1 西安交通大学机械工程学院航空发动机研究所, 陕西 西安 710049
2 空军工程大学航空工程学院等离子体动力学实验室, 陕西 西安 710038
激光冲击强化(LSP)作为一种新型的激光表面处理技术已应用于航空发动机、 机匣等关键部件的强化延寿处理, 确保LSP加工质量的一致性及稳定性对上述航空装备的长寿命服役具有重要意义。 然而, 在高能瞬态LSP过程中, 保护层容易发生烧蚀破损, 极大地限制了LSP的工业应用。 因此, 通过分析激光诱导等离子体光谱信号, 提出了一种基于ReliefF特征权重融合的LSP保护层烧损实时检测方法。 以4 mm厚的7075铝合金为LSP靶材, 以黑胶带为LSP保护层。 首先, 利用长波段范围的Ocean Optics-HR4000光谱仪和高分辨率的Princeton SP2750光谱仪同步采集LSP瞬态过程中产生的等离子体光谱信息; 其次, 根据Princeton SP2750光谱仪采集的高精度光谱信号, 分别选取波长为394.40和396.15 nm的Al Ⅰ谱线以及波长为393.36和396.80 nm的Fe Ⅰ谱线, 提取其峰值强度与Stark展宽特征, 然后结合ReliefF特征重要度筛选出对保护层烧损状态更加敏感的两条Al Ⅰ谱线, 并且定性分析了Al Ⅰ谱线的峰值强度和Stark展宽对保护层烧损状态的敏感程度和瞬态变化规律; 再次, 基于ReliefF算法构造了一种融合多谱线特征信息的特征参数I-FWHM（Intensity-FWHM）, 然后基于特征类间距离, 定量评估了各特征对三类烧损状态的区分能力; 最后, 结合阈值分割法实现了LSP保护层烧损实时检测。 实验结果表明, 峰值强度对于区分正常状态与轻微破损状态的能力很差, 而对于区分轻微破损与完全破损的能力很强; Stark展宽对于区分正常状态与轻微破损状态的能力远优于强度, 而对于区分轻微破损与完全破损的能力相对较弱。 I-FWHM融合了上述单一特征的优点, 能同时较好地区分三类烧损状态, 因此对于LSP过程中保护层烧损状态的实时检测具有更强的抗干扰能力和更高的鲁棒性。
激光冲击强化（LSP） 铝合金 等离子体发射光谱 ReliefF特征融合 实时检测 Laser shock peening(LSP) Aluminium alloy Plasma emission spectroscopy ReliefF feature fusion Real-time detection 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2437
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 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 中国科学院西北高原生物研究所, 青海 西宁 810008
4 青海师范大学生命科学学院, 青海 西宁 810008
无机元素与药材的药效密切相关, 其通过对次生代谢途径中各种酶活性的调节作用而影响中药中次生代谢产物的合成, 是中药质量控制不可或缺的特征参数。 为有效鉴别蒙古黄芪产地和品质差异, 找出蒙古黄芪的特征元素及其与产地的关系。 实验采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定青海省不同产地蒙古黄芪无机元素的种类与含量, 分别用SPSS 22.0和R包对数据进行聚类分析和主成分分析。 测定了黄芪中的12种元素, 主成分分析结果显示Ca, Fe, Li, P, K, Mg, Zn, AL, Na元素为蒙古黄芪的特征元素。 聚类结果表明不同产地的蒙古黄芪样品中无机元素的种类和含量与产地有一定的关联性, 当欧氏距离为8时, 可聚为三大类, S12为一类, S1, S2, S4, S5, S6, S7, S10, S11, S13, S16聚为一类, 其余的产地聚为一类, 结合ArcGIS样点分布图, 可更为直观地看出产地与其品质的关系。 此外, 建立了蒙古黄芪中无机元素的分布特征图谱, 不同产地蒙古黄芪无机元素特征图谱相似度均为0.996以上, 因此可结合指纹图谱对不同产地的蒙古黄芪进行识别分析。 从无机元素含量的主成分分析结果来看, 产于S10(互助县东沟乡纳卡村)的黄芪质量最优, 总因子得分值F最高, 其次是S7和S8, 可见, 互助县整体蒙古黄芪的品质较好。 结果表明蒙古黄芪具有丰富的矿物元素, 其含量受产地影响, 关注药材中元素的含量和种类, 不仅是对药理成分的补充说明, 更能从元素角度进一步揭示其品质优劣, 研究结果为蒙古黄芪的资源开发利用及品质鉴定提供参考依据, 为蒙古黄芪的质量安全控制提供保障。
蒙古黄芪 无机元素 主成分分析 聚类分析 电感耦合等离子体发射光谱 Astragalus membranaceus Inorganic elements Principal component analysis (PCA) Cluster analysis ICP-OES 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1407
中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081
红蓝光谱作为植物光合色素光吸收的最大波段, 是植物光合作用的主要作用光谱, 且红蓝LED已成为植物工厂的主流光源。 因此为实现植物工厂的广泛应用, 植物对红蓝光供光模式的响应及其机理亟待研究。 在人工光植物工厂中, 应用电感耦合等离子体原子发射光谱技术(ICP-AES), 研究红蓝LED组合光谱下强光照射时长和频率对生菜生长及营养元素吸收的影响。 研究包含两个独立试验。 试验一设置5个光处理: 光强为500 μmol·m-2·s-1的强光分别在常规光照(150 μmol·m-2·s-1)的光期中间照射0 h(CK), 0.5 h(HL0.5), 1 h(HL1), 2 h(HL2)和4 h(HL4)。 试验二设置4个交替光处理和1个常规光照处理(NL, 170 μmol·m-2·s-1), 在交替光处理中, 1 h的强光(500 μmol·m-2·s-1)在光期内被分别出现1次(A1)、 3次(A3)、 6次(A6)和12次(A12), 将光强为150 μmol·m-2·s-1的光期分成相等的时间段。 两个试验中光质(4R:1B)、 光周期(16/8 h)和处理天数(20 d)相同。 结果表明, 试验一中生菜的地上部生物量和N, C, P, K, Ca和Mg等大中量元素累积量均表现出随强光照射时间延长先增加后降低的趋势。 和CK处理相比, HL4处理下生菜的地下部干鲜重和比叶重显著提高, 叶面积显著降低。 HL2处理下生菜的地上部干重和N, C, P, K, Ca和Mg元素累积量均最高。 在试验二中, 相比常规光照, A6处理显著降低了生菜的地上部鲜重, 提高了生菜的根冠比, 但其他处理间生菜生物量差异不显著。 强光交替照射处理显著提高了生菜碳元素含量, 但是强光照射频率对生菜的干物质的量和营养元素累积量无显著影响。 综上所述, 在光期中间加短时间连续的强光照射能够有效提高生菜体内营养元素和生物量的累积, 更适用于植物工厂内的生菜栽培。
电感耦合等离子体发射光谱 强光照射 水培生菜 养分吸收 ICP-AES High light irradiation Hydroponic lettuce Nutrient absorption 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2853
中国船舶集团有限公司第七二五所(洛阳船舶材料研究所), 河南 洛阳 471023
磷酸铁锂是锂电行业主要的产业化原料之一, 与传统钴酸锂相比, 在比能量、 寿命、 成本、 环境兼容性上有显著优势。 以锂离子电池用正极材料炭复合磷酸铁锂为研究对象, 采用电感耦合等离子体发生光谱仪(ICP-OES)同时测定其中的锂、 铁、 磷含量。 对样品消解、 谱线选择、 仪器工作参数、 溶剂效应消除、 谱线背景干扰消除、 分析方法正确度、 精密度进行了讨论。 炭复合磷酸铁锂样品中含约5%的碳单质, 0.1 g样品用5 mL高氯酸加热消解至目视澄清后, 再反复加蒸馏水-加热冒烟2次, 可完全消解。 样品消解情况用三维视频显微镜确认, 目视澄清的消解液经30倍放大后, 仍可见有未消解的颗粒物; 继续加蒸馏水-加热冒烟2次后, 消解液经30倍放大观察, 确认样品已消解完全。 消解后的试液定容至100 mL, 按10:100稀释, 得到同时测定锂、 铁、 磷含量的溶液。 样品消解仅使用高氯酸一种试剂, 操作便捷, 样品中的碳单质被完全消解, 消除了碳单质包覆样品对测定结果准确性的影响。 仪器最佳工作条件为: 高频功率: 1.1 kW; 雾化器流量: 0.8 L·min-1; 分析谱线-观测方向/高度: Li610.365 nm-轴向、 Fe259.940 nm-径向/12 mm、 P178.222 nm-轴向、 P213.618 nm-径向/12 mm。 使用随样品消解同时处理的试剂空白, 按基体匹配法配制标准溶液, 能最大程度减小溶剂基质效应。 对于Li610.365 nm使用快速自动曲线拟合技术(FACT)消除仪器工作气体氩气的Ar610.564 nm背景干扰, 显著提高校准曲线的线性系数及分析精密度。 在仪器最佳工作条件下, 测定范围为锂1%~9%, 铁20%~40%, 磷10%~30%; 校准曲线线性关系系数r>0.999 0; 重复测定样品的相对标准偏差(RSD, n=7)在0.35%~1.01%之间; 加标回收率在91.2%~112%之间; 实验室双人内部循环(IRR)结果使用F, t(双样本异方差假设)检验进行差异性评价, 两人平行试验结果无明显差异。 分析方法具有推广应用价值。
磷酸铁锂 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES) 高氯酸 锂电池 正极材料 Lithium iron phosphate Inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) Perchloric acid Lithium Ion battery Cathode material 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2703
1 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所, 河北 廊坊 065000
2 自然资源部地球化学探测重点实验室, 河北 廊坊 065000
土壤中有效硼测定对评价土壤有效硼供应水平具有重要意义, 土壤中有效硼含量的高低直接影响植物的生长过程, 因此如何提取和测定有效硼的含量至关重要。 然而传统的沸水浸提-姜黄素比色法和沸水浸提-亚甲胺比色法前处理部分流程长、 速度慢和使用试剂较多且不易操作, 检测结果容易造成较大的误差, 随着土地质量地球化学调查、 生态地球化学调查和农业地质调查项目工作的开展, 该方法已经不能满足大批量及快速测定土壤样品的要求。 采用沸水浸提土壤中的有效硼, 浸提液采用电感耦合等离子体发射光谱测定, 主要是从密闭和敞开环境浸提、 最佳浸提时间、 测定过程中谱线的干扰和不同的土壤类型进行实验的对比研究, 优选出适合分析土壤中有效硼的实验条件。 结果表明: 不同类型的土壤中有效硼在敞开环境条件下, 沸水浸提10 min中, 测量值与标准物质推荐值最接近, 在测定过程中, 由于沸水浸提出的铁的含量较低, 对测定有效硼的含量基本无影响。 该方法的检出限为0.004 9 μg·g-1, 测定结果的相对标准偏差（RSD, n=12）均小于9%, 准确度经12个国家一级土壤有效态成分分析标准物质验证, 测定结果与推荐值相符。 沸水浸提-电感耦合等离子体发射光谱法前处理操作简单、 流程短、 检测快速, 分析结果准确可靠, 避免样品处理过程中的硼污染, 且一次可浸提几十个土壤样品, 大大提高了分析效率, 适合于土壤中有效硼含量的测定。
有效硼 沸水浸提 电感耦合等离子体发射光谱法 土壤 Available boron Boiling water extraction ICP-OES Soil 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1925
深圳市计量质量检测研究院, 广东 深圳 518131
车用乙醇汽油是一种新型、 清洁的汽车燃料, 在燃烧过程中, 微量的重金属杂质对汽车的行驶和养护有着至关重要的影响, 一些燃烧产物可能会污染环境, 威胁人们的身体健康, 因此有必要对其中的微量元素进行控制。 以异辛烷稀释汽油样品, 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定车用E10乙醇汽油中钠、 锌含量的方法, 选择钠和锌的分析谱线分别为: 589.592和213.857 nm, 实验优化了雾化气流量和蠕动泵速率对信背比的影响, 应用了半导体制冷雾化系统(雾化室温度设置为-10 ℃)降低了进样过程中溶液的挥发性, 保证了等离子体的稳定性, 同时, 实验研究了稀释比、 内标元素以及稀释剂的类型对测定结果的影响, 结果表明: (1)在-10 ℃低温下选择航空煤油为稀释剂, 钠和锌的回收率均在120%以上, Y内标比值均在1.20以上, 异辛烷为稀释剂时回收率和内标比值均满足要求, 可能是航空煤油在低温下的密度和黏度较大导致, 得出低温条件下异辛烷比航空煤油更适合作为乙醇汽油的稀释剂; (2)当选择Co做为内标元素时, 有些样品的内标元素比值在120%以上, Y为内标元素时, 样品的内标元素比值均满足要求, 可能是由于Co的稳定性较差或样品里含有Co, 得出Y比Co元素更适合做为乙醇汽油的内标元素; (3)本方法的钠和锌元素的检出限分别为0.013和0.005 mg·kg-1, 加标回收率为85.1%～106.0%, 相对标准偏差(RSD, n=7)为1.0%～4.8%; (4)通过与微波消解-ICP-OES法进行比较, 本方法的测定结果与加标理论值较接近, 弥补了微波消解法元素易损失的缺点。 此法具有快速、 灵敏、 准确的优点, 可应用于乙醇汽油中钠和锌元素的监测。
E10乙醇汽油 电感耦合等离子体发射光谱 半导体制冷雾化系统 钠 锌 Ethanol gasoline for motor vehicles(E10) ICP-OES Semiconductor refrigeration nebulizer system Sodium Zinc
1 中国科学院过程工程研究所, 中国科学院绿色过程与工程重点实验室, 北京 100190
2 昆明理工大学冶金与能源工程学院, 云南 昆明 650500
3 河钢承德钒钛新材料有限公司, 河北 承德 067102
4 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司, 四川 攀枝花 617000
5 中国科学院大学国际学院, 北京 100049
钒是重要的稀缺资源和重要战略金属, 在自然界中往往以次要矿物相形式与多种复杂金属共伴生存在。 采用PE Optima 7300V, 在仪器入射功率1 300 W、 观测高度15 mm、 雾化气流量0.65 L·min-1条件下研究了常见钒共伴生元素对电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)法测定钒含量时谱线选择的影响, 结果表明, Al, Mo, Ti, Cr, Ni对V的六条推荐谱线测定均会产生显著影响, 且V测定相对误差与对应元素/V(质量比)基本呈线性关系。 其中, 微量Al的存在即会导致V 309.31 nm谱线产生剧烈变化, 其次是Mo, 当Mo/V＞0.89, Mo/V＞5.98, 将分别导致290.88和292.402 nm谱线出现±5%以上的相对误差, 且Mo存在条件下V 270.093 nm谱线亦不稳定； 当Ti/V＞5.98, Cr/V＞10.33, Cr/V＞13.6及Ni/V＞13.56时, 311.07, 290.88, 270.093和310.23 nm谱线测量结果相对误差分别达±5%以上。 综合以上影响及谱线稳定性, 当含钒原料中无Ti时, 可采用较稳定的311.07 nm谱线, 含Ti时可采用310.23 nm谱线。 在光谱仪最佳工作条件下, 利用该方法测定了钒钛磁铁矿、 石煤、 含钒催化剂等典型含钒原料中的钒含量, 其检出限在310.23 nm为0.054 mg·L-1, 311.07 nm为0.194 mg·L-1, 加标回收率为93.4%~103.1%, 相对标准偏差0.59%。 与硫酸亚铁铵滴定法进行对比实验, 结果基本吻合, 相对误差在±4.34%以下。 该方法简便快捷, 精密度和准确度高, 适用于含钒原料中钒含量测定的科研及生产。
电感耦合等离子体发射光谱 钒 钒钛磁铁矿 石煤 ICP-OES Vanadium Vanadium titanomagnetite Stone coal 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2283
