原子发射光谱测定方面的分析

2022-09-11

一、概述

1. 原子发射光谱法的概述

原子发射光谱法, 是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。在正常状态下, 元素处于基态, 元素在受到热 (火焰) 或电 (电火花) 激发时, 由基态跃迁到激发态, 返回到基态时, 发射出特征光谱 (线状光谱) 。原子发射光谱法包括了三个主要的过程, 即:

(1) 原子发射光谱主要由光源提供能量给样品, 从而使样品蒸发、形成气态原子以及进一步使气态原子激发得到光辐射的过程; (2) 其将复合光经单色器分解成按顺序排列的谱线, 从而形成光谱; (3) 使用检测器来检测光谱中的谱线的波长以及谱线的强度。

“原子发射光谱分析”是《分析试验室》期刊两年一次的综述。自1991年起, 至今已有4篇综述发表, 这些综述推动了我国原子发射光谱分析的发展, 具有好的参考价值。在有关原子光谱分析的技术中, 原子发射光谱法的特点是拥有检测线性范围宽以及多元素可以同时测定的能力, 原子发射光谱法被视为一种标准的分析方法, 现今, 原子发射光谱法广泛应用于痕量元素的分析测定。分析测定主要的基本原理是使物质处于热激发或电激发, 其由元素的离子或原子发射出特征光谱, 根据发射出来的特征光谱的强弱, 从而可对元素进行定性与定量分析的过程。原子发射光谱仪器主要由波长选择系统、检测系统、进样系统以及激发光源组成。

2. 原子发射光谱的分析方法

(1) 定性分析

每一种元素的原子都有它的特征光谱, 根据原子光谱中的元素特征谱线就可以确定试样中是否存在被检元素。通常将元素特征光谱中强度较大的谱线称为元素的灵敏线。只要在试样光谱中检出了某元素的灵敏线, 就可以确证试样中存在该元素。反之, 若在试样中未检出某元素的灵敏线, 就说明试样中不存在被检元素, 或者该元素的含量在检测灵敏度以下。光谱定性分析常采用摄谱法, 通过比较试样光谱与纯物质光谱或铁光谱来确定元素的存在。

(2) 半定量分析

摄谱法是目前光谱半定量分析最重要的手段, 它可以迅速地给出试样中待测元素的大致含量, 常用的方法有谱线黑度比较法和显现法等。

(3) 定量分析

由于发射光谱分析受实验条件波动的影响, 使谱线强度测量误差较大, 为了补偿这种因波动而引起的误差, 通常采用内标法进行定量分析。内标法是利用分析线和比较线强度比对元素含量的关系来进行光谱定量分析的方法。所选用的比较线称为内标线, 提供内标线的元素称为内标元素。

二、原子发射光谱法的优缺点

原子发射光谱法主要具有以下优点: (1) 多元素同时检测能力每一个样品一经激发后, 不同元素都可以发射特征光谱, 因此在环境监测中可以同时对多种元素进行测定。 (2) 该方法的分析速度比较快, 针对环境监测如果利用光电直读光谱仪, 可以在几分钟内一并定量分析几十种元素。该分析的试样不需要经化学进行处理, 对于固体、液体等样品都可以直接测定。 (3) 其具有选择性好特点, 由于每一种元素的原子结构具有差异, 因此会发射不同的特征光谱。对化学元素进行分析时, 由于性质上的差异, 针对那些化学性质及其相似的元素具有很重要的特殊意义。 (4) 检出的限制比较低, 对于一般的光源可以达到0.1~10ug/g, 绝对值可以达0.01~1ug。 (5) 具有较高的准确度, 针对一般光源的相对误差大致为5%~10%, ICP相对误差甚至可以达到1%以下。 (6) 试样消耗少

原子发射光谱法的缺点是:一些常见的非金属处于远紫外区, 例如氧、硫、氮、卤素等谱线, 针对这些谱线使用一般的光谱仪尚无法检测;还有针对一些非金属元素, 由于其激发电位高, 具有较低的检测灵敏度, 例如P、Se、Te非金属元素。

三、原子发射光谱测定分析

1. 光谱分析仪器

目前, 管普遍使用的光谱仪器为光电倍增, 其型号主要有检测器的多通道型、单道扫描型及两者结合的组合型。全谱直读等离子体光谱仪是近几年刚出来的新检测器, 其性能优良主要以作电荷转移器件为主的检测器, 该新器具具有噪音低、光谱响应范围比较宽、量子效率比较高及实时监测等优点。全谱直读等离子体光谱仪是光谱分析仪器的巨大改进与革新。很多人认为, 现代光谱仪器的发展趋势是小型化、成本低分析、智能化和实用化, 然而用于现场分析的小型携带式全谱直读光谱仪主要应用为发射光谱仪器的研制打开了崭新的发展前景。金钦汉先生对匹兹堡会议中分析仪器的发展动向作了评价, 并且指出现代分析仪器主要呈现的特点: (1) 仪器的应用领域逐渐向生命科学转移; (2) 可以作为与各种犯罪活动斗争的武器; (3) 体积呈现微型化以及专用化。齐文启先生对等离子体发射光谱仪的发展现况, 并对其所在的使用环境进行分析并作了评述。

2. 光谱质谱干扰和基体效应

等离子体质谱分析以及原子光谱分析的主要研究内容是基体效应和光谱质谱干扰。他的作用主要是用来预报以及可以判断光谱干扰的存在, 也具有校正的作用, 他的这些应用使得人们对此很感兴趣。孙振华利用高分辨率ICP光谱仪来检测稀土元素间的谱线之间的干扰作用并对此进行了比较系统的研究, 主要考察了稀土基体对稀土杂质的谱线干扰情况, 其结果被视为谱线信息的的最佳结果。刘思东主要利用因子分析的方法对ICP2A ES分析以及对Tm2O 3中的光谱重叠所产生的干扰进行了系统的校正。李芳利用多元光谱拟合 (M SF) 的校正技术用来分析土壤沉积物的结果。马晓国将小波变换法应用于噪音滤除和谱峰分离中。最近几年, 中国很多学者对等离子体质谱的研究及其应用比较活跃, 这种现象是由于我国的仪器占有量以及实际需求呈现增长趋势有关。曹淑琴对ICP2M S中的基体效应做了详细的研究, 并得出有指导意义的规律;与此同时, 他们的科研团队还对常规ICP2M S中有机试剂的主要作用做了研究, 并且发现三乙醇胺或乙二胺对Hg信号具有增强作用, 并且该作用明显大于丙醇、乙醇和丙三醇等试剂, 在此基础上还探讨了有机试剂的增强机理, 并且还找到了了ICP2M S测定生物试样中Hg的有效方法。

展望

自从进入21世纪以来, 随着计算机、生物医学、电子以及新型材料领域科学技术迅猛发展, 全球进入了电子经济时代。我国对现代仪器分析系统的发展得到很多领域大量的科技成果的支持。由于我国各个领域在发展中所遇到的实际问题, 呈现出现代仪器分析跟不上人们的步伐, 因此对仪器提出了更高的要求。因此, 我国在今后更长的一段时间内, 针对形态分析、联用技术以及固体材料的分析等领域中的研究进一步急需加强;使得等离子体质谱在超痕量分析和形态的分析中更具有重要的作用。

摘要：原子发射光谱主要曾经应用于发现新元素以及建立原子结构理论。随着分析科学技术的不断发展, 人们对分析仪器的要求也越来越高, 不但要求将来的分析仪器设备具有更高的灵敏度、精密度以及分析速度, 更要求其向微型化、自动化和集成化的方向发展。

关键词：原子发射光谱,分析仪器,分析速度