液体阴极辉光放电装置的改进及其对金属元素的分析检测
发布时间：2022-01-06 07:40
随着人类社会的发展及工业、制造业等的不断壮大,人们的生活水平已有显著提高,伴随而来的污染问题也日益凸显。其中重金属污染一直是环境、食品、土壤、水质等方面研究者关注的永恒话题,大量的重金属被排入土壤、河流等,严重危害人类赖以生存的生态环境、饮食安全和日常生活。因此有必要构建一种快速、高效、便捷的金属元素检测方法。目前,常见的检测金属元素的技术有火焰原子吸收光谱法、原子发射光谱法、电感耦合等离子发射光谱法等。然而,由于这些仪器需要载气、燃气等条件,且体积较大、成本较高、功率较大,因而一般只用于室内分析,不能满足野外现场的实时在线检测。近年来,电解液阴极辉光放电原子发射光谱（ELCAD）作为最具应用潜力的金属离子检测方法之一,因仪器体积小、操作简便、无需乙炔等气体支持、功率低、稳定性好、灵敏度高等优点受到研究人员的广泛关注。本文利用改进后的液体阴极辉光放电原子发射光谱（LCGD-AES）技术检测乳制品、锌精矿和不同水质中的金属离子,探究了放电电压、溶液流速、电解液种类、电解液pH值、化学改进剂等对金属发射信号的影响。主要研究内容如下:（1）介绍ELCAD的发射机理以及国内外对ELCAD装置改...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用CCD相机拍得的ELCAD辉光放电图
睦胱?线。辉光放电等离子体的激发温度较低，可能会导致只有较少待测元素能被激发到离子态。辉光放电等离子体作为微等离子体中的一种，功耗低，能量密度比ICP低，并且其等离子体中心的激发温度仅约5000K。图1.2为空白电解液的发射光谱[5]。图1.2a为200-500nm范围内的发射谱线，图1.2b为500-800nm范围内的发射谱线。从图1.2可以看出强度最强的谱线为280至306nm处的OH谱带，这主要是由于液体阴极区域中的水被汽化产生大量OH-，而电子与OH-碰撞产生OH自由基。此外，还可观察到因空气中的氮气被电离而产生的氮气谱带。图1.2200-500nm范围内(a)和500-800nm范围内(b)的空白电解液的发射光谱Figure1.2Emissionspectraofblankelectrolytesinthe200-500nm(a)and500-800nm(b)目前，对于液体中的金属离子M+进入等离子体这一问题有两种猜想：一种是阴极溅射。Mezei认为正离子轰击液面时，将溶液中的金属离子M+溅射到阴极暗区后进入等离子体[6]。另一种猜想是高温热蒸发。Marcus[7]和Chen认为在高温作用下，溶液蒸发、汽化后产生的气溶胶将金属离子M+带入等离子体[8]。液体阴极辉光放电产生过程如图1.3所示。在蒸发或者阴极溅射过程中，液体样品中的金属离子M+在阴极暗区的正离子轰击下进入等离子体区，然后经过复合
绪论4反应产生金属原子M，最终扩散到负辉区，当被激发的金属原子由高能态跃迁回低能态或基态时，将发射出特有的原子谱线[9]。图1.3电解液阴极放电机理示意图Figure1.3Schematicdiagramoftheelectrolytecathodedischargemechanism1.3国内外对电解液阴极辉光放电系统的研究概述电解液阴极辉光放电技术具有光源稳定、多元素同时检测、成本低廉、功耗低等优点，是一项新型且具有广阔应用前景的微等离子体原子发射光谱检测技术，国内外的不同研究人员在装置结构的改进、检测性能的提高等方面进行大量研究。1.3.1国外放电装置的研究概述1955年，Couch和Brenner[10]在实验中偶然发现电解质辉光放电(GDE)发射光谱与电解质的成分有关。1964年，Hickling和Ingram[11]以Na3PO4电解液作为阴极，利用类似GDE的装置观察到Na的橙黄色原子发射光谱。Grimm等[12]提出固态辉光放电等离子体光谱。此光谱中将固体样品当作阴极，阴阳两极之间距离足够近时，在放电区域集中放电，使其处于异常辉光状态，进而增强阴极溅射程度。当两电极间施加高电压时，惰性气体被电场加速后使样品产生均一溅射，样品离子与惰性气体离子碰撞产生辉光，发射出样品中元素的特征谱线。此光谱可直接分析固体样品，也可通过不断地剥离样品表面实现逐层分析[10]。1993年Cserfalvi等[4]首次提出电解液阴极辉光放电(ELCAD)原子激发源，并使用电解液本身作为直流放电的阴极。这一系统与ICP-AES相比，不需要雾化器且在大气压下操作，装置小型便携，不需要特殊气体，而存在的问题是需高流速样品维持等离子体放电稳定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气压液体阴极辉光放电-原子发射光谱法应用于血清中微量锂元素的测定[J]. 刘丰奎,祖文川,周晓萍,刘聪,刘盼西,汪雨. 光谱学与光谱分析. 2019(04)
[2]大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的研究进展及应用[J]. 张真,汪正,邹慧君,施鹰. 分析化学. 2013(10)
[3]大气压电解液阴极辉光放电发射光谱检测水体中的金属残留[J]. 郑培超,王鸿梅,李建权,韩海燕,席晓琴,储焰南. 光谱学与光谱分析. 2010(07)
[4]电解液阴极大气辉光放电原子发射光谱检测水硬度[J]. 席晓琴,郑培超,王鸿梅,李建权,韩海燕,储焰南. 分析化学. 2010(03)
[5]微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锌精矿中有害金属元素[J]. 胡晓静,殷国建,张建华,高伟,黄大亮. 冶金分析. 2007(03)
本文编号：3572041
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用CCD相机拍得的ELCAD辉光放电图
睦胱?线。辉光放电等离子体的激发温度较低，可能会导致只有较少待测元素能被激发到离子态。辉光放电等离子体作为微等离子体中的一种，功耗低，能量密度比ICP低，并且其等离子体中心的激发温度仅约5000K。图1.2为空白电解液的发射光谱[5]。图1.2a为200-500nm范围内的发射谱线，图1.2b为500-800nm范围内的发射谱线。从图1.2可以看出强度最强的谱线为280至306nm处的OH谱带，这主要是由于液体阴极区域中的水被汽化产生大量OH-，而电子与OH-碰撞产生OH自由基。此外，还可观察到因空气中的氮气被电离而产生的氮气谱带。图1.2200-500nm范围内(a)和500-800nm范围内(b)的空白电解液的发射光谱Figure1.2Emissionspectraofblankelectrolytesinthe200-500nm(a)and500-800nm(b)目前，对于液体中的金属离子M+进入等离子体这一问题有两种猜想：一种是阴极溅射。Mezei认为正离子轰击液面时，将溶液中的金属离子M+溅射到阴极暗区后进入等离子体[6]。另一种猜想是高温热蒸发。Marcus[7]和Chen认为在高温作用下，溶液蒸发、汽化后产生的气溶胶将金属离子M+带入等离子体[8]。液体阴极辉光放电产生过程如图1.3所示。在蒸发或者阴极溅射过程中，液体样品中的金属离子M+在阴极暗区的正离子轰击下进入等离子体区，然后经过复合
绪论4反应产生金属原子M，最终扩散到负辉区，当被激发的金属原子由高能态跃迁回低能态或基态时，将发射出特有的原子谱线[9]。图1.3电解液阴极放电机理示意图Figure1.3Schematicdiagramoftheelectrolytecathodedischargemechanism1.3国内外对电解液阴极辉光放电系统的研究概述电解液阴极辉光放电技术具有光源稳定、多元素同时检测、成本低廉、功耗低等优点，是一项新型且具有广阔应用前景的微等离子体原子发射光谱检测技术，国内外的不同研究人员在装置结构的改进、检测性能的提高等方面进行大量研究。1.3.1国外放电装置的研究概述1955年，Couch和Brenner[10]在实验中偶然发现电解质辉光放电(GDE)发射光谱与电解质的成分有关。1964年，Hickling和Ingram[11]以Na3PO4电解液作为阴极，利用类似GDE的装置观察到Na的橙黄色原子发射光谱。Grimm等[12]提出固态辉光放电等离子体光谱。此光谱中将固体样品当作阴极，阴阳两极之间距离足够近时，在放电区域集中放电，使其处于异常辉光状态，进而增强阴极溅射程度。当两电极间施加高电压时，惰性气体被电场加速后使样品产生均一溅射，样品离子与惰性气体离子碰撞产生辉光，发射出样品中元素的特征谱线。此光谱可直接分析固体样品，也可通过不断地剥离样品表面实现逐层分析[10]。1993年Cserfalvi等[4]首次提出电解液阴极辉光放电(ELCAD)原子激发源，并使用电解液本身作为直流放电的阴极。这一系统与ICP-AES相比，不需要雾化器且在大气压下操作，装置小型便携，不需要特殊气体，而存在的问题是需高流速样品维持等离子体放电稳定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气压液体阴极辉光放电-原子发射光谱法应用于血清中微量锂元素的测定[J]. 刘丰奎,祖文川,周晓萍,刘聪,刘盼西,汪雨. 光谱学与光谱分析. 2019(04)
[2]大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的研究进展及应用[J]. 张真,汪正,邹慧君,施鹰. 分析化学. 2013(10)
[3]大气压电解液阴极辉光放电发射光谱检测水体中的金属残留[J]. 郑培超,王鸿梅,李建权,韩海燕,席晓琴,储焰南. 光谱学与光谱分析. 2010(07)
[4]电解液阴极大气辉光放电原子发射光谱检测水硬度[J]. 席晓琴,郑培超,王鸿梅,李建权,韩海燕,储焰南. 分析化学. 2010(03)
[5]微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锌精矿中有害金属元素[J]. 胡晓静,殷国建,张建华,高伟,黄大亮. 冶金分析. 2007(03)
本文编号：3572041
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