k) 读取设备: 在ICP/AES(-OES)和AAS中,发射强度与目标元素的浓度成比例;或在ICP/MS中离子电流与目标元素的质荷比成比例。
l) 检测限:当对校准空白样进行连续10次的测量,发现对于原子谱线(ICP/AES(-OES)和AAS)的强度和选择的质荷比(ICP/MS)的强度或背底强度能够产生三倍于标准的偏差时的浓度。
m) 分辨率:光谱仪能够分辨两个非常临近谱线的能力。
n) 质量控制:为了保证数据可靠性而进行的使分析结果符合额定标准的程序。
14.4 仪器/设备和材料
14.4.1 仪器/设备
a) ICP/AES(-OES):仪器组成如下:样品支架、等离子喷枪、连接电路、离子透镜、质量分离器、光学单位、探测器、控制系统和数据输出装置。
b) ICP/MS:仪器组成如下:样品支架、稳弧剂、连接电路、离子透镜、质量分离器、探测器、真空容器、控制系统和数据输出装置。
c) AAS:仪器组成如下:一个单槽燃烧器头、中空的阴极灯、探测器、数据处理器和控制系统。
d) 耐氢氟酸的样品容器:该容器的样品嵌入部分和吹焰器已做了耐氢氟酸的处理。
e) 氩气:气体纯度高于99.99%(体积分数)。
f) 乙炔气:气体纯度高于99.99%(体积分数)。 g) 天平:精度为0.1mg量级。
h) 玻璃器皿:所有的玻璃器皿在使用前都需用体积分数为10%的硝酸清洗。
长颈烧瓶:100ml
烧杯: 100ml,200ml等
容量瓶: 50ml,100ml,200ml等
移液管: 1ml,5ml,10ml,20ml等 漏斗
表面皿
坩埚: 50ml,150ml等
i) 白金坩埚: 50ml,150ml等
j) 瓷坩埚:比如50ml,150ml等
k) PTFE/PFA(聚四氟乙烯/有侧链的聚四氟乙烯)器材:所有器材在使用前都需用体积分数为10%的硝酸清洗。
烧杯: 100ml,200ml等
容量瓶: 100ml,200ml,500ml等
l) 微量吸移管: 10μl,100μl,200μl等
m) 容器:用于存放标准溶液和校准用标准溶液
用于元素浓度分析的普通容器,由高密度聚乙烯制成;用于超示踪量级测定的容器应由聚四氟乙烯(PFA)或氟化乙丙烯(FEP)制成。在选用任一种容器时,使用者必须确认所选容器的适用性。
n) 电热板或热砂浴
o) 马弗炉:可在450±25℃保温。 p) 本生喷灯或相似的煤气喷灯 q) 微波消解系统
警告:对于用于个人实验室的专门的模型和微波设备,制造商有许多安全和操作规范。分析人员需要查阅专门的设备手册、制造商和文献,以便对微波设备进行适当而安全的操作。
r) 微波消解器:100ml等 s) 耐热绝热板 t) 纸过滤器
14.5 试剂
为了在痕迹量级测定元素,试剂必须具有极高的纯度。与被测定的最低浓度相比,那些分析物或试剂、水中的干扰物质的浓度是可以忽略的。
a) 水:ISO 3696:1987中指定的等级为1、用于所有样品溶液的制备和稀释的水。
b) 硫酸:ρ(HSO)=1.84g/ml,95%
24
c) 硝酸:ρ(HNO)=1.40g/ml,65%
32
2
d) 过氧化氢:ρ(HO)=1.10g/ml,30% e) 盐酸:ρ(HCl)=1.19g/ml,37%
f) 氢氟酸:ρ(HF)=ISO 40≈42%;JIS 46≈48% g) 硼酸(HBO)
3
h) 铅浓度为1000μg/l的标准溶液 i) 镉浓度为1000μg/l的标准溶液 j) 内标溶液
将使用不干扰目标元素的内标元素。而且样品溶液中内标元素的含量必须在可以忽略的量级。Sc,In,Tb,Lu,Re,Rh,Bi和Y可以用来作内标元素。
使用ICP/AES(-OES)时,推荐使用Sc或Y;使用ICP/MS时,推荐使用Rh。内标元素的浓度通常为1000μg/l。
警告:在这个方法中,没有精确定义每一种需使用的试剂的毒性。然而,每一种化合物都须被当作对健康有害的物质来对待。从这个观点出发,推荐无论使用什么方法都要尽可能低的暴露化合物。
制备方法包括了强酸的使用,这些强酸是腐蚀品,并会导致灼伤。处理这些酸的时候必须穿戴实验服、手
套和安全眼镜。
硝酸会挥发有毒蒸汽。因为存在有毒气体释放的可能性,所以在消解和向样品中添加酸的操作通常在通风橱中进行。
从等离子体中产生的废气应该由烟雾回收系统排走。 在使用氢氟酸时需要特别的预防措施。
14.6 样品制备
14.6.1 测试部分
为了获得需要的结果,可以根据标准来选用不同的分析手段,而分析手段不同,则所需样品的数量也不同。通常建议开始时选用最大量的样品。更进一步的考虑将发现其风险。
对于湿酸消解法,用于研磨、碾磨或切削的400mg样品应精确测量到0.1mg量级;对于干灰化
法或酸消解封闭系统,用于研磨、碾磨或切削的200mg样品应精确测量到0.1mg量级。
14.6.2 试液的制备 14.6.2.1 干灰化法
a) 当样品中不含卤素化合物时(该信息可从预先的筛选实验中获得):
将称量好的样品放在坩埚中,坩埚置于耐热绝热板的孔中。然后平缓加热坩埚,为了适当通风,加热是在一个通风柜的燃烧室中进行的,同时注意样品没有被点燃。当样品已被消解成一个焦块,逐渐加温直到挥发的消解产物已被充分排出,最后只留下干的碳质残渣。然后将坩埚及其里面的物质移入450±25℃的马弗炉,炉门不紧闭以提供足够的空气来氧化碳。再后,将坩埚及其里面的物质从炉中取出冷却至室温。加入5ml硝酸,将合成溶液移至容量瓶中,并加水至50ml。这个合成溶液是浓缩的样品溶液。对每一种仪器,浓缩的样品溶液都可以用来稀释成相应浓度的溶液。如果使用了内标,那么内标物必须在加水之前加入:以50ml的最后体积为参考,对于ICP-AES和ICP-MS分别是加入500μl和500nl的内标,其中内标物必须在加水之前加入。
b) 当样品中含有卤素化合物时(该信息可从预先的筛选实验中获得):
称量好的样品被放在坩埚中。加入10到15ml的硫酸,然后将坩埚及其里面的物质放在电热板或砂浴上缓慢加热,直到塑料熔化并变黑。再后加入5ml硝酸,并继续加热直到塑料完全降解并产生白烟。
c) 冷却后,将坩埚放入保温在450±25℃的马弗炉中,样品被蒸发,干燥和灰化,直到碳被完全地燃烧。灰化后,加入5ml硝酸,然后将合成溶液移入50ml容量瓶中,并用水加至50ml。这个合成溶液是浓缩的样品溶液。对每一种仪器,浓缩的样品溶液都可以用稀释成相应浓度的溶液。如果使用了内标,那么内标必须在加水之前加入:以50ml的最后体积为参考,对于ICP-AES和ICP-MS分别是加入500μl和500nl的内标,其中内标必须在加水之前加入。
d) 如果有样品遗留物,用离心机或滤纸将它们分离。为确定目标元素缺失,残渣必须用合适的测量手段(如:XRF)来检测。
注释:这个方法不适用于氟碳化合物。见章节12.1
14.6.2.2 湿酸消解法
该方法只用于对镉的测定。因为在使用硫酸时,会由于生成硫酸铅而导致铅损失,所以该方法对铅的测定不适用。
a) 样品在烧瓶中进行测量。在其中加入5ml硫酸和1ml硝酸,然后加热直到样品灰化并产生白烟。停止加热,加入少量硝酸(约0.5ml),然后继续加热直到白烟产生。重复以上加热和用硝酸消解的过程,直到消解后的溶液变成浅黄色。
b) 然后冷却样品数分钟。加入少量过氧化氢(一次几毫升),再次加热直到产生白烟。冷却后,将溶液移入100ml容量瓶,并加水至100ml。这个合成溶液是浓缩的样品溶液。对每一种仪器,浓缩的样品溶液都可以用稀释成相应浓度的溶液。如果使用了内标,那么内标必须在加水之前加入:以100ml的最后体积为参考,对于ICP-AES和ICP-MS分别是加入1000μl和1000nl的内标,而且内标必须在加水之前加入。
当消解不完全或样品中含有二氧化硅、钛等时(该信息可从预先的筛选实验中获得):
将称量的样品放入烧瓶。加入5ml硫酸和1ml硝酸,然后加热直到样品灰化并产生白烟。
停止加热,加入少量硝酸(约0.5ml),然后继续加热直到白烟产生。重复以上加热和用硝酸消解的过程,直到消解后的溶液变成浅黄色。
然后冷却样品数分钟。加入少量过氧化氢(一次几毫升),然后再次加热直到产生白烟。冷却后,将溶液移入氟烃树脂管。再加入5ml氢氟酸,并加热此管直到产生白烟。可以加入硼酸来实现氟化物的络合以保护石英的等离子喷枪(此时没有防酸的样品支架可供使用)。冷却后,将溶液移入100ml容量瓶,并加水至100ml。这个合成液是浓缩的样品溶液。对每一种仪器,浓缩的样品溶液都可以用稀释成相应浓度的溶液。如果使用了内标,那么内标必须在加水之前
加入:以100ml的最后体积为参考,对于ICP-AES和ICP-MS分别是加入1000μl和1000nl的内标(12.5j),其中内标必须在加水之前加入。
d) 如果有样品遗留物,用离心机或滤纸将它们过滤。为确定目标元素缺失,残渣必须用合适的测量手段(如:XRF)来检测。 14.6.2.3 用于酸消解的封闭系统
a) 将称量的样品放入微波消解管中,加入5ml硝酸。可以添加少量或是能够起催化作用的量(比如0.1到1ml)的过氧化氢来促进有机物的完全氧化。消解管用盖盖上,放置在一个微波消解装置中。样品在微波炉中按照预先制定的程序进行消解。冷却后,将溶液移入50ml容量瓶,并加水至50ml。这个合成溶液是浓缩的样品溶液。对每一种仪器,浓缩的样品溶液都可以用稀释成相应浓度的溶液。如果使用了内标,那么内标必须在加水之前加入:以50ml的最后体积为参考,对于ICP-AES和ICP-MS分别是加入500μl和500nl的内标,而且内标必须在加水之前加入。
警告:只有在知道样品的活性成分时才能添加过氧化氢。过氧化氢可与易氧化材料发生快速而猛烈的反应。当样品中可能含有大量易氧化有机成分时,不要添加过氧化氢。
b) 当消解不完全或样品中含有二氧化硅、钛等时(该信息可从预先的筛选实验中获得):
将称量的样品放入微波消解管。加入5ml硝酸和1ml氢氟酸。可以添加少量或起催化作用
的量(比如0.1到1ml)的过氧化氢来促进有机物的完全氧化。消解管用盖盖上,放置在一个微波消解装置中。样品在微波炉中按照预先制定的程序进行消解。可以加入硼酸来实现氟化物的络合以保护石英的等离子喷枪(此时没有防酸的样品支架可供使用)。冷却后,将溶液移入50ml容量瓶,并加水至50ml。这个合成溶液是浓缩的样品溶液。对每一种仪器,浓缩的样品溶液都可以用稀释成相应浓度的溶液。如果使用了内标,那么内标必须在加水之前加入:以50ml的最后体积为参考,对于ICP-AES和ICP-MS分别是加入500μl和500nl的内标,而且内标必须在加水之前加入。
警告:只有在知道样品的活性成分时才能添加过氧化氢。过氧化氢可与易氧化材料发生快速而猛烈的反应。当样品中可能含有大量易氧化有机成分时,不要添加过氧化氢。
c) 如果有样品遗留物,用离心机或滤纸将它们过滤。为确定目标元素缺失,残渣必须用合适的测量手段(如:EDXRF)来检测。 14.6.3 实验室试剂空白液的制备
制备程序与样品制备相同,只是此时溶液中不含样品。
14.7 测试步骤
通常,应该假设样品是由未知成分组成。这样的话,推荐使用内标法(强度比较法)。如果