随着社会的快速发展,金属材料凭借着具有高强度、耐腐蚀性、优良的力学性能、散热性能较好、环保等优点,成为人们生活中不可或缺的重要材料。但铝金属材料中的杂质元素影响着其性能,制约着金属材料应用及发展进程。如何更好的降低金属材料中的杂质元素,提高其性能便成为各科研机构及高校研究的热点,而更好的去除金属材料中的杂质元素前提是能够精确的检测出其中所含有的杂质元素含量及种类。近年来,ICP-AES检测法凭借着检测限低,基体效应干扰小、自吸效应小、灵敏度高、激发能力强、线性范围宽等优点,成为现代分析测试技术不可缺少的方法。但ICP-AES法检测过程中存在着光谱干扰、元素干扰、进样干扰等缺点,影响着ICP-AES法检测的精确度与发展。陈安明研究发现ICP-AES分析法测定了低碳合金中棚的含量,该方法较传统的分光光度法具有检出限低、分析速度快、结果准确等多个优点。
为更好的提高ICP-AES检测法分析金属元素中杂质元素含量及种类,提高其检测效率与精确度,避免缺陷的存在影响着其发展。本文介绍了光谱干扰、元素干扰、进样干扰等造成的影响,提出对应的解决措施。
ICP-AES全称是电感耦合等离子体发射光谱仪,主要是通过射频发生器提供的高频能量加到感应耦合线圈上,然后将等离子石英玻璃炬管置于感应耦合线圈中。使矩管内产生高频率的电磁场,在惰性气体氩气环境下,采用微火花点燃,充分燃烧使得电子从基态激发到激发态,处于激发的电子以光子的形式释放出能量,这些能量是具有特征波长的光。光栅会对光产生色散而形成谱线,因而光栅分光系统将各种组分原子发射的多种不同波长的光分解成光谱,并由光电倍增管或者电荷耦合器材分析测量。且测量信号通过传输计算机与标注信号相比对,从而计算出待测元素的浓度。在分析测量的过程中,对待测元素分为定性分析和定量分析两种[4]。由于原子或离子的能级很多,不同的元素结构是不同的谱线。所以,特定的元素或离子可以产生一系列不同波长的特征光谱。通常把特征谱线的强度跟标准样品的强度来进行比较。通过谱线强度的对比,可以确定出待测样品中的某些元素,将这种检测方式称为定性分析。当特征谱线的强度与待测元素的浓度呈正相关,利用特征谱线正相关关系来确定待测样品对应元素的含量,称为定量分析。
由于ICP-AES检测方法具有很强的激发能力,在检测过程中引入干扰剂会产生大量的谱线。如果样本基体复杂或仪器分辨率不够,导致干扰信号与待测元素产生的信号无法分辨,产生光谱干扰。目前研究发现的干扰信号主要有:谱线重叠干扰、光谱线的自蚀和自吸、背景干扰和噪声等。而谱线重叠干扰主要由直线重叠和线翼重叠两种,是由于ICP的分辨率以及色散率不足引起的一些光谱干扰,会产生一些共存元素的谱线信背比降低、检出限变差、分析线不可用等后果。
Fe元素光谱线干扰。在电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)检测的激发过程中,Fe在紫外和可见光区可能产生4000多条谱线,其中被文献报道谱线有461条。在样品分析过程中,各种元素产生的谱线将相互交织。因而光谱重叠在一起,造成干扰。研究者发现在分析样品时,Fe含量过高会影响Mn和Al的分析结果。贺静研究发现采用ICP-AES分析Fe含量对Mn和Al的干扰测定时,Fe含量越高则干扰越为严重。刘坤杰研究发现绝大部份分析元素谱线的活度系数项都随铁基体浓度升高而降低。
ICP-AES仪器分析样品时,每种元素的分析谱线达数十条,选用的谱线不同,检测结果也不相同。若所选择的谱线差异大,则分析结果差距也较大。在分析的过程中不但要考虑光谱干扰,同时也需要考虑所存在元素的干扰对其分析结果的影响。
在ICP-AES工作中,除了仪器的特点外,还需要选择许多工作条件,与ICP放电特性参数关系最密切的是:高频功率、工作气体流量和观测高度直接影响电子密度、激发温度及其空间分布,对性能分析有重要影响,在选择时需考虑到如何获得较高的检出率、较小的基体效应,并适合于多元素测定。
为解决ICP光谱分析技术存在的缺点,各大科研机构及高校的研究者主要从两方面来改进:采用物理、化学等对样品进行预处理的方法;仪器本身入手进行改进。从样品本身进行处理所得成效较为一般,到高浓度样品时同样存在着光谱干扰等现象;改进设备仪器费用较为昂贵,投入成本巨大。文献报道微波消解的最大样品消解能力提高了8倍,大大增加处理样品总量的能力;选择仪器较灵敏且干扰少的分析谱线和同位素;建立的分析方法具有检出限低,可多元素同时测定的优点。
为有效的解决光谱干扰,研究者提出了许多解决方法,目前研究发现通过改进仪器设备,选择谱线、背景校正、空白背景校正等方法。它可以有效消除和纠正由光谱重叠和背景干扰引起的光谱干扰。对于每个元素的分析,仪器会提供多条分析光谱线,每个元素的分析光谱线将受到不同程度的干扰。因此,元素分析光谱线的选择应综合考虑光谱线的形状,光谱干扰,测定强度,基质干扰,信噪比和共存元素的干扰,以确保实际分析和测试样品的准确性。在仪器的最佳工作条件下,每个元素在其他元素的不同波长处的强度,以及由其他元素的波长生成的光谱线的轮廓,以及光谱线附近的干扰和背景影响,被观察和比较。经过测试比较,可以确定具有较高信噪比和较低背景的较敏感光谱线作为分析和测量。可以通过选择适当的分析线来有效消除和校正光谱干扰。
在进样过程中,应保证泵管有良好的弹性,并适当调整蠕动泵的压力和速度、蠕动泵两端固定卡箍的松紧度、溶液提升速度等。使液体以均匀的速度进入,废液顺利排出。对于不同浓度和性质的溶液,这些参数是不同的。对于高浓度、高盐的溶液,粘度显著增加,使液体上升速度降低。缓慢的进液速度,以便液体能够充分雾化而不堵塞雾化器喷嘴。此外,毛细管长度和进样管内径也影响溶液的提升能力。雾化器和雾化室要求雾化器效率高、稳定性好、记忆效应低、耐腐蚀;雾化室需要保持低温环境,需要经常清洗。偏硼酸锂的干扰是由于实验中引入了大量的碱金属锂,并对碱金属锂的光谱干扰进行了研究。结果表明,在常规观测区,碱金属锂作为基体对被测元素钙、铁具有增感效应。因此。绘制校准曲线时,必须进行基体的匹配。
选择分析谱线时,因为样品中各待测元素的含量不同,需考虑到低含量元素的灵敏度和各元素之间的谱线干扰。根据全谱仪中每个元素有多条分析谱线的特点,且需考虑到待测样品中共存元素的相互干扰。然后用混合标准溶液依次扫描比较各分析线的波长,根据计算机显示的谱线和背景的轮廓线和强度值选择分析线。
ICP-AES检测中每种元素都有几十条分析谱线。在检测过程中选用不同的分析谱线,测试结果相差也比较大。因此,元素分析谱线的选择既要考虑光谱干扰,也要考虑共存元素对谱线的影响。目前主要通过对参考仪器线库及相关文献的分析,观察各元素的光谱形态(分析谱线干扰)、谱线强度、背景校正等,元素干扰系数校正与信噪比比较。然后通过大量的标准样品进行检测分析,选择元素的最佳波长。
ICP-AES测定金属材料中元素存在的光谱干扰、仪器工作参数的影响、元素干扰,会导致检测的准确度下降,影响金属材料的元素分析。目前最有效的措施有:选择仪器较灵敏且干扰少的分析谱线和同位素;建立的分析方法具有检出限低。但这些方法还存在一定的不足,因此如何更好地解决存在的问题亟待进一步的研究。
摘要：ICP-AES检测目前应用检测金属元素杂质的重要手段,但ICP-AES检测金属元素过程中存在的问题,影响着ICP-AES法测定金属中杂质元素的发展。因此本文会对ICP-AES法测定金属元素杂质存在的问题进行叙述,如:光谱干扰、元素干扰、进样干扰等。最后对解决ICP-AES检测金属元素欠缺的方法进行综述。
关键词：ICP-AES检测,金属元素,杂质
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