介质阻挡放电在原子光谱分析中应用研究的新进展.pdf

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1、第43卷分析化学(FENXIHUAXUE)特约来稿第9期2015年9月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1278—1284DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．150390介质阻挡放电在原子光谱分析中应用研究的新进展邓宇佳李成辉蒋小明侯贤灯“(四川大学分析测试中心，四川大学化学学院，成都610064)摘要近年来，介质阻挡放电在分析化学领域，尤其是在光谱分析技术中获得广泛的关注。本文综述了2011年至今介质阻挡放电在原子光谱分析中的应用，包括原子发射光谱分析

2、、原子吸收光谱分析、化学蒸气发生在原子光谱分析进样中的应用等。关键词介质阻挡放电；原子发射；原子吸收；化学蒸气发生；微等离子体1引言介质阻挡放电(Dielectricbarrierdischarge，DBD)，又称为无声放电，它结构简单、能耗低，可在常温常压下产生非平衡态等离子体(Plasma)。典型的DBD装置可分为平板型(图1a～c)和同轴型(图ld—f)。两个电极之间至少需要一个阻挡介质(如玻璃、石英、陶瓷或聚合物等)，放电间隙为0．1～10nm。中间的放电区域充满气压为10—100Pa的工作气体(氩气、氦

3、气、氮气或者空气)。当在电极的两端加l0一10V、频率10一10Hz的高压交流电时，DBD会放电产生110eV的电子⋯，这些电子与周围的气体分子发生非弹性碰撞，可以激发或解离气体分子，产生包含自由基、离子、原子和分子碎片等多种物质的等离子体。DBD等离子体是一种非平衡态、低温、瞬时气体放电形成的(微)等离子体。关于DBD等离子体的特性研究已有报道]，通常认为，当击穿电压超过帕邢(Paschen)击穿电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，大量随机分布的微放电就会出现在间隙中，发出接近蓝紫色的光。由于DBD在放电过

4、程中会产生大量化学性质非常活跃的自由基和准分子，能够提供足够的能量将分析物中的待测元素原子化形成基态的自由原子，甚至再将基态的自由原子激发到更高的激发态，然后在去激发态的过程中产生其原子发射光谱信号。因此，在原子光谱分析中，DBD可以用作激发源、原子化器、诱导化学蒸气发生等方面。与传统的电感耦合等离子体(ICP)类似，DBD等离子体中的金属元素的发光机理多为如下过程：电子碰撞激发：e+M_÷e+M激发态的退激过程：M一M+砌当然，DBD中也存在离解过程和电离过程，如潘宁电离等。因此，DBD在原子光谱分析中获得广泛

5、应用。DBD长期以来一直被用作臭氧发生装置]，目前已经广泛地应用在灭菌、化合物合成、废物去除／降解，m等领域。由于DBD优异的放电性能以及结构简单、工作寿命长、能耗低等诸多优点，吸引了众多分析工作者的关注。DBD自从2002年被引入光谱分析领域ul，十多年来，它在分析化学领域得到了长足的发展。原子光谱作为元素检测最有效的分析技术，可选择性、高灵敏地检测众多金属和非金属元素，具有分析速度快、准确度和灵敏度高等优点，在元素的痕量分析、形态分析中占据着非常重要的位置。常用的等离子体(如ICP)具有很高的激发能力，其稳定

6、性好、基体效应小、线性范围宽，被广泛地用作元素原子发射光谱的激发源，但是其体积大、能耗高等缺点给其应用带来一定的限制。介质阻挡放电微等离子体被认为是一种低耗、有效的激发源，在原子光谱分析中得到了应用¨制。将其应用于原子光谱分析2015-05．12收稿；2015-07-09接受本文系国家自然科学基金项目资助(No．21275103)E·mails：jiangxm@SCU．edu．cn；houxd@SCU．edu．cn第9期邓宇佳等：介质阻挡放电在原子光谱分析中应用研究的新进展1279仪中，用作原子化器／激发源，能大

7、大降低仪器的体积与能耗，将为便携式、小型化、野外、实时在线H．V．H．V．分析提供原子光谱分析新工具。Karanassios_1和Yuanl16]等先后综述了各类墨微等离子体的性质，包括DBD等离子体在分析化学中的应用。Meyer等着重从结构设计上出发，对DBD在分析化学中的应用作了较全面的综述，本课题组¨引也综述了DBD在原子光谱、化学HVHV发光、气相色谱检测器、质谱离子源、离子迁移色谱等分析方面的应用。近年来，DBD作质谱离子源19]也备受关注。至今为止，DBD已被应用于原de。f’。子发射光谱分析(AES

8、)、原子吸收光谱分析(AAS)、原子荧光光谱分析(AFS)、质谱分析(MS)图1平面型(a—c)以及同轴型(d～f)DBD结构示意图等领域。本文重点综述了2011年至今，DBD在原Fig．1Configurationofplanar(a—C)andannular(d—f)子发射光谱、原子吸收光谱、化学蒸气发生进样等dielectricbarrierdischarge(DB