动态线性范围及其对性能的影响

动态线性范围是仪器能够以线性响应测量的浓度范围。

动态线性范围是仪器能够以线性响应测量的浓度范围。这与动态范围不同，动态范围是检测系统不饱和的情况下可以测量的浓度范围。动态线性范围根据系统而有很大差异。范围从 3 个十倍的测量到 10 个十倍的测量。观察血浆的模式和检测系统对动态线性范围有很大影响。

光电倍增管可以达到较大的动态线性范围，通常为 8 个十倍，使用 HORIBA Scientific 的 HDD® 设备可以达到 10 个十倍。固态检测设备的线性动态范围有限，这是因为像素尺寸有限，因此电子容量有限，读出噪声和 A/N 转换器将动态范围限制为 16 位。当像素开始充满时，会出现一些饱和效应。等离子体的观察模式对线性度有很大影响。在轴向观察模式下，线性动态范围受自吸收效应的限制。

性能限制主要与需要延长样品制备时间以使样品适应仪器的限制，或需要延长寻找替代波长进行测量的时间有关。

分辨率对性能的影响

左侧的低分辨率设置（宽狭缝宽度）使得 SBR 低于右侧的高分辨率设置（细狭缝宽度）。

分辨率是色散系统分离窄峰的能力。它被定义为测量的发射线的半峰全宽 (FWHM)。高分辨率有许多好处，因为它可以最大限度地减少富含线的基质 (U、W、Co、Fe……) 的光谱干扰，并且可以提高信背比 (SBR)，因为它减少了用峰值强度测量的背景部分。因此，检测限有所提高，因为 LOD 与 SBR 成反比。

实验分辨率取决于线的物理宽度（由多普勒效应和斯塔克效应决定）和仪器宽度（由光学系统（光栅的凹槽密度、焦距、衍射阶数）和带通（所用最宽狭缝的宽度乘以线性色散）。光学像差可能会降低分辨率，但如果光学设计和组装非常谨慎，则可以将其最小化。带通通常是分辨率的限制参数，必须对其进行优化。

优化可以通过使用高槽密度的光栅和/或使用更高阶的衍射和/或更长的焦距和/或使用最细的狭缝来实现。这种优化必须与覆盖大波长范围的需求（高槽密度或高阶衍射会限制波长范围）和测量弱信号的需求（最细的狭缝意味着进入光学器件的光更少，因此灵敏度会降低）相平衡。对于固态探测器，每个像素都有一个给定的带通。分辨率由几个像素的带通的组合定义，这解释了分辨率的降低。

ICP-OES 仪器的分辨率

根据光学安装和检测系统，分辨率会有很大差异。对于 Czerny-Turner 和 Paschen-Runge 光学系统，分辨率是恒定的，而对于 Echelle 光学系统，分辨率会随波长增加而变化。

根据光学安装和检测系统，分辨率会有很大差异。对于 Czerny-Turner 和 Paschen-Runge 光学系统，分辨率是恒定的，而对于 Echelle 光学系统，分辨率会随波长增加而变化。

梯阶光学系统又是一个特殊情况，因为分辨率随探测器上波长的位置而变化。探测器中心的分辨率比探测器边缘的分辨率更好。

梯阶光学系统是一种特殊情况，因为分辨率根据探测器上波长的位置而变化。

恒定分辨率具有巨大的优势，因为它允许用户准确了解在光谱的所有部分所实现的分辨率，从而促进方法开发。

ICP-OES 的关键操作参数及其对性能的影响

ICP-OES光谱仪的性能主要可以通过以下参数进行优化：

• 雾化器和鞘气流量，
• 射频功率，
• 蠕动泵的速度，
• 整合的时间。

雾化器和鞘气流量控制引入等离子体的样品量，以及样品的速度，从而控制样品在等离子体中的停留时间。

雾化器和鞘气流量

雾化器和鞘气流控制引入等离子体的样品量，以及样品的速度，从而控制样品进入等离子体的停留时间。低流量会导致样品量减少，而高流量会导致样品量增加和停留时间缩短。在这两种情况下，灵敏度都会降低。必须根据应用找到最佳值。对于困难的基质，通常基于信号进行优化；获得最大信号以获得最佳停留时间/样品量组合。

对于简单基质，或者当校准和样品相同时，可以对信号与背景比进行优化，以获得更好的检测限，同时能量传递略有降低。

RF功率对网络信号、背景和SBR的影响。

射频功率

RF 功率是提供给等离子体的能量。它表示为发送到 RF 发生器的功率，通常在 800 到 1500W 范围内。低 RF 功率可实现更好的 SBR，因为背景较低，而高 RF 功率会导致灵敏度降低但能量传输更好。RF 功率对灵敏度的影响不如雾化和鞘气流速的影响重要。RF 功率的优化通常取决于样品的性质。较高的 RF 功率值用于困难基质或有机溶剂。

蠕动泵的速度决定输送到雾化器的样品量。

蠕动泵转速

蠕动泵的速度决定了输送到雾化器的样品量。必须对其进行优化，以使样品量能够实现良好的灵敏度和气溶胶生成的稳定性。低速可能导致样品量少，然后灵敏度低，而高速可能导致气溶胶生成噪音大和灵敏度降低。必须针对每个雾化器/蠕动泵管组合定义泵速。还必须根据样品的挥发性对其进行优化。

积分时间定义为测量信号所用的时间。时间越短，测量噪声越大。

整合时间

积分时间定义为测量信号所用的时间。时间越短，测量噪声越大。增加积分时间将降低背景噪声，而检测限定义为统计上不同于噪声的信号，因此降低噪声水平意味着提高检测限。

等离子气体和辅助气体流量对性能的影响

从检测极限的角度来看，等离子气体和辅助气体对性能没有太大影响。等离子气体的目的是提供氩气，以便等离子体能够持续。使用非常低的等离子气体流量可能会导致信号不稳定或增加基质效应。水样的典型等离子气体流量为 12 L/min。对于高盐浓度、有机物、挥发性溶剂或使用高功率设置时，必须增加此流量。

对于高盐含量或有机物，辅助气流主要用于避免等离子体和炬管内管接触。对于此类基质，等离子体前存在电离区，可能与内管接触。这种接触可能会限制 Ca、Si、B 等元素的性能，并可能缩短管的寿命。对于有机物，内管上还可能观察到一些碳沉积物。增加辅助流量有助于提高此类基质的性能并延长管的寿命。对于挥发性溶剂，增加辅助流量有助于将样品隔离到喷射器和等离子体中心通道之间的氩气流中。

光谱干扰的含义

该图显示了与提供无偏差结果的高分辨率系统相比，低分辨率系统可能引起的偏差。

光谱干扰是指在测量目标元素波长信号时出现的干扰元素。信号不仅来自应测量的元素，而且最终结果也存在偏差。使用高分辨率 ICP-OES 光谱仪可以避免光谱干扰，方法是尽可能使用替代线，或使用元素间校正，这是一种数学程序，用于补偿干扰元素对目标元素的影响。高分辨率是解决这一潜在问题的首选，因为根据元素和所需的灵敏度，使用替代波长并不总是可行的。IEC 的建立也是一个漫长而复杂的过程。

下图显示了低分辨率系统可能引起的偏差，而高分辨率系统则提供无偏差的结果。示例是在含有高浓度 Fe 和极高浓度 As 的样品中进行 Cd 分析。

基质效应的定义

去离子水中各元素与NaCl 6和10 g/L（海水）中相同浓度的相同元素之间的信号差异。

基质效应定义为样品成分对分析线信号的影响，与不含伴随元素的相同分析线信号相比。基质效应是由等离子体条件的变化和/或气溶胶输送和过滤的变化引起的。

例如下图显示了去离子水中各元素与NaCl 6和10g/L（海水）中相同元素相同浓度时的信号差异。

如果在水中和在发生基质效应的给定样品中绘制校准曲线，则很容易看到偏差。

当发生基质效应时，最终结果将出现偏差。如果在水和发生基质效应的给定样品中绘制校准曲线，则很容易看到偏差。

稳健性的定义

能量传递效率随雾化流速的变化而变化。

稳定性是指 ICP-OES 即使在样品成分发生变化的情况下也能提供准确结果的能力。稳定性 ICP-OES 是一种能够最大限度减少基质效应的仪器。稳定性条件可通过仪器设计和操作条件优化获得。

能量传输效率随鞘气流量的变化而变化。

文献中已表明（“使用镁作为电感耦合等离子体原子发射光谱诊断的测试元素”，JM Mermet，Anal. Chim. Acta，250，85（1991）），可以使用离子与原子 Mg 线的比率（Mg II 280.270 nm / Mg I 285.213 nm）来检查稳健性

 这就是所谓的 Mg 比，通常写作 Mg II / Mg I。Mg 比越高，仪器越坚固。

使用高功率设置和低雾化流速可以获得稳健的条件。

如图 42 所示，使用高功率设置和低雾化流速可以获得稳健的条件。

最小化基质效应

可以通过使用稳健条件来最小化基质效应。

如右图所示，可以通过使用稳健条件来最小化基质效应。

仪器的设计对稳定性有很大影响。与轴向观察的仪器相比，使用径向观察的 ICP-OES 仪器可以提高稳定性。因此观察到基质效应减少，简化了分析并提高了准确性。

与轴向观察的仪器相比，使用径向观察的 ICP-OES 仪器可以提高稳健性。

对于某些特定样品，即使使用径向视图 ICP-OES 仪器，即使在严格的条件下，也可以观察到明显的基质效应。为了补偿这些影响，可以使用基质匹配、内部标准化或标准添加。

轴向、双视图和 HORIBA Scientific 径向视图之间的性能差异

轴向、双视图和 HORIBA Scientific 径向视图之间的性能差异。

众所周知，径向视图可降低基质效应，而轴向视图则受这些效应的影响很大。降低基质效应意味着元素获得的信号不会根据基质发生太大变化。这意味着灵敏度对于所有类型的基质都非常接近，并且不需要系统的内部标准校正来校正潜在的基质效应。此外，由于径向视图使用垂直炬管，因此喷射器中的沉积物问题较少。

HORIBA Scientific ICP-OES 仪器的独特之处在于将全等离子体视图与径向视图相结合。这一特性归功于光学元件，它允许测量原子和离子发射光子的整个正常分析区域。凭借这一全等离子体视图功能以及独特的 3 毫米内径注射器，检测限非常接近水的轴向检测限，并且当样品更难处理时检测限会更好。这使得我们的径向仪器在检测限方面独一无二。

轴向、双视图和 HORIBA Scientific 径向视图之间的性能差异。

轴向观察 ICP-OES 仪器的水平炬管容易因总溶解固体含量较高而产生沉积。这限制了这些轴向观察 ICP-OES 仪器只能用于简单基质，或意味着样品被稀释。

由于所有类型的轴向观察 ICPOES 仪器都使用延长的炬管，以限制氧发射带的存在，因此对于某些基质（例如通过碱性助熔剂制备的样品），可能会观察到炬管的降解。分析有机溶剂（例如煤油或二甲苯）也需要使用轴向观察仪器不断添加氧气以避免碳沉积，而径向观察仪器可以在没有任何氧气的情况下处理此类样品。双观察 ICP-OES 仪器与轴向观察 ICP-OES 仪器共享设计。因此，会出现相同的限制。

ICP-OES 的典型应用

ICP-OES 技术广泛应用于许多领域的多种分析。以下列表简要总结了主要的应用领域。

环境

• 水分析：饮用水、废水、地下水、海水、河水
• 土壤/污泥分析：农业土壤或工业土壤
• 工作场所空气分析
• 煤灰分分析

化学品

• 肥料
• 氯生产、盐水
• 无机原料产品
• 电池
• 聚合物

农业化学

• 人类和动物食品
• 饮料
• 石油用于生物燃料
• 牛奶
• 葡萄酒

地质/采矿

• 采矿过程控制
• 采矿纯度控制
• 岩石分析
• 稀土：开采、质量控制

材料

• 陶瓷制品
• 玻璃：LED、光电
• 石墨粉
• 水泥

冶金

• 合金：低合金钢和高合金钢
• 贵金属
• 不锈钢
• 铸铁
• 有色金属：铜、锰、锆、钼、钨

核

• 原油分析
• 油中金属磨损
• 沥青
• 油中的添加剂

石油化工

• 原油分析
• 油中金属磨损
• 沥青
• 油中的添加剂

药品/化妆品

• 化妆品：口红、腮红……
• 医药产品：质控、杂质