1 洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）, 河南 洛阳 471023厦门双瑞材料研究院有限公司, 福建 厦门 361000国家新材料生产应用示范平台（先进海工与高技术船舶材料）, 河南 洛阳 471023
2 洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）, 河南 洛阳 47102
3 洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）, 河南 洛阳 47102河南省船舶及海工装备结构材料技术与应用重点实验室, 河南 洛阳 471023
碲是新型先进铝合金的微合金化元素, 可提高合金强度、 塑性、 耐热性和耐蚀性。 针对先进铝合金研发、 生产和应用过程提出的微量碲的准确、 快速检验需求与国内外检测标准缺乏铝合金中碲元素分析方法的现状, 基于电感耦合等离子体原子发射光谱法开展了铝合金中碲的分析方法研究。 研究确定了样品消解方法, 考察优化了分析谱线、 观测方式、 射频功率与雾化气、 等离子体气和辅助气流量等光谱仪的工作参数。 确定的条件参数如下, 射频功率: 1.20 kW, 雾化气流量: 0.75 L·min-1, 等离子体气流量: 12.5 L·min-1, 辅助气流量: 1.0 L·min-1, 轴向观测方式, 选择214.282 nm作碲的分析谱线。 准确称取0.10 g铝合金试样, 加入5.0 mL高纯水、 5.0 mL盐酸和1.5 mL硝酸加热溶解后定容至100.00 mL。 以0.100 g高纯铝为基体, 采用基体匹配法建立铝合金中碲校准曲线溶液, 校准曲线线性相关系数达0.999。 方法的检出限为0.002%, 定量限为0.005%, 测定结果的相对标准偏差（RSD）不大于5%, 方法加标回收率为96%~109%, 合成样品的测定结果与理论值相符, 偏倚小于GB/T 20975.25—2020规定的再现性限。 该方法具有灵敏、 准确、 快速、 绿色等优点, 可用于铝合金中微量碲的分析, 填补了国内外铝合金中碲元素分析的方法空白, 为含碲新型先进铝合金的研发与应用过程的质量控制提供了技术支撑。
电感耦合等离子体 原子发射光谱法 铝合金 碲 正交试验 Inductively coupled plasma Atomic emission spectrometry Aluminium alloy Tellurium Orthogonal test 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3125
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 电子科技大学 重庆微电子产业技术研究院, 重庆 401332
3 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
铌酸锂(LiNbO3, LN)是一种广泛使用的介电材料, 由于其电光系数大, 透明范围大, 本征带宽宽, 因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好, 刻蚀速率慢, 其微结构参数难以控制。针对以上问题, 该文开展了基于电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)的LNOI脊形微结构的制备工艺研究, 分析了腔室压强、气体总流量及刻蚀功率等参数对刻蚀速率、刻蚀倾角和表面粗糙度(RMS)的影响。研究表明, 在优化的工艺条件下, LNOI薄膜的刻蚀速率达到24.9 nm/min, 制备出刻蚀深度249 nm、刻蚀倾角76°、表面粗糙度(RMS)0.716 nm的LNOI脊形微结构。该文通过对刻蚀工艺与微观结构参数的研究, 建立了基于ICP的LNOI微结构刻蚀方法, 为控制LNOI脊形光波导和提升性能提供了工艺支撑。
绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI) 集成光子学 脊形结构 电感耦合等离子体刻蚀 微结构参数 lithium niobate on insulator (LNOI) integrated photonics ridge structure inductively coupled plasma etching microstructural parameters
上海交通大学 电子信息与电气工程学院先进电子材料与器件平台,上海 200240
开发了一种和MEMS工艺兼容的基于硅微加工技术的简易硅微透镜阵列制造技术。利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法,实现了在硅晶圆上制作不同尺寸的硅微透镜阵列的工艺过程。实验中,对透镜制作过程中的热熔工艺、刻蚀工艺进行了深入的研究。最终确定了最优的工艺参数,制备了孔径在20~90 μm、表面质量高的硅微透镜阵列。
硅微透镜阵列 光刻胶热熔法 电感耦合等离子体刻蚀 刻蚀缺陷 silicon microlens array photoresist hot melt method ICP-RIE etch defect
天津市产品质量监督检测技术研究院，天津 300384
现行国家标准中并未规定电感耦合等离子体发射光谱法测量金属眼镜架镍析出量时所用的谱线。选取镍元素波长为231.604 nm和352.454 nm的两条特征光谱谱线测试金属眼镜架的镍析出量，并建立了分析方法。测试结果表明: 两条谱线的测试结果准确，灵敏度高，可作为镍元素的测试谱线。在标准曲线线性范围内，两条谱线的光谱强度和镍元素浓度呈现良好的线性关系，曲线相关系数均大于0.999 9，检出限分别为0.000 8 μg/mL和0.003 5 μg/mL，结果的相对标准偏差(n=11)均小于1.0%，加标回收率为96.4 %~105.6 %。因此，镍元素的231.604 nm和352.454 nm谱线适合作为测试金属眼镜架镍析出量的分析谱线。
镍析出量 电感耦合等离子体发射光谱法 特征光谱谱线 眼镜架
1 北京工商大学人工智能学院, 北京 100048
2 北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室, 北京 100048
电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法是一种常用的溶液元素浓度分析方法, 但在ICP-AES测量过程中, 由于温度漂移、 杂散光和仪器暗电流等原因, 光谱往往会存在一定程度的基线漂移, 导致元素光谱强度值的测量结果存在误差, 进而影响元素浓度的定量分析结果, 因此基线校正是ICP-AES分析法中的必要环节之一。 对传统光谱基线校正方法进行简要分析, 在此基础上设计了一种基于非均匀B样条曲线和差分进化算法的ICP-AES光谱基线漂移校正方法; 首先验证了光谱信号中噪声的概率密度分布服从高斯分布, 然后对原始光谱进行预处理, 通过高斯滤波对光谱信号去噪; 然后以光谱基线校正过程中极小值序列的标准偏差作为评价指标, 以非均匀B样条曲线作为基线模型, 以曲线的控制点序列C和内接点序列T作为评价函数特征参数, 建立ICP-AES光谱基线校正评价函数, 将光谱基线校正问题转换为求解评价函数特征参数全局最优解的问题; 最后简要介绍了差分进化算法的流程, 通过差分进化算法求解使得评价函数取得最小值时的特征参数的全局最优解, 即非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T的取值, 并以此拟合相应的非均匀B样条曲线作为光谱基线, 实现对ICP-AES光谱的基线校正。 利用一组实测的ICP-AES光谱数据对本文提出的基线漂移校正方法进行验证, 实验结果表明, 提出的基于差分进化算法和非均匀B样条曲线的ICP-AES光谱基线校正方法能够准确地计算出非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T, 并拟合出理想的光谱基线, 从而实现ICP-AES光谱的基线校正, 该方法能够克服非均匀B样条曲线在光谱基线校正领域应用的局限性, 为后续的元素含量定量分析提供了技术基础。
光谱基线 基线校正 差分进化算法 非均匀B样条 电感耦合等离子体 Spectral baseline Baseline correction Differential evolution algorithm Non-uniform B-spline Inductively coupled plasma
1 湖南工学院材料与化学工程学院, 湖南 衡阳 421002
2 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400045
3 湖南省中医药研究院中药研究所, 湖南 长沙 410013
植物精油是从芳香植物提取的天然复杂化合物, 作为芳香植物的次生代谢产物具有挥发性和浓郁香味, 其特有的多样化生物活性广泛应用于医药和化妆品行业。 植物精油具有高渗透性, 能以活跃的分子态渗透皮肤组织, 经淋巴腺吸收后进入血液, 其所含的重金属元素也极易随植物精油进入人体对健康构成潜在威胁。 采用硝酸-双氧水对植物精油进行微波消解, 在多模式样品导入系统(MSIS)的双重模式下, 采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定其中可形成蒸气重金属元素As, Sn, Sb, Hg和不可形成蒸气重金属元素Cr, Ni, Cd和Pb的含量。 选择盐酸对样品进行酸化并预还原氧化态元素, 通过在线加入L-半胱氨酸/酒石酸提高可形成蒸气元素的蒸气发生效率, 利用硼氢化钠/氢氧化钠在MSIS中将As, Sn, Sb和Hg转变为蒸气状态; 针对分析过程中存在的多个或单个光谱重叠和背景干扰, 分别对空白溶液、 分析元素和预期干扰元素的纯溶液进行测定, 根据获得的光谱响应数据解卷积构建快速自动曲线拟合技术(FACT)模型, 将分析谱线从干扰谱线中分离出来, 从而实现光谱重叠干扰和背景干扰的实时校正; 采用加标回收并与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行对比分析评价方法的准确性。 各元素方法的检出限(MDL)为0.3811.2 μg·kg-1, 加标回收率为95.4%104%, 相对标准偏差(RSD)为1.9%4.9%, 对比分析的相对误差(RE)在-2.1%2.7%之间, 表明方法准确可靠, 精密度高。 对8种植物精油中的重金属元素进行了分析, 所有植物精油样品中重金属元素As, Hg和Pb的含量远低于GB/T 26516-2011制定的限量标准, 植物精油中重金属元素Cr, Ni, Sn, Cd和Sb的含量虽然没有制定限量标准, 但均处于极低水平。 MSIS兼具传统雾化和蒸气发生双重功能, 在分析可形成蒸气元素和不可形成蒸气元素时无需切换不同进样系统, 能满足大批量植物精油中微量重金属元素的高通量分析需要。
植物精油 电感耦合等离子体发射光谱 重金属 多模式样品导入系统 快速自动曲线拟合技术 Plant essential oil Inductively coupled plasma optical emission spectrometry Heavy metal Multimode sample introduction system Fast automatic curve fitting technology 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1162
1 国标(北京)检验认证有限公司, 北京 100088
2 国家轻金属质量监督检验中心, 河南 郑州 450041
从赤泥中提取稀土金属, 开发高附加值产品, 对保护环境特别是提高矿产资源的综合利用率以及实现可持续发展有着重要的意义。 赤泥中的稀土元素含量较低(0.001 0%~0.050%), 且存在大量的铝和铁等基体元素, 如何掩蔽基体元素对稀土元素的干扰是准确定量的关键。 传统酸溶法会造成部分元素消解不完全, 难以准确定量, 回收率低, 碱熔法则会由于引入大量的碱熔剂造成严重的基体干扰, 同时还会堵塞雾化器。 采用氢氧化钠熔融赤泥, 熔融物用热水浸取, 三乙醇胺溶液掩蔽铝和铁, 乙二胺四乙酸二钠溶液络合钙、 镁等干扰元素, 稀土氢氧化物留存于沉淀中, 沉淀经盐酸溶解进入待测液, 从而将稀土元素与熔剂和基体元素分离。 实验结果表明: 标准溶液无需基体匹配, 各稀土氧化物校准曲线的线性相关系数均不小于0.999 9, 检出限在0.000 2%~0.001 5%之间; 按照实验方法分析实际样品中稀土氧化物的含量, 测定结果的相对标准偏差(RSD, n=6)为2.5%~7.2%, 回收率为85.0%~105.0%; 本方法与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)相比, 两种方法的测定结果无显著性差异。 ICP-OES实现了赤泥中稀土氧化物的同时测定, 为今后分析赤泥中的稀土氧化物奠定了基础。
赤泥 稀土氧化物 氢氧化钠 基体分离 电感耦合等离子体发射光谱法 Red mud Rare earth oxide Sodium hydroxide Matrix interference Inductively coupled plasma optical emission spectrometry 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3130
1 华侨大学分析测试中心, 福建 厦门 361021
2 华侨大学化工学院, 福建 厦门 361021
3 厦门市环境科学研究院, 福建 厦门 361021
安溪是铁观音茶的源产地, 茶叶总产值每年数亿元, 但不同品质的铁观音茶价格参差不齐, 市场上存在以次充好的现象。 福建省安溪县和华安县为铁观音主要的茶产地, 两县市的茶叶产量市场占有率较高, 地理位置毗邻, 但茶叶品质和风味各有不同, 造成茶叶市场的困扰。 铁观音中微量元素种类和含量的检测, 对产地的溯源具有重要的意义。 采用X射线荧光光谱无标样半定量分析法(XRF)和微波消解/电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对福建省主要茶产区安溪县(感德、 西坪、 祥华)和华安县(良村、 华丰、 仙都)的30份铁观音进行元素含量对比分析。 XRF法检测出两县茶样中存在的元素种类有K, Ca, S, P, Mg, Al, Si, Cl, Fe, Mn, Rb, Zn, Na和Sr, 但含量上存在一定的差异。 根据XRF法检测结果进行快速、 准确稀释茶样用于ICP-MS法对比测定金属元素, 优化样品前处理方法以满足痕量检测要求。 对比发现当测定Ca, Mg, Al, Fe, Mn和Zn金属元素时, 相关性系数R2在0.824 8~0.892 8, 趋势线斜率在0.806 0~0.944 9, XRF法和ICP-MS法的可比性较好, 说明检测这六种元素采用这两种方法皆适合。 同1份安溪铁观音茶样采用XRF法的相对标准偏差皆<6.0%, ICP-MS法的相对标准偏差皆<3.0%。 相对于ICP-MS法, XRF法前处理更简单, 耗时少, 因此需低成本、 快速、 简便检测茶样中的Ca, Mg, Al, Fe, Mn和Zn元素含量时, 可选择XRF检测法。 采用ICP-MS检测出的K, Ca, Mg, Al, Fe, Mn, Rb, Zn, Na和Sr金属元素进行逐步判别分析, 通过建立Fisher判别模型对安溪县和华安县铁观音茶样实现有效区分, 模型建立的判别函数的产地检验判别率为96.7%, 交叉检验判别率为96.7%, 对测试样品的识别正确率为100%。 ICP-MS法检测金属元素结合逐步判别-Fisher判别分析, 对安溪县和华安县铁观音茶样产地溯源具有较强的可行性。
铁观音茶 X射线荧光光谱技术 电感耦合等离子体质谱法 元素分析 逐步判别分析 Tieguanyin XRF ICP-MS Elemental analysis Stepwise discriminant analysis 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3124
1 四川省疾病预防控制中心, 四川 成都 610041
2 四川省食品药品审查评价及安全监测中心, 四川 成都 610017
3 成都中医药大学, 四川 成都 610032
4 凉山州疾病预防控制中心, 四川 凉山 615000
职业接触人员血中铊浓度可反映其体内暴露的信息。 因此, 建立血中铊浓度的检测方法具有非常重要的意义。 目前, 国内血中铊检测没有国家标准方法, 国内外文献报道的方法均存在一定缺点。 为了获得准确的职业接触人员血中铊浓度, 建立了高基质进样(HMI)-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定职业接触人员血中铊含量的方法。 通过对等离子体模式和前处理方法进行了选择, 0.20 mL血样用0.1% Triton X-100+0.5%硝酸混合溶液处理后, 采用在线加入内标的方式对铊含量进行了检测。 在最佳的分析条件下, 205Tl在0.02~4.00 μg·L-1范围内线性关系良好, Y=0.010 33X+0.000 12, 相关系数(R)为0.999 9。 最低检出限(detection limit, DL)为0.005 μg·L-1, 最低定量限(quantification limit, QL)为0.02 μg·L-1; 当取样量为0.20 mL, 定容体积为5.00 mL时(血样25倍稀释), 方法检出限(MDL)为0.12 μg·L-1, 方法定量下限(MQL)为0.42 μg·L-1, 测定范围为0.42~100 μg·L-1。 在全血样品中添加水平为2.50, 15.0和75.0 μg·L-1时的平均回收率为92.7%~103.8%。 每个样品重复测定7次, 批内精密度(RSDs of in-batch)为1.71%~2.81%, 批间精密度(RSDs of interbatch)为2.84%~4.77%, 表明, 该方法的准确度及精密度良好。 连续监测50个样品(包括标准溶液、 质量控制样品和全血样品), 内标元素209Bi的信号变化为+7.7%, 表明方法稳定性较好。 将建立的新方法用于30份职业接触人员全血的分析检测, 其中4份血样的铊含量大于方法检出限, 但低于方法定量下限, 其余26份血样均低于方法检出限, 且30份全血样品中铊含量均在平均背景范围内。 结果表明30位职业接触人员铊内暴露水平很低, 其工作场所铊对人体基本无潜在的健康影响。 该方法简单快速、 准确度高、 稳定性好, 适用于实际样品的大批量检测。
高基质进样 气溶胶稀释 电感耦合等离子体质谱法 职业接触人员 全血 铊 High matrix introduction Aerosol dilution Inductively coupled plasma mass spectrometry Occupationally exposed population Whole blood Thallium 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2870
