基于激光离子源的飞行时间质谱法作为一门新兴的成像方法, 已经被广泛应用于材料、 地质、 环境、 药物和生命科学领域中。 但受限于光学衍射极限、 聚焦透镜的焦距和数值孔径等因素, 使其难以实现亚微米尺寸的高空间分辨率成像。 近场技术的引入成功地解决了光学衍射极限的限制, 将近场技术与激光电离技术相结合, 可以实现对固体样品表面纳米级弹坑的剥蚀。 此外, 传统的质谱成像技术常常假设样品表面是平整的, 忽略其表面形貌的高低起伏, 但这往往会导致信号强度不稳定和成像假象。 为此, 不仅需要获得样品中的化学组成与空间分布, 还需同时获得样品表面的形貌信息, 才能实现多功能的原位表征。 在自行研制的激光解吸/电离飞行时间质谱的基础上, 采用近场纳米有孔针尖离子源代替传统的远场激光聚焦, 以532 nm波长激光为第一束解析激光, 355 nm波长激光为后电离激光, 音叉式原子力显微镜控制系统针尖与样品之间的距离维持在近场范围内, 对酞菁铜镀层样品表面进行了弹坑剥蚀实验, 获得了直径为550～850 nm的弹坑点阵; 并对7.5 μm×7.5 μm的标准酞菁铜网格样品进行了铜离子亚微米级的高分辨率成像; 此外, 纳米有孔针尖离子源作为原子力显微镜的一种变体, 还可同时获得成像区域的表面形貌信息, 这一结合优势大大拓展了质谱技术在微纳尺度下的原位表征能力。

原子光谱（atomic spectrometry, AS）技术作为分析领域一个重要的组成部分, 是尖端科学快速发展的助推器。 随着国家对高新技术的愈加重视, 国内的分析检测技术也在飞速发展, 原子光谱技术作的发展则成为了极其重要的推动力。 对中国原子光谱近4年（2015年—2018年）的研究成果与应用进展做了一个综述, 内容主要分为六大部分: 原子发射光谱（atomic emission spectrometry, AES）包括电感耦合等离子体发射光谱（inductively coupled plasma optical emission spectrometry, ICP-OES）, 辉光放电发射光谱（glow discharge optical emission spectrometry, GD-OES）, 介质阻挡放电发射光谱（dielectric barrier discharge optical emission spectrometry, DBD-OES）和激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectrometry, LIBS）; 原子吸收光谱（atomic absorption spectrometry, AAS）包括火焰原子化吸收光谱（flame atomic absorption spectrometry, FAAS）, 石墨炉原子化吸收光谱（graphite furnace atomic absorption spectrometry, GFAAS）和氢化物发生原子吸收光谱（hydride generation atomic absorption spectrometry, HGAAS）; 原子荧光光谱（atomic fluorescence spectrometry, AFS）; X射线荧光光谱（X-ray fluorescence spectrometry, XRF）; 元素质谱（elemental mass spectrometry, EMS）包括电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS）, 辉光放电质谱（glow discharge mass spectrometry, GDMS）, 激光电离源质谱（laser ionization mass spectrometry, LIMS）和原子探针层析成像（atom probe tomography, APT）; 原子光谱分析的联用技术。 主要关注了各个技术及各种联用技术在仪器设备、 检测方法、 检测性能上的突破和创新, 并简要介绍它们在电子、 冶金、 地质、 环境、 制药、 食品、 生命科学等多种领域中的应用。

利用大气压脉冲微放电剥蚀源对铝合金进行光谱分析。 该针板结构微放电装置具有价格低廉、 操作便捷、 分析快速等特点。 脉冲放电能瞬间注入极大的放电能量, 不致使样品融化, 进而保证放电的稳定性。 在几微秒的时间内, 对钨针电极施加近-4 000 V的高压, 电极间迅速形成放电通道, 针尖和样品之间形成高达20 A的电流, 造成对样品的剥蚀, 并对被剥蚀的粒子进行激发。 单次放电脉冲注入能量约为85 mJ, 能量以电流的形式传递于放电电极。 剥蚀形貌图表明放电微等离子体局域在电极间隙, 针尖轴向上的能量传递和电流密度远高于离轴区域。 为了深入研究剥蚀机制和物理性质, 对等离子体源的电学特性进行了讨论。 通过精确的时序拍摄技术观测了等离子体的演化过程, 从ICCD相机的快速成像结果可以看到等离子体源寿命与脉冲高压放电源的脉宽相当, 发光强度与放电电流变化趋势相吻合。 与光谱分析装置相连接, 脉冲微放电剥蚀源可有效激发合金样品中的铝、 镁、 锰、 铜等元素原子谱线。 对放电过程等离子体光谱特性进行考察, 利用玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算等离子体电子温度和电子数密度, 分别得到过程中等离子体电子激发温度约6 700 K, 等离子体电子数密度约1017 cm-3量级, 并验证了放电处于局域热平衡状态。 探究其定量分析性能, 结果表明该脉冲微放电等离子体直接作为一种光谱分析源可实现对铝合金样品快速定量分析。

采用实验室自制飞秒激光电离飞行时间质谱(fs-LI-TOFMS)对唐代、 五代、 宋代、 金代以及明代等五个朝代的耀州窑古瓷片釉层进行多元素同时分析, 研究其呈色机理, 以过渡元素为重点考察陶瓷釉层中所有可能着色元素的着色效果。 推测耀州黑瓷烧制采用的很可能是Co-Cr-Fe-Mn系黑色釉料; 明代白釉形成的主要原因是Fe元素含量低, 还有可能与Ni元素有关; 釉层中P 元素含量增多会导致釉色偏黄。 毫无疑问, 这一系列发现是对整个耀州瓷体系釉层呈色机理的重要补充。

原子光谱技术作为现代分析检测技术中的一个重要组成部分, 在分析领域中占据着举足轻重的地位, 而其发展也反映了分析技术的不断改革与创新。 综述了中国原子光谱技术近15年来(2000年—2014年)的研究与应用进展。 内容涉及原子光谱的多个分支领域, 包括原子发射光谱(atomic emission spectrometry, AES), 原子吸收光谱(atomic absorption spectrometry, AAS), 原子荧光光谱(atomic fluorescence spectrometry, AFS), X射线荧光光谱(X-ray fluorescence spectrometry, XRF)以及原子质谱(atomic mass spectrometry, AMS)五种原子光谱技术, 重点关注各技术在检测方法上的创新及其在环境样品、 生物样品、 食品饮料以及地质材料等相关领域中的应用, 并对原子光谱分析中利用到的各种联用技术进行了简要介绍。 最后展望了今后我国原子光谱技术的发展方向。

黄本立院士黄本立院士, 1925年9月21日出生于香港, 祖籍广东新会; 光谱化学家, 厦门大学教授。 1945年—1949年就读于岭南大学。 1950年—1986年任职于中国科学院长春应用化学研究所, 历任助理研究员、 副研究员、 研究员; 1986年调厦门大学任教至今。 曾任中国化学会理事长、 中国光谱学会副理事长、 分析化学学科委员会主任委员、 《光谱学与光谱分析》主编, 《分析化学》、 《分析科学学报》、 《分析试验室》、 《冶金分析》、 《化学进展》等十多种国内期刊编委或顾问, Spectrochimica Acta Part B (1985年—1995年)、 ICP Information Newsletter(1981年—)、 Analytical Sciences(2000年—)等国际期刊顾问编委或编委; 国家自然科学基金委分析与环境化学学科评审组成员(1992年—1995年); 何梁何利基金科学奖学科(专业)组评审委员等。

提出了一种三维矩阵的奇异值分解算法, 该法适合处理具有三维矩阵数据的模式识别和分类模型等领域实际问题, 该算法与二维矩阵奇异值分解算法类似, 通过求解约束条件极值问题获得, 该算法与已有的三线性分解算法比较, 相对简单, 计算速度快, 适合处理数据量大的实际问题, 该算法也很容易推广到更高维阵列的光谱数据。