氩-氮混合气电感耦合等离子体在元素和同位素分析中的应用进展

在传统Ar等离子体中引入其他活性气体(如氮气等)已经成为拓展其分析性能的一种重要手段。本文较系统的阐述了Ar-N₂混合气体电感耦合等离子体的基本物理化学性质,从N₂气引入引起传统Ar-ICP基本物理化学参数变化的层面出发探讨了Ar-N₂混合气等离子体特殊性质产生的机制,回顾了Ar-N₂混合气电感耦合等离子体在质谱分析中近40年的应用成果,并且展望了该技术在未来元素和同位素分析领域的应用前景。     

电感耦合等离子体光谱法研究测定地热水中锂

锂是一种重要的金属材料,广泛应用于核工业、光电等行业,在经济建设中占据重要地位。地热资源是指能被人类利用的地球内部的地热能、地热流体及其矿物组分。地热水中矿物质种类丰富,我国液体锂矿储量可观。开发一种快速准确的分析测试方法,对锂矿的勘测、开发、利用具有重要的意义。电感耦合等离子体光谱法测定地热水中锂时,样品基体不会产生显著的谱线干扰,但会带来严重的基体效应。地热水中高浓度的钠、钾、钙、镁等易电离元素对锂的检测有很强的增敏作用,且四种元素在不同观测方式下增敏程度各异,轴向观测受基体干扰程度比径向更大。而且基体增敏作用不是四种离子的简单加和。实验还发现,样品基体对锂的干扰程度受雾化气流速影响很大。在较低流速下,径向观测和轴向观测下锂的回收率均随着雾化气流速的增大而减小。在中高流速下,随着雾化气流速的增大而增大。当地热水基体元素组成相差很多时,很难通过调整雾化气流速控制锂的测试准确度,不适合批量样品分析。为简便有效减小基体干扰,采用部分基体匹配法对地热水样品进行分析测试。在标准溶液和实际样品中加入一定量氯化钠溶液,可有效降低地热水基体干扰。该方法检出限与无基体标准曲线法对比,检出限并无显著增大。该方法检出限是0.20 μg·L-1（轴向）和0.41 μg·L-1（径向）,无基体标准曲线法检出限是0.11 μg·L-1（轴向）和0.39 μg·L-1（径向）。通过加标回收率试验和稀释法试验验证方法准确性。三个不同基体的地热水样品加标回收率在96.5%～105.6%之间,相对标准偏差(RSD)<2％。结果与电感耦合等离子体质谱法相吻合。稀释法验证试验中,稀释样测试浓度与原样测试结果一致（±2.0%）。改进的基体匹配法可有效降低易电离元素带来的基体干扰。本方法简便、快速、高效,满足大批量地热水中锂的分析测试要求。     

碱土金属的强短脉冲供电空心阴极灯激发常规炬管电感耦合等离子体离子荧光光谱初步研究

初步研究了碱土金属Ca,Sr,Ba的强短脉冲供电空心阴极灯(HCMP HCL)激发“常规短炬管”电感耦合等离子体离子荧光光谱(ICP IFS)。使用HCMP HCL激发光源和较大的ICP功率,在“常规短炬管”ICP中只观测到离子荧光信号,而没有观测到原子荧光信号;在较低观察高度和较小ICP功率时,离子荧光信号较强。与常见的“加长炬管”ICP原子荧光相比,“常规短矩管”ICP中Ba的离子荧光光谱的检出限改善了50倍以上,而Ca,Sr则基本一致。实验中对Ca,Sr,Ba五条离子荧光谱线测量的相对标准偏差为0.6%～1.4%(n=10,0.1～0.2 μg·mL-1)。实验中考察了K,Al,P等共存元素对Ca,Sr,Ba的离子荧光信号的影响,初步探讨了共存基体元素对Ca,Sr,Ba离子荧光信号影响的原因。     

高频电感耦合氩等离子体(ICP)空间特性的初步探讨

本文采用热平衡时应遵守的萨哈(Saha)方程,把电子密度η_σ和绝对温度T当做可变参数,计算了ICP放电中10个元素离子-原子线对强度比。发现当T、η_σ达到一定值时,计算值与实验值能较好符合。而T、η_σ值较低时,偏离实验值较大,由此可知ICP放电中,可分为热力学平衡区与非热力学平衡区。并对非热力学平衡区作一些尝试性探讨。     

在负载线圈以上区域中电感耦合氩等离子体的衰变现象

本文提出了计算电感耦合氩等离子体的温度径向分布及电子密度径向分布的理论模型,计算了0—20mm的观察高度范围內的温度径向分布及电子密度径向分布,该模型考虑了热传导,双极扩散、碰撞复合、辐射复合、电离、轴向对流及热涨冷缩过程。理论计算的结果表明,在负載线圈以上的区域内,热传导和双极扩散是衰变现象的重要因素。随着观察高度的增加,温度降低,在高温等离子区域中的压缩加热效应对维持等离子放电起着重要作用。本文也讨论了辐射对流对等离子中心区域温度及电子密度的升高,即对等离子衰变现象所起的重要作用的可能性。     

加长炬管中Ca,Sr,Ba,Eu,Yb的强短脉冲供电空心阴极灯激发电感耦合等离子体离子/原子荧光光谱

本文报告了加长炬管中Ca,Sr,Ba,Eu,Yb等元素的强短脉冲供电空心阴极灯（HCMP－HCL）激发电感耦合等离子体（ICP）离子／原子荧光光谱。在大多数实验条件下,离子荧光比原子荧光强得多。Ba离子荧光检出限改善了2个数量级以上,Sr改善了1．5个数量级,Eu和Yb改善了近1个数量级。详细考察了HC－MP－HCL电源参数和ICP条件对离子／原子荧光强度影响。     

常压微波等离子体炬装置的模拟与设计

介绍了一台低成本的常压微波等离子体炬设备,给出了该设备构造及喷嘴的设计思路,分析了各种气体的非磁化微波等离子体的击穿电场强度,数值求解了设备中矩形TE103谐振腔中的电磁场分布,应用高频电磁场模拟分析软件HFSS优化了喷嘴在波导中的具体位置,并对优化后喷嘴周围的电场分布进行了模拟。模拟结果表明：微波输入有效功率为500 W,喷嘴伸出矩形波导1 mm时,喷嘴尖端处的电场强度在1.2×106 V·m-1以上,远大于氩气的击穿电场强度,更易于等离子体炬的激发。实验结果证明了模拟结果的正确性和装置的有效性。     

常压微波等离子体炬装置的模拟与设计

 介绍了一台低成本的常压微波等离子体炬设备,给出了该设备构造及喷嘴的设计思路,分析了各种气体的非磁化微波等离子体的击穿电场强度,数值求解了设备中矩形TE103谐振腔中的电磁场分布,应用高频电磁场模拟分析软件HFSS优化了喷嘴在波导中的具体位置,并对优化后喷嘴周围的电场分布进行了模拟。模拟结果表明：微波输入有效功率为500 W,喷嘴伸出矩形波导1 mm时,喷嘴尖端处的电场强度在1.2×10⁶ V·m^-1以上,远大于氩气的击穿电场强度,更易于等离子体炬的激发。实验结果证明了模拟结果的正确性和装置的有效性。     

电感耦合等离子体质谱法测定谷物中重金属含量的方法研究

采用微波消解技术,建立电感耦合等离子体质谱法测定谷物中重金属As,Pb,Hg,Cd含量的方法。完善前处理条件,优化仪器工作参数,选取72Ge,115In,209Bi作为内标元素,有效克服基体效应及仪器波动影响,利用干扰校正方程技术,消除多原子离子干扰。测定元素标准曲线相关系数均在0.999 9以上,各元素检出限在0.000 6～0.016 mg·L-1之间,回收率在90%～110%之间,方法的精密度在5%以内,用国家标准物质评价了方法准确性,用标准溶液进行了共存离子干扰试验。研究表明,该方法线性范围宽、精密度好、准确性高,适用于快速测定谷物中重金属元素As,Pb,Hg,Cd。     

电感耦合等离子体发射光谱法测定碘的研究

建立了用ICP AES测定碘的新方法 ,采用PHD氢化物发生器将亚硝酸钠和样品溶液分两路送入雾化器 ,使碘离子氧化为挥发性的碘单质而提高碘的传输效率。解决了过去碘的发射信号随放置时间的增加而变小的问题。同时发现采用亚硝酸钠作氧化剂在低酸度下可消除氯离子的干扰 ,方法的检出限为 14ng·mL-1,精密度为 1 2 % (c=2 μg·mL-1,n =10 )回收率为 99 44 % ,本方法已用于食盐和海水中碘的测定 ,结果令人满意     

基于COMSOL 的感应耦合等离子体炬多物理场研究

为了优化锂微粉等离子体球化的工艺,对感应耦合等离子体炬进行二维建模,将电磁场计算域扩展到等离子体放电区域之外的空气区域,利用COMSOL 软件进行多物理场模拟。得到了等离子体的电磁场、温度和速度分布,并对分布形成的物理机制进行分析。模拟发现等离子体区域线圈段存在上下两组对称的回流涡,线圈段中部靠近约束管处等离子体速度分布杂乱,有激烈的径向打壁现象,乱流预计会对约束管壁相应位置造成一条环状的破裂效果。基于模拟结果,提出在采用感应耦合等离子体球化锂微粉的工艺工程中,可以将注粉口下移,绕开上回流涡。     

离子交换树脂-固相萃取富集-电感耦合等离子体光谱法测定水中重金属元素

建立了离子交换树脂-固相萃取富集-电感耦合等离子体光谱(ICP-AES)联用测定水中的重金属元素Zn,Mn,Cu,Co,Ni,Cd,Pb的方法。实验采用Dowex50WX8强酸型阳离子交换树脂,通过优化富集分离条件和排除共存离子的干扰,最终确定最佳的样品pH,样品流速,洗脱液种类和浓度,样品体积分别为3.0~4.0,3.0 mL·min-1,3.0 mol·L-1 HNO₃,200 mL。方法中各元素的检出限和定量限范围分别为0.09~0.45和0.31~1.50 μg·L-1,加标回收率和相对标准偏差RSD(n=6)分别为95.3%～104.2%和1.25%～4.12%。采用该方法测定不同地区的样品,并与直接采用ICP-MS法进行对比,其测定结果基本吻合。实验表明该方法的检出限,定量限可以满足水中重金属元素Zn,Mn,Cu,Co,Ni,Cd,Pb的检测要求,准确性和精密度好,结果可靠,适用于测定水中Zn,Mn,Cu,Co,Ni,Cd,Pb。     

端视电感耦合等离子体发射光谱测定保温材料中钠和钾的研究

本文利用端视电感耦合等离子体发射光谱建立了一种钠和钾的分析测定方法,优化了分析测试条件,方法对钠和钾氧化物的检出限分别为0.005和0.002μg/mL,将该方法用于保温材料中和钠的分析测定,获得了令人较为满意的结果.     

电感耦合等离子体质谱测定饲料中稀土元素镧和铈的研究

研究建立了应用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)同时测定饲料中稀土元素镧(La)和铈(Ce)的方法。优化了ICP-MS的操作条件,通过基体加入法和基体逐级稀释法研究了预混合饲料和配合饲料基体对La和Ce测定的影响,考察了硝酸浓度对La和Ce响应信号的抑制作用。在优化的条件下,以In(115)和Tb(159)为内标物,La和Ce检出限分别为26.2和6.47 ng·kg-1,线性相关系数为1.0000,动态线性范围达到3个数量级。将该方法用于预混合饲料和配合饲料样品中稀土元素La和Ce的测定,其回收率≥77.8%,相对标准偏差(RSD)≤8.5%,结果令人满意。     

固相萃取-电感耦合等离子体质谱法测定地表高盐水体中的痕量稀土元素

基于电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）建立测定地表高盐水体中痕量稀土元素的分析方法,提出UV/H₂O₂去除地表水体中有机物的新策略。地表水体中的溶解态稀土浓度极低,质量浓度在ng·L-1数量级,分析测试非常困难。当水体中总溶解性固体超过1 g·L-1时,样品直接测试会造成严重的质谱干扰,同时可能会导致雾化器、截取锥和样品锥阻塞。因此,测试高盐水体中的稀土元素需要先去除水体中的盐类。为提高测试的准确度,样品测试前通常需要对水体进行预富集以增加待测物质量浓度。但是,内陆地表水体中有机物浓度较高,在进行预富集的过程中有机物和稀土元素发生络合作用,使得溶解态稀土在富集时发生分异,对预富集工作也是一项挑战。首先在样品中加入H₂O₂,将样品放入紫外消解系统中氧化去除水体中的有机物,消解后水体中有机碳的浓度可降低至0.5 mg·L-1。然后采用NobiasPA1固相树脂对样品进行预富集,步骤如下：首先使用流速为2.2 mL·min-1的硝酸,超纯水和醋酸铵缓冲液依次分别清洗预富集系统,去除预富集系统中可能残留的稀土元素;然后用流速为2.0 mL·min-1的醋酸铵缓冲液、样品和醋酸铵缓冲液依次分别通过固相萃取柱,富集样品中的稀土元素并去除吸附在树脂柱上的盐类;最后使用流速为0.7 mL·min-1的HNO₃溶液淋洗树脂柱并收集样品。ICP-MS测试样品时,选择115In为内标校正基体效应。研究结果表明在pH 4.6±0.1的情况下,各稀土元素的检出限和空白值分别在0.34～22.0和0.34～12.9 ng·L-1之间;稀土元素检出的相对标准偏差（n=5）<5%;稀土标准溶液的加标回收率在97%～101%之间。将该方法用于渤海海水、海河河口水体和西藏雅根错水体,加入Tm作为内标,样品的加标回收率在98%～101%, 相对标准偏差（n=3）<5%。这说明该方法适用于地表高盐水体中溶解态稀土元素的定量分析。     

电感耦合等离子体质谱法测定城市污泥中重金属的活性形态

以沈阳北部、满堂河、仙女河三个污水处理厂的污泥为研究对象,选择水、醋酸和不同极性的有机溶剂对其进行浸提分离,采用ICP-MS测定了污泥中主要污染的重金属元素各活性形态的含量,并探讨了Cr,Cu,Zn,Cd和Pb随环境条件的改变其活性形态含量的变化规律及其影响因素。结果表明：城市污泥中重金属的醋酸浸提态含量较高,水溶态含量较低,二者随时间和温度条件的变化呈一致的规律性,有机浸提态重金属的含量与溶剂极性大小呈正相关性。醋酸浸提态重金属在迁移转化过程中具有较大活性,同一形态重金属的活性次序为：水溶态Zn＞Cu＞Cd＞Pb＞Cr,醋酸浸提态Cd＞Cr＞Cu＞Zn＞Pb,有机浸提态Pb＞Cd＞Cr＞Cu＞Zn。     

电感耦合等离子体质谱法测定高纯氧化镧中稀土杂质的研究

本文报道了用电感耦合等离子体质谱法（ＩＣＰ－ＭＳ）测定高纯氧化镧中１２个痕量稀土杂质的方法。分析讨论了测定中的种种谱干扰和基体效应，研究了用Ｔｌ，Ｃｓ，Ｉ作内标补补基体抑制效应和灵敏度漂移。单个稀土元素的检出奶为０．０１－００．２６ｎｇ／ｍＬ，回收率为９１．２５－１０８．５％。精密度（ＲＳＤ）为２．８％－６．８５。本方法酸溶样品后可以直接测定，不需要预富集和分离。     

电感耦合等离子体质谱法测定高纯氧化钕中稀土杂质的研究

本文报导了高纯氧化钕中Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等１１中稀土杂质的电感耦合等离子体质谱测定方法。选择了仪器最佳操作参数，研究了质谱干扰和基体效应，采用Ｔ１内标可基本克服基体效应。方法检出限为０．０１９－０．０９５ｎｇ／ｍＬ，加标回收率为８１．８％－１０３．３％。     

原子荧光光谱法与电感耦合等离子体质谱法测定饮用水中砷含量的比较

探讨了原子荧光法与电感耦合等离子体质谱法在测定饮用水中砷含量方面的不同仪器性能.原子荧光法与电感耦合等离子体质谱法测定砷的检出限分别为0.031μg/L和0.005μg/L,RSD(精密度)分别为3.18％、1.21％和1.63％、0.81％.回收率分别为95.8％-102.5％和98.2％-101.6％.在水中砷的测定方面,电感耦合等离子体质谱法要优于原子荧光法,是一种值得推广的方法.     

电感耦合等离子体质谱中有机试剂的基体效应研究

研究了乙醇、丙醇、丙三醇、乙酸、乙二胺和三乙醇胺等与水互溶的有机试剂对不同质量和电离曜闰元素质谱信号的影响。在优化的工作条件下,溶液中加入少量的乙醇、丙醇、丙三醇、乙酸、乙二胺或三乙醇胺对电离能在９～１１ｅＶ的元素的信号有不同程度的增强,附加乙二胺或三乙醇胺对Ｈｇ信号的增强效应显著大于乙醇、丙醇和丙三醇等试剂;探讨了乙二胺和三乙醇胺对Ｈｇ的信号增强机理。利用乙二胺或三乙醇胺对Ｈｇ的信号增强的特性,