大气压液体阴极辉光放电发射光谱检测水体中的铅

建立了一套基于大气压液体阴极辉光放电原子发射光谱(electrolyte cathode atmospheric glow discharge atomic emission spectroscopy,ELCAD-AES)的水中金属离子检测装置,并在该装置上对水中金属离子铅(Pb)进行了检测,随着Pb浓度的增加,Pb元素的发射光谱强度显著增强,Pb浓度在10~80 mg·L-1范围内时,其发射信号强度与浓度呈现一定的线性关系。实验考察了放电电流、易电离元素对Pb发射光谱的影响,表明当电流增加到70 mA时,Pb元素的信号强度最强,溶液中的易电离元素对Pb元素信号强度产生微弱影响。同时探讨了酸化试剂对Pb发射光谱的影响,发现用HNO₃酸化溶液时Pb发射光谱强度最强,而降低pH值可以有效的提高Pb发射光谱强度。研究了等离子体内不同区间的原子发射光谱强度,结果表明金属原子Pb的发射光谱集中在靠近阴极的区域,因此获得了Pb元素的最佳探测位置。计算得到采用便携式光谱仪作为探测系统的水体Pb元素痕量检出限为0.7 mg·L-1,相对标准偏差为1.7%,两种实际水样检测回收率分别为95%~106%,表明本方法有较好的准确性。研究结果为进一步开展水体痕量重金属元素液体阴极辉光放电光谱检测提供了方法。     

基于便携式光谱仪的溶液阴极辉光放电发射光谱检测水体中的锰

溶液阴极辉光放电-原子发射光谱是一种新颖的快速、高效、实时在线的元素分析方法,它可用于水体金属元素的检测。为了实现对水体中Mn元素准确和稳定的测量,采用溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法耦合三台不同入射狭缝和分辨率的便携光谱仪(Maya 2000 Pro)对溶液中的Mn离子进行了检测。实验研究了光谱仪的入射狭缝和分辨率对光谱检测的影响,发现光谱仪的入射狭缝越宽光谱强度越大,光谱仪的分辨率越高得到光谱强度与背景强度的比值越高。实验考察了溶液流速和放电电流对Mn发射光谱的影响,在溶液流速为1.86 mL·min-1和放电电流为65 mA时获得较高信背比。实验测试了在溶液流速为1.86 mL·min-1和放电电流为65 mA的优化实验条件下Mn的光谱检测稳定性,三台便携式光谱仪测量Mn在连续一段时间内光谱强度的相对标准偏差分别为0.59%,0.61%,0.80%,检测的稳定性较好。同时探讨了Mn元素的分析性能参数,获得了较低的背景标准偏差,检出限分别为42.8,65.1,33.8 μg·L-1。实验对标定物质中的Mn元素进行定量分析测量,测量误差在0.02%~2.08%之间,精密度为0.63%~1.54%,加标回收率为97%~99%,表明本方法具有较高的检测准确度和稳定性。研究结果显示,溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法耦合便携式光谱仪可用于水体中痕量重金属元素Mn的精确检测。     

液体电极放电光谱检测水体中的金属元素

水环境中的重金属残留已对人类安全构成严重威胁,急需快速、高效的重金属残留检测方法。利用待测液体作为放电进行大气压辉光放电是近几年兴起的一种检测水体中金属元素的有效方法。本文综述了近年来出现的液体电极放电装置,分析了影响金属元素发射强度的因素,总结了液体电极放电光谱技术检测水体中金属元素的研究成果。最后分析了液体电极放电光谱技术所存在的问题,对基于液体电极放电光谱技术快速检测水体中的金属元素急需解决的关键问题和发展前景进行了讨论。     

大气压液体阴极辉光放电-原子发射光谱法应用于血清中微量锂元素的测定

含锂药剂在用于临床治疗精神疾病时需要对患者血清中锂元素浓度进行监测以在控制正常药效的同时防止锂中毒事故的发生。目前临床医学检验血清中锂元素含量主要采用火焰原子吸收光谱和基于离子选择性电极的电化学技术。但火焰原子吸收光谱技术需要使用乙炔钢瓶和空气压缩机,存在仪器不能便携,对实验室条件要求苛刻等缺点;电化学方法存在电极处理与更换繁琐,分析效率相对偏低等问题。同时,仪器可便携、操作简单且对锂元素分析具有良好分析性能的液体阴极辉光放电-原子发射光谱技术尚未应用于医疗领域血清中锂含量的测定。因此,基于自制便携液体阴极辉光放电-原子发射光谱装置,建立了血清中锂元素的高灵敏度分析方法。系统考察了10～100倍血清样品稀释倍数对血清样品测试的干扰,结果表明,当血清样品稀释20倍以上时,未发现显著的基体干扰,可以较好地保证结果的可靠性。对影响锂元素分析性能的分析谱线、试液酸度等参数进行了系统优化, 结果表明671 nm为锂元素最佳测试谱线;试液酸度对锂元素分析的灵敏度和稳定性影响显著,采用1%硝酸（V/V）试液酸度可以保证良好的分析性能。在优化的系统参数和实验条件下,锂元素标准曲线的回归方程为：Ie=7 299ρ_Li+400;R2=0.998 3。当血清样品稀释20倍时,该方法对锂元素的检出限为0.2 mg·L-1。对同一血清样品6次重复测试考察本方法的重复性,相对标准偏差小于5%。将本方法应用于血清标准样品（Trace Elements Serium L-2）中锂含量分析,测定值与证书标称值一致。表明该方法可以较好地应用于医疗检验领域实际血清样品中微量锂元素含量的测定。     

电弧及辉光微等离子体大气压取样的发射光谱研究

在线化学分析需要实现开放环境下的样品取样和电离/激发。相比于激光切削或者激光诱导击穿,大气压微等离子体系统结构简单,更利于小型化。因而基于大气压微等离子体的在线化学分析技术引起行业的广泛关注。为了确定合适的微等离子体源进行样品的在线元素检测,需要进一步了解各放电模式及工作参数下微等离子体的自身特性以及取样效果。该工作主要研究了电弧及辉光放电微等离子体在大气压下对样品铁取样发射光谱的特性。实现了在开放环境下对高熔点金属样品的在线检测,并发现电弧放电微等离子体与光谱分析源联用具有更高的取样效率。高采样效率的电弧放电微等离子体源为实现金属及难解离样品的检测提供了一种新的方法。同时,相较于传统的取样装置,避免了复杂的样品制备、样品传输过程。实验装置采取简单的针对板放电结构,分别利用高压脉冲电源、直流电源获得电弧放电和辉光放电。实验的结果表明,在放电功率近似相等的条件下,电弧放电产生的微等离子体对样品铁取样的光学发射谱中,样品元素的特征谱线占据主导地位,同时伴随有空气中氮气的谱线,而且铁离子(FeⅡ)谱线的相对强度显著高于氮气分子谱线的相对强度。而在直流辉光放电中,样品铁原子(FeⅠ)谱线相对强度非常不明显。由此说明,电弧放电产生的微等离子体具有更高的采样效率。放电在样品表面留下的溅射坑也得出了相同的结论。增加辉光放电电流到25 mA,发现样品元素铁的谱线仍然没有明显的增强。同时,也研究了采样间距对两种采样模式的影响。实验结果表明,间距对两种模式的采样光谱没有显著的影响。采用主要成分为铝的合金铝箔进行了上述对比实验,得出相同的结论,即电弧放电微等离子体更适合作为光谱分析源来实现对金属样品的实时快速检测。     

溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法测定富锶矿泉水中的锶

锶元素是人体不可缺少的微量元素,饮用富锶矿泉水可以为人体补充锶。目前用于检测富锶矿泉水中锶元素的常规分析方法如原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、离子色谱法、电感耦合等离子体-原子发射光谱法/质谱法等,具有检测灵敏度高、检测稳定性好的优点,但是相关仪器体积庞大,价格昂贵,能耗高,有些还需要使用惰性/特殊气体,不适合现场、实时和在线连续监测。因此,发展小型化、低成本、快速的光谱检测对锶元素的有效测量具有重要意义。溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法是近年来发展迅速的水体金属离子测量方法,具有检出限低、成本低、小型化等优点。因此,建立溶液阴极辉光放电-原子发射光谱系统,实现了富锶矿泉水中锶元素的浓度测量。实验考察了溶液阴极辉光放电装置中放电电流、溶液流速和pH值等参数对锶的信背比的影响,确定了定量分析元素锶的最佳实验条件：溶液流速1.85 mL·min-1、溶液阴极辉光放电装置的放电电流75 mA,pH 1.0的HNO₃作为电解质。选取波长为460.77 nm的光谱线作为锶元素的分析谱线。在上述最佳工作条件下对锶的溶液进行测定,锶元素的发射光谱稳定性为0.52% (n=21)。锶的质量浓度在0.1～20 mg·L-1范围内与其发射强度呈线性关系,线性相关系数为0.999 6。所建立的溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法测得锶的检出限为29 μg·L-1。采用搭建的溶液阴极辉光放电-原子发射光谱检测系统测量了市场上常见的三种富锶矿泉水,测量结果与电感耦合等离子体发射光谱法一致。此外,该方法对富锶矿泉水的加标回收率为98.8%~107.6%。结果表明：溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法是测定富锶矿泉水中锶的一种有效方法。     

基于多元线性回归法的液体阴极辉光放电-原子发射光谱分析研究

液体阴极辉光放电-原子发射光谱是近些年兴起的一种水体金属元素检测技术。该技术具有开放大气环境工作,进样简便,体积小,运行费用低,可同时检测多种金属元素等显著特征。根据之前的研究工作可知,金属元素的浓度不仅与自身的某一条谱线强度有关,而且还与自身其他的谱线或者基体中其他元素的谱线强度有关。为提高该技术的检测能力和精度,降低实验过程中基体效应的影响,以及更加充分地利用光谱信息,采用多元线性回归法对光谱信息进行定量分析。选取Pb Ⅰ 368. 35 nm和Pb Ⅰ 405.78 nm两条特征谱线,建立Pb元素浓度与这两条光谱线强度的二元线性回归方程;相比于标准曲线法,Pb元素的拟合度R2从0.986 5提高到0.998 7,两组Pb测试液的相对误差从34.00%和29.00%降低到14.20%和1.51%。为降低复杂成分中基体效应的影响,建立Na的浓度与Na Ⅰ 589.38 nm,Zn Ⅰ 213.8 nm,PbⅠ405.78 nm和H_β四条特征谱线强度的四元线性回归方程;拟合度R2从标准曲线法的0.955 8提高到0.995 6,两组Na测试液的相对误差从11.67%和14.71%降低到2.33%和3.57%。以上结果表明：相比于标准曲线法,多元线性回归法可以降低实验过程中基体效应的影响,并且能更加充分地利用光谱信息,能提高拟合度R2,以及降低测量的误差,从而提高液体阴极辉光放电-原子发射光谱定量分析金属元素的精度。     

沿面放电中的辉光和赝辉光放电

利用沿面放电发生器装置，在流动氩气中实现了大气压辉光放电。放电电流波形表现为外加电压每半周期只有一个电流脉冲。驱动电压频率是60kHz时，放电电流脉冲持续时间大于1微秒。氩气中的辉光放电，功率消耗随着外加电压增加或者是气压减小而增大，这种关系可以用汤生击穿理论定性解释。与此对比，大气压空气中的放电电流波形为外加电压每半周期放电为许多脉冲，每个电流脉冲为高频阻尼振荡，这就是赝辉光放电。大气压空气中的赝辉光放电可能是由于气体的流光击穿造成的。     

空气中大气压下均匀辉光放电的可能性

利用介质阻挡电极结构,对101325×105Pa气压下空气间隙中的放电进行了实验研究,数值模拟计算了实验条件下电子雪崩的发展过程.结果表明:对于长度不大于2mm的空气间隙,可能实现辉光放电.对于长度不小于5mm的空气间隙,如果不能设法降低放电场强,放电必然是流注形式,不可能实现辉光放电.另外,实验结果未能验证“离子捕获”机理降低放电场强而实现辉光放电的正确性 关键词： 大气压辉光放电 电子雪崩 流注     

Electrolyte Cathode Atmospheric Glow Discharges for Direct Solution Analysis

Abstract

The electrolyte cathode atmospheric glow discharge (ELCAD) invented in 1992 is a new optical emission source with upcoming application in the field of environmental protection as an outstanding instrument for monitoring the toxic heavy metal content of waters and wastewaters. The main operating parameters, mechanisms (secondary electron emission from the electrolyte cathode, self‐sustaining processes in the cathode dark space, dependence of the emitted line intensities on the discharge parameters, temperatures), and the analytical performance of this special discharge are presented through a critical review using the papers related to the ELCAD published from 1993 to 2006.     

利用发射光谱进行常压介质阻挡放电等离子体诊断及其在材料表面改性上的应用(英文)

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,对常压介质阻挡放电在材料改性过程中的等离子体发射光谱进行测量,记录和比较了空气、氦气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用氩元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控。工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性上的应用具有重要的意义     

辉光放电光谱分析技术在金属材料分析中的应用

本文主要介绍了辉光放电光谱仪的基本原理，分析特点以及在金属材料分析中的应用，并从理论上推导出辉光放电光谱分析技术用于金属材料分析的理论依据。着重介绍了基板分析、深度逐层分析。对磷青铜镀银层逐层分析；渗碳、氮钢板分析；彩涂钢板分析进行了探讨。     

Atomic Emission Spectrometry of Microsamples in a Glow Discharge

A glow discharge system for atomic emission spectrometry is evaluated for physical and analytical characteristics. Lead (as the nitrate) is the model element used for these studies. The sputtering characteristics of several electrode designs are studied with the best system tried resulting in total sample vaporization in less than 1 s. Discharge currents up to 200 mA at a discharge voltage of 1200 V and a pressure of 2 torr are found to give the best results. The detection limit for lead is 0.9 ng and the linear dynamic range of response is greater than 2 orders of magnitude. Sodium chloride at a 100-fold excess amount causes a 50% decrease in the signal level.     

大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析

介质阻挡放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景而成为研究热点。文章利用平行平板介质阻挡放电装置,在流动的氦气中实现了大气压均匀辉光放电,得到了大气压下的均匀等离子体。利用电学方法将放电电流从总电流中分离出来,从而得到了辉光放电的放电电流。通过分析放电电流、外加电压、气隙上电压以及壁电荷电量之间的相互关系,可以研究气体放电过程中壁电荷积累的微观动力学行为。实验结果表明壁电荷主要是在放电电流脉冲持续期间积累的,但电流脉冲结束后,由于气隙电压没有改变极性,壁电荷还会逐渐积累,气隙电压改变极性后,壁电荷量随时间减小。这些结果对壁电荷在介质阻挡辉光放电中作用的深入研究和大气压介质阻挡辉光放电的工业应用具有重要意义。     

直流大气压辉光放电高能电子密度的空间分布

利用针阴极和水阳极,在6 mm的空气隙产生了大气压空气辉光放电。该大气压辉光放电具有明显的负辉区、正柱区和阳极辉区等明亮的发光区。通过研究放电的电压电流特性,发现该放电处于亚辉光放电到正常辉光放电阶段。由于氮分子第二正带系337.1 nm的光谱强度反映高能电子密度,对337.1 nm谱线的强度进行了空间分辨测量。结果发现高能电子在针尖附近密度最大,而其他区域相差不多。随电压升高,高能电子密度减少。增大限流电阻,高能电子密度也减少。氧原子对杀菌消毒具有重要作用,利用发射光谱法对氧原子谱线强度的空间分布进行了测量,发现氧原子谱线强度与高能电子的空间分布及其随参数的变化关系一致。     

离子分子束源的浓度调制光谱研究

建立了一套交流放电产生离子分子束源的装置,以N₂为例,束流中N＋₂的发射谱强度远大于N₂的发射谱强度,N+₂(B)/N₂(C)高达6∶1。根据其发射谱,对交流放电过程和浓度调制光谱进行了测量研究,并计算了离子分子激发态振动温度和转动温度,分别为3 310和282 K。