原子光譜分析中干擾產(chǎn)生的原因及解決辦法

光譜分析中普遍存在干擾效應(yīng) // 這些干擾會(huì)對(duì)樣品的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差或偶然誤差，干擾現(xiàn)象依據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理可分為光譜干擾和非光譜干擾兩類，光譜干擾是指待測(cè)元素分析線的信號(hào)和干擾物產(chǎn)生的輻射信號(hào)分辨不開(kāi)的現(xiàn)象；非光譜千擾包括物理干擾、化學(xué)干擾和電離干擾。本文將對(duì)這些干擾產(chǎn)生的原因及解決辦法進(jìn)行探討。

光譜在環(huán)境領(lǐng)域中應(yīng)用最多的地方莫過(guò)于對(duì)水質(zhì)、空氣和土壤的監(jiān)測(cè)。我國(guó)從80 年代開(kāi)始在檢測(cè)重金屬方面使用光譜法，且使用范圍越來(lái)越廣。這種測(cè)定方法不但速度快，方法簡(jiǎn)便，而且檢測(cè)結(jié)果比較精準(zhǔn)。不過(guò)該方法也存在一定的干擾因素，主要可以分為兩大類：光譜干擾與非光譜干擾（電離干擾、物理干擾、化學(xué)干擾和基體效應(yīng)干擾），見(jiàn)圖1。在分析中要盡量來(lái)降低這些干擾，在所有的環(huán)境光譜檢測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)中，有一項(xiàng)很重要的任務(wù)就是干擾的消除，這是分析復(fù)雜樣品的關(guān)鍵。本文以最常用的電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）為例來(lái)簡(jiǎn)單跟大家講一講具體干擾因素有哪些及如何消除這些干擾。

ICP-OES 是近幾年新發(fā)展起來(lái)的一種多元素同時(shí)分析的儀器，在各行各業(yè)的元素檢測(cè)方面都有應(yīng)用。ICP-OES 的干擾也可以分為光譜干擾和非光譜的干擾（電離干擾、物理干擾、化學(xué)干擾和基體效應(yīng)干擾），每種干擾產(chǎn)生的原因都各不相同，也有不同的解決辦法。

圖1 原子光譜的干擾主要可以分為兩大類

非光譜干擾產(chǎn)生的原因及解決辦法

物理或基體干擾

產(chǎn)生物理或基體干擾的主要原因是由于溶解的固體含量的改變，表面張力或粘度差異造成了霧化效率的改變，霧化效率的差異導(dǎo)致了相同濃度的目標(biāo)元素響應(yīng)值不同。

解決物理或基體干擾的方法要分別考慮以下幾種情況。首先，在目標(biāo)化合物濃度很高的情況下，最簡(jiǎn)單的方法是進(jìn)行樣品稀釋，但很多情況下，目標(biāo)化合物的濃度都是非常低的。其次，在樣品比較低，不能夠稀釋的情況下，可以采取基體匹配，讓標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品之間的基體盡量的匹配，比如樣品里面含有鹽，那就在標(biāo)準(zhǔn)溶液里也加入一定量的鹽。再次，在樣品相對(duì)一致的情況下，可以通過(guò)內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行校正，ICP-OES 通常是不加內(nèi)標(biāo)的，但是在一些特殊樣品測(cè)定的時(shí)候，為了避免干擾，可以通過(guò)加入內(nèi)標(biāo)來(lái)進(jìn)行校正，近幾年有部分土壤元素的分析標(biāo)準(zhǔn)里就提到了要用內(nèi)標(biāo)。另外，還可以用標(biāo)準(zhǔn)加入法，標(biāo)準(zhǔn)加入法在很多檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)里面都有提到，標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)標(biāo)準(zhǔn)加入法如何操作也做了詳細(xì)規(guī)定，大家可以根據(jù)具體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，這里就不詳述了。最后，可以使用高固體含量的樣品引入系統(tǒng)，在一些經(jīng)常做復(fù)雜樣品的儀器里會(huì)存在背景或基體干擾，可以通過(guò)樣品引入系統(tǒng)的升級(jí)來(lái)解決這一問(wèn)題。

化學(xué)干擾

化學(xué)干擾產(chǎn)生的主要原因是由于化合物的不完全解離和分子的形成造成的，由于ICP-OES 具有很高的等離子體溫度，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)不受化學(xué)干擾影響。

電離干擾

電離干擾產(chǎn)生的主要原因是來(lái)自易電離元素（Na、K、Ca、Mg、Fe、Al 等）的過(guò)量電子造成離子或原子濃度的變化，通常電離干擾會(huì)抑制目標(biāo)元素的信號(hào)，但有些元素信號(hào)可能增強(qiáng)，另外，等離子體中電子數(shù)量的增加導(dǎo)致線性范圍收窄。在分析過(guò)程中，各類干擾很難分開(kāi)，是否需要干擾校正和補(bǔ)償，與樣品中的干擾元素的濃度有著很大的關(guān)系，也和樣品本身有關(guān)。

電離干擾是很常見(jiàn)的一種干擾，尤其是在ICP 分析的過(guò)程中，由于ICP 的分析有徑向和軸向的兩種觀測(cè)方式，見(jiàn)圖2，因此會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電離干擾，解決問(wèn)題的有效方法就是采用徑向觀測(cè)，也可以通過(guò)優(yōu)化可視高度（觀測(cè)高度）進(jìn)行消除。還可以優(yōu)化霧化氣流速和RF 功率，使用軸向ICP，增加功率和減小霧化氣流速。另外，還可以通過(guò)基地匹配、加入電離抑制劑和稀釋樣品等方法來(lái)消除干擾。

圖2 ICP 的分析有徑向和軸向的兩種觀測(cè)方式

LP 本刊提示

ICP 克服干擾建議進(jìn)行的步驟：

1.使用一個(gè)有代表性的樣品進(jìn)行優(yōu)化：RF 功率、霧化氣流速、可視高度。

2.嘗試不同的背景校正技術(shù) IC，使用最合適樣品的背景校正技術(shù)。

3.另選一個(gè)分析波長(zhǎng)確認(rèn)分析結(jié)果。

光譜干擾產(chǎn)生的原因及解決辦法

只要是光譜就不可避免的會(huì)產(chǎn)生光譜干擾，也稱背景干擾，產(chǎn)生背景干擾的原因有很多，例如背景漂移（基線上升或下降）、分析波長(zhǎng)上疊加了從其他分析物或背景物中原子發(fā)射的譜線、分子發(fā)射光線（通常是背景）等，總結(jié)起來(lái)就是基體發(fā)出與分析波長(zhǎng)相同或相近波長(zhǎng)光線造成了背景干擾。

對(duì)于光譜干擾，上文提到產(chǎn)生光譜干擾的主要原因是來(lái)自多個(gè)原子或分子的發(fā)射光譜疊加在一起。由于等離子體處于高溫，大量元素在 190 nm-250 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射光線發(fā)射光線，干擾波長(zhǎng)分離程度小于儀器分辨率，進(jìn)而發(fā)生干擾。產(chǎn)生光譜干擾還有一個(gè)原因是來(lái)自樣品中的其他元素。解決干擾的辦法是選擇另一個(gè)沒(méi)有干擾的波長(zhǎng)，優(yōu)化可視高度（觀測(cè)高度），應(yīng)用背景校正（離峰或擬合背景校正、快速自動(dòng)曲線擬合技術(shù)FACT），使用內(nèi)標(biāo)來(lái)進(jìn)行校正或者是稀釋樣品。

記憶效應(yīng)

分析高濃度樣品時(shí)帶來(lái)的交叉污染，某些元素易于滯留在樣品引入管路中，影響下一個(gè)樣品的測(cè)量，因此分析完高濃度樣品之后，一定要經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間的清洗，或者先把濃度低的樣品放在濃度高的樣品之前檢測(cè)，對(duì)于未知的樣品，在都知道其濃度的時(shí)候，通常的做法是先進(jìn)行一個(gè)非定量的定性分析，再考慮是否需要稀釋。

消除記憶效應(yīng)最有效的辦法就是增加沖洗時(shí)間，沖洗試劑一般選用化學(xué)絡(luò)合幫助沖洗（假設(shè)化學(xué)兼容性）比如5%NH4OH、1%抗壞血酸、200ppb Au的王水溶液、1%EDTA或CDTA 溶液，以及用于硼攜帶的己六醇等等，如果樣品里含Hg，需要使用稀HCl 沖洗進(jìn)行沖洗。

長(zhǎng)期漂移

長(zhǎng)期漂移會(huì)造成分析序列中樣品的精密度差，環(huán)境條件發(fā)生變化，或者樣品引入系統(tǒng)發(fā)生輕微改變，比如ICP-OES 在分析過(guò)程中泵管、霧化器堵塞或者注入管堵塞、不通暢的時(shí)候也會(huì)引起種漂移。