1、 儀器分析結課大作業 -原子發射光譜技術在環境分析中的應用學 院： 環境與化學工程學院 專業班級： 環境工程07級（01）班 學生姓名： 姚婧婧 學 號： 40704040131 授課教師： 常 薇 原子發射光譜技術在環境分析中的應用摘要：目前，原子發射光譜在材料分析中已經廣泛應用，主要集中在金屬合金材料、高純稀土、難熔陶瓷材料、化學試劑、化工試劑、化工原材料及礦石等。其中，絕大部分方法為ICP-AES法，而以火花/為激發光源的光電直讀光譜法則主要用于鋼鐵冶煉過程中的爐前分析。環境水樣、植物莖葉、煤灰飛、水系沉淀物、土壤等試樣的重金屬及稀土元素測定是新近原子發射光譜法用于環境分析研究的焦點，其

2、中以形態分析備受人們關注。【10】關鍵字： 原子發射光譜 材料分析 應用 電感耦合等離子體 1. 概述原子發射光譜法（AES），是利用物質在熱激發或電激發下，每種元素的原子或離子發射特征光譜來判斷物質的組成，而進行元素的定性與定量分析的方法。原子發射光譜法是一種根據處于激發態的待測元素原子回到基態時發射的特征譜線對待測元素進行分析的方法。其方法包括了三個主要的過程，即： （1）由光源提供能量使樣品蒸發、形成氣態原子、并進一步使氣態原子激發而產生光輻射； （2）將光源發出的復合光經單色器分解成按波長順序排列的譜線，形成光譜； 用檢測器檢測光譜中譜線的波長和強度； （3）由于待測元素原子的能級結構

3、不同，因此發射譜線的特征不同，據此可對樣品進行定性分析；而根據待測元素原子的濃度不同，因此發射強度不同，可實現元素的定量測定。2. 原子發射光譜法的特點.既可用定量分析又可用定性分析：每種元素的原子被激發后，都能發射出各自的特征譜線，所以，根據其特征譜線就可以準確無誤的判斷元素的存在，因此原子發射光譜是迄今為止進行元素定性分析最好的方法。周期表中大約70余種元素都可以用發射光譜法測定。.分析速度快：試樣多數不需經過化學處理就可分析，且固體、液體試樣均可直接分析，同時還可多元素同時測定，若用光電直讀光譜儀，則可在幾分鐘內同時作幾十個元素的定量測定。如鋼廠爐前分析等。.選擇性好：由于光譜的特征性強

4、，所以對于一些化學性質極相似的元素的分析具有特別重要的意義。如鈮和鉭、銑和鉿、十幾種稀土元素的分析用其他方法都很困難，而對AES來說是毫無困難之舉。.檢出限低：一般可達0.11ugg1，絕對值可達108109g。用電感耦合等離子體（ICP）新光源，檢出限可低至數量級。.用ICP光源時，準確度高，標準曲線的線性范圍寬，可達46個數量級。可同時測定高、中、低含量的不同元素。因此ICPAES已廣泛應用于各個領域之中。.樣品消耗少，適于整批樣品的多組分測定，尤其是定性分析更顯示出獨特的優勢。3.原子發射光譜法的應用（1）Fe70Ni30合金粉體觸媒及合成金剛石中雜質元素的原子發射光譜分析【1】為了分析

5、合成金剛石中的雜質元素，以粉體Fe 、Ni合金觸媒及石墨為原料，用靜態高壓技術合成出金剛石，分別對觸媒和金剛石進行了原子發射光譜分析。測試結果表明：觸媒里具有Co、Ca和Mn等22種含量值在0000115 wt之間的雜質元素；合成金剛石中有含量值在000005002 wt之間的Fe、Ni和Ca等10種雜質元素。這些雜質元素對金剛石質量和性能的影響進行了定性討論。采用粉末觸媒合成金剛石，其合成晶體中含有一定量的雜質元素是很難避免的，除合理采用合成工藝外，還可以通過嚴格控制原材料純度等一些措施，來降低合成晶體中雜質元素的含量，進而提高合成金剛石的質量。（2）電感耦合等離子體發射光譜法定量測試成色劑

6、中的錳等微量金屬元素【4】應用電感耦合等離子體發射光譜技術，首次建立了定量測試成色劑中的錳等9種微量金屬元素的方法。采用濕法消解對成色劑樣品進行了前處理。討論了ICP-AES同時測定成色劑中9種微量金屬元素時，利用功能強大的化學工作站對物理干擾和背景的消除。實驗結果表明，建立的方法準確、快速，相對標準偏差均小于1.00%。被測元素工作曲線的線性相關系數R0.9999（3）電感耦合等離子體發射光譜法測定明膠中痕量元素【3】應用電感耦合等離子體發射光譜技術建立了定量測定明膠中鐵等13種微量元素的方法.采用濕法消解對明膠樣品進行了前處理，討論了ICP-AES同時測定明膠中13種微量元素時，利用功能強

7、大的化學工作站對物理干擾和光譜干擾、背景進行消除。結果表明：此法準確、快速、檢出限低，相對標準偏差及回收率均較好，被測元素工作曲線的線性相關系數r0.9995（4）電感耦合等離子體發射光譜法定量測試成色劑中的微量元素Au,Sn和Pd 【5】應用電感耦合等離子體發射光譜技術，建立了定量測試成色劑中微量金屬元素Au，Pd，Sn的方法采用濕法消解對成色劑樣品進行了前處理討論了ICPAES測定成色劑中微量金屬元素時，利用功能強大的化學工作站對物理干擾和背景的消除實驗結果表明，建立的方法準確、快速、檢測限低，相對標準偏差小于1.00，回收率為96102被測元素工作曲線的線性相關系數r0999950（5）

8、電感耦合等離子體原子發射光譜技術分析痕量碘【6】電感耦合等離子體原子發射光譜技術在碘分析的應用主要是，碘的分析共振線主要在真空一紫外區，對于原子吸收法來說目前缺乏穩定可靠的燈而且一般的原子吸收分光光度計難于提供在真空一紫外區的分析譜線，因此原子吸收法主要采用間接法。電感耦合等離子體原子發射光譜法由于a.等離子體激發源溫度高(60008000K)，穩定性好，化學及電離干擾少等特點以及ICP光源輻射中有豐富的原子線和離子線可供選擇；b.ICPAES法在真空一紫外區分析可采用驅氣的方法來消除空氣、水蒸氣對譜線的吸收，c.各種改善進樣技術的應用，使得ICP一AES法直接測定非金屬元素碘已成為可能。（6

9、）利用發射光譜研究脈沖電暈放電中的自由基【7】 利用發射光譜技術在大氣壓下測量了一但其為載體的不飽和水蒸氣體系針-板式正脈沖電暈放電產生的OH自由基及O、H活性原子的發射光譜，并由氮氣的=-3和=-4振動帶序發射光譜強度計算得出氮氣的相對振動布局及其振動溫度，進而采用高斯分布擬合準確的求出了氮氣的=+1振動帶序發射光譜強度，從而可以由氮氣的=+1振動帶序與OH的重疊發射光譜中準確求出OH自由基的發射光譜強度。有發射光譜強度得到了激發態OH自由基和O，H活性原子的布局。（7）原子發射光譜技術在航空發動機磨損監控中的應用【8】機械裝備會發生一些因其潤滑系統運轉部件磨損引起的故障。柴油機38.5的齒

10、輪失效和35的運行故障都是由于磨損引起的，40的軸承失效是由于潤滑不良引起的，磨損與裝備的失效具有緊密的關系。而油液金屬磨屑分析技術是目前機械裝備磨損狀態監控的重要手段之一。油液磨屑分析主要用于裝備潤滑系統的潤滑油。通過檢測油液中磨屑的成分、尺寸等，可得知磨損機理、磨損部位及磨損原因，并預測磨損發展趨勢。油液的光譜分析是應用最早的油液磨屑檢測技術。中國空軍于1984年引進油液磨屑光譜分析技術，運用潤滑油原子發射光譜分析技術監控航空發動機潛在故障并取得了明顯效果，對保證飛行安全起到了十分重要的作用。原子發射光譜分析法(AES)適用于檢測懸浮于潤滑油液中小于10m的金屬磨屑的成分、含量，是最常用的

11、油液磨屑檢測技術，它對磨損趨勢的監測有很好的效果。油液原子發射光譜分析法主要包括以下內容：a.根據不同時期各種磨屑所含金屬元素含量，可以判斷摩擦副磨損程度，預測可能發生的失效和磨損率；b.根據磨屑的成分及濃度的變化，可以判斷出現異常磨損的部位；c.根據添加劑元素濃度的變化，判斷油液的衰變程度。原子發射光譜儀是目前我國航空維修領域最多的油液監控儀器。目前在航空發動機油液監控中廣泛使用的磨屑檢測儀器是轉盤電極式原子發射光譜儀(ROD AES)。轉盤電極式原子發射光譜儀的工作原理是，圓盤式旋轉電極將油樣帶至圓盤電極和一棒狀靜止電極構成的縫隙之間，利用二電極之間的高壓電弧使油樣中的各個原子激發輻射特征

12、光譜線。根據特征光譜線的波長和強度確定油液中磨損元素的成分及含量。轉盤電極式原子發射光譜儀的優點：(1)油液無需預處理，儀器自動化程度高，操作易于掌握，分析速度快。(2)讀數準確，重復性好，分析容量大。轉盤電極式原子發射光譜法也存在一些局限性：由于盤電極不能將大顆粒磨屑帶上及電弧能量不足而不能使大顆粒全部離子化，因此只能檢測油液中小于10岫1的顆粒，而且不能提供有關磨屑的存在形式(如形態、大小等)方面的信息，不能判斷磨損類型。分析某航空發動機在飛行后作潤滑油原子發射光譜，發現Fe、Cr濃度急劇增長，其它元素濃度也有不同程度的增長，為此又從3個不同的部位取樣分析也發現Fe濃度超標。該機返廠分解檢

13、查，結果為前軸間軸承嚴重損壞；滾棒全部嚴重剝落、外鋼套滾道嚴重剝落、內缸套沿圓周有一半位置有深約O.1mm溝痕，保持架在后端面有磨傷。通過油液原子發射光譜分析技術，成功預報了該發動機的嚴重磨損狀況，避免了重大飛行事故的發生。（8）用發射光譜研究熒光燈陰極區中的鋇濃度【10】應用發射光譜技術研究了T12熒光燈陰極電子發射材料鋇的損失,實驗測定了陰極區中鋇原子553.6,和鋇離子455.4 493.4.譜線的輻亮度，由此得到鋇原子6p1P1、鋇離子62P3/2和62P1/2態濃度的軸向分布,理論上，由包含9個原子能級和5個離子能級的陰極區鋇放電的速率方程，計算出了這些能級上鋇粒子的濃度,實驗和理論

14、計算符合較好,結果表明，在陰極區鋇離子濃度比鋇原子濃度大，離陰極2mm處鋇的總濃度為1015m-3量級（9）液態電極等離子體發射光譜技術檢測金屬離子的研究應用【11】液態電極等離子體發射光譜技術是以電解液為電極構建的放電系統，通過施加電壓以產生等離子體，且其光譜特性與電解液的成分密切相關，從而通過發射光譜的測最可以實現金屬離子的檢測。由于液態電極等離子體發射光譜技術兼具-廠光譜測昔的穩定性、選擇性和傳感器測量方便、簡潔的優點，因此最近十多年來引起人們的廣泛關注。液態電極等離子體發射光譜基本原理等離子體的產生可以通過氣體的放電等方式實現，具體的放電方式、等離子體產生機理及其在快速化學成分分析中的

15、應用目前仍然是等離子體領域研究熱點。4.原子發射光譜法的研究（1）催化裂化汽油中硫化物的氣相色譜-原子發射光譜分析方法【2】用氣相色譜-原子發射光譜聯用(CCAED)技術，建立了催化裂化汽油中各種硫化物類型分布的分析方法。考察了色譜條件對催化汽油中各種硫化物分離的影響，定性了催化汽油中的60余種硫化物，首次計算了程序升溫條件下汽油餾分中各種硫化物的保留指數，為不同實驗室的定性比較提供了依據。該方法可應用于不同來源汽油中各種硫化物類型分布的研究。（2）色譜分離和原子發射光譜檢測工業廢水中的四價和五價釩的研究【12】在許多工業過程中，釩元素起著重要的作用。在鋼鐵工業和石油化學工業中，釩及其化合物具

16、有廣泛的用途。如在硫酸工業和石油化工過程中釩的化合物被用來作為催化劑，在反應的過程中，五價釩和四價釩之間可以相互轉化。釩元素有四種不同的價態：二價、三價、四價和五價。但是二價和三價的釩很容易被氧化生成四價或者五價，所以在工業過程和環境監測中，研究的重點主要都集中在四價和五價二種形態上。五價釩很穩定，而且毒性最大。四價釩不很穩定，毒性也比五價釩小，但是在天然水系中四價釩可能會和許多有機配體，如一些羧酸形成穩定配合物而存在。這二種價態釩都有可能通過工業過程進入環境中，成為環境污染物。因為高價釩的毒性和特殊的穩定性，所以對它們的研究具有重要意義。（3）潤滑油中添加劑元素光譜分析研究【13】采用MOA

17、直讀發射光譜建立的潤滑油添加劑元素含量分析方法,具有操作方便,速度快和效率高等優點.通過試驗,優化建立了鈣 磷 鋅元素發射直讀光譜分析回歸曲線.實驗研究表明:利用本實驗方法可精確測定潤滑油中各添加劑元素含量,這對潤滑油的研制開發和生產有著極其重要的影響,同時表明采用不同的測量方法,光譜分析數據存在明顯差異,從而證實了在使用發射光譜進行潤滑油光譜分析時,采用正確實驗方法的重要性.（4）氣相色譜-微波誘導等離子體原子發射光譜的應用進展【14】GC-MIP-AES-結合了氣相色譜的分離能力和原子發射光譜的多元素檢測能力,具有通用性好,選擇性高,檢測限低,精密度高,基體干擾小等優點, GC-AES與其

18、它氣相色譜檢測器的比較具體特點如下:A.可進行元素組成和比例的檢測,以氦為工作氣體的微波等離子體發射光譜檢測器可檢測元素周期表中除氦以外的任何一種元素,可獲得待測物元素組成的信息；結合分子量信息可推測待測物的分子式B.集通用性和選擇性于一體。通用性體現在可檢測所有元素，若檢測C H AES,即為有機物通用性檢測器,且靈敏度高于FID,選擇性體現在可檢測指定元素,其選擇性高于ECD,FPD,NPD等氣相色譜檢測器 C.可用于非同一標準品定量分析。（5）火花源原子發射光譜分析結果穩定性研究【15】火花源光譜儀由于制樣簡便、分析元素多、范圍廣，目前已經成為鋼鐵成分分析的主要儀器。但是光譜分析準確度卻

19、引起人們關注，尤其是鋼樣中的碳、磷、硫分析結果的波動更引人矚目。眾所周知，良好的穩定性才是使結果準確的基本保證和前提。大量結果表明，樣品本身的均勻性、樣品的預燃時間、信號采集時間、室溫、電壓、真空、電極消耗、氬氣純度等都是影響分析結果穩定性的因素。基于此，強化了取樣和制樣措施，選用合適的分析條件，確保外部環境穩定，使光譜分析結果獲得可觀的穩定性。（7）電感耦合等離子體-原子發射光譜分析中基體效應的研究概述電感耦合等離子體原于發射光譜分析是當今痕量元素分析中占據重要地位的一項技術。這應歸因于它具有良好的分析性能，如高靈敏度、精密度、選擇性、穩定性及低檢出限；寬動力學線性范圍及弱基體效應，可進行多

20、元素順序或同時分析。特別在基體效應方面遠優于原子吸收光譜法，因而正確識別IGPAES基體效應的來源及其對分析信號的影響程度，是保證分析方法準確與精密的重要問題。5原子發射光譜法存在的問題（1）. 在經典分析中，影響譜線強度的因素較多，尤其是試樣組分的影響較為顯著，所以對標準參比的組分要求較高。（2）. 含量（濃度）較大時，準確度較差。（3）. 只能用于元素分析，不能進行結構、形態的測定。（4）. 大多數非金屬元素難以得到靈敏的光譜線。6.今后的發展前景在今后的幾年或者更長的一段時間內，我國在形態分析、聯用技術、固體材料直接分析等領域中的研究將會得到加強；進樣技術研究將有所深化、拓寬和更具特色；

21、金屬和非金屬材料表面分析與逐層分析將提到日程；等離子體質譜將在超痕量分析和形態分析中發揮更重要的作用；在研究的方向上，原子發射光譜/質譜技術將會與生命科學、材料科學、環境科學及其他相關學科（如能源、考古、臨床醫學等）更緊密的結合、并進行交叉與滲透；無污染的“綠色分析技術”將得到與發展。【10】參考文獻：【1】盧喜瑞 唐敬友 劉黨庫 姚懷 .Fe70Ni30合金粉體觸媒及合成金剛石中雜質元素的原子發射光譜分析 刊名：金剛石與磨料磨具工程 英文刊名： DIAMOND & ABRASIVES ENGINEERING 2008，(3)【2】 楊永壇 楊海鷹 宗保寧 陸婉珍 催化裂化汽油中硫化物的氣相色

22、譜-原子發射光譜分析方法及應用 刊名：分析化學 英文刊名： CHINESE JOURNAL OF ANALYTICAL CHEMISTRY 2003，31(10)【3】申世剛 安樸英 杜保安 孫漢文 馬禮謙 電感耦合等離子體發射光譜法測定明膠中痕量元素 刊名：理化檢驗-化學分冊 英文刊名： PHYSICAL TESTING AND CHEMICAL ANALYSIS PART B:CHEMICAL ANALYSIS 2004，40(5)【4】杜保安 王香艷 電感耦合等離子體發射光譜法定量測試成色劑中的錳等微量金屬元素 刊名：光譜學與光譜分析 英文刊名： SPECTROSCOPY AND SPE

23、CTRAL ANALYSIS 2004，24(3)【5】馬禮謙 安樸英 杜保安 申世剛 李志庭 孫漢文 電感耦合等離子體發射光譜法定量測試成色劑中的微量元素Au,Sn和Pd 刊名：河北大學學報（自然科學版） 英文刊名： JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 2004，24(5)【6】譙斌宗 楊元 高玲 電感耦合等離子體原子發射光譜技術分析痕量碘 刊名：中國衛生檢驗雜志 英文刊名： CHINESE JOURNAL OF HEALTH LABORATORY TECHNOLOGY 2003，13(4)【7】王文春 劉峰 張家良 任春生 利用發射光譜研究脈沖電暈放電中的自由基 刊名： 光譜學與光譜分析 英文刊名： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 2004，24(11).【8】朱子新 池華佑 陳棟 張晶 原子發射光譜技術在航空發動機磨損監控中的應用刊名：分析化學 英文刊名： CHINESE JOURNAL OF ANALYTICAL CHE