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ICP与AAS的比较与选择

20世纪90年代以来,随着ICP技术的不断发展,它的优势越来越突出,大有取代AAS之势,而ICP—MS的问世,不但具有优于GFAAS的检出限,而且还能测量同位素,更显示了其强大的优势。ICP是否会完全取代AAS,它们各有什么优缺点,下面对ICP—MS(等离子体质谱)、ICP—AES(全谱直读等离子体光谱)、GFAAS(石墨炉原子吸收)和FlameAAS(火焰原子吸收)4种技术的抗干扰能力、技术指标、操作难度、样品分析能力及投资运行费用等进行分析和比较。

1 干 扰

1.1  ICP—MS干扰

1.1.1 质谱干扰

质谱干扰(同量异位素干扰)是预知的,如58Ni对58Fe的干扰,可以使用元素校正方程、采用“冷等离子体炬焰屏蔽技术”或“碰撞池技术”降低影响。

1.1.2 基体酸干扰

HCI、HCIO4、H3PO4、H2SO4会引起质谱干扰,可使用“碰撞池技术”、电热蒸发等予以消除,用HNO3配制试液也可以避免质谱干扰。

1.1.3 基体效应

试液与标准溶液粘度的差别会改变各种溶液产生气溶胶的效率,可采用基体匹配法及内标法消除。

1.1.4 电离干扰

试样中含有高浓度的第Ⅰ族和第Ⅱ族元素回产生电离干扰,可采用基体匹配法、稀释试样、标准加入法、同位素稀释法等消除。

1.2  ICP—AES干扰

1.2.1 光谱干扰

ICP—AES的光谱干扰较为严重,可使用高分辨率的光谱仪、应用动态背景校正等方法来消除干扰,提高准确度。

1.2.2基体效应

与ICP—MS相同,可采用基体匹配法及内标法消除。

1.2.3 电离干扰

仔细选择各个元素的分析条件、加入消电离剂或采用标准加入法,都可以减少电离干扰的影响。

1.3 GFAAS干扰

1.3.1 光谱干扰

使用氘灯能消除绝大多数的光谱干扰,而使用Zeeman背景校正则效果更佳。

1.3.2 背景干扰

对不同基体设定不同的灰化条件、采用基体改进剂和使用氘灯、Zeeman扣背景都能得到很好的效果。

1.3.3 基体效应

被测物质在石墨管上不同的残留会产生基体效应,应用基体改良剂和热注射能有效地减少基体效应。

1.4 FlameAAS干扰

1.4.1 化学干扰

在高温火焰中,干扰物与被测元素形成较强的化学键,或生成高温难熔晶体,不易原子化。可加入释放剂、保护剂、助熔剂、改变火焰性质予以消除。

1.4.2 电离干扰

可选择合适的火焰种类和火焰温度以及加入消电离剂等方法消除。

1.4.3 光谱干扰几乎无

FlameAAS几乎无光谱干扰。

1.4.4背景干扰

可采用双波长法、氘灯校正、塞曼效应、自吸收法等消除。

2 技术指标

2.1 检出限

ICP—MS的检出限最优,大部分元素为ppt级;GFAAS 次之,检出限为亚ppb级;ICP—AES一般为1~10 ppb;而FlameAAS的检出限大部分为10~100 ppb。

2.2 精密度

ICP—MS的精密度(RSD)一般为1%~3%,ICP—AES的精密度为0.3%~2%,GFAAS的精密度最差为1%~5%,而FlameAAS的精密度最优为0.1%~1%。

2.3线性动态范围

ICP—MS具有高达108的线性动态范围(LDR);ICP—AES也有105以上的线性动态范围;GFAAS最差,仅为102;FlameAAS的线性动态范围为103。

3 操作难度

ICP—AES的自动化是最成熟的,可以由技术并不熟练的人员来应用已制定的方法进行测定工作。最近几年,ICP—MS在计算机控制和智能化软件方面已经有了很大的进步,操作也比较简便,但它的方法研究非常复杂和费时。GFAAS的分析操作虽然比ICP—MS要容易,但制定方法仍需要相当熟练的技术。FlameAAS的操作则相对比较简单容易。

另外一个应该考虑的重要因素是,ICP—MS、ICP—AES和GFAAS由于自动化程度较高以及使用安全的惰性气体,因而可以在无人看管下连续长时间工作,极大的减低了人员的劳动强度并提高了工作效率。

4 样品分析能力

ICP—MS具有强大的分析测量痕量元素的能力,每个样品的分析时间小于5 min,在某些情况下只需2 min,就能同时测定所有元素;全谱直读ICP—AES每个样品的分析时间为2 min,能一次同时测定数十个元素;GFAAS每个样品每个元素需3~4 min;FlameAAS每个样品测定一个元素约需20 s。与AAS技术相比,ICP的工作效率具有明显的优势。

ICP—MS一般只能分析固体溶解量为0.2%左右的溶液,FlameAAS为3%以内,而 ICP—AES和GFAAS则有较大的优势,可分析固体溶解量超过20%的溶液。

5 费用

粗略地估计,仪器的基本投资ICP—MS约为ICP—AES的两倍,ICP—AES是GFAAS的两倍,GFAAS为FlameAAS的2~3倍。自动化程度如何以及附件的配置,会使估计有所变化,另外,超痕量分析所必须的超净实验室也需要一定的投资。

ICP—MS和ICP—AES的雾化器和炬管的寿命是相同的,但由于ICP—MS的一些部件如分子涡轮泵、取样锥、截取锥、检测器等有一定的使用寿命而需要更换,所以它开机工作的费用明显高于ICP—AES。ICP和GFAAS都需要Ar气,但GFAAS的用量要少得多,而且GFAAS的消耗品以石墨管为主,所以GFAAS的运行费用要低于ICP—AES,FlameAAS的主要消耗品仅是乙炔等燃气,故FlameAAS的工作费用最低。

6 选 择

选择哪种技术或仪器,应该综合考虑以下因素:每星期的样品数量;样品的类型(地表水、污水、土壤、矿石、金属等);需要分析哪些元素及其浓度范围;是否需要测定同位素;使用哪种前处理方法;可提供试样的体积;准备购买哪些选购件和附件;有多少购买资金;能提供多少运行经费;分析人员的技术水平如何。并根据各因素对你的重要程度,再作出抉择。

例如:样品量非常大,每个样品需测定5个以上元素,浓度在ppb至亚ppb级,如果经费充裕,则选择ICP—MS比较合适。

又如:作为一个以分析地表水、海水、工业废水为主,土壤、底质为辅的环境监测三级站,如果经费许可,则选择ICP—AES和GFAAS的组合较为适宜。

总而言之,每一种技术都有一定的优点和缺点,更没有一种技术能完全满足所有的要求。根据自己的具体情况,综合考虑各种因素,权衡利弊,每个实验室必能找到一种适合自己的最佳选择。

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