辉光放电质谱法在无机非金属材料分析中的应用

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1、第-"卷分析化学（4@LNJOPKNP@）!评述与进展第.期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"##+年.月2Q8B=H.#*/.."辉光放电质谱法在无机非金属材料分析中的应用!陈!刚!葛爱景!卓尚军!王佩玲（中国科学院上海硅酸盐研究所，上海"###$#）摘!要!辉光放电质谱法（%&’(）作为一种固体样品直接分析技术，已广泛应用于金属、半导体等材料的痕量和超痕量杂质分析。近年来，随着制样方法和离子源装置的改进，%&’(同样也能很好地应用于玻璃、陶瓷、氧化物粉末等非导体材料的成分分析。简介了%&’(的基本原理和分

2、析特点，概述了%&’(在无机非金属材料分析的方法以及应用情况。关键词!辉光放电质谱，非金属材料，应用，评述!"引""言辉光放电质谱法（%&’(）被认为是目前对固体导电材料直接进行痕量及超痕量元素分析的最有效［.］［"/."］的手段。由于其可以直接固体进样，近"#年来已广泛应用于高纯金属、合金等材料的分析。辉光放电质谱由辉光放电离子源和质谱分析器两部分组成。辉光放电离子源（%&源）利用惰性气体（一般是氩气，压强约.#/.##01）在上千伏特电压下电离产生的离子撞击样品表面使之发生溅射，溅射产生的样品原子扩散至等离子体中进一步离子化，进而被质谱分析器收集检测。辉光放电属于低压放电，

3、放电产生的大量电子和亚稳态惰性气体原子与样品原子频繁碰撞，使样品得到极大的溅射和电离。同时，由于%&源中样品的原子化和离子化分别在靠近样品表面的阴极暗区和靠近阳极的负辉区两个不同的区域内进行，也使基体效应大为降低。%&源对不同元素的响应差异较小（一般在.#倍以内），并具备很宽的线性动态范围（约.#个数量级），因此，即使在没有标样的情况下，也能给出较准确的多元素半定量分析结果，十分有利于超纯样品的半定量分析。［.-］%&源就其供电方式而言，可分为直流辉光放电（&2)%&）、射频辉光放电（34)%&）和脉冲辉光［.+］放电（56789:)%&）。后二者与质谱的结合还处于实验室阶段，

4、尚无商品化的仪器出现。部分&2)%&’(配备四极杆质谱，其结构简单，质谱与辉光放电离子源的结合较容易实现，但由于四极杆质谱为单位质量分辨，测定干扰较大，检出限也不理想。;<9=>?@79>9AB17公司于,#年代中期推出了第一台高［.$］分辨辉光放电质谱仪C%D###，采用了反向双聚焦磁质谱仪，常规质量分辨率为+###，最高可达到.####，元素典型检出限可达#E#.AFGF。C%D###配备41=1:HI65和&17H两种检测器，可同时给出从主量到痕量元素的分析结果。这也是目前唯一采用高分辨磁质谱仪的商品化%&’(。#"无机非金属材料的$%&’分析应用电感耦合等离子体质谱（J

5、20)’(）、石墨炉原子吸收光谱法（%4)KK(）均可分析试样中痕量及超痕量组分，但试样一般均需先转换成溶液。大多数无机非金属材料本身难以溶解，试样的这种转换因稀释倍数较大而使方法的检出限上升，也易引入玷污而影响分析结果。采用溶液进样和常压分析的特点也使J20)’(等分析技术无法测定2、L、M等非金属元素。相比之下，%&’(可对固体样品直接进行分析的优点就突显出来了。%&’(通常采用很方便的进样杆推进式进样方式，更换样品时不必破坏离子源的真空。可以满足多种尺寸的棒状或块状固体样品分析的需要，样品的表面污染则可通过一定时间的预溅射过程得以清除。与其他常用的固体进样分析技术包括N荧

6、光光谱法（N34）、火花源质谱法（((’(）以及二次离子质谱（(J’(）等相比，%&’(也表现出显著的优点。N34法具有较好的准确度和精密度，但由于其检出"##")#*)"+收稿；"##")#,)"-接受%1M3M分析化学第0J卷［%&］限仅为!!"!级，且存在严重的基体效应，难以满足高纯样品的分析要求。##$#法精密度较差，应用已逐渐被’($#所取代。#)$#检出限同样很低，但主要用于微区分析，’($#更适合作样品平均含量分析，具有分析速度快，灵敏度高，分辨率高，离子源电离能力强，几乎可对周期表中所有元素作定性或［%*］定量分析的突出优点。’($#法通常选用主量基体元素作内标

7、。对于半定量分析，被测定元素与基体元素离子强度之比（)+,）可近似认为等于其浓度。定量分析则需通过不同元素的相对灵敏度因子（,#-）对)+,进行校正：,#-./!.")+,其中!.为被测定元素的浓度。由于’($#法中被测元素离子强度受基体影响不大，在缺乏合适标样的情况下，也可以用由多种［%3］金属和合金导出的典型,#-值进行校正，大部分元素的分析相对误差低于012。分析时间则与样品处理、预溅射时间、测定元素个数和检出限等因素有关，如4’5111可以在1678内完成约91个微量元素（!!"!级