ICP-AES儀器技術與應用最新發展動態

　　上世紀60年代中期，美國Fassel和英國Greenfield分別報導了各自取得的重要研究成果，創立了電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)新技術。1975年美國熱電佳爾-阿許公司(TJA)生產了世界上第一臺商用ICP-AES，儀器的商品化有力地推動了ICP-AES分析技術的應用和發展。

　　ICP-AES法既具有原子發射光譜法(AES)多元素同時測定的優點，又具有原子吸收光譜法(AAS)溶液進樣的靈活性和穩定性，在主、次、痕量成分的多元素同時測定，固、液、氣態樣品直接分析等方面具有很好的效果，堪稱理想的分析方法。經過半個多世紀的發展，其應用範圍是原子光譜分析技術中最為廣泛的一種，由無機物分析，擴展到有機、生化、生命科學分析領域，以及當前備受關注的環境檢測及食品安全監控等方面，已成為當前最具優越分析性能和實用價值的實驗室必備檢測手段。

　　2014年10月19-21日，由中國工程院、中國合格評定國家認可委員會、中國標準化協會、中國金屬學會、國際鋼鐵工業分析委員會、中國鋼研科技集團有限公司主辦的「中國科學儀器設備與試驗技術高峰論壇」、「第四屆中國能力驗證與標準樣品論壇」、「CCATM』2014國際冶金及材料分析測試學術報告會」在北京國際會議中心舉行。10月20日下午，溼法分析(ICP-AES\ICP-MS\AAA\其他)分會場報告會舉行，50餘位業內知名專家、學者、技術人員出席了會議。

　　北京NIL國際實驗室能力驗證研究中心鄭國經教授做題為「原子光譜儀器新進展—ICP-AES發展動態」的報告。每一屆BCEIA期間，中國分析測試協會都會組織各領域的專家對相關儀器、零部件的水平、技術特點、發展前景進行評述。鄭國經教授是BCEIA儀器評議光譜組的組長，在此次報告中鄭國經教授詳細評述了近年來原子光譜中ICP-AES儀器技術與應用的最新發展動態。

　　ICP-AES儀器技術發展動態

　　(1)儀器解析度有明顯提高

　　譜線幹擾是ICP-AES光譜分析的主要影響因素，所以ICP-AES儀器需要高解析度的光學系統，才能最大限度減低光譜幹擾。中階梯光柵-稜鏡雙色散系統和超百萬像素的固體檢測器使 ICP-AES的解析度達到「極致」。近期的新品儀器均標稱，儀器的光學解析度達到0.003nm或像素解析度為0.002nm。儀器的譜線實際解析度可以達到0.005nm的效果。

　　(2)高頻電源採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為緊湊、運行更加穩定，可達到穩定性≤1.0%、重複性≤1.0%。頻率已經優化在27.12MHz 及40.68MHz，不同廠家均有選用，效果相近，均有很好的分析性能。

　　國內在這方面正在迎頭趕上，近年來武漢地質大學與計量院聯合研製的數字式高效全固態 ICP光源系統已取得成果，採用全數位化設計，功率調節採用數字式控制，頻率為27.12 MHz，可調範圍為100 W~1600 W，將大大促進國產ICP-AES儀器的發展。

　　(3) 炬管垂直放置，雙向觀測同時進行，已成為全新配置

　　自從上世紀末，推出端視技術以提高ICP-AES的檢出靈敏度以來，據採用水平炬管，雙向交替觀測。經實際使用發現水平炬管不是最佳配置，因此垂直炬管成為全新配置，同時推出雙向同時觀測技術。實驗中發現水平炬管易產生鹽分、碳粒的凝結和水滴的產生，而垂直炬管設置可防止這些情況出現，並能提高分析有機樣品和高鹽樣品時的穩定性。

　　(4)檢測器結合不斷深化的軟體功能，多譜線擬合扣除光譜幹擾、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

　　固體檢測器不斷改進提高，新一代CCD/CID檢測器具有高靈敏度、高量子化效率，像素解析度可達到優於0.003nm。

　　強大的軟體功能，一次測量可同時採集多條譜線及背景信息，記錄所有元素的分析譜線數據，可在測量後對任何元素及其幹擾直接進行數據處理，或可以隨時在方法中添加其他譜線，進行數據再處理，不需重新再做分析。使ICP-AES的測定達到高樣品通量、低消耗成本的效果，「全譜全讀」的分析摸式。

　　(5)儀器分析性能明顯提高，分析波長範圍向近紅外區和遠紫外區擴展，檢出限有很大提高

　　波長範圍逐漸擴大，紫外向130nm、紅外向1100nm擴展。在遠紫外光區有很多譜線幹擾少的靈敏分析線，因此努力拓寬180nm以下的分析譜線的應用，一是提高測定下限，二是消除幹擾，三是擴大測定範圍。

　　(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

　　採用溶液高通量自動進樣技術，縮短進樣及衝洗時間，提高進樣頻率，實現高通量自動進樣。

　　氣路設計上也依據高效節能的理念，滿足省時—開機即用(5分鐘);省氣—無需提前和延時吹掃，所有吹掃的氬氣和冷卻氣體都將引入等離子氣充分利用; 高效—高濃鹽、有機樣、高低濃度一次完成測定。

　　(7)雷射剝蝕固體進樣等配件已成為性能優越的商品，擴大了ICP-AES分析應用範圍

　　將雷射剝蝕(LA)超微粒子採樣技術與ICP-AES分析技術相結合構成LA-ICP-AES, 形成固體樣品直接進樣的分析技術，已成商品配件。

　　近年來ICP-AES新產品

　　ICP-AES儀器技術進展，從提高分析能力考慮，提高儀器解析度是關注點;改進儀器的使用流程，提高開機即用能力，減低氣體消耗是主流。

　　近年來出現新品：耶拿高解析度ICP儀器-PQ9000型、利曼CMOS固態檢測器ICP儀器-Prodigy7型、安捷倫同步雙向觀測儀器-ICP5100型、珀金埃爾默平板型等離子光譜儀器-Optima 8300型、聚光科技的 ICP-5000型等。

　　耶拿 PQ9000:以耶拿的光學優勢，高解析度中階梯光柵-稜鏡二級色散，達到光學解析度 0.003nm。

　　利曼 ICP-Prodigy7：首臺採用CMOS固態檢測器的ICP-AES。CMOS與目前通常採用的固體檢測器CCD或CID不同，其信號採集及處理速度快於常規的CCD/CID。

　　安捷倫 ICP-OES 5100：智能光譜組合技術(DSC)可實現同步的水平和垂直雙向同時觀測，是一個全新概念。

　　珀金埃爾默PE 8300：平板型等離子體降低Ar氣消耗量至8 L/min。

　　聚光科技 ICP-5000：國內率先實現了商品化的全譜型儀器，有多項自主研發技術：自主研發的自激式全固態RF電源及匹配技術、小型化中階梯二維分光系統光路技術、自行研發的深製冷面陣CCD高速數採系統，分析軟體上也有多項創新。

　　ICP-AES應用進展

　　ICP-AES分析由於其優越的分析性能，已經在很多領域的得到廣泛應用，很多分析方法作為分析標準已經納入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:

黑色金屬材料	GB 15個；HY 6個
有色金屬材料	GB 56個；HY 57個
能源及化工	GB 10個；HY 22個
水質及環境	GB   1個；HY 3個
礦產資源	GB   7個；HY 4個
其他領域	GJB 1個；HY 7個

　　質檢出版社2011年出版的：電感耦合等離子體原子發射光譜分析技術標準匯篇

　　ICP-AES應用動態

　　由於ICP-AES技術的不斷發展，逐漸實現了快速、低成本、高通量的分析。特別適應用在環境、製藥、食品安全或工業分析等領域上，ICP-AES分析已成低成本的檢測方法。

　　從近年來在各公開刊物上發表的文獻可以看出ICP-AES已經成為日常分析手段。查近兩年2013-2014公開出版刊物中論文有關於ICP-AES分析的論文就有693篇: 2014年228篇，2013年465篇。其中出自「冶金分析」46篇;「光譜實驗室」33篇;「中國無機分析化學」23篇;「光譜學與光譜分析」14篇;「化學分析計量」13篇;「巖礦測試12篇等，可見其應用範圍很廣。

　　直接測定

　　ICP-AES分析通過選用合適儀器和分析譜線大多情況下均可以進行直接測定。主要是解決樣品處理問題和譜線幹擾問題。各類儀器新品均是為了實現各類樣品直接測定的需要。從分析對象看主要還是歸結為：

　　無機物的分析：通過選用合適儀器和分析譜線大多情況下均可以進行直接測定。主要是解決樣品處理問題和譜線幹擾問題。有機物分析：通過選用合適儀器和分析譜線大多情況下可以進行直接測定。主要是分解有機樣品的處理問題和儀器的條件設定問題。

　　分離分析

　　ICP-AES作為一種元素測定的分析手段，採用簡易分離後測定，可以解決沒有現成分析方法或成分複雜無法進行直接測定樣品分析問題，也可通過分離富集提高其測定下限，有更為廣泛的應用價值。

　　如：用離子交換纖維柱分離鉻(Ⅲ)和鉻(Ⅵ)有很好的分離效果，分離後的 Cr(Ⅲ) 和 Cr(Ⅵ) 可用 ICP-AES分別測量—實現價態分析;用氫氧化鑭共沉澱分離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方式可以測碳、碳酸鹽含量。

　　固體進樣分析

　　LA-ICP-AES開拓了ICP-AES的固體進樣分析方法，已有商品配件可供選用。例如：LA-ICP-AES法分析中低合金鋼中多元素的研究，除Si元素外，其它元素線性相關係數均大於0.999。

　　雖然當前人們更多地關注於質譜分析儀器，對於原子光譜的地位與應用產生了懷疑，但是對於無機元素測定，原子光譜仍是最佳方法。特別是ICP-AES已成為實驗室必備的檢測手段。而環境安全、食品安全中有毒有害元素的檢測是長期存在的需要，因此ICP-AES分析儀器的發展仍得到極大的關注。（撰稿人：劉豐秋）