基本介紹
技術介紹,研究進展,套用進展,
技術介紹
原子光譜分析，包括光學光譜、X射線譜和質譜分析是檢測無機元素的最佳方法，而電感耦合電漿原子發射光譜（ICP-AES）分析技術，由於既具有原子發射光譜法（AES）的多元素同時測定優點，又具很寬線性範圍，可對主、次、痕量元素成分同時測定，適用於固、液、氣態樣品的直接分析，具有多元素、多譜線同時測定的特點，是實驗室元素分析的理想方法。ICP-AES是原子光譜分析技術中套用最為廣泛的一種，不僅是冶金、機械、地質等部門不可缺的分析手段，而且在有機物、生化樣品的分析，以及當前備受關注的環境檢測和食品安全監控等方面，日益展現其優越性，已成為當前最具優越分析性能和實用價值的實驗室必備檢測手段。經半個多世紀的發展，ICP-AES儀器在靈敏度、選擇性、分析速度、準確度、自動化，即所謂3S+2A，等方面有了長足的進步，不斷推出各種分析性能好、性價比越來越有優勢的商品化儀器，使ICP-AES分析技術逐漸成為無機元素分析的常規手段。
研究進展
ICP-AES法出現於20世紀60年代。20世紀60年代初Reed設計了三層同心石英管組成的等離子炬管裝置，從切線方向通入冷卻氣，得到在大氣壓下類似火焰形狀的高頻無極放電裝置，隨後Greefield和Wendt等發表了第一篇電感耦合電漿（ICP）在原子光譜分析上的套用報告以來，由於電感耦合電漿光譜的優越分析性能和商品儀器的出現而得到迅速發展。1975年國際純粹和套用化學聯合會（IUPAC）推薦將ICP作為電感耦合電漿專用術語之後，ICP-AES分析技術、儀器裝置等方面得到全面發展，出現了以高刻線衍射光柵色散系統的同時型、順序型和以中階梯光柵雙色散系統與面陣式固體檢測器相結合的“全譜型”等ICP-AES儀器，使原子發射光譜分析儀器進入一個全新的發展時期，ICP-AES分析技術成為有效的元素分析方法，同時ICP-AES儀器也處於不斷改進並逐步向高端階段發展。
近期出現的ICP-AES儀器新品，其先進性表現在下列幾方面：
（1）儀器的解析度有明顯提高。中階梯光柵－稜鏡雙色散系統和固體檢測器不斷創新，使這類全譜型ICP光譜儀器的解析度達到“極致”。近期的ICP-AES新品儀器的光學解析度達到0.003nm或像素解析度為0.002nm。結合固體檢測器不斷改進和提高，新一代CCD/CID檢測器具有高靈敏度、高量子化效率，像素解析度可達到或優於0.003nm，儀器的譜線實際解析度可以達到0.007nm，最最佳化的條件下可達到0.005nm的效果。對於ICP具有豐富原子線和離子線的多譜線光源，如Fe在210～660nm範圍內就有幾千條譜線，含0.1%Cr溶液呈現4000多條譜線，因此譜線干擾是ICP-AES分析的主要影響因素。ICP-AES儀器需要高解析度的光學系統，才能最大限度降低光譜干擾。高解析度是ICP-AES儀器可靠性的基本保證。
（2）高頻電源採用全固態數字式發生器成為主流配置。全固態RF發生器使儀器結構更為緊湊、運行更加穩定，穩定性不大於1.0%，重複性不大於1.0%，頻率最佳化在27.12MHz及40.68MHz，不同廠家均有選用，效果相近，均有很好的分析性能。國外ICP-AES高端儀器均採用全固態數字式RF發生器，因此儀器的短期穩定性不大於0.5%和長期穩定性不大於1.0%。國內在這方面也有進展，近年來武漢地質大學與計量院聯合研製的數字式高效全固態ICP光源系統已取得成果。採用全數位化設計，功率調節採用數字式控制，頻率為27.12MHz，可調範圍為100～1600W，將大大促進國產ICP-AES儀器的發展。
（3）炬管垂直放置，雙向觀測同時進行，已成為全新配置。ICP-AES可以從側面進行觀測，稱為側視式ICP-AES儀器，也可從焰炬進行頂端觀測，稱為端視式ICP-AES儀器。上世紀末推出端視技術，可以提高ICP-AES的檢出靈敏度近1個數量級。國外高端的ICP-AES儀器均採用了雙向觀測可選技術，但均採用水平炬管，且需雙向交替觀測。實際套用發現，炬管水平放置不是最佳配置，實驗中水平炬管易產生鹽分、碳粒的凝結和水滴，而垂直矩管的設定可防止這些情況出現，並能提高分析有機樣品和高鹽樣品的穩定性。
套用進展
ICP-AES分析技術由於其既具有多元素同時測定的優點，又具有溶液進樣的穩定性，已經在很多領域的得到廣泛套用。從近年來在各公開刊物上發表的文章可以看出ICP-AES法已經成為日常分析手段。近幾年公開出版刊物中發表有關於ICP-AES分析的論文就有693篇。可見其套用範圍很廣。由於新品儀器簡化了分析流程，實現了快速、低成本、高通量的分析，更加適於在工業、環境、藥物、食品安全等領域上套用，因此ICP-AES法可望成為低成本的檢測方法。
在標準分析上的套用
由於ICP-AES法以溶液進樣，可以用基準物質配製的標準溶液作為基準進行測定，具有溯源性，因此其測定方法已越來越廣泛的被納入國際標準（ISO）、國家標準（GB）及行業標準。在實驗室檢測，測試數據比對發揮重要作用。目前ISO已經不斷增加ICP-AES法，在我國也有大量ICP-AES法納入GB和行業標準中。
在冶金分析的直接測定中套用
ICP-AES分析通過選用合適儀器和分析譜線，大多情況下可以進行直接測定。實際套用中主要是解決樣品處理問題和選擇合適的分析線，採用基體匹配以及譜線干擾校正等方式以確保測定結果的準確性。對於鋼鐵合金產品的成分測定，ICP-AES法在日常分析的套用越來越普遍。實際套用中以多元素同時測定最為典型。例如，張洋等採用ICP-AES法對鉻鐵礦中含有Cr，Fe，Al，Mg，Zn，Co，Ni等29種元素進行測定；劉淑君等採用微波消解法對鈷基高溫合金中的La，Ce，Pr，Nd，Er，Y稀土元素進行測定；龐曉輝等用ICP－OES法同時測定鈦合金中稀土元素Y，La，Pr，Sm，Ce，Gd，Nd的含量；李盛意等在密閉塑膠瓶中以硝酸、氫氟酸在常溫常壓下分解樣品，鎢酸沉澱分離基體後，測定Co、Mg、Ca、Mn、Al、Na、K、Ni、Cr、Cd、Si、Cu、Pb、Sn、As、Sb、Bi等元素，解決鎢產品中大部分痕量雜質元素測定。
非金屬元素的測定套用
套用ICP-AES法測定冶金材料中S，P，Si，B，N，Cl，F等非金屬元素比較受關注。近年來由於儀器的發展，ICP-AES法在分析譜線的選擇上有優勢，結合溶液進樣的優點，使測定這些元素的標準物質較易配置，因而成為套用熱點。例如，徐建平研究了用ICP-AES法測定鋼鐵材料中的硫含量，樣品用王水或硝酸溶解後，再經高氯酸冒煙處理，樣品中的硫轉化成硫酸根進入均相溶液，使鋼中微量硫的測定結果準確、可靠。唐華應等採用硝酸（1+2）和鹽酸（1+1）的混酸（VHNO3∶VHCI=3∶2）溶解樣品，選擇S180.731nm（級次185）或S182.034nm（級次184）的光譜線作為硫的分析線，建立了電感耦合電漿原子發射光譜法測定釩鐵中硫含量的方法。該法中採用S180.731nm（185）分析線時，檢出限為0.0094μg/mL；採用S182.034nm（184）分析線時，檢出限為0.020μg/mL。李敬清等用微波消解－ICP-AES法測定石油焦中硫。劉東艷等進行了電漿發射光譜測定煤中總硫的方法研究。這些測定都基於利用硫標準溶液校對，因而較之常規的燃燒法有一定的優勢。
