发射光谱法测定生态地球化学调查样品中的银锡硼

2016-07-14杨婷

科学中国人 2016年30期

关键词：内标电弧等离子体

杨婷

吉林省地质科学研究所

发射光谱法测定生态地球化学调查样品中的银锡硼

杨婷

吉林省地质科学研究所

银、锡、硼作为生态地球化学调查样品中的重要检测元素，在检测方法方面要求也较高，不仅要满足检测结果的精密、准确，更要求检测条件的检出限和谱线背景。本文通过概述发射光谱法的原理，比较不同发射光谱法间区别，对电弧发射光谱法进行详细的分析。

发射光谱法；生态地球化学调查；银锡硼

银、锡、硼三种元素对生态地球化学调查来说具有重要意义，其检测的准确性直接影响化学调查结果。当前采取的生态地球化学调查方法主要是发射光谱法，主要以电感藕合等离子体质谱仪、X射线荧光光谱等同时测定多种元素能力的大型仪器为主，其中电弧发射光谱法在生态地球化学调查中应用最广泛，能够满足银、锡、硼三种元素检测限、准确度、精密度上的要求，下面对此进行分析。

1.发射光谱法概述

发射光谱是根据各种元素的原子或离子在热激发或电激发的情况下，发出特征电磁辐射，以便于对激发元素进行定量和定性分析的一种方法，是应用较久远的一种光谱学方法。发射光谱法主要利用被检测元素发出的线光谱的特征波长和特征强度来确定元素种类和含量。发射光谱分析过程主要分为激发、发光、检测三部分。首先，激发过程是利用激发光源加快样品蒸发，将元素解离成原子或离子，最终发出辐射。其次，通过光谱仪发光，将光源发出的光按照波长展开，获取光谱。最后，通过检测系统记录光谱，对光谱相关参数进行记录，通过标准参数比对进而定性和定量分析。发射光谱具有较多优点，选择性好，元素被激发后会发射出特征光谱，特征光谱能够有代表性的表示元素。准确性高，相对误差较小，可信度高。但是，发射光谱也存在一定的缺陷，适用性的局限，器价格相对昂贵，难以实现普遍应用。

2.不同发射光谱法间区别与比较

2.1电感耦合等离子体原子发射光谱法

二十世纪六十年代提出的电感耦合等离子体原子发射光谱是当时发现的较为先进的新型激发光源，在七十年代得到广泛应用。等离子体是一种中性气体，主要由离子、电子、中性原子和分子组成，正电荷与负电荷的数量基本相同，整个发射光谱仪器主要由高频发生器、等离子矩管和雾化器组成。高频发生器作用是产生高频磁场，为等离子体提供所需能量，通过调节频率大小和输出功率大小来控制获取能量大小。等离子矩管由三层同心石英玻璃管组成，氩气作为流通气体来稳定等离子体并降低温度。电感耦合等离子体原子发射光谱具有很强的激发和电离能力，具有灵敏度高、检出限低等优点，因此在元素的微量甚至痕量分析上都有很好的应用。除此之外，电感耦合等离子体原子发射光谱的光源不应用电极，避免了电极污染带来的影响，而且其背景发射和自吸效应较小。但是其氩气的消耗较大，维护的费用较高。［1］

2.2直流等离子体喷焰发射广谱法

直流等离子体喷焰是一种利用将气体压缩产生大大电流直流电弧，因为形状与火焰相像，因此命名为直流等离子体喷焰。早期发展过程中，直流等离子体喷焰由环形的碳电极和上电极作为阳极和阴极。直流等离子体光源激发的温度较高，可达到6000K，受到基体效应和共存元素化合物的影响相对较小，所以其检测稳定性较高，虽然灵敏度没有其他发射光谱法高，但其背景较大。二十世纪七十年代又推出了三个电极系统的检测装置，进一步提高了直流等离子体喷焰的稳定性，加大了其有机试剂和水溶液的承载能力。而且设备成本大大降低，氮气或氩气的使用也减少了三分之二，而且检测元素种类达到54种，对于难熔难挥发的元素和一些稀有元素检测更加适用。［2］

3.电弧发射光谱法分析

3.1缓冲剂的选择

电弧粉末法光谱分析中，缓冲剂的选择尤为重要，加入适当的缓冲剂能够有效的控制电弧温度，使其保持稳定状态，与此同时，能够改善元素蒸发和激发行为，将元素与基体有效分离，减少噪音值，减少光谱背景影响，提高检测分析的精密度和准确度，在较低的浓度下即可检出，扩大的应用范围。在缓冲剂类型选择上，根据文献报道和相关资料显示，K2S2O7、Al2O3、ZnO、SiO2、NaF、KI、NH4I、碳粉等多种试剂，按照不同比例和组合对生态地球化学样品调查中的银锡硼进行检测，在不断的实验摸索中得到K2S2O7、Al2O3、NaF、KI、碳粉具有较好的效果，改善了银锡硼检测的灵敏度的同时提高了测量的准确度和精密度，有效的降低了三种元素的检出限。Al2O3的作用主要是保证基体的成分，在缓冲剂中加入碱金属盐能够确定有效的电弧温度，保证在曝光时间内保证样品的弧烧温度，减少基体中元素激发，进而降低了光谱背景。

3.2内标元素及分析线对的选择

电弧发射光谱中，为了减少试样基体的影响，需要采取内标补偿法。其中内标元素与分析线对的选择非常重要，互相匹配的内标元素与分析线对能够有效保证检测分析质量。内标元素与分析元素的性质应，蒸发性质相近，而且其低含量不会对样品产生较大干扰。通过一系列实验证实，Ge作为内标元素，以GeO2形式加入缓冲剂，因为二者在选定条件下的蒸发行为一致，所以，在银锡硼检测中具有良好应用。［3］

3.3电极方式及摄谱条件的选择

传统的发射光谱法一直采取上下垂直电极的对电极方式，样品只能装在下电极，上电极无法装样，这种方法的优点是安装拆卸方便，操作简单，没有较难的技术要求。水平式双电极法采取两根电极装样，增加了弧烧时间和曝光时间，能够有效降低检测限，提高灵敏度。