ICP-OES電感耦合等離子體法點火失敗及原因分析

郭立霞 李曉迎 軒沖

摘 要：ICP-OES電感耦合等離子體法測定汽油中的Si含量、柴油抗磨劑中的Ca、Fe、Mg、K、Na、Zn等重金屬含量的分析方法，在分析過程中經(jīng)常會遇到ICP儀器點火失敗的現(xiàn)象，導致樣品無法正常分析。本文從諸多影響因素進行剖析，并給出相應解決方案。

關鍵詞：等離子體;點火失敗;炬管;霧化室

汽油中的Si以及柴油抗磨劑中的Ca、Fe、Mg、K、Na、Zn是一種污染物，即使含量很低也會導致氧氣傳感器失效，同時在發(fā)動機和催化轉換器上產(chǎn)生大量沉積物，可使催化系統(tǒng)失效，導致零件損壞，因此在石油加工過程中控制原料中的重金屬含量尤為重要。

洛陽分公司采用安捷倫5100 ICP-OES等離子發(fā)射光譜儀，建立了ICP-OES電感耦合等離子體法測定汽油中的Si、柴油抗磨劑中的Ca、Fe、Mg、K、Na、Zn含量的分析方法，分析人員在分析過程中經(jīng)常會遇到ICP儀器點火失敗的現(xiàn)象，導致樣品無法正常分析。

1. 試驗方法原理

1.1 方法原理

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析是以射頻發(fā)生器提供的高頻能量加到感應耦合線圈上，并將等離子體炬管置于線圈中心，而在炬管中產(chǎn)生高頻電磁場，微電火花引燃使通入炬管中的氬氣電離產(chǎn)生電子和離子而導電，樣品由載氣帶入霧化系統(tǒng)進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣氛中被充分蒸發(fā)、原子化、電離和激發(fā)，所發(fā)射出具有特定元素的特征譜線，根據(jù)特征譜線的強度確定其中相應元素的含量。

1.2 測試方法

將一份經(jīng)過準確稱量的充分均勻的試樣，以10倍質量的混合二甲苯或其他溶劑進行稀釋，再以同樣的方式制備標準溶液。為了補償各種試樣因導入效應而引起的誤差，選擇一種內(nèi)標元素加入試樣溶液中。用自由吸入或蠕動泵將試樣溶液導入ICP儀器裝置進行測量。通過比較試樣溶液與標準溶液的發(fā)射強度，計算試樣溶液中被測定元素的濃度。

2. 試驗儀器材料

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀、霧化器、蠕動泵、蠕動泵進樣管、試樣溶液容器

3.ICP點火失敗及原因分析

3.1 氬氣不純或壓力不足

一般來說，ICP用的氬氣純度要求達到99.99%以上。如果是剛換的一瓶新氬氣點不著火，建議重新更換更高純度的氬氣。氬氣瓶的總壓要不低于5.0Mpa，分壓0.6Mpa，以確保點火時提供足夠穩(wěn)定的氬氣流量，并且避免氬氣瓶底部的雜質污染氣路系統(tǒng)。

3.2 進樣系統(tǒng)積水

進樣系統(tǒng)里面的水未排干凈，重者會導致炬管破裂，在開機后先用空氣吹洗2～3min，再用氬氣吹洗。建議每次分析完后將進液管中的液體完全排凈后及時松動蠕動泵夾。每次點火前檢查霧化器，如果霧化器內(nèi)有積水，則需要將霧化器拆開用壓縮風吹至干燥。

3.3 外置冷卻水不純

長時間使用的冷卻水容易滋生細菌，黏附在管壁上，造成壓力偏低，儀器自保點不著火。如果幾個月或更長時間沒有更換冷卻水，建議更換冷卻水，且水的純度越高越好。

3.4 環(huán)境溫度過高

如果環(huán)境溫度過高，循環(huán)水系統(tǒng)會出現(xiàn)溫度持續(xù)降不下去，檢測器溫度和霧化室溫度也無法降到設定值，造成儀器保護，等離子體滅火或點火失敗，無法正常工作。建議開放室內(nèi)空調，確保環(huán)境溫度控制在20-25℃，且恒定在±2℃之間;尤其是在夏季，空調降溫至少2個小時，以確保環(huán)境溫度的恒定。

3.5 炬管污染積碳

經(jīng)常做高鹽的樣品時，炬管很容易就會變臟積碳，直接導致點火失敗。建議定期用1：3的王水浸泡48小時以上后，再依次用大量的自來水、蒸餾水沖洗，并將其放置于蒸餾水中浸泡過夜，最后用去離子水沖洗并烘干，以確保炬管清潔無污染。

3.6 廢液管堵塞

廢液管堵塞會直接導致排液不暢，致使大量的樣品積聚在霧化器中，導致等離子體熄滅或者不能點燃，嚴重者積水會進入炬管，造成矩管破裂。建議定期更換蠕動泵進樣管及清理廢液瓶，并檢查蠕動泵管是否卡好，調整蠕動泵合適的進樣速率，排液良好的標志是能看到廢液管路中有一段一段的空氣柱隨廢液流動。

3.7 炬管安裝不到位

炬管安裝不到位、不正，或漏氣都會導致點火的開關與炬管上的銅箔接觸不良。建議應根據(jù)要求重新安裝矩管，并仔細檢查是否安裝到位。

3.8 有機蒸汽的影響

測試完有機樣品之后，在炬管和霧化器內(nèi)可能殘留一些有機蒸汽，這些有機蒸汽的存在會一定程度上影響點火。建議每次分析后依次用5%硝酸溶液、去離子水沖洗霧化室及炬管10分鐘，以消除有機蒸汽對儀器的影響。

3.9 儀器系統(tǒng)漏氣

系統(tǒng)漏氣會使微小的空氣進入等離子體，導致點火失敗或者正在使用中的等離子體熄滅。建議檢查ICP光譜儀的炬管霧化室等所有管路連接是否正確，接口處是否漏氣。

3.10 點火時無絲狀放電

若點火時火花打不出來或者沒有聽到噠噠聲則是火花發(fā)生器出現(xiàn)故障。建議聯(lián)系廠家工程師進行維修。

4.結論

綜上所述，為避免ICP-OES電感耦合等離子體法點火失敗的現(xiàn)象發(fā)生，應注意以下幾個方面：

（1）氬氣分壓要在0.6MPa以上。

（2）每周清洗霧化室并徹底干燥。

（3）每次分析前檢查循環(huán)水、排風系統(tǒng)是否工作正常，儀器排風濾網(wǎng)每周清洗。

（4）室內(nèi)開放空調，確保環(huán)境溫度控制在20-25℃之間，且恒定在±2℃之間。

（5）每周清理矩管并檢查冷錐內(nèi)鏡頭是否臟，如果臟及時清理干凈。

（6）分析結束后將蠕動泵放開，確保進樣、廢液管的彈性，及時清理廢液瓶。

（7）每周清理矩管并檢查冷錐內(nèi)鏡頭是否潔凈，如果被污染及時清理干凈。

（8）分析后依次用5%硝酸溶液、去離子水沖洗霧化室及炬管10分鐘。

（9）分析前檢查進樣系統(tǒng)連接處是否有漏氣現(xiàn)象。

5.結束語

總之，為避免ICP-OES電感耦合等離子體法點火失敗，建議制定儀器維護方案并要求分析人員嚴格執(zhí)行，加強日常對儀器的維護保養(yǎng)。

參考文獻：

GB/T 17476-1998

作者簡介：

郭立霞（1974-），女，高級技師，從事油品質量分析工作。