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【第二届网络原创大赛参赛作品】光谱载体氯化锂对ICP-OES法测定铅锰的影响研究

chemistryren

2009/11/18

私聊

ICP光谱

前一阵一直在做这方面的研究.做这个研究主要是来源于看到某本介绍ICP原理书中的一段话提到类似的方法.所以试了下.下面将详细过程叙述如下:
光谱载体和光谱缓冲剂在ICP-OES法测定重金属离子时常用于抑制基体效应，是一种补偿干扰效应的有效方法。有时光谱载体和光谱缓冲剂没有明显的界限，一种添加剂往往同时起缓冲剂和载体的作用。国外学者对光谱载体和光谱缓冲剂作了一些研究。Boumans等在讨论ICP放电中附随物干扰效应时，曾提到光谱缓冲剂可以在测定主要或痕量成分时使用。Newman等曾观察到低功率氩气-ICP放电中，CsCl对MnⅠ及PbⅠ283.3nm的有效增强效应。国内学者对光谱载体和光谱缓冲剂的研究报道甚少。陈金忠等研究了硫和碘在激光光源等离子体中对发射强度的增强效应。光谱载体LiCl在ICP-OES中的应用未见报道。本文研究了光谱载体LiCl对ICP-OES法测定Pb和Mn时的影响规律。

实验仪器
美国PE2100型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）。

实验试剂
GSB07-1282-2000Pb标准溶液500mg/L（国家标准物质研究中心）
GSB05-1127-2000Mn标准溶液500mg/L（国家标准物质研究中心）
LiCl优级纯（上海恒信化学试剂有限公司）
HNO3优级纯（国药集团化学试剂有限公司）

实验方法
分别考察不同的LiCl浓度、射频功率、观测高度、载气流量、进样量、观测方向对测定Pb、Mn灵敏度的影响。
仪器软件默认参数：射频功率1300瓦；观测高度15mm；载气流量0.8L/min；进样量1.5 mL/min。
Pb、Mn混合标准溶液系列浓度为0、0.50、1.00、2.00mg/L，硝酸浓度均为1%（v/v）。测定谱线：MnⅠ279.482nm、MnⅠ403.075nm、MnⅡ257.610nm、MnⅡ259.372nm、PbⅠ217.000nm、PbⅠ283.306nm、PbⅡ220.353nm。

实验结果:
LiCl浓度的影响:
以0%LiCl浓度时各条谱线的标准曲线斜率为参照，将0.5%、1%、3%、5%LiCl浓度各条谱线的标准曲线斜率与之相比。各谱线的相对灵敏度随LiCl浓度的变化情况见图1和图2。

由图1可知，水平观测时，1%LiCl的存在，使原子线MnⅠ279.482nm、MnⅠ403.075nm、PbⅠ283.306nm的谱线灵敏度有明显增强，但LiCl浓度大于1%后，原子线灵敏度继续增强的幅度不大。离子线MnⅡ257.610nm、MnⅡ259.372nm、PbⅡ220.353nm的灵敏度随着LiCl浓度的增加不断减小。原子线PbⅠ217.000nm的情况有点特殊，0.5%的LiCl使其谱线灵敏度略微增强，之后随着LiCl浓度的继续增大，灵敏度不断减小。

由图2可知，垂直观测时，随着LiCl浓度的增大，各原子线、离子线的谱线灵敏度均明显减小。其中，离子线MnⅡ257.610nm、MnⅡ259.372nm、PbⅡ220.353nm减小幅度比原子线MnⅠ279.482nm、MnⅠ403.075nm、PbⅠ283.306nm大，而原子线PbⅠ217.000nm灵敏度的减小幅度介于两者之间。

射频功率的影响:
以射频功率1000瓦，含1%LiCl 的Pb、Mn标准系列所测各条谱线的标准曲线斜率为参照，将1100、1200、1300、1400瓦条件下测得各条谱线的标准曲线斜率与之相比。各谱线的相对灵敏度随射频功率的变化情况见图3和图4。

由图3可知，水平观测时，随着射频功率的增大，原子线MnⅠ403.075nm的灵敏度略微减小，但趋势并不明显；原子线MnⅠ279.482nm和PbⅠ283.306nm的灵敏度有略微增强，趋势同样不明显；原子线PbⅠ217.000nm的灵敏度有较明显的增强；离子线MnⅡ257.610nm、MnⅡ259.372nm、PbⅡ220.353nm灵敏度的增强幅度较之原子线要显著得多。

由图4可知，垂直观测时，各谱线灵敏度随射频功率的变化情况与水平观测相似。但与水平观测不同的是，原子线MnⅠ403.075nm灵敏度的减小幅度比水平观测更大，原子线MnⅠ279.482nm的灵敏度随射频功率增大而略有减小，其余各条谱线的灵敏度增强幅度均比水平观测时小。

观测高度的影响:
以观测高度13mm，含1%LiCl 的Pb、Mn标准系列所测各条谱线的标准曲线斜率为参照，将观测高度14、15、16、17mm条件下测得各条谱线的标准曲线斜率与之相比。各谱线的相对灵敏度随观测高度的变化情况见图5和图6。

由图5和图6可见，水平观测和垂直观测时，各谱线灵敏度随观测高度的变化均较小，且杂乱无章，说明在13～17mm观测高度处，各谱线的灵敏度变化不显著。

载气流量的影响:
以载气流量0.6L/min，含1%LiCl 的Pb、Mn标准系列所测各条谱线的标准曲线斜率为参照，将载气流量0.7、0.8、0.9、1.0L/min条件下测得各条谱线的标准曲线斜率与之相比。各谱线的相对灵敏度随观测高度的变化情况见图7和图8。

由图7可知，水平观测时，原子线MnⅠ279.482nm、MnⅠ403.075nm、PbⅠ283.306nm的灵敏度随着载气流量的增大有明显的增强，离子线PbⅡ220.353nm的灵敏度随着载气流量的增大而逐渐减小，离子线MnⅡ257.610nm、MnⅡ259.372nm和原子线PbⅠ217.000nm的灵敏度在载气流量0.7L/min时最大，随着载气流量的继续增大，灵敏度逐渐减小。

由图8可知，垂直观测时，原子线MnⅠ279.482nm、MnⅠ403.075nm、PbⅠ283.306nm的灵敏度的变化趋势与水平观测相似，但MnⅠ403.075nm灵敏度的增强幅度大于水平观测。离子线MnⅡ257.610nm、MnⅡ259.372nm和原子线PbⅠ217.000nm的灵敏度在载气流量0.8L/min时最大，离子线PbⅡ220.353nm的灵敏度在载气流量0.8L/min时最大，随着载气流量的继续增大，其灵敏度逐渐减小。

进样量的影响:
以进样量1.0mL/min，含1%LiCl 的Pb、Mn标准系列所测各条谱线的标准曲线斜率为参照，将进样量1.2、1.5、1.8、2.0 mL/min条件下测得各条谱线的标准曲线斜率与之相比。各谱线的相对灵敏度随观测高度的变化情况见图9和图10。

由图9和图10可知，水平观测时，各谱线灵敏度随进样量的增大逐渐增强，但增强幅度不大，灵敏度相对比值最大仅1.14。垂直观测时各谱线灵敏度的变化情况与水平观测类似，灵敏度增强幅度也不大。

LiCl对Pb、Mn测定的影响机理
待测元素的电离反应可用下式表示：

Li是易电离元素，它电离产生的电子能抑制待测元素的电离反应，从而相对地增加待测元素中性原子浓度而降低离子浓度。LiCl在水平观测时起到消除电离干扰的作用，其作用与原子吸收光谱法中的消电离剂相似。
ICP-OES中普遍存在的另一种效应是盐效应。辛仁轩指出，随着溶液含盐量的增加，溶液提升量及谱线强度逐渐降低，其影响十分显著。用蠕动泵强制进样虽能降低溶液提升量的波动幅度，但含盐量对进样效率及谱线强度的影响并不能消除。
因此，在水平观测时，由于Li电离产生的电子抑制了待测元素Pb、Mn的电离反应，从而相对地增加了中性原子浓度而降低了离子浓度。因此，Pb、Mn的原子线发射强度显著增强。而随着LiCl浓度的增大，盐效应体现得愈发显著，离子线强度不断减弱，而原子线由于LiCl的消除电离效应大于盐效应，谱线强度仍有大幅度增强。结果如图1所示。在垂直观测时，由于电离效应比水平观测小很多，LiCl起到消除电离干扰的作用很小，这时盐效应占主导作用，导致原子线和离子线强度均下降。而由于LiCl对原子线的微弱增强作用，使得原子线谱线强度的减小幅度比离子线小。结果如图2所示。

结论
（1）LiCl是ICP-OES法测定Pb、Mn的良好载体。水平观测时，LiCl的存在，使原子线MnⅠ279.482nm、MnⅠ403.075nm、PbⅠ283.306nm的谱线净强度与灵敏度有显著增强。垂直观测时，LiCl的存在，使Pb、Mn各原子线与离子线的净强度与灵敏度均显著下降。
（2）射频功率、载气流量、进样量对ICP-OES法测定Pb、Mn均有一定影响，但对原子线与离子线的影响程度各不相同。在13～17mm观测高度处，各原子线与离子线的灵敏度变化不显著。

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