2.4实验部分

实验1 ICP-AES法测定人发中微量铜、铁、锌

一、实验目的

①掌握电感耦合等离子体发射光谱仪的使用方法；

②熟悉电感耦合等离子体发射光谱同时测定多元素的方法；

③了解生化样品的处理方法。

二、实验原理

微量元素与人体健康密切相关，每一种必要微量元素都在维持人体正常生命活动中担负着极其重要的生物学功能。头发作为人体新陈代谢的重要排泄途径之一，其中微量元素的含量反映了人体营养代谢状况。由于头发中各微量元素含量比血液、尿液中高，且具有取材方便、不损伤人体、易于储存和分析等特点，已被看作是一种理想的活体检测材料和环境生物指示性样品。

ICP-AES分析法是将试样在等离子体光源中激发，使待测元素发射出特征波长的辐射，经过分光，测量其强度而进行定量分析的方法。它具有分析速度快、灵敏度高、稳定性好等特点，且可进行多元素同时分析测定。本实验采用湿式消除法将人发样品溶解成澄清溶液，通过ICP光电直读光谱仪测定人发中的微量元素。

三、仪器与试剂

1)仪器

ICP-AES仪(Agilent 5800）；石英坩埚。

2)试剂与器材

高纯氩气；浓硝酸、盐酸、过氧化氢均为分析纯；纯铜、纯铁和纯锌均为光谱纯；实验用水均为去离子水。

3)样品

人发。

四、实验步骤

1)样品溶液的制备

用不锈钢剪刀从后颈部剪取头发试样，将其剪成约1 cm发段，用洗发精洗涤，再用自来水清洗多次，将其移入布氏漏斗中，用1 L蒸馏水淋洗，于110℃下烘干。准确称取试样0.3g,置于石英坩埚内，加入5 mL浓HNO ₃ 和0.5mLH ₂ O ₂ ,放置数小时，在电热板上加热，稍冷后滴加H ₂ O ₂ ,加热至近干；再加少量浓HNO ₃ 和H ₂ O ₂ ,加热至溶液澄清，浓缩至1~2 mL,加入少许蒸馏水稀释，转移至25mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，待测定。

2)溶液配制

(1)铜储备液(1.000 mg/ mL)

溶解1.000 g光谱纯铜于20 mL 6 mol / L HNO ₃ ,移入1 000 mL容量瓶，用高纯水稀释至刻度，摇匀。

(2)铁储备液(1.000 mg/ mL)

称取光谱纯铁1.000 g,溶于20 mL 6 mol / L HNO ₃ 中，移入1 000 mL容量瓶，用高纯水稀释至刻度，摇匀。

(3)锌储备液(1.000 mg/ mL)

称取光谱纯锌1.000 g,溶于20 mL 6 mol / L HNO ₃ 中，移入1 000 mL容量瓶，用高纯水稀释至刻度，摇匀。

(4)Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 混合使用液

分别取1.000 mg/ mL的铜、铁、锌储备液5.00 mL至50 mL容量瓶中，加入6 mol / L HNO ₃ 溶液3 mL,用水稀释至刻度，摇匀，此溶液中Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 的浓度为100.0μg/ mL。取100.0μg/ mL的Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 标准溶液5.00 mL至另一50 mL容量瓶中，加6 mol / L HNO ₃ 溶液3 mL,用水稀释至刻度，摇匀。此溶液含Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 的浓度均为10.0μg/ mL。

(5)Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 混合标准溶液

取5个25 mL容量瓶，分别加入上述10.0μg/ mL Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 混合使用液0.00,2.50,5.00,10.00和20.00 mL,加上6 mol / L HNO ₃ 溶液3 mL,用水稀释至刻度，摇匀。此溶液含Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 分别为0.00,1.00,2.00,4.00和8.00μg/ mL。

3)ICP-AES测定条件的设置

①射频发生器频率40MHz,入射功率1 kW,反射功率小于5 kW。

②等离子炬管三层同心石英管。

③雾化器同轴石英玻璃雾化器。

④氩载气流量0.3 mL/ min。

⑤氩冷却气流量12 L/ min。

⑥氩护套气流量0.2 L/ min。

⑦试液提升量1.5 mL/ min。

⑧测定波长 Cu 324.75 nm,Fe 238.20 nm,Zn 213.86 nm。

⑨积分时间2 s。

4)测定

根据实验条件，将ICP-AES仪按仪器的操作步骤进行调节，分别将配置的Cu ^{2 +} ,Fe ^{3 +} ,Zn ^{2 +} 混合标准溶液和试样溶液上机测试。

五、注意事项

①实验中使用的器皿都用10%HNO ₃ 溶液浸泡48h,然后二次蒸馏水冲洗，自然晾干备用。

②溶样过程中加H ₂ O ₂ 时，要将试样稍冷，且要慢慢滴加，以免H ₂ O ₂ 剧烈分解将试样溅出。

六、数据处理

自行设计表格，记录工作条件、标准溶液和样品中铜、铁、锌的谱线强度，计算出发样中铜、铁、锌含量，以μg/ g表示。

七、思考题

①人发样品为何通常用湿法处理？若用干法处理，会有什么问题？

②如何确定标准溶液中各元素的浓度？

实验2 ICP-AES法测定工业废水中铬、锰、铁、镍、铜

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;HNO ₃ (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1.0mg/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%HNO ₃ 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。

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)

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

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0.45μm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)

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

六、注意事项

1)开机

先开氩气（调到0.65MPa,小于0.3MPa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%HNO ₃ 溶液)10min,然后吸入去离子水10min,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？

实验3 ICP-AES法测定矿泉水中微量元素

一、实验目的

①掌握ICP-AES分析的基本原理；

②学习ICP发射光谱仪的操作和分析方法；

③应用ICP-AES测定矿泉水中Sr含量。

二、实验原理

矿泉水中含有Ca,Na,K,Mg,Zn,Fe,P,Sr等多种微量元素，对人体生长、发育、生殖以及衰老过程起着重要作用。通常这些微量元素含量很低，采用ICP-AES法能较快地准确地测定。

含有Sr的矿泉水由载气（氩气）带入雾化系统雾化后，以气溶胶形式进入等离子体的轴向中心通道，在高温和惰性气氛中被充分蒸发、原子化、电离和激发，发射出待测元素Sr的特征谱线，根据特征谱线强度确定矿泉水中Sr的含量。

三、仪器与试剂

1)仪器

光电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；硝酸锶（优级纯）；实验用水均为去离子水。

3)样品

市售瓶装矿泉水。

四、实验步骤

1)标准溶液的配制

(1)Sr标准贮备液(1 000μg/ mL)

准确称取2.4152 g硝酸锶，溶解于体积分数为1%HNO ₃ 中并稀释至1 000mL,摇匀。其浓度为1 000μg/ mL。

(2)Sr标准使用液(10μg/ mL)

准确移取1 000μg/ mL Sr标准贮备液10.00 mL于1 000 mL的容量瓶中，用去离子水定容，摇匀。其浓度为10μg/ mL。

2)配制标准系列

分别移取Sr标准工作液1.00,5.00,10.00,15.00,20.00 mL于100 mL的容量瓶中，用去离子水定容，系列浓度为0.1,0.5,1.0,1.5,2.0μg/ mL。

3)仪器工作前的准备

开机、预热、点燃等离子体，待炬焰稳定，仪器即处于工作状态。

4)测定

将配制的标准系列溶液及样品（矿泉水）引入炬管，测定。

五、数据处理

计算机绘制工作曲线，并计算待测物含量。

六、思考题

试述等离子体的轴向中心通道对于等离子体发射光谱分析性能的重要意义。 QA4fHECwFm+l6vnBxlP+CJmI0lsnxilRSwATHcjbANs1LctjKTEV6bHml9o1pu40