Индуктивно-связанная плазма

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

John Wiley & Sons, Ltd

PRACTICAL
INDUCTIVELY
COUPLED PLASMA
SPECTROSCOPY

John R. Dean

Northumbria University, Newcastle, UK

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Санкт-Петербург
2017

Джон Р. Дин

ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННАЯ 
ПЛАЗМА
Практическое руководство

Перевод с английского языка под редакцией М. А. Большова

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Copyright © 2005 by John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Authorized translation from the English language edition published by John Wiley & Sons, Inc.

Responsibility for the accuracy of the translation rests with EPC "Professiya" and is not the responsibility of John Wiley 
& Sons, Inc. Not part of this book may be reproduced in any form without the written permission of the original copyright holder, John Wiley & Sons, Inc.

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством, как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, 
издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет 
ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

ББК 24.46
УДК 543.423
Д 46

Дин, Дж. Р.
Д46 
Индуктивно-связанная плазма : Практическое руководство. — СПб. :  
ЦОП «Профессия», 2017. — 200 с., ил.

ISBN 978-5-91884-081-8

Представлены теоретические основы методов ИСП-АЭС и ИСП-МС, включая методы пробоподготовки и ввода проб, характеристики плазмы и др. Приведены сведения о спектроскопии, спектральных приборах и детекторах. Рассмотрено практическое применение 
ИСП в экологическом анализе, анализе пищевых продуктов, металлургии, фармацевтике и 
других областях.
Руководство включает многочисленные примеры, схемы, расчеты, рекомендации по 
практическому решению проблем в исследовании объектов, вопросы для самоконтроля и 
проверки и предназначено  для подготовки специалистов аналитических лабораторий, служб 
контроля и центров сертификации, студентов профильных специальностей.

ББК 24.46
УДК 543.423

ISBN 978-0-470-09348-1 
 
 
 
 
© John Wiley & Sons, Inc., 2005
ISBN 978-5-91884-081-8 
 
 
 
 
© ЦОП «Профессия», 2017

 
 
 
 
 
 
 
© Перевод, оформление:

 
 
 
 
 
 
 
    ЦОП «Профессия», 2017

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Уважаемые читатели!

Компания Agilent Technologies рекомендует Вашему вниманию чрезвы чайно интересное и своевременное издание «Индуктивносвязан ная плазма. Практическое руководство». 
Монографий подобного уровня в нашей стране 
практически не издавалось.
В книге рассмотрены как теоретические 
аспекты аналитических методов с индуктивносвязанной плазмой, так и вопросы их практического применения.
В настоящее время наблюдается бурное развитие аналитических методов, основанных на индуктивно-связанной плазме. Новые технологии, 
такие как одновременный обзор плазмы в оптической эмиссионной спектроскопии, тандемная масс-спектрометрия, использование альтернативной 
азотной плазмы в качестве источника возбуждения спектров, позволяют 
значительно повысить эффективность существующих методов. Предлагаемое руководство позволит читателям лучше понять методические основы 
индуктивно-связанной плазмы и быть готовыми к освоению новых подходов к этой аналитической технике.
Данное издание предназначено для всех специалистов в области элементного анализа и будет настольной книгой как для сотрудников исследовательских и производственных лабораторий, так и для студентов университетов, 
изучающих аналитическую химию и элементный анализ.
Хочется отметить огромный вклад редактора русского издания – профессора, доктора физико-математических наук Михаила Александровича 
Большова. Без его кропотливой работы и энтузиазма публикация этой книги 
не могла бы состояться.
Надеемся, что знакомство с этим руководством будет для Вас полезным 
и плодотворным.

Генеральный директор ООО «Аджилент Текнолоджиз»

К. Евдокимов

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Предисловие к серии книг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Предисловие к русскому изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Об авторе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Глава 1.  Методология определения следовых количеств элементов . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1.  Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.  Термины и определения в аналитической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.  Единицы измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4. Стратегии градуировки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.5.  Представление данных: таблицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.6.  Представление данных: графики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.7. Расчеты: коэффициенты разбавления  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.8.  Руководство по качеству и использование стандартных образцов  . . . . . . . . 29
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Глава 2.  Подготовка проб для спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой . . . . 32
2.1.  Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.  Образцы воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.  Твердые пробы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4.  Селективное извлечение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

 
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Информация от компании «Аналит»
Глава 3.  Ввод проб в индуктивно-связанную плазму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.  Распылители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.  Распылительные камеры и системы десольватации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.4. Системы ввода ограниченных объемов проб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.5.  Системы непрерывного ввода проб. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.6.  Способы генерации гидридов и холодного пара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

 
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Глава 4.  Индуктивно-связанная плазма и другие источники плазмы . . . . . . . . . . . . . 73
4.1.  Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2.  Индуктивно-связанная плазма  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.3.  Плазма постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.4.  Микроволновая плазма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.5. Плазма тлеющего разряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

 
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление
7

Глава 5.  Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой . . . . 81
5.1.  Основы спектрометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.2.  Спектрометрия плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.3.  Спектрометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.4.  Детекторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.5. Влияния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Литература. . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Глава 6.  Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.1.  Основные принципы масс-спектрометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.2.  Масс-спектрометрия неорганических соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.3. Интерфейс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.4.  Масс-спектрометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.5.  Детекторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
6.6.  Помехи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.7.  Анализ с изотопным разбавлением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.8.  Анализ масс-спектра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

 
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Глава 7.  Применение технологий с индуктивно-связанной плазмой . . . . . . . . . . . . . 140
7.1.  Криминалистика: анализ документов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7.2.  Промышленный анализ: уголь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
7.3.  Клинический/биологический анализ: цельная кровь и моча . . . . . . . . . . . . 148
7.4.  Анализ материалов: окись гадолиния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.5.  Анализ параметров окружающей среды: почва . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
7.6.  Анализ пищи: молочные продукты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.7.  Фармацевтический анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

 
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Глава 8.  Дополнительные сведения: запись данных и перечень  
справочных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.1.  Запись данных в лаборатории  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.2.  Избранные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Краткое содержание главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Ответы на вопросы для самопроверки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Единицы СИ и физические константы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие к серии книг 

В последние годы отмечается стремительное развитие последипломного 
профессионального образования, требующее внедрения более гибких методов обучения для разнообразных групп учащихся. В связи с этим растет 
актуальность такого эффективного и ценного метода, как открытое обучение, — особенно для тех, кто по тем или иным причинам не может посещать 
традиционные занятия с полной программой.
Для реализации этого метода издательство John Wiley & Sons, Ltd. в конце 
1980-х гг. опубликовало серию книг "Analytical Chemistry by Open Learning", 
в которой рассматривались все основные методики анализа. Серия быстро 
завоевала признание как ценное учебное пособие и стала удобным и гибким 
способом обучения для тех людей, которые не могли воспользоваться более 
традиционными методами.
На волне успеха этих книг, в основном касавшихся аналитической химии, 
была выпущена также серия работ, посвященных научным аналитическим 
методикам, — "Analytical Techniques in the Sciences". Цель этой серии — более широкое освещение многочисленных областей науки, где все активнее 
применяются различные методы и технологии анализа. В серию "Analytical 
Techniques in the Sciences" входит целый ряд книг, где рассматриваются не 
только сами методики аналитического исследования, но также и те научные 
дисциплины, которые требуют обязательного их использования. Инструментарий аналитических исследований становится все более высокотехнологичным, в результате соответствующим образом расширяется и диапазон 
анализируемых материалов. Книги серии освещают достигнутый прогресс 
в использовании аналитических приборов и в то же самое время подробно 
и обстоятельно описывают основные принципы и теоретическое обоснование изучаемого аналитического метода. В этих книгах рассматриваются 
различные методы анализа, в том числе общий инструментальный анализ, 
спектроскопия, хроматография, электрофорез, тандемные методы спектроскопии, электроаналитические методы, рентгенографический анализ и др. 
Кроме того, освещается применение методов анализа в таких областях, как 
энвироника, биологические науки, клинический анализ, криминалистический анализ, наука о продуктах питания, фармацевтика, рациональное природопользование, археология, наука о полимерах и твердых материалах.

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Предисловие к серии книг
9

Книги написаны специалистами в данных областях, удобны для чтения 
и консультаций, в каждой главе даются цели обучения и краткое содержание. Читатель может самостоятельно проверить степень усвоения материала, используя вопросы для самопроверки и обсуждения, а также уточняющие и корректирующие подсказки. Таким образом, эти книги прекрасно 
подходят и для самостоятельных занятий, и для обучения без отрыва от производства. Они содержат большое количество вспомогательного материала, 
в том числе библиографию, таблицы единиц в системе СИ, глоссарии.
Авторы надеются, что их книги окажутся полезным и ценным источником учебного материала как для студентов, так и для преподавателей.

Дейв Андо
Дартфорд, Великобритания

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru

Линн, Сэму и Наоми, с благодарностью за терпение

Предисловие

За последние сорок лет произошла своего рода мини-революция в области 
методов спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП). В результате этих усовершенствований изначальная методика оптической эмиссионной спектроскопии для анализа следовых количеств веществ стала использоваться и в атомно-эмиссионной спектроскопии и в масс-спектрометрии, 
что позволило с надлежащей точностью и разбросом результатов обнаруживать элементы с содержанием на уровне ниже одной частицы на миллиард. 
Физический размер современных инструментов уменьшился, но при этом 
их аналитические возможности возросли, что отражает значительный прогресс в оптике и технологии производства полупроводников.
В восьми главах предлагаемой вниманию читателей книги освещаются 
следующие темы: практические аспекты применения спектроскопии с ИСП 
(от подготовки стандартов для калибровки инструментов до определения 
наиболее подходящих методов подготовки твердых и водных образцов), методы введения образца в ИСП, выбор между атомно-эмиссионной спектроскопией и масс-спектрометрией (в зависимости от их достоинств и недостатков). Приводится руководство по выбору наиболее эффективного метода записи данных при лабораторных исследованиях. Рассмотрен ряд сфер, 
где можно использовать преимущества технологий ИСП.
В первой главе представлена информация об общей методологии анализа следовых количеств веществ. Дается конкретное руководство по записи 
цифровых данных (в соответствующих единицах) и примеры эффективного представления этих данных в виде таблиц и рисунков. Рассматривается 
обработка проб твердых веществ и жидкостей. Приведены примеры расчетов коэффициентов разбавления и их использования при определении исходных концентраций в образцах твердых веществ и жидкостей. Показаны 
принцип обеспечения качества и роль сертифицированных эталонных материалов при анализе следовых количеств веществ.
Основное внимание во второй главе уделено методам подготовки конкретных образцов водных проб и проб твердых веществ для анализа следовых количеств металлов и металлоидов. Первая часть главы посвящена методам экстракции ионов металлов из водных проб, в частности жидкостной 
экстракции методами ионного обмена и совместного осаждения. Во второй 
части акцент делается на доступных методах преобразования твердой пробы в соответствующую форму для элементного анализа. Наиболее распро
©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru