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 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100016
由于转盘电极原子发射光谱（RDE-AES）技术具有操作简单、无须制备样品、结果可靠性强等优良特性，被广泛应用于油液检测。但该技术采用的光源主要是电弧，由于电极磨损导致放电间隙改变造成的电弧不稳定等原因导致最后采集的光谱数据所分析的结果与实际存在误差。本文提出了一种基于“双转盘”电极结构的原子发射光谱油液检测装置的检测方法，即将传统“棒-转盘”电极结构中的棒电极更换为可以旋转的转盘电极，其显著优势是减小了电极磨损所带来的检测误差。对其结构进行物理建模，通过COMSOL多物理场仿真软件对电弧激发的过程进行了仿真，采用控制变量法研究了电极间隙、油膜厚度、外加激励三个主要变量对电弧激发效果的变化规律的影响，得到了影响因素与电弧激发时刻和激发瞬时温度的关系曲线图，并根据仿真结果进行了参数优化。仿真结果显示，“双转盘”电极结构较传统结构的激发效果有了明显改善，激发时间和激发温度都有一定的改善，尤其在大批量检测时电弧激发效果稳定，验证了该方法的先进性和实用性，为转盘电极原子发射光谱油液检测方法的进一步深入研究提供了分析支持。
仪器，测量与计量 双转盘 电弧激发 油液分析 原子发射光谱 COMSOL仿真 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312003
1 天津大学环境与工程学院, 天津 300072
2 北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心）, 北京 100089
钙元素含量直接影响牛奶的品质, 牛奶作为人体摄入钙营养素的一种重要食品来源, 其钙含量分析样品量巨大, 传统基于消解、 灰化等复杂前处理的实验室方法分析效率较低, 因此迫切需要建立牛奶中钙含量的快速及现场分析方法。 近年来, 液体阴极辉光放电-原子发射光谱（SCGD-AES）因无需真空条件和燃气、 载气等附加气体而受到关注。 自主开发了一套采用CCD检测器的便携式液体阴极辉光放电-原子发射光谱仪, 采用牛奶样品直接稀释进样, 考察了该仪器对牛奶中钙含量分析的适用性, 建立了稀酸稀释进样-大气压液体阴极辉光放电-原子发射光谱法快速测定牛奶中钙含量的分析方法。 对该法测定牛奶中钙含量的主要工作条件与参数进行了优化, 结果表明: 酸度对钙元素测定灵敏度的影响显著, 采用1%（V/V）硝酸介质, 该方法对钙元素测定具有最佳的灵敏度和稳定性。 该方法将1%（V/V）硝酸作为牛奶样品的稀释液。 系统考察了稀释倍数对牛奶样品中钙含量测定的影响, 结果表明: 采用100倍以上1%（V/V）稀硝酸稀释, 牛奶中钙含量的测定准确度良好, 未发现显著的基体干扰。 将该方法应用于实际牛奶样品中钙含量的测定, 稀释倍数选取100倍时, 方法检出限为35 mg·L-1, 牛奶样品中钙含量能够准确测定的同时, 无需进一步稀释; 加标回收率在89.0%~109.7%之间; 对同一牛奶样品中钙含量6次重复测试的相对标准偏差低于5%, 且单一样品测试时间小于1 min。 结果表明: 该方法可以满足牛奶中钙含量的实验室快速测定和现场快速分析或筛查要求。
液体阴极辉光放电 原子发射光谱 牛奶 钙 快速测定 Solution cathode glow discharge Atomic emission spectrometry Milk Calcium Rapid determination 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3797
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。
溶液阴极辉光放电-原子发射光谱 矿泉水 锶 检测 Solution cthode gow dscharge Mineral water Strontium Detection 
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
膨润土是由比例为2∶1的Si—O四面体和Al—O八面体交替组成具有层状结构的硅酸盐天然黏土矿物, 膨润土的多孔结构、 化学组成、 可交换离子类型以及较小的晶体尺寸, 赋予了膨润土具有化学活性表面积大、 阳离子交换容量大以及孔隙率高的独特性能, 广泛应用于石化、 冶金、 食品、 医药和环保等各个领域。 在膨润土的开发利用过程中, 其所含元素As可能通过迁移对人体健康构成潜在风险。 采用硝酸-盐酸-氢氟酸对膨润土进行微波消解, 加入高氯酸在电热板上对消解溶液继续进行低温消解, 利用微波等离子体原子发射光谱(MP-AES)联用多模式样品引入系统(MSIS)测定膨润土中总As含量。 采用25%(w/v)碘化钾为预还原溶液对As的形态进行预还原, 将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ), 利用硼氢化钠/氢氧化钠在MSIS中将As(Ⅲ)转变为气态氢化物(AsH3), 通过优化MP-AES的最佳观测位置和雾化气流量, 获得最佳分析性能, 选择188.979 nm为As的分析波长避开了谱线重叠干扰, 使用快速线性干扰校正(FLIC)模型校正了背景干扰, 选择261.542 nm为内标元素Lu的分析波长校正了基体效应。 As的检出限(LOD)为0.41 μg·L-1, 通过测定国家标准参考物质对分析方法进行评价, As的测定值与标准参考物质的认定值一致, 相对标准偏差(RSD)≤2.80%, 验证了方法的准确性好, 精密度高。 对来自中国不同产地的12个膨润土的分析显示, 所有样品中总As的浓度相对较低(As的平均含量在3.51~12.6 mg·kg-1之间), 按照中华人民共和国国家标准GB 2760—2014食品安全国家标准食品添加剂膨润土中规定的总As浓度限量标准, 所有膨润土样品中的As含量均没有超标。 采用大气氮气为等离子体气的MP-AES降低了运行成本, 提高了分析效率, 为膨润土的质量控制提供了可靠的方法, 具有运行安全稳定、 操作简单快速、 适用性强等优点。
膨润土 微波等离子体原子发射光谱 总As 氢化物发生 快速线性干扰校正 Bentonite Microwave plasma atomic emission spectrometry Total As Hydride generation Fast linear interference correction 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3671
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
尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池负极材料在充放电过程中电压高, 体积变化可以忽略,具有极好的循环寿命、 热稳定性和安全性, Li4Ti5O12中金属杂质元素的迁移以及沉积都是已知的有害降解效应,尤其是磁性金属杂质元素的存在会导致材料的自放电, 同时可能造成电池内部的微短路, 进而影响电池的安全性能和循环寿命。该研究提出了采用微波等离子体原子发射光谱(MP-AES)测定Li4Ti5O12中金属杂质元素的新方法。采用王水溶液为消解试剂对Li4Ti5O12样品进行微波消解, 样品溶液无需过滤, 直接采用MP-AES测定其中的金属杂质元素Mn, Na, Pb, Ni, Cr, Zn, K, Fe, Al, Mg, Cu, Ca, Co和Cd。选择波长Mn 403.076 nm, Na 589.592 nm, Pb 405.781 nm, Ni 352.454 nm, Cr 425.433 nm, Zn 213.857 nm, K 766.491 nm, Fe 371.993 nm, Al 396.152 nm, Mg 285.213 nm, Cu 324.754 nm, Ca 393.366 nm, Co 340.512 nm和Cd 228.802 nm为分析谱线, 结合快速线性干扰校正(FLIC)技术, 不仅校正了谱线重叠干扰, 而且还校正了所有分析元素的背景干扰。加入CsNO3为电离抑制剂, 校正了易电离Li基质产生的电离干扰。 选择Y为内标元素, 校正了分析信号强度的不稳定和基体效应。方法的检出限(MDL)为0.03~0.77 μg·g-1, 线性相关系数≥0.999 3, 加标回收率为96.4%~103%, 相对标准偏差(RSD)≤3.89%, 采用所建立的分析方法对实际样品进行分析, 并与国标法(GB/T 30836—2014)进行对比分析, 经t检验法统计分析表明, 在95%的置信度水平, 除元素Zn以外, 其余元素的测定结果与国标法无显著性差异, 进一步验证了方法的准确性好。 使用氮气为等离子体气体的MP-AES与使用氩气为等离子体气体的电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)相比较, 可以显著降低运行成本,与使用可燃气体和氧化性气体的原子吸收光谱(AAS)相比较, 安全性更高,稳定性更好。该方法操作简单、分析成本低、准确性高、精密度好, 为Li4Ti5O12中多种金属杂质元素的高通量测定提供了新方法。
微波等离子体原子发射光谱 金属杂质元素 快速线性干扰校正 MP-AES Li4Ti5O12 Metal impurity elements FLIC (Fast linear interference correction) Li4Ti5O12 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3021
1 中国科学院青海盐湖研究所, 中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室, 青海 西宁 810008
2 青海盐湖资源综合利用技术研究开发中心, 青海 西宁 810008
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 青海省盐湖资源化学重点实验室, 青海 西宁 810008
柴达木盆地西部的南翼山地区油田水中碘资源丰富, 有极大的开发利用价值。 该油田水盐度高, 组成复杂, 现有碘的分析方法难以满足研究工作的需求, 建立准确分析南翼山油田水中碘浓度的方法是开展相关研究工作的基础和关键。 电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）具有分析快速、 线性范围宽、 样品基体影响小等优势。 然而, 由于碘属于高电离能元素, ICP-AES直接测定碘的灵敏度低、 检出限高, 不能满足样品中微量碘的分析要求。 借助自行设计加工的用于ICP-AES集进样、 化学反应和气液分离三种功能为一体的进样装置（其具有组成合理、 结构紧凑的优点）, 将碘离子氧化为碘单质导入ICP-AES中测定, 在提高有效进样量的同时降低了样品基体对碘测定的影响, 从而大幅降低了碘的检出限, 建立了ICP-AES快速测定油田水中微量碘的方法。 优化了氧化碘离子为碘单质所用酸和氧化剂的浓度, 最佳反应试剂为10 mmol·L-1 NaNO2和1 mol·L-1 HNO3。 I 178.276 nm处的检出限为1.65 μg·L-1, 一次测定所需时间三分钟。 采用部分因子实验设计详细研究了南翼山油田水中主要共存离子（如钾、 钠、 钙、 镁、 锂、 锶、 铵）及它们之间的交互作用对碘分析的影响。 在95%置信水平下, 发现钙对碘的测定存在显著性影响。 通过对样品进行适当的稀释可以消除钙和其他组分对碘准确测定的影响。 采用标准曲线法将建立方法应用于南翼山不同蒸发浓缩阶段实际油田水中碘的分析, 测定结果表明加标回收率为90%～104%。 实验建立的分析方法具有简便快速、 基体干扰小、 准确度高等优点, 为油田水中微量碘的测定提供了一种新的方法, 对于卤水碘基础数据的获得和碘分离提取工艺具有重要意义。
油田水 碘 电感耦合等离子体原子发射光谱 氧化 Oilfield brine Iodine Inductively coupled plasma atomic emission spectro Oxidation 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1574
1 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
2 大连民族大学机电信息工程学院, 辽宁 大连 116600
3 大连理工大学内燃机研究所, 辽宁 大连 116024
为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH4等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态, 通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构, 在放电频率10 kHz、 一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH4等离子体射流, 并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。 对大气条件下Ar/CH4等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析, 重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、 不同峰值电压对大气压Ar/CH4等离子体射流电子激发温度、 电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。 结果表明, 大气压条件下Ar/CH4等离子体射流呈淡蓝色, 在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大; 通过发射光谱可以发现Ar/CH4等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团, C, CⅡ, CⅢ, CⅣ, ArⅠ和ArⅡ, 其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间, ArⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间; 可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大, 但CH基团浓度随Ar/CH4体积流量比的增大而减小, 同时Ar/CH4等离子体射流中C原子的浓度随之增加, 这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH4等离子体射流中C—H的断裂, 因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率, 但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。 通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度, 求得大气压Ar/CH4等离子体射流的电子激发温度在6 000~12 000 K之间, 且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势; 依据Stark展宽机理对Ar/CH4等离子体射流的电子密度进行了计算, 电子密度的数量级可达1017 cm-3, 且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。 这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。
大气压 介质阻挡放电 原子发射光谱法 电子激发温度 电子密度 Atmospheric pressure Dielectric barrier discharge Emission spectroscopy Electron excitation temperature Electron density 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1398
1 塔里木大学植物科学学院, 新疆 阿拉尔 843300
2 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室, 北京 100081
红光和蓝光是植物进行光合作用和光形态建成的主要有效光谱, 且红蓝发光二极管(LED)成为植物工厂的主流光源。 为实现LED连续光照在植物工厂中的应用, 探明植物对红蓝光谱连续光照的响应特征及其与栽培氮形态和LED红蓝光质的关系十分必要。 在环境可控的植物工厂内, 采用水培方法和ICP-AES测试技术, 研究了采收前LED红蓝光连续光照(CL)对不同光质与氮形态水培生菜生长及营养元素吸收的影响。 在光照强度150 μmol·m-2·s-1下, 试验设置了3种红(R)蓝(B)光质: 2R∶1B(Q2∶1), 3R∶1B(Q3∶1)和4R∶1B(Q4∶1), 以及2种氮形态: 80% 硝态氮(N80%)和100% 硝态氮(N100%)。 结果表明, CL前, LED光质与营养液氮形态互作处理对水培生菜的地上干重具有显著影响, 对地上鲜重及根鲜干重无显著影响, 对N, C, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn的含量及积累量均无显著影响。 CL后, 光质与营养液氮形态互作处理对水培生菜的根鲜重与根干重有显著影响, 对地上鲜干重的影响无显著差异, 只对N, P的含量, N, P, Fe, Zn的积累量有显著影响。 CL对水培生菜的生物量, 矿质元素含量及积累量有显著影响, 与CL前相比, 地上鲜重, 根鲜重, 地上干重及根干重均显著增加； 各营养元素含量均有不同程度的降低趋势, 其中CL显著降低了N, P, Fe, Zn的含量, 而对于C, K, Ca, Mg, Mn, Cu的含量无显著影响。 CL均显著提高了N, C, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn的积累量。 综上所述, CL前, LED光质与氮形态对生菜地上干重具有显著影响, 对各营养元素的含量及积累量均无显著影响。 CL后, LED光质与氮形态对根鲜干重具有显著影响, 对N, P的含量及N, P, Fe, Zn的积累量具有显著影响, N80%Q4∶1处理积累的量最高。 与CL处理前相比, 水培生菜的地上鲜重, 根鲜重, 地上干重及根干重均显著增加； CL显著降低了N, P, Fe, Zn的含量, 显著提高了N, C, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn的积累量。 因此, 栽培光氮条件N80%Q4∶1和采前LED红蓝光连续光照结合可以提高水培生菜营养元素含量。
连续光照 电感耦合等离子体原子发射光谱 光质 生物量 营养元素 Continuous light Inductively coupled plasma emission spectrum Light quality Biomass Nutrient elements 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2215
1 文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室, 西北大学, 陕西 西安 710069
2 西北大学科技考古学研究中心, 陕西 西安 710069
3 北京大学考古文博学院, 北京 100871
4 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083
绿松石是一种产地有限, 却在世界范围内被广泛使用的珍稀宝石资源, 研究绿松石文物的矿料来源可为了解古代不同地区间珍稀资源的获取与交流模式、 文化传播途径、 早期贸易网络等学术问题提供帮助。 新疆绿松石文物的矿料来源是近年来科技考古关注的热点问题之一, 目前存在中原说、 波斯说、 新疆说和多元说等观点。 研究新疆绿松石文物的产源, 其难点在于既要保证文物的安全, 又要确保分析数据的准确性, 同时要避免样品表面污染对数据结果带来的干扰。 鉴于此, 采用等离子体原子发射光谱LA-ICP-AES对新疆加依、 西沟两处墓地出土的绿松石进行化学成分分析, 并结合秦岭东部五处产地的绿松石成分数据, 经主成分分析绘制散点图——建立产地区分模型。 主成分分析结果显示加依墓地样品中有五枚是罕见的锌绿松石, 其余同西沟墓地绿松石的成分相近, 均含有相对较高比例的Fe和Sr。 结合中原地区的绿松石成分数据对比分析, 发现新疆两遗址绿松石的微量元素特征相近, 以高B2O低BaO为特征区别于中原地区的绿松石样品。 在产地区分模型中, 代表加依墓地和西沟墓地出土绿松石的散点聚集成团, 且明显区分于白河、 郧县、 洛南、 竹山、 淅川五地的散点分布区域。 综上结果表明新疆东部两处遗址的绿松石制品与中原东秦岭五处绿松石矿区所产矿料的成分差异较大, 鉴于近年来新疆哈密发现与两处遗址同时代的绿松石采矿遗址, 推测加依墓地、 西沟墓地的绿松石制品其矿料来自中原地区的可能性较小。
新疆东部 等离子体原子发射光谱 主成分分析 绿松石 产源区分 The east of Xinjiang LA-ICP-AES PCA Turquoise Provenience differentiation of turquoise
