原子發射光譜測定方面的分析

龔偉（唐山三友硅業公司質檢部）

一、概述

1.原子發射光譜法的概述

原子發射光譜法，是根據處于激發態的待測元素原子回到基態時發射的特征譜線對待測元素進行分析的方法。在正常狀態下，元素處于基態，元素在受到熱（火焰）或電（電火花）激發時，由基態躍遷到激發態，返回到基態時，發射出特征光譜（線狀光譜）。原子發射光譜法包括了三個主要的過程，即：

（1）原子發射光譜主要由光源提供能量給樣品，從而使樣品蒸發、形成氣態原子以及進一步使氣態原子激發得到光輻射的過程；（2）其將復合光經單色器分解成按順序排列的譜線，從而形成光譜；（3）使用檢測器來檢測光譜中的譜線的波長以及譜線的強度。

“原子發射光譜分析”是《分析試驗室》期刊兩年一次的綜述。自1991年起,至今已有4篇綜述發表,這些綜述推動了我國原子發射光譜分析的發展，具有好的參考價值。在有關原子光譜分析的技術中,原子發射光譜法的特點是擁有檢測線性范圍寬以及多元素可以同時測定的能力,原子發射光譜法被視為一種標準的分析方法,現今，原子發射光譜法廣泛應用于痕量元素的分析測定。分析測定主要的基本原理是使物質處于熱激發或電激發,其由元素的離子或原子發射出特征光譜,根據發射出來的特征光譜的強弱，從而可對元素進行定性與定量分析的過程。原子發射光譜儀器主要由波長選擇系統、檢測系統、進樣系統以及激發光源組成。

2.原子發射光譜的分析方法

（1）定性分析

每一種元素的原子都有它的特征光譜，根據原子光譜中的元素特征譜線就可以確定試樣中是否存在被檢元素。通常將元素特征光譜中強度較大的譜線稱為元素的靈敏線。只要在試樣光譜中檢出了某元素的靈敏線，就可以確證試樣中存在該元素。反之，若在試樣中未檢出某元素的靈敏線，就說明試樣中不存在被檢元素，或者該元素的含量在檢測靈敏度以下。 光譜定性分析常采用攝譜法，通過比較試樣光譜與純物質光譜或鐵光譜來確定元素的存在。

（2）半定量分析

攝譜法是目前光譜半定量分析最重要的手段，它可以迅速地給出試樣中待測元素的大致含量，常用的方法有譜線黑度比較法和顯現法等。

（3）定量分析

由于發射光譜分析受實驗條件波動的影響，使譜線強度測量誤差較大，為了補償這種因波動而引起的誤差，通常采用內標法進行定量分析。內標法是利用分析線和比較線強度比對元素含量的關系來進行光譜定量分析的方法。所選用的比較線稱為內標線，提供內標線的元素稱為內標元素。

二、原子發射光譜法的優缺點

原子發射光譜法主要具有以下優點：(1)多元素同時檢測能力 每一個樣品一經激發后，不同元素都可以發射特征光譜，因此在環境監測中可以同時對多種元素進行測定。(2)該方法的分析速度比較快，針對環境監測如果利用光電直讀光譜儀，可以在幾分鐘內一并定量分析幾十種元素。該分析的試樣不需要經化學進行處理，對于固體、液體等樣品都可以直接測定。(3)其具有選擇性好特點，由于每一種元素的原子結構具有差異，因此會發射不同的特征光譜。對化學元素進行分析時，由于性質上的差異，針對那些化學性質及其相似的元素具有很重要的特殊意義。(4)檢出的限制比較低，對于一般的光源可以達到0．1～10ug／g，絕對值可以達0.01～1ug。(5)具有較高的準確度，針對一般光源的相對誤差大致為5%～10%，ICP相對誤差甚至可以達到1%以下。(6)試樣消耗少

原子發射光譜法的缺點是：一些常見的非金屬處于遠紫外區，例如氧、硫、氮、鹵素等譜線，針對這些譜線使用一般的光譜儀尚無法檢測；還有針對一些非金屬元素，由于其激發電位高，具有較低的檢測靈敏度，例如P、Se、Te非金屬元素。

三、原子發射光譜測定分析

1.光譜分析儀器

目前，管普遍使用的光譜儀器為光電倍增，其型號主要有檢測器的多通道型、單道掃描型及兩者結合的組合型。全譜直讀等離子體光譜儀是近幾年剛出來的新檢測器，其性能優良主要以作電荷轉移器件為主的檢測器，該新器具具有噪音低、光譜響應范圍比較寬、量子效率比較高及實時監測等優點。全譜直讀等離子體光譜儀是光譜分析儀器的巨大改進與革新。很多人認為，現代光譜儀器的發展趨勢是小型化、成本低分析、智能化和實用化，然而用于現場分析的小型攜帶式全譜直讀光譜儀主要應用為發射光譜儀器的研制打開了嶄新的發展前景。金欽漢先生對匹茲堡會議中分析儀器的發展動向作了評價,并且指出現代分析儀器主要呈現的特點:(1)儀器的應用領域逐漸向生命科學轉移；(2)可以作為與各種犯罪活動斗爭的武器;(3)體積呈現微型化以及專用化。齊文啟先生對等離子體發射光譜儀的發展現況，并對其所在的使用環境進行分析并作了評述。

2.光譜質譜干擾和基體效應

等離子體質譜分析以及原子光譜分析的主要研究內容是基體效應和光譜質譜干擾。他的作用主要是用來預報以及可以判斷光譜干擾的存在，也具有校正的作用，他的這些應用使得人們對此很感興趣。孫振華利用高分辨率ICP光譜儀來檢測稀土元素間的譜線之間的干擾作用并對此進行了比較系統的研究，主要考察了稀土基體對稀土雜質的譜線干擾情況，其結果被視為譜線信息的的最佳結果。劉思東主要利用因子分析的方法對ICP2A ES分析以及對Tm2O 3中的光譜重疊所產生的干擾進行了系統的校正。李芳利用多元光譜擬合(M SF)的校正技術用來分析土壤沉積物的結果。馬曉國將小波變換法應用于噪音濾除和譜峰分離中。最近幾年，中國很多學者對等離子體質譜的研究及其應用比較活躍，這種現象是由于我國的儀器占有量以及實際需求呈現增長趨勢有關。曹淑琴對ICP2M S中的基體效應做了詳細的研究，并得出有指導意義的規律；與此同時，他們的科研團隊還對常規ICP2M S中有機試劑的主要作用做了研究，并且發現三乙醇胺或乙二胺對Hg信號具有增強作用，并且該作用明顯大于丙醇、乙醇和丙三醇等試劑，在此基礎上還探討了有機試劑的增強機理,并且還找到了了ICP2M S測定生物試樣中Hg的有效方法。

展望

自從進入21世紀以來,隨著計算機、生物醫學、電子以及新型材料領域科學技術迅猛發展,全球進入了電子經濟時代。我國對現代儀器分析系統的發展得到很多領域大量的科技成果的支持。由于我國各個領域在發展中所遇到的實際問題，呈現出現代儀器分析跟不上人們的步伐，因此對儀器提出了更高的要求。因此，我國在今后更長的一段時間內,針對形態分析、聯用技術以及固體材料的分析等領域中的研究進一步急需加強；使得等離子體質譜在超痕量分析和形態的分析中更具有重要的作用。

[1]工叢顯,王建華*.介質阻擋放電在微型化光譜和質譜分析中的研究進展.科學通報,2009,54:673.

[2]玉迅顯,鄒愛美,王洋,王建華*,方肇倫.復雜樣品預處理新方法及原子光譜聯用系統.南昌大學學報(理科版),2006,30:10一n

[3]金澤祥.光譜學與光譜分析,1985,(3):1～11