Selv om jordbevis ikke står alene i retten, styrker det sikkert andre bevis.

Det er også raskt i ferd med å bli den foretrukne analytiske metoden for bestemmelse av næringsnivåer i jordbruksjord. Denne informasjonen brukes deretter til å beregne mengden gjødsel som kreves for å maksimere avlingens utbytte og kvalitet.

ICP-AES brukes til analyse av motorolje . Analyse av brukt motorolje avslører mye om hvordan motoren fungerer. Deler som slites i motoren vil sette av spor i oljen som kan påvises med ICP-AES. ICP-AES-analyse kan bidra til å avgjøre om deler feiler. I tillegg kan ICP-AES bestemme hvilken mengde visse oljetilsetningsstoffer som gjenstår og derfor angi hvor lang levetid oljen har igjen. Oljeanalyse brukes ofte av flåtesjef eller bilentusiaster som har interesse av å finne ut så mye om motorens drift som mulig. ICP-AES brukes også under produksjon av motoroljer (og andre smøreoljer) for kvalitetskontroll og overholdelse av produksjons- og bransjespesifikasjoner.

Se også

Referanser

Eksterne linker