光谱法材料成分分析方法及典型应用举例！

原子光谱是原子吸收或发出（发光和荧光）光子的强度关于光子能量（通常以波长表示）的图谱，其可以提供关于样品化学组成的相关信息[11]。原子光谱分为三大类：原子吸收光谱、原子发射光谱和原子荧光光谱[12]。由于原子吸收光谱和原子发射光谱应用最为广泛，故主要介绍此两种。

原子发射光谱是一种很古老的技术，通常用于元素分析[13, 14]。每种元素的原子及离子激发后，都会辐射出一组表征该元素的特征光谱线。其中有一条或数条辐射的强度最强，最容易被检测出来，所以也常常称为最灵敏线。根据元素灵敏线的出现与否就可以确定样品中是否存在这些元素，这就是OES定性分析的基本原理。在一定条件下，元素的特征谱线的强度随着元素在样品中的含量或浓度的增大而增强，利用这一性质可以测定元素的含量，这就是OES定量分析的依据。

原子发射光谱仪器主要由光源、样品室、光学色散系统和检测器等组成[15]，现在最常用的是ICP-OES（电感耦合等离子体原子发射光谱）。ICP-OES是使用电感耦合等离子体做为光源。使用电感耦合等离子体作为光源是因为其有一些独特的性质[16-18]，它能产生更高的温度并减少可能会发生的化学反应且其稳定性好，这会使OES线性分析范围广，灵敏度高，化学干扰低，更加适用于光谱定性分析和定量分析。OES广泛应用的主要原因就是其通用性强和具有多元素分析能力。

OES有着很高的精确度，相对标准偏差（%RSD）只有1%或更低。ICP-OES几乎可以检测元素周期表中的所有元素，检测限低至0.1~50 µg/l，但是对碱金属来说其检测限却比较差，因为等离子体的温度对这些元素来说太高了，高的温度也使其存在较严重的谱线干扰问题。ICP-OES可以用来分析任何能制成溶液的样品，然而其缺点也在于样品需要制成溶液，这对于固体样品来说不仅费时而且繁琐。一般来说，ICP-OES主要用于能溶解的样品中无机多元素的分析[11]。

邹本东等[19]等就使用该方法测定了褐煤中锗和一些主要成灰元素。作者选取了适宜的仪器工作条件、选择了无干扰的分析谱线和合理地扣除了光谱背景，样品灰化后用HNO3/HF/HClO4混合酸消解，测定结果与国标方法吻合。此外作者还对同一煤样共6份，用来计算相对标准偏差即为方法的精密度，并按照IUPAC定义得到检出限，结果表明测试相对标准偏差小于5%，准确度符合要求。

原子吸收光谱法又称为原子吸收分光光度法。每种元素都有其特征的光谱线，当光源发射的某一特征波长的光通过待测样品的原子蒸气时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使光源发出的入射光减弱，吸光度与被测样品中的待测元素含量成正比。通过测定吸收的光量，就可以求出样品中待测的金属及类金属物质的含量这就是原子吸收光谱分析法的原理[20]。

如图5所示，原子吸收光谱仪是由光源、原子化系统、光学系统、检测系统和显示装置五大部分组成的，其中原子化系统在整个装置中具有至关重要的作用[21]。

原子吸收光谱法，选择性强，因其原子吸收的谱线仅发生在主线系，且谱线很窄，所以光谱干扰小、选择性强、测定快速简便、灵敏度高。电热原子吸收光谱法的检测限低至1 µg/l[11]，分析范围广，目前可测定元素多达73种；既可测定液态样品，又可测定气态或某些固态样品。原子吸收光谱法谱线的强度受温度影响较小，精密度高，常规低含量测定时，精密度为1%~3%。

ICP-OES相比，原子吸收光谱法不能对多元素同时进行分析，但是操作却更简单、成本更低，因此在检测含量在µg/l的样品时常常使用AAS。AAS对难溶元素的测定灵敏度也不十分令人满意，对共振谱线处于真空紫外区的元素，如P、S等还无法测定。另外，标准工作曲线的线性范围窄，给实际工作带来不便，对于某些复杂样品的分析，还需要进一步消除干扰。

考虑到AAS的优点，张辉等[22]就使用AAS测定了蔬菜中矿物元素的含量。他使用的是澳大利亚GBC公司Avanta PM型原子吸收分光光度计。首先作者制定了待测元素的校准曲线，然后对通过酸消解处理的蔬菜样品进行了测定，通过校准曲线计算了相应元素的含量。此外作者还测试了样品的加标回收率。试验表明加标回收率在94.0%~106%之间，这也说明方法准确可行。

X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence, XRF)的原理是采用X射线管产生的入射X射线（又叫一次X射线或原级X射线）激发被测样品，随后受激发样品中的元素就会发射出二次X射线（又称X射线荧光），并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量，就可将其转换成各种元素的种类及含量（如图6）。利用X射线荧光原理，理论上可以测量元素周期表中Be以后的每一种元素。在实际应用中，有效的元素测量范围为9号元素 （F）到92号元素（U）。

XRF分析的特点是适合于各类固体样品中主、次、痕量多元素同时检测，检出限约在μg/g量级范围内，制样方法简单，现已广泛应用于地质、材料、环境、冶金样品的常规分析。XRF是一种无损检测技术，可直接应用于现场、原位及活体分析。XRF的缺点是检出限不够低，不适用于分析轻元素，准确定量分析依赖标样。XRF的另一个缺点是需要的样品较多，粉末一般需要2g以上。

崔梅生等[23]就采用手持 XRF 技术对汽车尾气催化剂、汽车尾气催化剂粉体、金属整体式摩托车尾气催化剂等样品进行贵金属含量测试。与常规 ICP-OES 方法相比，手持 XRF 技术是一种快速、方便、廉价的贵金属含量测试方法，对于汽车尾气催化剂粉体，手持 XRF 检测与 ICP-OES 认证值对于 Pd 含量相对标准偏差小于5%。

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