原子光谱分析中干扰产生的原因及解决办法

实验与分析 0 2021-02-26

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这些干扰会对样品的测量结果产生系统误差或偶然误差，干扰现象依据产生的机理可分为光谱干扰和非光谱干扰两类，光谱干扰是指待测元素分析线的信号和干扰物产生的辐射信号分辨不开的现象；非光谱千扰包括物理干扰、化学干扰和电离干扰。本文将对这些干扰产生的原因及解决办法进行探讨。

光谱在环境领域中应用最多的地方莫过于对水质、空气和土壤的监测。我国从80年代开始在检测重金属方面使用光谱法，且使用范围越来越广。这种测定方法不但速度快，方法简便，而且检测结果比较精准。不过该方法也存在一定的干扰因素，主要可以分为两大类：光谱干扰与非光谱干扰（电离干扰、物理干扰、化学干扰和基体效应干扰），见图1。在分析中要尽量来降低这些干扰，在所有的环境光谱检测方法的标准中，有一项很重要的任务就是干扰的消除，这是分析复杂样品的关键。本文以最常用的电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）为例来简单跟大家讲一讲具体干扰因素有哪些及如何消除这些干扰。

ICP-OES是近几年新发展起来的一种多元素同时分析的仪器，在各行各业的元素检测方面都有应用。ICP-OES的干扰也可以分为光谱干扰和非光谱的干扰（电离干扰、物理干扰、化学干扰和基体效应干扰），每种干扰产生的原因都各不相同，也有不同的解决办法。

图1 原子光谱的干扰主要可以分为两大类

非光谱干扰产生的原因及解决办法

物理或基体干扰

产生物理或基体干扰的主要原因是由于溶解的固体含量的改变，表面张力或粘度差异造成了雾化效率的改变，雾化效率的差异导致了相同浓度的目标元素响应值不同。

解决物理或基体干扰的方法要分别考虑以下几种情况。首先，在目标化合物浓度很高的情况下，最简单的方法是进行样品稀释，但很多情况下，目标化合物的浓度都是非常低的。其次，在样品比较低，不能够稀释的情况下，可以采取基体匹配，让标准溶液与样品之间的基体尽量的匹配，比如样品里面含有盐，那就在标准溶液里也加入一定量的盐。再次，在样品相对一致的情况下，可以通过内标物进行校正，ICP-OES通常是不加内标的，但是在一些特殊样品测定的时候，为了避免干扰，可以通过加入内标来进行校正，近几年有部分土壤元素的分析标准里就提到了要用内标。另外，还可以用标准加入法，标准加入法在很多检测标准里面都有提到，标准里对标准加入法如何操作也做了详细规定，大家可以根据具体检测标准进行操作，这里就不详述了。最后，可以使用高固体含量的样品引入系统，在一些经常做复杂样品的仪器里会存在背景或基体干扰，可以通过样品引入系统的升级来解决这一问题。

化学干扰

化学干扰产生的主要原因是由于化合物的不完全解离和分子的形成造成的，由于ICP-OES具有很高的等离子体温度，所以相对来说不受化学干扰影响。

电离干扰

电离干扰产生的主要原因是来自易电离元素（Na、K、Ca、Mg、Fe、Al等）的过量电子造成离子或原子浓度的变化，通常电离干扰会抑制目标元素的信号，但有些元素信号可能增强，另外，等离子体中电子数量的增加导致线性范围收窄。在分析过程中，各类干扰很难分开，是否需要干扰校正和补偿，与样品中的干扰元素的浓度有着很大的关系，也和样品本身有关。

电离干扰是很常见的一种干扰，尤其是在ICP分析的过程中，由于ICP的分析有径向和轴向的两种观测方式，见图2，因此会产生相应的电离干扰，解决问题的有效方法就是采用径向观测，也可以通过优化可视高度（观测高度）进行消除。还可以优化雾化气流速和RF功率，使用轴向ICP，增加功率和减小雾化气流速。另外，还可以通过基地匹配、加入电离抑制剂和稀释样品等方法来消除干扰。

光谱干扰产生的原因及解决办法

只要是光谱就不可避免的会产生光谱干扰，也称背景干扰，产生背景干扰的原因有很多，例如背景漂移（基线上升或下降）、分析波长上叠加了从其他分析物或背景物中原子发射的谱线、分子发射光线（通常是背景）等，总结起来就是基体发出与分析波长相同或相近波长光线造成了背景干扰。

图2 ICP的分析有径向和轴向的两种观测方式

对于光谱干扰，上文提到产生光谱干扰的主要原因是来自多个原子或分子的发射光谱叠加在一起。由于等离子体处于高温，大量元素在 190 nm-250 nm波长范围内发射光线发射光线，干扰波长分离程度小于仪器分辨率，进而发生干扰。产生光谱干扰还有一个原因是来自样品中的其他元素。解决干扰的办法是选择另一个没有干扰的波长，优化可视高度（观测高度），应用背景校正（离峰或拟合背景校正、快速自动曲线拟合技术FACT），使用内标来进行校正或者是稀释样品。

记忆效应

分析高浓度样品时带来的交叉污染，某些元素易于滞留在样品引入管路中，影响下一个样品的测量，因此分析完高浓度样品之后，一定要经过一段长时间的清洗，或者先把浓度低的样品放在浓度高的样品之前检测，对于未知的样品，在都知道其浓度的时候，通常的做法是先进行一个非定量的定性分析，再考虑是否需要稀释。

消除记忆效应最有效的办法就是增加冲洗时间，冲洗试剂一般选用化学络合帮助冲洗（假设化学兼容性）比如5%NH4OH、1%抗坏血酸、200ppb Au的王水溶液、1%EDTA或CDTA溶液，以及用于硼携带的己六醇等等，如果样品里含Hg，需要使用稀HCl冲洗进行冲洗。

长期漂移

长期漂移会造成分析序列中样品的精密度差，环境条件发生变化，或者样品引入系统发生轻微改变，比如ICP-OES在分析过程中泵管、雾化器堵塞或者注入管堵塞、不通畅的时候也会引起种漂移。

内容来源：实验与分析

责任编辑：展源

审　　核：何发