ICP-OES - ICP化学、ICP-OES分析的优点和局限性
ICP-OES是什么?
电感耦合plasma-optical发射光谱学(ICP-OES)是一种分析技术,用于识别一个特定的原子组成的样本。这项技术利用独特的光物理信号每个元素成功检测每个元素的类型和相对数量在一个复合的复杂性。ICP-OES在复杂样品的分析特定的效用,1并已在使用应用程序如微量元素分析在人类的大脑,2确定电子香烟的化学成分,3 农药筛选和评估药物的纯度。4这项技术还发现日常实用的分析饮用水,酒和石油化工产品在那里角色在整个发现、提取和纯化过程。
ICP-OES是如何工作的呢?
执行ICP-OES,需要下面的一个关键组成部分:
图1: ICP-OES设置的例子。
(一)高能等离子体。等离子体通常由氩,5尽管氮气6和混合气体的成分7也被报道。它是通过使用生成的高功率射频信号8或通过微波辐照,9这使气体电离形成等离子体中电子和其他指控物种矩阵。
(b)一个示例毒素。等离子体之间的相互作用矩阵和样本分析是成功的关键,并获得这些交互需要雾化样品。毒素的样本通常通过使用一个喷雾器,10也需要一个样品运输机制从进样口烟雾化。11成功的烟雾化后,高能等离子体之间的相互作用和样品的样品导致退化的单个元素,每一种都有一个特征能被探测到的光信号光谱方法(见d部分)。
(c)一个波长分离机制。尽管每个单独的元素吸收和发射光波长特性,信号从多个元素经常重叠,导致解释结果的重大挑战。为了解决这个问题,每一个元素对应的波长是分开的,通常通过一个光学光栅装置,12所以每个元素可以单独检测。系统分为一个轴向的配置配置13正面看待(等离子体)或径向配置(等离子体从侧面观察)有额外的影响能力观察目标信号:尽管一般径向配置显示改进的检测功能,14轴配置的检测能力的进步最近报道。15
(d)一个检测器和信号处理器。关联之后,这个检测器的波长的光元素的身份,用于确定最后的样本组成。它通常使用光电倍增管式机制或电荷耦合装置(CCD)。16此外,探测器校准与已知数量的元素有针对性的进行分析,因此,它可以有效地匹配信号从样本获得其pre-calibrated信号,以便有效的定量。17最后,还有一个需要删除潜在的干扰信号,可以妥协目标分析物的检测,虽然最近的研究使用这些non-analyte信号理解更广泛的基体效应和整体系统组成。18
分析样本的ICP-OES首先需要确定以及如何有效雾化。虽然这是一个相对简单的过程液体样品(喷雾器,可以完成见上),19固体样品需要额外的努力,如使用电热蒸发,20.电热蒸发,21激光消融,22或引发消融。23最后,通过气体传感ICP-OES往往是一个简单的过程,因为没有烟雾化是必要的。相反,这样的系统需要一种机制引入气体样本的捕获和气体检测系统。24
除了如何成功地引入一个示例系统,一个关于系统配置有很多选择,其中许多是上面列出的。选择等离子体的气体成分可以有效电离气体可衡量的影响能力,确定原子组成的样本,可以的观点(径向、轴向或双)25传感器的相对于生成的等离子体。许多这样的选择,然而,是由ICP-OES仪器制造商,因此并不一定范围内个人ICP-OES用户来决定。
看这个视频教我的10系列介绍IPC-OES罗斯·阿什顿。
ICP-OES vs icp - aes -有区别吗?
电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和电感耦合等离子体原子发射光谱(icp - aes)交替使用在许多科学出版物,26,27,28既代表了发射的光子电离样本可以deconvoluted为信号的每个组成元素。
你如何分析ICP-OES数据和它告诉你什么?
一般指南ICP-OES数据分析看发出特定波长的光的强度和比较,校准数据来确定原子的浓度发出特定波长。大多数仪器目前使用允许多个波长的选择,和用户应该选择波长,对应于感兴趣的从原子发射信号。29日正确的波长选择后,确定样品中的元素通常是一个自动化的过程,以及近年来变得越来越精密,促进多元分析和高度敏感的识别。30.
在分析ICP-OES数据与其他担忧潜在的干扰物和他们妥协系统性能的能力。消除不受欢迎的干扰分析之前,建议用户正确使用内部标准样品处理条件下的样本的变化和差异。31日常用的内部标准钪32和钇,33选择,因为他们的波长通常不重叠与其他原子在示例。成功实现后的内部标准,校准数据允许直接比较样本获得的光强度的光强度已知样品的成分,提供样本中发现的元素的类型和它们的相对比率在样本作为键从ICP-OES读出数据。
图3: 校准曲线的例子。
ICP-OES的优点和局限性
ICP-OES的强项包括能够识别复杂样品中的元素类型和比率。例如,ICP-OES已经使用有效地分析原油的组成,34受污染的土壤,35和重型金属混合物,36所有这些会被其他方法挑战分析。此外,能够同时检测多个元素由ICP-OES提出了另一个重要的优势,37,38研究人员报告情况ICP-OES发现了19个元素在一个分析程序。39毒素的能力进步更广泛的各种各样的样品ICP-OES普适性的有所提高,40在光谱反褶积有优势41和校准程序17促进有效的检测。即使在放射性样品的情况下,ICP-OES仍然可以被用来确定样品的元素组成,与单独测量用于确定放射性的程度。42,43最后,也易于ICP-OES允许它被使用在化学教育语境下,44分析试剂级和光谱纯溶剂、年级45样品制备和相对较高的吞吐量46和分析,47强调了简单系统的可用性。
显著的局限性ICP-OES包括样品必须雾化的事实。尽管烟雾化过程经历了重大进展(见上),这意味着固体和液体样品无法分析,他们仍在固体和液体形式。此外,ICP-OES是一个破坏性的分析过程,也就是说,样本分析后不能恢复。因此,高度珍贵或罕见的样品通过这个方法无法分析。此外,方法开发使用ICP-OES可以是一个耗时的过程,因为它必然涉及多个步骤:28(a)做原油分析来获得一个元素出现在样品的基本概念;(b)波长选择基于最初的知识;(c)的分离,这样信号优化各种波长重叠有限;(d)与内部标准进行比较来验证该方法和系统性能;和(e)分析光谱干扰和消除来自读出的方法没有消除目标信号。最后,ICP-OES等离子体生成需要昂贵的仪器,样品氧毒素,和信号分析,虽然以一个相对低的成本比其他类似的icp等方法,48这意味着获得这种技术必然是有限的。
常见问题与ICP-OES
常见的ICP-OES包括精度差的问题,49样品漂移,50理想的检测极限,和不准确的识别。51将讨论这些问题。
可怜的精度被定义为缺乏重现性结果相同的样本。这样的挑战可能是由于进样系统的问题,包括样品雾化机制,引入系统,和/或从介绍网站运送至等离子矩阵。
样品漂移是指一个信号不稳定的情况和位置随时间的变化。这样的问题通常是由于仪器问题,包括积累的部分样品没有有效雾化的仪表管流速放缓,或退化的油管由于高酸性的样本52导致系统泄漏。
理想的检测范围意味着在很多情况下,通过使用获得的检测限制ICP-OES高于预期的目标应用程序。而检测限制ICP-OES理论上可以低至个位数的物质含量,53他们更经常报道的比较(ppm)百万之范围。54,55优化检测范围集中在确保样品制备程序限制稀释和/或样本退化,以及优化的观点plasma-generated信号(轴向、径向或双)达到最优信号捕获。
不准确的识别指ICP-OES信号识别信号的情况下,对应于一个元素时,它实际上属于一个不同的元素。这种情况下,虽然罕见,可以最小化所需的元素,通过选择波长重叠竞争有限元素。这些情况也一直协助下最近的应用多元光谱分析ICP-OES信号家里的,56它允许使用统计分析deconvolute重叠信号和促进准确的识别。
ICP-OES vs icp
ICP-OES常被比作摘要利用(电感耦合等离子体-质谱分析)。57icp运营使用许多相同的原则作为ICP-OES,除了从雾化和电离元素的检测样本发生大规模光谱分析而不是基于光子发射。关键优势相比,使用icp ICP-OES大规模spectral-based技术敏感性更高,摘要能够获得兆分之(ppt)检测极限。58缺点使用icp专注于有限的容忍总溶解固体(TDS),59在ICP-OES明显更高,允许更大的样本宽容。
引用
1。Resano M, Vanhaecke F, de Loos-Vollebregt矿渣MTC。电热蒸发进样原子吸收,原子发射和血浆质量spectrometry-a评论关注固体抽样和泥浆的分析。j .肛门。原子光谱法2008;23 (11):1450 - 1475。doi:10.1039 / b807756h
2。解说员Grochowski C, Blicharska E -苦口P, Jonak K, Maciejewski M, Szczepanek D, Jonak K,飘扬J, Maciejewski r .分析微量元素在人类大脑的:它的目的、方法和浓度水平。前沿化学。2019;7:115。doi:10.3389 / fchem.2019.00115
3所示。Ferranti Famele M C, Abenavoli C, Palleschi L, Mancinelli R, Draisci R电子香烟墨盒和补充液体的化学成分:回顾分析方法。尼古丁烟草Res。2015;17 (3):271 - 279。doi:10.1093 /正常/ ntu197关系
4所示。Majumdar AJ, Dubey n的应用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)杂质分析药品。Int。j .药房生命科学。2017;8 (1):5420 - 5425。ISSN:0976 - 7126
5。狼沃格特D,沃格特T, B, Neuroth M,奥托·M·直接测定煤中有机和无机氧阿贡溢价固体抽样样本程序电热蒸发电感耦合等离子体光学发射光谱法。燃料2017;196:185 - 194。doi:10.1016 / j.fuel.2017.01.043
6。穆勒,Pozebon D,杜丝勒六世。进步的氮微波等离子体光学发射光谱法和应用元素分析:一个回顾。j .肛门。原子光谱法2020;35 (10):2113 - 2131。doi:10.1039 / d0ja00272k
7所示。分析师Scheffler GL, Pozebon D, Beauchemin D提高分析性能的电热蒸发耦合电感耦合等离子体光使用混合气等离子体发射光谱法。j .肛门。原子光谱法2019年,34 (5):891 - 898。doi:10.1039 / c9ja00010k
8。朱Ariga T,被罩K, Y, Hokura, Inagaki K冷等离子体:氩发射谱线干扰的有效控制测量的铷axial-view ICP-OES。化学。列托人。2017年,46 (12):1751 - 1753。doi:10.1246 / cl.170808
9。G Poirier L,纳尔逊•J吉兰德称,墙壁,博L, Lopez-Linares F .比较金属的制备方法测定石油馏分(1000°F +)微波等离子体原子发射光谱法。能源和燃料2017;31 (8):7809 - 7815。doi:10.1021 / acs.energyfuels.7b00654
10。被罩K,松下R,藤井裕久骶髂关节,Miyashita骶髂关节,Umemura T, Hokura, Inagaki K .多通道同心网格喷雾器在线标准除了电感耦合等离子体光学发射光谱法。肛交。科学。2020年,36 (6):717 - 722。doi:10.2116 / analsci.19p385
11。雅伯,恩格尔哈德C,斯珀林M, mainz w .湿气溶胶引入静态灵敏度高ICP(船)。肛交。Bioanal。化学。2007,388 (8):1605 - 1613。doi:10.1007 / s00216 - 007 - 1378 - 9
12。Olesik JW。对电感耦合plasma-optical发射光谱法中阶梯光栅光栅光谱仪。回顾基本方程和操作原则。光谱学1999;14 (10):36-41。ISSN: 0887 - 6703
13。Trevizan LC, Nobrega农协。电感耦合等离子体光学发射光谱法与轴向查看配置:应用程序的概述。j .巴西化学。Soc。2007;18 (4):678 - 690。doi:10.1590 / s0103 - 50532007000400003
14。库托多斯桑托斯锛再保险公司e Silva NdO Naveira RLP,何塞•达席尔瓦JC Ciminelli V,桑帕约T, Windmoller CC, Borba da Silva简森-巴顿。测定血液透析水样中无机成分的使用电感耦合等离子体光学发射光谱法与轴向和径向配置。原子光谱法分裂到8 - 16个。2007;28 (1):ISSN:0195 - 5373
15。舒阿佛D, Trevizan LC, Pereira-Filho Nobrega农协。使用多行进行评估确定金属在水中的电感耦合等离子体光学发射光谱法与轴向观看。Spectrochim。学报B2009;64 b (6): 544 - 548。doi:10.1016 / j.sab.2009.05.009
16。巴纳德TW Crockett MI, Ivaldi JC, Lundberg PL,耶茨哒,莱文,PA,萨奥尔DJ。ICP-OES固态探测器。肛交。化学。1993,65 (9):1231 - 1239。doi:10.1021 / ac00057a021
17所示。Virgilio,席尔瓦ABS、Nogueira ARA Nobrega是的,GL。计算的极限定义工作范围多信号检测和校准方法。j .肛门。原子光谱法2020;35 (8):1614 - 1620。doi:10.1039 / d0ja00212g
18岁。卡特JA,单桅帆船JT,汉T,琼斯BT, Donati GL。Non-analyte信号和监督学习评估基体效应和预测分析物复苏电感耦合等离子体光学发射光谱法。j .肛门。原子光谱法35 2020;(4):679 - 692。doi:10.1039 / d0ja00007h
19所示。bing在北半球,Orlandini·冯·乔Niessen Schaper约。液体进样电感耦合等离子体原子发射和质谱——评论。Spectrochim。学报B2014;100:14-37。doi:10.1016 / j.sab.2014.08.011
20.分析师黄Sadiq N, L, Kaveh F, Beauchemin d .固体抽样ETV-ICPOES耦合的雾化/初步蒸发系统的直接元素分析糯米由外部校准用标准的解决方案。食品化学。2017;237:1-6。doi:10.1016 / j.foodchem.2017.05.063
21。哈斯勒J, Perzl公关。ICP-OES电热蒸发;它的发展和当今最先进的。斯洛伐克地质杂志2003;9 (2 - 3):109 - 113。ISSN:1335 - 096 x
22。学校,Boccongelli M, Todoli杰。定量元素分析聚合物通过激光烧蚀-电感耦合等离子体通过使用干滴标定方法,DDCA。j .肛门。原子光谱法2018;33 (7):1173 - 1183。doi:10.1039 / C8JA00055G
23。阿齐兹,Broekaert江淮,Laqua K,花环f .固体样品直接分析的研究使用火花消融结合励磁电感耦合等离子体。Spectrochim。学报B1984年,39 b (9 - 11): 1091 - 1103。doi:10.1016 / 0584 - 8547 (84)80195 - 0
24。威灵电机M, Wochele J, Biollaz SMA,路德维希·c·ICP-OES在线过程气体元素分析:一个案例研究在废木材燃烧。废物管理2012年,32 (10):1843 - 1852。doi:10.1016 / j.wasman.2012.05.015
25。席尔瓦JCJ Baccan N, Nobrega农协。分析性能的电感耦合等离子体光学发射光谱法与双视图配置。j .巴西化学。Soc。2003;14 (2):310 - 315。doi:10.1590 / s0103 - 50532003000200020
26岁。Cindric IJ,玉米蛋白M, Steffan i .微量元素特征的食用油icp - aes和石墨炉。Microchem。J。2007,85 (1):136 - 139。doi:10.1016 / j.microc.2006.04.011
27。夏王张Lv Y, H, G, C,高F,张Y,乔H,谢Y,秦W,钱x小说质谱方法的绝对量化几个细胞色素P450和尿苷5 ' -diphospho-glucuronosyltransferase酶在人类肝脏。肛交。Bioanal。化学。2020,412 (8):1729 - 1740。doi:10.1007 / s00216 - 020 - 02445 - 7
28。Rao Katakam L N, Aboul-Enein HY。元素杂质测定icp - aes / icp:回顾理论,解释浓度限制,分析方法发展挑战制药剂型和验证标准。咕咕叫。制药肛门。2020;16 (4):392 - 403。doi:10.2174 / 1573412915666190225160512
29。Kulkarni NM。测定重金属在动物饲料的电感耦合plasma-optical发射光谱法(ICP-OES)。存档:Int。科学。抛光工艺。2018;9 (4):58 - 61。doi:10.15515 / iaast.0976-4828.9.4.5861
30.罗德里格斯NP,罗德里格斯E, Celso PG, Kahmann,山下先生GH, Anzanello MJ, Manfroi V,赫兹PF。歧视起泡葡萄酒样品根据原产地ICP-OES加上多变量分析。轻型-食品科学。抛光工艺。2020;131:109760。doi:10.1016 / j.lwt.2020.109760
31日。Drava G, Minganti诉的影响内部标准轴向ICP OES分析微量元素在植物材料。j .肛门。原子光谱法2020年,35 (2):301 - 306。doi:10.1039 / c9ja00372j
32。已经TT,珀塞尔W,文特尔农协。对贵金属量化评估不同的内部标准。公牛。化学。Soc。埃塞俄比亚2016;30 (1):55 - 70。doi:10.4314 / bcse.v30i1.5
33。张高R n ICP-OES测定钯首饰钯合金用钇内部标准。原子光谱法2015年,36 (5):216 - 220。ISSN:0195 - 5373
34。de Oliveira Souza M,里贝罗马,Carneiro MTWD, Athayde加仑桶,德卡斯特罗应答,da Silva FLF, Matos我们,德奎罗斯费雷拉r .评价和测定氯原油基于抗衡离子钠,钙、镁、锶和铁、量化通过ICP-OES原油水提物。燃料2015;154:181 - 187。doi:10.1016 / j.fuel.2015.03.079
35。Battsengel E, Murayama T, Fukushi K, Nishikizawa年代,Chonokhuu年代,Ochir, Tsetsgee年代,Davaasuren d生态和人类健康风险评估土壤中重金属污染的蒙古包区在乌兰巴托,蒙古。Int。j .包围。公共卫生》2020;17 (13):4668。doi:10.3390 / ijerph17134668
36。Tunali M, Tunali MM, Yenigun o .表征不同类型的电子垃圾:重金属、贵金属和稀土元素内容通过比较不同的消化方法。j .板牙。循环废物管理2020年,提前打印。doi:10.1007 / s10163 - 020 - 01108 - 0
37岁。李颗,龚AJ,邱LN,张WW,李小,刘Y,刘YN,元HT。同时测定痕量稀土元素的模拟水样用ICP-OES TODGA提取/反萃取。《公共科学图书馆•综合》2017;12 (9):e0185302/1-e0185302/16。doi:10.1371 / journal.pone.0185302
38。Taftazani,转筒式R, Ananda NR, Murniasih s乙酰天冬氨酸光谱仪和ICP-OES方法的比较分析,重金属在煤和燃烧残留物。印尼j .化学。2017年,17 (2):228 - 237。doi:10.22146 / ijc.17686
39岁。除了某人,米奇党卫军,Velimirovic DS, Stojanovic GS, Pavlovic, Pecev-Marinkovic等元素组成的可食用的坚果:快一个ICP-OES方法的优化和验证过程。j .科学。食品农业2015,95 (11):2271 - 2278。doi:10.1002 / jsfa.6946
40。Kim Lee H G,金的,Maeng H,公园,公园k .应用激光诱导击穿光谱检测元素从页岩气井排液水样本。达成。光学2020;59 (8):2254 - 2261。E-ISSN:1539 - 4522
41岁。张Z,马x光谱干扰的校正方法电感耦合等离子体原子发射光谱法。咕咕叫。主题肛门。化学。2002;3:105 - 123。酵母:CACHFQ
42。Wakasugi DSM, Damatto SR,乌尔里希JC。天然放射性核素226 ra 228 ra 210 pb和210订单和无机化学元素确定矿泉水从´卦de Contendas Lambari,巴西。j . Radioanal。核化学。2020年,326 (1):51 - 63。doi:10.1007 / s10967 - 020 - 07357 - 5
43。Alseroury FA, Almeelbi T,汗一个,Barakata MA Al-Zahrani JH, Alali w .估计在地下水天然放射性和重金属浓度。j .辐射研究》:。科学。2018;11 (4):373 - 378。doi:10.1016 / j.jrras.2018.07.004
44岁。脆弱的西南,贝克JD,多尼展开公里,Dagher JM, Ebrahimian T,老希金斯,帕维尔•西斯摩尔IE。测量的银组成nanocolloids通过电感耦合plasma-optical发射光谱学:实验室实验化学和工程的学生。j .化学。建造。2015,92 (6):1061 - 1065。doi:10.1021 / ed500707k
45岁。崔C、M,胡与氧化铝中空纤维膜固相微萃取-线加上ICP-OES测定微量铜、锰和镍在环境水样。j .危险的母亲。2011;187 (1 - 3):379 - 385。doi:10.1016 / j.jhazmat.2011.01.038
46岁。刘N, Joergensen U, Laerke PE。质量测定生物质燃烧:一个新的高通量微波消化法之前,由电感耦合plasma-optical发射光谱元素分析。能源和燃料2013;27 (12):7485 - 7488。doi:10.1021 / ef4016747
47岁。Ranjbar L, Yamini Y,萨利赫,Seidi年代,Faraji m .基于离子液体的分散液-液微萃取结合ICP-OES测定微量的钴、铜、锰、镍和锌在环境水样。Microchim。学报2012,177 (2):119 - 127。doi:10.1007 / s00604 - 011 - 0757 - 2
48。Lee Y-J Heo SW、汉xm Lim Y, Yim Y-H。发展的确切阵匹配电感耦合plasma-optical发射光谱学分析铜和K在婴儿配方奶粉。公牛。韩国化学。Soc。2016年,37 (8):1228 - 1233。doi:10.1002 / bkcs.10843
49。Nizio KD, Harynuk JJ。分析烷基磷酸在石油样品通过与氮磷检测和综合二维气相色谱邮报的专栏里院长切换。j .色谱法2012年,1252年,171 - 176。doi:10.1016 / j.chroma.2012.06.070
50。默森年代,埃文斯p .高精度参考方法测定钢的小元素ICP-OES。j .肛门。原子光谱法2003年,18,372 - 375。doi:10.1039 / B301688A
51。Jantzi SC, Motto-Ros V, Trichard F, Markushin Y, Melikechi N, De Giacomo a .样品处理和激光诱导击穿光谱分析做准备。Spectrochim。学报B2016;115:52 - 63。doi:10.1016 / j.sab.2015.11.002
52岁。Smirnova SV, Ilin DV,纳德普IV。重金属的提取和ICP-OES决心使用溴化四丁铵水两相的系统及亲脂的收集器。Talanta2021年,221年,121485年。doi:10.1016 / j.talanta.2020.121485
53岁。沃格尔K,韦格纳,Pursch M, Luschas P, Wiesmann M . SEC-ICP-OES断字:物种形成和量化聚二甲硅氧烷在微量水平。光谱学2019;34 (1):38-46。ISSN:1939 - 1900
54。Wiltsche H,沃尔夫冈·m .优点,光学的微波等离子体发射光谱法表征的轴向microwave-sustained,电感耦合,大气压等离子体(MICAP)。j .肛门。原子光谱法2020年,35,2369 - 2377。doi:10.1039 / D0JA00293C
55。Baraud F, Zaiter Poree年代,Leleyter l .新方法测定Cd,铜、铬、镍、铅、锌在污水污泥,把砖炒鱿鱼,沉积物中使用两种分析方法的微波诱导等离子体光学光谱法和感应耦合等离子体光学光谱法。SN:。科学。2020年,2,1536年。doi:10.1007 / s42452 - 020 - 03220 - 0
56。Atikul伊斯兰M,黄IM,汗N, Yeon歌啊,年轻Jeong J,可能儿子J,贾米拉•N,金KS。身份验证的叶和叶柄Piper betle l .品种通过元素组成和多变量最优化分析。肛交。列托人。2020年,提前打印;doi:10.1080 / 00032719.2020.1825465
57。却把J,文森特。ICP-OES和icp测定金属:应用牡蛎。肛交。列托人。2008年,41 (8):1291 - 1303。doi:10.1080 / 00032710802013991
58岁。Barin JS,梅洛PA, Mesko MF, Duarte FA,弗洛雷斯电解加工。确定药品和相关矩阵的元素杂质ICP-based方法:回顾。肛交。Bioanal。化学。2016年,408年,4547 - 4566。doi:10.1007 / s00216 - 016 - 9471 - 6
59。Chini可Purohit年代,Bheemaraju, Chakraborty T,辛格KP, Ivaturi, Satapathi美国碳基吸附剂从自然可用百慕大草:删除TDS和砷离子。ChemistrySelect2020年,5,7571 - 7580。doi:10.1002 / slct.201902892
