原子光谱法原子吸收光谱法（AAS）原子吸收光谱法（AAS）技术原理：样品在高温火焰或炉中分解成自由原子和离子。这些原子吸收来自空心阴极放电灯（含有待测元素的阴极）发出···
全国咨询热线
原子光谱法
技术原理：样品在高温火焰或炉中分解成自由原子和离子。这些原子吸收来自空心阴极放电灯（含有待测元素的阴极）发出的原子共振波长的光。光吸收度的测量根据比尔定律与浓度成正比。
最常见的原子化器是预混空气-乙炔火焰。测量耐火元素需要使用更热的N₂O-乙炔火焰。使用称为电热原子化器或石墨炉的电加热炉可以获得更高的灵敏度，因其在空心阴极发射光束中的原子驻留时间较长，灵敏度优于火焰原子化器。
应用范围：AAS用于定量元素分析，即确定样品中特定元素的总浓度。常用于环境样品、工业材料如金属合金、临床或工业卫生测量等。一般情况下，火焰AAS可用于10 mg/L至100 mg/L范围内的溶液浓度测量，电热AAS可用于1 μg/L至100 μg/L范围内的测量。AAS不能用于非金属元素的测定。
该仪器通常比其他形式的元素分析便宜。在大多数情况下，一次只能测量一个元素。必须将空心阴极灯更换为不同元素的灯才能检测该元素。因此，如果需要多元素信息，测量时间可能过长。火焰仪器需要经过培训才能安全使用，并且必须排放烟雾。
样品性质：除少数例外，样品以溶液形式引入火焰或电热原子化器。如果被分析的样品是固体，必须首先溶解。典型的溶解过程会将1克样品溶解在100毫升酸化水溶液中。大多数样品的溶解需要高浓度矿酸。
定性分析：AAS通常不用于定性分析。分析元素的特异性（或鉴定）由空心阴极灯发出的原子共振波长提供。
可追溯定量分析：AAS仪器必须使用含有已知浓度分析元素的溶液进行校准。这些校准溶液由许多商业供应商提供，通常可追溯到一组NIST单元素溶液标准参考材料。许多AAS分析容易受到基体效应的影响（样品中存在的成分对分析物原子吸收信号的联合影响）。如果校准溶液未与被分析样品的基体匹配，则会导致测量偏差。标准添加法是处理基体效应的有效策略。另一常见的偏差来源是基体元素未完全原子化或小颗粒散射空心阴极光束引起的宽带分子吸收。大多数仪器使用多种背景校正程序之一来处理这些干扰。NIST和其他来源提供各种样品基体类型的认证参考材料。这些CRMs应用于验证AAS方法。
诱导耦合等离子体（ICP）是由连接到射频发生器的石英炬管中产生的大气压氩等离子体。工作射频功率通常在1000 W至1500 W之间。将液体样品溶液以气溶胶形式注入ICP的轴向通道，在此温度可达到7000 K。样品被分解成自由原子和离子，当价电子的热激发态回到较低能级时，会产生原子或离子发射。适当的光学传输系统、单色仪或多色仪以及检测器选择并定量测量特定分析波长的相对发射强度。元素发射波长的发射强度作为样品中该元素浓度的相对测量值。该方法有时也称为ICP光学发射光谱法（ICP-OES）。
ICP-AES用于定量元素分析，即确定样品中特定元素的总浓度。典型应用领域包括冶金、地质测量、环境监测、食品分析、油中添加剂或磨损金属的测量以及法医分析。一般情况下，ICP-AES用于1 mg/L至100 mg/L范围内的溶液浓度测量。一些非金属元素（如硫、磷）也可以测量。
该仪器通常比AAS更昂贵，但与AAS不同的是，它能够同时检测多种元素，这在需要多元素分析时可显著节省时间。它通常比ICP-MS便宜。
在最常见的情况下，样品以溶液形式引入ICP。如果被分析的样品是固体，必须首先溶解。通常将1克样品溶解在100毫升酸化水溶液中。样品的溶解通常需要高浓度矿酸。
另一种样品引入系统使用固体样品的激光烧蚀，生成的气溶胶颗粒可以直接注入ICP。
通过已知的原子发射线波长识别特定元素。
对于使用溶液样品引入的系统，必须使用含有已知浓度分析元素的溶液进行校准。这些校准溶液由许多商业供应商提供，通常可追溯到一组NIST单元素溶液标准参考材料。复杂样品的分析可能会受到基体效应的影响（样品中存在的成分对分析物原子发射信号的联合影响）。如果校准溶液未与被分析样品的基体匹配，则会导致测量偏差。标准添加法是处理基体效应的有效策略。
使用激光烧蚀样品引入的系统的校准更加困难。激光烧蚀过程对基体依赖性很强，校准需要与样品特性非常接近的固体标准物质。常用的一种方法是测量分析物发射相对于基体发射线的比值以提高准确性和精确性。
来自氩等离子体发射或样品基体成分的光谱干扰是另一个潜在的偏差来源。大多数系统使用某种形式的光谱背景校正来处理这些干扰。NIST和其他来源提供各种样品基体类型的认证参考材料。这些CRMs应用于验证ICP-OES方法。
在氩气氛中，从阴极到作为阳极的导电样品之间生成高压火花。样品被熔化并原子化，自由原子被激发产生原子发射。适当的光学传输系统、多色仪和检测器选择并定量测量特定分析波长的相对发射强度。元素发射波长的发射强度作为样品中该元素浓度的相对测量值。该方法有时简称为光学发射光谱法（OES）或火花原子发射光谱法。
火花OES的主要应用领域是金属分析。数以万计的火花OES仪器安装在大型钢铁厂、铝冶炼厂和铸造厂，以及小型锻造厂和小型铸造厂。测量用于质量控制、原材料测试和研究。火花OES相对于ICP-OES的主要优势是无需样品溶解，分析速度快。
金属样品可能需要磨平以形成良好的电极。粉末可以与石墨混合并压成平面。
通过已知的原子发射线波长识别特定元素。
火花采样和激发过程非常复杂且依赖基体。校准使用大量选定的认证参考材料，以匹配被分析样品的类型。
与任何光谱测量一样，样品基体成分或火花源的光谱干扰是潜在的偏差来源。大多数系统使用某种形式的光谱背景校正来处理这些干扰。
单个火花仅持续几微秒，会蒸发少于一微克的样品。样品不均匀性会妨碍准确分析整体样品。分析基于不同位置的多次火花。
微量放电是维持在两个电极之间的低压惰性气体等离子体。通常使用氩气，绝对压力在几百帕到约2.5千帕之间，固体样品在电路中作为阴极。当放电被引燃时，等离子体中形成的Ar⁺离子被加速到样品表面，这些Ar⁺离子以足够的动能撞击样品表面，足以使样品原子从表面喷射出来。这样，固体样品被直接原子化。一旦进入等离子体，喷射出的原子可能通过与能量电子和其他粒子的碰撞而被电子激发。一些被激发的喷射原子通过光子发射回到较低的电子能级（通常是基态）。这些光子的波长是发射物种的特征。一种带有罗兰圆上的光电倍增管（PMTs）或一个或多个电荷转移设备（CTDs）的光栅光谱仪用于测量等离子体特定波长的发射强度。通过这种方式，可以定量估算固体样品的元素组成。
GD-OES使用的微量放电设备可以由DC或RF电源供电。在DC-GD-OES中，样品必须是导电的，因为电流必须通过它流动。RF-GD-OES克服了这一限制，因为在这种配置中，样品不需要净电流流过。因此，RF-GD-OES可以应用于导电和绝缘样品。
GD-OES传统上用于固体的整体分析，现在仍然常规使用。近年来，GD-OES深度剖析（即元素组成随深度变化的确定）已经开始成熟。在GD-OES深度剖析中，通过记录随着表层被“溅射”掉的发射强度随时间变化，得到样品的“深度剖析”。现有算法可以将得到的强度与时间图转换为元素质量分数与深度的关系图。虽然还有很多开发工作要做，但GD-OES深度剖析已经被广泛应用于导电和绝缘基材上导电和绝缘层的分析。目前最广泛的应用是钢材镀锌层的分析。然而，其他样品类型的深度剖析，如薄膜（<10 nm厚度）和有机涂层，也在不断证明其可行性。虽然整体分析仍将是GD-OES的重要应用，但该技术的未来前景在于深度剖析。
GD-OES的优势包括相对于其他直接固体技术（如火花OES和次级离子质谱，SIMS）的干扰和基体效应较少。此外，许多应用的检测限（直接在固态中为ppm级）也很有用。检测氢、氧和氮的能力也是一个优势。一个重要的缺点是，GD-OES本质上是一个“相对”技术，需要参考材料进行校准。
如上所述，GD-OES适用于导电和绝缘固体样品的整体和深度剖析分析。涉及绝缘样品时需要使用RF模式。分析表面通常是平坦的，虽然可以使用特殊的样品夹具来处理不同形状的表面（如管材）。
GD-OES仪器的校准包括测量适当参考材料的发射强度并计算校准方程。未经校准即可进行定性分析，只需注意存在信号的元素波长即可。由于缺乏氢、氧和氮在参考材料中的认证质量分数，GD-OES通常只能对这些非金属元素进行定性分析。
定量GD-OES分析通过使用适当的参考材料进行校准来完成。校准物与未知样品的基体匹配程度越高，准确性越好。对于主要和次要元素，通常发现质量分数偏差约为1%相对值，而质量分数低于100 μg/g时，通常较高（例如>15%相对值）。GD-OES深度剖析中获得的深度轴的准确性可能因情况而异，但可以达到±5%相对值。无论进行整体分析还是深度剖析，通过使用参考材料进行校准，实现对SI的可追溯性。
待分析的样品可以是固体（粉末或块状）或液体（含水或油基）。将样品置于仪器中，用初级X射线源或粒子束（电子或质子）照射。初级辐射被吸收并将电子从轨道中弹出。松弛过程填补了这些空位，导致特征X射线辐射的发射。逃离样品的特征辐射强度与样品中每种元素的原子数成正比。因此，XRF既可以进行定性分析，使用特征X射线的“指纹”来识别组成元素，又可以进行定量分析，通过计数过程将检测到的X射线数与元素的总浓度相关联。
X射线荧光光谱仪有多种设计，适用于各种应用和操作条件。最先进的实验室光谱仪通常设计为波长色散光谱仪，具有高功率管源和高分辨率检测系统，包括准直器或狭缝、一组可互换晶体根据布拉格方程衍射特征X射线，和安装在晶体上的两台或更多检测器。较低成本、较低功率的光谱仪包括较小的波长色散光谱仪，具有低功率管源或能量色散光谱仪，使用固态检测器和低功率管或放射性同位素源。一些能量色散光谱仪使用电子或质子束作为初级辐射源。甚至有设计用于现场使用的手持设备。鉴于广泛的仪器种类，价格范围从25000美元到300000美元不等。
XRF用于定量元素分析，通常不考虑样品中元素的化学环境。这是一种相对技术，必须使用参考材料进行校准。样品中的一种元素的X射线可能被其他元素吸收，可能导致这些其他元素的荧光。由于这些基体效应，当校准物与样品在总体组成上相似时，性能最佳。许多复杂的程序可用于补偿基体效应，包括经验和理论校准模型。仅使用理论和基本参数（描述X射线与物质相互作用的基本物理常数）获得组成结果是可能的；然而，结果的质量因情况而异。XRF测量还受样品物理性质的影响，包括粒度或晶粒大小、矿物组成、表面形态、受电离辐射损害的易感性等。
XRF通常被认为是非破坏性的，因为可以在几乎没有准备的情况下将样品呈现给仪器，测量也几乎不会造成损害。然而，X射线在分子水平上会造成损害，尤其是对有机基体，因此并不是真正意义上的非破坏性。尽管如此，在许多情况下（例如合金），样品可以在XRF分析后进行其他性质的分析。
XRF在快速、精确分析样品的主要和次要成分方面表现最佳。光谱仪可用于从约1 mg/kg到100%质量分数的浓度范围。分析在几分钟内完成，总体相对不确定性可以限制在1%或更低。XRF广泛用于各种行业的产品质量控制，包括金属和合金、矿业和矿物、水泥、石油、电子和半导体行业。
微量分析因光谱背景水平的不同而变得复杂，这取决于光谱仪几何形状、激发源、分析元素的原子序数、样品的平均原子序数和其他因素。使用专门设计的光谱仪，如全反射XRF，以及类似于其他原子发射的破坏性样品制备技术，可以进行低于1 mg/kg的微量分析。
XRF在定性分析方面非常适用，其（大多）非破坏性和对周期表大多数元素（从铍到铀）的灵敏度。每种元素的特征X射线包括一系列线谱，提供明确的识别。能量色散光谱仪特别适合定性分析，因为它们可以一次显示整个光谱。为了选择最佳测量 条件，定量分析方法实施前进行定性分析。
为了获得最佳精度，必须校准XRF光谱仪。校准物的选择取决于样品的形式和要校准的浓度范围。通过使用硼酸盐熔融等破坏性制备技术，可以从主要参考材料（元素、化合物和溶液）制备校准物，只要确保参考材料的纯度和化学计量关系，这些结果是可追溯到SI的。但是，校准物和未知样品必须在总体组成上密切匹配。对于液体材料，当校准溶液在基体上与未知样品足够相似时，也可以实现同样的效果。
在需要使用各种与未知样品的可比性不同的校准物时，必须应用基体校正。首选的方法是使用理论和基本参数来估计校正。然而，仍需使用一定数量的参考材料形式的校准物来校准光谱仪。通过这一组参考材料对发行机构的追溯性得以建立。
替代基体校正模型的方法有内标、内部参考线和标准添加。当然，这些方法仅适用于在适当情况下，样品可以通过某种方式制备以包含掺料的情况。
一对一为您答疑解惑
