上(shang)世紀(ji)60年(nian)代(dai)中(zhong)期，美國Fassel和英國Greenfield分別(bie)報(bao)道(dao)了(le)(le)各(ge)自取得的(de)(de)重(zhong)要研究成(cheng)果，創立了(le)(le)電感耦合等(deng)離子(zi)體(ti)原(yuan)子(zi)發射光譜(ICP-AES)新技術。1975年(nian)美國熱電佳爾-阿(a)許(xu)公司(TJA)生產了(le)(le)世界上(shang)第一臺商(shang)用ICP-AES，儀器(qi)的(de)(de)商(shang)品化(hua)有力地推(tui)動了(le)(le)ICP-AES分析技術的(de)(de)應(ying)用和發展。
ICP-AES法既具有(you)(you)(you)原子(zi)發(fa)射光(guang)譜(pu)法(AES)多元素同時測定的(de)優點(dian)，又具有(you)(you)(you)原子(zi)吸收光(guang)譜(pu)法(AAS)溶液(ye)進(jin)樣的(de)靈(ling)活(huo)性和穩定性，在(zai)主、次、痕量成分(fen)的(de)多元素同時測定，固、液(ye)、氣態樣品直(zhi)接(jie)分(fen)析(xi)等(deng)方(fang)面(mian)具有(you)(you)(you)很(hen)好的(de)效果，堪(kan)稱理想的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法。經過半個多世紀(ji)的(de)發(fa)展，其應(ying)用范圍是原子(zi)光(guang)譜(pu)分(fen)析(xi)技術(shu)中最為廣泛的(de)一(yi)種(zhong)，由無機物分(fen)析(xi)，擴展到有(you)(you)(you)機、生(sheng)化、生(sheng)命(ming)科(ke)學(xue)分(fen)析(xi)領域，以及當(dang)前(qian)備受關注的(de)環境檢(jian)測及食(shi)品安全監控等(deng)方(fang)面(mian)，已成為當(dang)前(qian)最具優越(yue)分(fen)析(xi)性能和實(shi)用價值的(de)實(shi)驗室必備檢(jian)測手(shou)段(duan)。
2014年10月(yue)19-21日，由中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)工(gong)程院、中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)合格評定國(guo)(guo)家認可委員(yuan)會、中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)標(biao)準化協會、中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)金屬學會、國(guo)(guo)際鋼(gang)鐵工(gong)業(ye)分析(xi)委員(yuan)會、中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)鋼(gang)研科技集團有限公司主辦的(de)“中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)科學儀器設備(bei)與試驗技術高(gao)峰論壇”、“第(di)四屆中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)能力(li)驗證與標(biao)準樣(yang)品論壇”、“CCATM’2014國(guo)(guo)際冶金及材料分析(xi)測(ce)試學術報告(gao)會”在(zai)北京(jing)國(guo)(guo)際會議中(zhong)(zhong)心舉行。10月(yue)20日下午(wu)，濕(shi)法分析(xi)(ICP-AES\ICP-MS\AAA\其他(ta))分會場報告(gao)會舉行，50余位(wei)業(ye)內知名(ming)專家、學者(zhe)、技術人員(yuan)出(chu)席了會議。
北(bei)京NIL國(guo)(guo)(guo)際實(shi)驗室能力驗證研究中心(xin)鄭國(guo)(guo)(guo)經教授做(zuo)題為(wei)“原(yuan)子光譜儀器新進展(zhan)—ICP-AES發展(zhan)動(dong)態”的(de)(de)(de)報(bao)告(gao)。每一屆(jie)BCEIA期間，中國(guo)(guo)(guo)分析測(ce)試(shi)協會都(dou)會組(zu)織各領域的(de)(de)(de)專家(jia)對相(xiang)關(guan)儀器、零部件的(de)(de)(de)水平、技術特點、發展(zhan)前景進行評述(shu)。鄭國(guo)(guo)(guo)經教授是BCEIA儀器評議光譜組(zu)的(de)(de)(de)組(zu)長(chang)，在此次報(bao)告(gao)中鄭國(guo)(guo)(guo)經教授詳細評述(shu)了近(jin)年來原(yuan)子光譜中ICP-AES儀器技術與應(ying)用的(de)(de)(de)最新發展(zhan)動(dong)態。
ICP-AES儀器技術發展動態
(1)儀器分辨率有明顯提高
譜線(xian)干擾(rao)是ICP-AES光(guang)譜分(fen)(fen)析的(de)(de)主要(yao)影響因素(su)，所(suo)以ICP-AES儀器(qi)需要(yao)高分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)的(de)(de)光(guang)學系統(tong)，才(cai)能最大限度(du)減(jian)低光(guang)譜干擾(rao)。中階梯光(guang)柵-棱鏡雙色散系統(tong)和超百萬像素(su)的(de)(de)固體檢測(ce)器(qi)使 ICP-AES的(de)(de)分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)達到“極致(zhi)”。近(jin)期的(de)(de)新品儀器(qi)均標稱，儀器(qi)的(de)(de)光(guang)學分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)達到0.003nm或像素(su)分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)為0.002nm。儀器(qi)的(de)(de)譜線(xian)實際分(fen)(fen)辨(bian)率(lv)可以達到0.005nm的(de)(de)效果(guo)。
(2)高頻電源采用全固態數字式發生器成為主流配置
全固態RF發生器使儀器結構更(geng)為緊湊(cou)、運行更(geng)加(jia)穩定，可達到穩定性≤1.0%、重復性≤1.0%。頻率已經(jing)優化在(zai)27.12MHz 及(ji)40.68MHz，不同廠家均有選用(yong)，效果相近(jin)，均有很(hen)好的分(fen)析性能(neng)。
國(guo)內在(zai)這(zhe)方面正在(zai)迎頭趕上，近年來武漢地質大學與(yu)計(ji)量院聯合研制(zhi)的(de)數字式高效全(quan)固態(tai) ICP光源系統已(yi)取得成果，采用全(quan)數字化設計(ji)，功率(lv)調節采用數字式控制(zhi)，頻率(lv)為(wei)27.12 MHz，可調范圍(wei)為(wei)100 W~1600 W，將大大促進國(guo)產ICP-AES儀器的(de)發展。
(3) 炬管垂直放置，雙向觀測同時進行，已成為全新配置
自從上(shang)世(shi)紀末，推出端視技(ji)術以(yi)提高ICP-AES的(de)檢出靈敏度以(yi)來(lai)，據采用(yong)水平(ping)炬管(guan)(guan)，雙(shuang)向交替觀(guan)測(ce)。經實(shi)際(ji)使用(yong)發現水平(ping)炬管(guan)(guan)不是最佳(jia)配置(zhi)，因(yin)此垂(chui)直(zhi)炬管(guan)(guan)成(cheng)為全(quan)新配置(zhi)，同時(shi)推出雙(shuang)向同時(shi)觀(guan)測(ce)技(ji)術。實(shi)驗中發現水平(ping)炬管(guan)(guan)易(yi)產生鹽(yan)(yan)分(fen)、碳粒的(de)凝結和(he)水滴的(de)產生，而垂(chui)直(zhi)炬管(guan)(guan)設置(zhi)可(ke)防止(zhi)這些情況(kuang)出現，并能提高分(fen)析有機樣(yang)品(pin)和(he)高鹽(yan)(yan)樣(yang)品(pin)時(shi)的(de)穩定性。
(4)檢測器結合不斷深化的軟件功能，多譜線擬合扣除光譜干擾、多波長分析數據自動判別，創造即開即用、高通量快速檢測技術
固體檢測(ce)器(qi)不斷改進提(ti)高(gao)(gao)，新一代CCD/CID檢測(ce)器(qi)具有高(gao)(gao)靈敏度(du)、高(gao)(gao)量子化效率，像素分辨率可達(da)到優于0.003nm。
強大(da)的軟件(jian)功能，一次測量可(ke)同時采集多條(tiao)譜(pu)線(xian)(xian)及背景信息(xi)，記(ji)錄所有(you)元(yuan)素的分(fen)析(xi)譜(pu)線(xian)(xian)數據，可(ke)在(zai)測量后對任何元(yuan)素及其(qi)干擾直(zhi)接進行數據處理，或可(ke)以隨(sui)時在(zai)方法中添加其(qi)他譜(pu)線(xian)(xian)，進行數據再(zai)處理，不需重(zhong)新再(zai)做分(fen)析(xi)。使ICP-AES的測定達到高樣品通量、低消耗(hao)成本的效果，“全譜(pu)全讀”的分(fen)析(xi)摸(mo)式。
(5)儀器分析性能明顯提高，分析波長范圍向近紅外區和遠紫外區擴展，檢出限有很大提高
波長范圍逐(zhu)漸(jian)擴大(da)，紫外(wai)向130nm、紅外(wai)向1100nm擴展(zhan)。在遠紫外(wai)光區有很多譜(pu)線(xian)干擾少的(de)靈敏分析線(xian)，因此(ci)努力(li)拓寬180nm以下(xia)的(de)分析譜(pu)線(xian)的(de)應用，一是提(ti)高測定(ding)下(xia)限(xian)，二是消除干擾，三是擴大(da)測定(ding)范圍。
(6)溶液高通量自動進樣及省時、省氣、高效設計達到即開即用的效果
采用溶液高通量自(zi)動(dong)進(jin)(jin)樣技(ji)術(shu)，縮短進(jin)(jin)樣及沖(chong)洗時(shi)間(jian)，提高進(jin)(jin)樣頻率，實現高通量自(zi)動(dong)進(jin)(jin)樣。
氣(qi)路(lu)設計上也依據高(gao)效節能的理念，滿(man)足(zu)省時(shi)—開(kai)機即用(5分(fen)鐘);省氣(qi)—無需(xu)提(ti)前(qian)和延時(shi)吹掃，所有(you)吹掃的氬氣(qi)和冷(leng)卻氣(qi)體都(dou)將引入(ru)等(deng)離子氣(qi)充(chong)分(fen)利用; 高(gao)效—高(gao)濃(nong)鹽(yan)、有(you)機樣(yang)、高(gao)低濃(nong)度一次完成測定。
(7)激光剝蝕固體進樣等配件已成為性能優越的商品，擴大了ICP-AES分析應用范圍
將激光(guang)剝蝕(LA)超微(wei)粒子采樣(yang)技術(shu)與ICP-AES分析技術(shu)相結合構成(cheng)LA-ICP-AES, 形成(cheng)固體(ti)樣(yang)品直接(jie)進樣(yang)的分析技術(shu)，已(yi)成(cheng)商(shang)品配件。
近年來ICP-AES新產品
ICP-AES儀(yi)器(qi)技術(shu)進(jin)展，從提高(gao)分(fen)析(xi)能(neng)(neng)力(li)考慮(lv)，提高(gao)儀(yi)器(qi)分(fen)辨率是關注點;改進(jin)儀(yi)器(qi)的使用(yong)流(liu)程，提高(gao)開機(ji)即用(yong)能(neng)(neng)力(li)，減(jian)低氣體消耗是主(zhu)流(liu)。
近年(nian)來出(chu)現新(xin)品：耶拿高分辨率ICP儀(yi)器(qi)(qi)(qi)-PQ9000型(xing)(xing)、利曼CMOS固態檢測器(qi)(qi)(qi)ICP儀(yi)器(qi)(qi)(qi)-Prodigy7型(xing)(xing)、安捷倫同步雙向觀測儀(yi)器(qi)(qi)(qi)-ICP5100型(xing)(xing)、珀金(jin)埃(ai)爾默平板型(xing)(xing)等離子光譜儀(yi)器(qi)(qi)(qi)-Optima 8300型(xing)(xing)、聚光科技的(de) ICP-5000型(xing)(xing)等。
耶拿 PQ9000:以耶拿的光學(xue)優勢，高分辨(bian)率中階梯光柵-棱鏡(jing)二(er)級色(se)散，達到(dao)光學(xue)分辨(bian)率 0.003nm。
利曼 ICP-Prodigy7：首臺采(cai)用(yong)CMOS固態檢測器的(de)ICP-AES。CMOS與(yu)目前通(tong)常采(cai)用(yong)的(de)固體檢測器CCD或CID不同，其信號采(cai)集及處(chu)理(li)速度快于常規的(de)CCD/CID。
安捷倫 ICP-OES 5100：智能光譜組合(he)技術(DSC)可實現同步的(de)水平(ping)和垂直雙向同時觀測(ce)，是一(yi)個全(quan)新概念。
珀(po)金(jin)埃(ai)爾(er)默(mo)PE 8300：平(ping)板型等離子(zi)體降低Ar氣消(xiao)耗量(liang)至8 L/min。
聚光(guang)(guang)科技 ICP-5000：國(guo)內(nei)率(lv)先(xian)實現了商品化的(de)(de)全(quan)譜型儀器(qi)，有多項自主(zhu)研(yan)發(fa)技術：自主(zhu)研(yan)發(fa)的(de)(de)自激式(shi)全(quan)固態(tai)RF電源及匹配技術、小型化中階梯二維分(fen)光(guang)(guang)系統光(guang)(guang)路技術、自行研(yan)發(fa)的(de)(de)深制冷面(mian)陣CCD高速數采系統，分(fen)析軟(ruan)件上也(ye)有多項創(chuang)新。
ICP-AES應用進展
ICP-AES分(fen)(fen)(fen)析由于(yu)其優越的(de)分(fen)(fen)(fen)析性(xing)能，已經在很(hen)多領域(yu)的(de)得(de)到廣泛應(ying)用，很(hen)多分(fen)(fen)(fen)析方法作(zuo)為分(fen)(fen)(fen)析標準已經納入(ru)國家標準及行業標準。
目前ICP-AES法納入國家標準(GB/T)和行業標準:
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黑色金屬(shu)材(cai)料 |
GB 15個(ge)；HY 6個(ge) |
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有色金屬(shu)材料 |
GB 56個(ge)；HY 57個(ge) |
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能源及化工 |
GB 10個；HY 22個 |
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水質及環(huan)境(jing) |
GB 1個；HY 3個 |
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礦產資源 |
GB 7個；HY 4個 |
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其(qi)他領域 |
GJB 1個；HY 7個 |
質檢出版社2011年出版的：電感耦合等(deng)離子(zi)體原子(zi)發射光(guang)譜分析技(ji)術(shu)標(biao)準匯(hui)篇(pian)
ICP-AES應用動態
由于ICP-AES技術的(de)不(bu)斷(duan)發展，逐(zhu)漸實現(xian)了快(kuai)速、低成本、高通量的(de)分析。特別適應用在環境、制(zhi)藥、食(shi)品(pin)安全或(huo)工(gong)業分析等領域(yu)上(shang)，ICP-AES分析已成低成本的(de)檢測(ce)方(fang)法。
從近(jin)年(nian)(nian)來在各公開(kai)(kai)刊物上發表的文獻可(ke)以看出ICP-AES已經成為(wei)日常分析(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)手段。查近(jin)兩年(nian)(nian)2013-2014公開(kai)(kai)出版刊物中論(lun)文有關于(yu)ICP-AES分析(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的論(lun)文就有693篇(pian)(pian): 2014年(nian)(nian)228篇(pian)(pian)，2013年(nian)(nian)465篇(pian)(pian)。其(qi)中出自“冶金分析(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)”46篇(pian)(pian);“光譜實驗(yan)室”33篇(pian)(pian);“中國無(wu)機分析(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)化(hua)學”23篇(pian)(pian);“光譜學與光譜分析(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)”14篇(pian)(pian);“化(hua)學分析(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)計量”13篇(pian)(pian);“巖礦測試12篇(pian)(pian)等，可(ke)見其(qi)應(ying)用范圍(wei)很廣。
直接測定
ICP-AES分析通過(guo)選用合適儀器(qi)和(he)分析譜(pu)線大多情況下均可以進行直接測定(ding)。主要是(shi)(shi)解決樣(yang)品處(chu)理問題(ti)和(he)譜(pu)線干擾問題(ti)。各類儀器(qi)新(xin)品均是(shi)(shi)為(wei)了實現各類樣(yang)品直接測定(ding)的需要。從分析對象(xiang)看主要還(huan)是(shi)(shi)歸(gui)結為(wei)：
無機物(wu)的分(fen)析：通(tong)過選(xuan)用合適儀器和分(fen)析譜線(xian)大多(duo)情況下(xia)均可以(yi)進(jin)(jin)行直接測定。主要(yao)是(shi)解決(jue)樣(yang)品處理問(wen)(wen)題和譜線(xian)干擾問(wen)(wen)題。有機物(wu)分(fen)析：通(tong)過選(xuan)用合適儀器和分(fen)析譜線(xian)大多(duo)情況下(xia)可以(yi)進(jin)(jin)行直接測定。主要(yao)是(shi)分(fen)解有機樣(yang)品的處理問(wen)(wen)題和儀器的條件設定問(wen)(wen)題。
分離分析
ICP-AES作為(wei)一(yi)種(zhong)元素測(ce)定(ding)(ding)的分析(xi)手段，采用簡易分離后測(ce)定(ding)(ding)，可以(yi)解決沒有(you)現成分析(xi)方法或成分復(fu)雜無法進行(xing)直接(jie)測(ce)定(ding)(ding)樣(yang)品(pin)分析(xi)問題，也可通過分離富集(ji)提高其測(ce)定(ding)(ding)下限(xian)，有(you)更為(wei)廣泛的應用價值。
如：用離子交換纖維柱分離鉻(Ⅲ)和鉻(Ⅵ)有很好的分離效果，分離后的 Cr(Ⅲ) 和 Cr(Ⅵ) 可用 ICP-AES分別測量—實現價態分析;用氫氧化鑭共沉淀分離ICP-AES法測定銅精礦中鉛、砷、銻、鉍雜質元素;用反相色層分離ICP-AES法測定可燃毒物(Gd,U)O2中12種微(wei)量元素等。
氣體進樣分析
ICP-AES法通過氫化物發生以氣態氫化物發生方式進樣，提高了測定靈敏度。另外，以氣體進樣方式，可以解決特殊的分析需求。如：以發生CO2方式(shi)可以測碳(tan)、碳(tan)酸鹽含量。
固體進樣分析
LA-ICP-AES開(kai)拓了ICP-AES的(de)(de)固(gu)體(ti)進樣分析方法，已有商品(pin)配件可(ke)供選用。例如：LA-ICP-AES法分析中低(di)合金鋼(gang)中多元(yuan)素的(de)(de)研究，除Si元(yuan)素外，其(qi)它元(yuan)素線性相關系(xi)數均(jun)大(da)于(yu)0.999。
雖然當前人(ren)們更多(duo)地(di)關注(zhu)于質譜(pu)(pu)分析儀(yi)器(qi)(qi)，對于原子光(guang)譜(pu)(pu)的地(di)位(wei)與應(ying)用產生(sheng)了懷疑，但是(shi)(shi)對于無機元素測(ce)定，原子光(guang)譜(pu)(pu)仍是(shi)(shi)最佳方法。特別是(shi)(shi)ICP-AES已成(cheng)為實驗室必備的檢測(ce)手(shou)段。而環境安全、食品安全中(zhong)有毒(du)有害元素的檢測(ce)是(shi)(shi)長期存在的需要，因(yin)此ICP-AES分析儀(yi)器(qi)(qi)的發展仍得到極大的關注(zhu)。（撰稿人(ren)：劉豐秋(qiu)）
