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等离子体发射光谱分析 - 辛仁轩
出版日期:2005年1月
电感耦合等离子体发射光谱分析已成为无机样品成分分析的重要手段，广泛应用于化学化工、地质矿物、金属材料、环境检测及生物样品等分析领域。从事光谱分析的技术人员和在化学专业学习的高等学校学生迫切需要一本系统讲述等离子体发射光谱分析原理、仪器及应用的专业书籍，以满足初学者学习基础知识及专业人员提高技术的需要。笔者在1984年曾编著过一本《电感耦合等离子体光源--原理、装置和应用》，该书介绍了ICP光谱的基础知识和应用技术。考虑到等离子体光谱分析技术日新月异，新仪器新技术层出不穷，基础理论也日益完善和丰富，与20年前情况相比已不可同日而语，故重新编写这本兼顾普及和提高的原子发射光谱分析专业书籍。书中大部分篇幅用于介绍电感耦合等离子体光谱分析，也对其他原子发射光谱光源作了适当的介绍。本书前五章（第一章概述，第二章电感耦合等离子体光源的物理化学特性，第三章ICP光谱仪器，第四章光谱分析原理，第五章ICP光谱应用）讲述ICP光谱的基础知识以及技术。这些是从事光谱分析的技术人员和化学专业学生都应该掌握和了解的内容。第六章和第七章（固态阵列检测器和端视ICP光谱技术）是介绍ICP光谱分析领域近些年发展的新技术和新仪器。第八章和第九章（专用进样装置和技术，有机ICP光谱分析）是为专门从事ICP发射光谱技术者扩大知识领域及开展专项研究参考之用。
原子发射光谱分析光源的多样性和各具特点这一情况不应被忽视。直流等离子体光源、微波等离子体光源、电弧光源和电火花光源在某些特定领域内仍在应用，其技术也在不断发展。本书最后四章也予以专章介绍。
由于作者的能力和知识所限，加之本书涉及的知识范围颇广，书中难免存在错误和不足之处，敬请读者不吝指正。
本书编写过程及整个从事光谱分析过程中，得到清华大学化学系邓勃教授的鼓励、支持和帮助，在此表示衷心感谢。
本书承邓勃教授审阅，并提出宝贵意见，谨致谢意。
辛仁轩
2004年7月于清华园等离子体发射光谱分析目录
第1章 概述1
11 引言1
12 原子发射光谱分析简史2
121 定性分析阶段2
122 定量分析阶段2
123 等离子体光谱技术时代3
13 等离子体光谱简介3
131 直流等离子体光源的发展3
132 微波等离子体光源的发展5
133 电感耦合等离子体光源7
参考文献10
第2章 ICP光源的物理化学特性11
21 等离子体的基本概念11
22 电感耦合等离子体的形成12
221 ICP的形成条件及过程12
222 工作气体13
23 ICP的物理特性15
231 ICP的环形结构及趋肤效应15
232 ICP温度分布的不均匀性及其分区17
233 等离子体的温度及其测量19
24 ICP光源的光谱特性35
241 分析物的原子发射光谱35
242 工作气体的发射光谱37
243 分子发射光谱37
244 连续背景发射光谱39
25 ICP光源的激发机理42
251 Penning电离反应模型43
252 电荷转移反应模型44
253 复合等离子体模型45
254 双极扩散模型46
255 辐射俘获模型46
256 分析物的电离和激发过程46
参考文献48
第3章 ICP光谱仪器49
31 高频发生器50
311 高频发生器的技术要求50
312 自激振荡器原理51
313 自激式等离子体电源线路52
314 它激振荡器55
315 高频电流的传输57
316 ICP光源中振荡频率的影响58
32 ICP炬管59
321 通用ICP炬管59
322 炬管结构及等离子体的稳定性60
323 低气流炬管62
324 微型炬管64
325 水冷炬管65
326 层流炬管65
327 分子气体的应用66
328 炬管延伸管67
33 进样装置68
331 玻璃同心雾化器69
332 交叉雾化器76
333 Babington雾化器80
334 超声波雾化器83
335 雾室86
336 雾化器及进样系统性能的诊断和评价88
34 分光装置91
341 ICP光源对分光系统的要求91
342 发射光谱仪常用的几类光栅93
343 光谱仪常用分光装置100
35 测光装置109
351 光电倍增管109
352 信号处理单元110
353 电荷转移器件111
参考文献111
第4章 光谱分析原理114
41 原子发射光谱的产生114
411 光谱的产生114
412 谱线的宽度及变宽115
413 谱线的自吸116
42 定量分析原理117
421 谱线强度与浓度的关系117
422 标准曲线法定量分析118
423 标准曲线非线性问题121
424 其他定量分析方法123
425 定性和半定量分析131
43 光谱分析条件135
431 高频功率的影响135
432 工作气体流量140
433 观测高度144
434 其他分析参数146
435 分析参数的优化148
44 灵敏度、检出限和精密度152
441 分析灵敏度152
442 检出限152
443 精密度153
45 干扰效应155
451 物理干扰155
452 化学干扰157
453 电离干扰159
454 光谱干扰160
46 标准溶液的配制171
461 单元素标准储备液172
462 多元素混合标准溶液的配制176
参考文献178
第5章 ICP光谱分析的应用181
51 应用领域181
52 建立ICP光谱分析法的程序182
53 钢铁及其合金分析183
531 碳钢及低合金钢186
532 碳钢及低合金钢中微量元素的测定189
533 高合金钢195
534 高纯铁分析198
535 铸铁样品200
536 铁合金分析201
54 有色金属及其合金208
541 铝及其合金分析208
542 金属锆及其合金212
543 铜及其合金214
544 铅及其合金214
545 钨和钼及其合金217
546 铌和钽220
547 贵金属221
548 其他有色金属和合金224
55 水样分析225
551 水样直接分析法226
552 富集ICP光谱法230
553 超声雾化分析水样233
56 环境试样分析235
561 煤灰及煤飞灰分析235
562 固体废物235
563 大气飘尘分析239
564 土壤240
565 水系沉积物241
57 地质样品和矿石矿物样品分析244
571 地矿样品的处理244
572 矿物和矿石分析249
573 地质样品分析249
574 稀土元素分析253
58 无机非金属材料分析255
581 晶体材料260
582 玻璃、陶瓷及其原料260
583 碳化物和氮化物材料260
59 化学化工产品分析260
591 化学试剂及化学品260
592 塑料及涂料262
593 化妆品264
594 有机材料及有机试剂264
595 催化剂及分子筛267
510 食品和饮料分析268
5101 消化方法的比较268
5102 粮食270
5103 蔬菜果品271
5104 肉、鱼、蛋类274
5105 茶叶、饮料、奶品及酒类274
5106 食用油275
511 生物及生物化学样品277
5111 样品处理277
5112 植物样品（包括中草药）279
5113 动物组织样品279
5114 毛发样品279
5115 血清及尿液样品289
512 核燃料和核材料289
5121 高纯铀化合物289
5122 高纯钚化合物和高纯钍合物289
5123 高纯石墨292
参考文献295
第6章 固体阵列检测器光谱仪及技术304
61 概述304
62 增强型硅靶管检测器306
621 增强型硅靶管及其光谱装置306
622 SIT在ICP光谱技术中的应用307
63 光电二极管阵列检测器310
631 工作原理310
632 分析性能313
633 PDA装置的应用314
634 PDA-ICP光谱仪简介318
64 电荷耦合阵列检测器323
641 基本原理323
642 CCD检测器特性326
643 典型CCD检测器ICP光谱仪330
65 电荷注入检测器337
651 原理与构造337
652 CID的光谱特性339
653 CID-ICP光谱仪340
66 固态阵列检测器ICP光谱仪的应用347
67 固态阵列检测器光谱仪技术发展动态349
参考文献349
第7章 端视ICP光谱技术352
71 基本特点352
72 端视ICP光源装置354
721 加长炬管非气流切割型装置355
722 气冷切割型端视ICP装置356
723 水冷取样锥型接口端视ICP装置356
724 水冷反吹装置358
725 端视ICP光源装置的设计原则358
73 分析运行参数358
74 分析性能359
741 谱线强度和光谱背景359
742 检出限360
743 分析动态范围363
744 溶剂蒸发效应364
745 电离效应364
746 典型仪器介绍365
75 应用367
参考文献368
第8章 专用进样装置与技术370
81 火花烧蚀进样370
811 装置和工作条件370
812 分析性能371
82 直接试样插入装置372
83 电热进样技术373
831 原理和装置373
832 分析性能374
84 激光烧蚀进样装置376
85 氢化物发生法377
851 氢化物发生法工作原理378
852 氢化物发生器379
853 分析特性381
854 氢化物发生法的应用382
86 生成挥发物进样技术384
861 痕量碘的测定384
862 硫化物测定385
863 碳酸盐测定385
864 硅和砷的测定386
865 汞和锇的测定386
866 烟道气和空气飘尘中元素测定386
87 微量溶液进样装置387
871 循环雾化装置387
872 脉冲进样器388
873 微量同心雾化器389
874 降低进样泵速390
88 浆液雾化进样装置和技术391
881 浆液雾化原理和装置392
882 主要分析条件392
883 校正曲线393
884 浆液雾化法的应用394
参考文献397
第9章 有机化合物的ICP光谱分析401
91 有机ICP光谱分析的用途401
92 炬管结构402
93 有机ICP焰炬及其光谱特性404
931 有机ICP焰炬构造404
932 发射强度的空间分布405
94 分析参数的选择409
941 高频功率409
942 载气流量413
943 辅助气415
944 冷却气416
95 稀释剂的影响417
951 黏度的影响417
952 极限提升量418
953 检出限419
96 分子谱带的抑制421
961 增加冷却气流量422
962 氧化抑制法423
963 套管隔离法423
97 分子气体、去溶剂和乳化法425
971 分子气体在有机溶剂分析中的应用425
972 降低等离子体溶剂负载量427
973 乳化法分析430
98 有机溶剂对雾化进样及激发的影响432
981 对雾化进样的影响432
982 对光源温度和电子密度的影响434
99 有机溶剂对谱线的影响436
991 增敏效应436
992 抑制效应438
993 有机溶剂影响机理的探讨439
910 有机样品中无机元素分析的应用442
9101 有机溶剂稀释法442
9102 酸反萃取法446
9103 灰化法分析油类样品447
9104 微波消解法449
9105 乳化法449
9106 溶剂萃取和ICP光谱法联用技术450
参考文献452
第10章 微波等离子体光源454
101 概述454
102 电容耦合微波等离子体光源455
1021 原理455
1022 电子密度和温度456
1023 干扰效应456
1024 检出限458
1025 应用458
103 微波诱导等离子体光源458
1031 工作原理458
1032 获得MIP的装置459
1033 光谱特性及分析特性461
1034 MIP光谱分析的应用465
104 微波等离子体炬466
1041 微波等离子体炬的结构和特点466
1042 MPT的形成和工作参数467
1043 分析特性467
1044 MPT光源应用470
参考文献471
第11章 直流等离子体光谱分析473
111 DCP的结构473
112 光谱特性474
1121 背景发射光谱474
1122 光谱观测区474
1123 谱线强度分布475
113 电子密度和温度477
114 DCP光谱仪器478
115 分析性能479
1151 检出限479
1152 稳定性480
1153 线性动态范围481
1154 干扰效应481
116 DCP光源和ICP光源的比较484
117 应用485
参考文献488
第12章 电弧光源和火花光源光谱分析490
121 直流电弧光源490
1211 工作原理490
1212 直流电弧特性491
1213 应用492
122 交流电弧光源495
1221 工作原理495
1222 分析特性495
123 电火花光源496
1231 工作原理496
1232 分析特性497
1233 应用498
124 直读光谱仪及其应用499
1241 仪器结构及特点499
1242 激发光源500
1243 分析参数的优化502
1244 应用507
参考文献507
附录509 本书可作为原子发射光谱技术人员，分析化学专业的大学生及研究生的学习参考书。等离子体发射光谱分析内容介绍:
本书是《原子光谱分析技术丛书》之一。等离子体发射光谱分析是应用广泛的无机成分分析技术。本书系统地介绍了电感耦合等离子体光谱分析装置、原理和应用。除了讲述ICP光谱技术的基础知识外，本书还专章介绍了固体试样、液体试样及气态化合物等专属性进样技术，以及有机溶剂的ICP光谱分析技术。关于等离子体光谱分析领域的新技术和新仪器，如固态阵列检测器光谱技术及端视（轴向观测）光谱分析技术，本书亦有较为系统的讲述。直流等离子体光源、微波等离子体光源、电弧和火花光源光谱分析，光电直读光谱分析及其应用也有系统介绍。
本书可作为原子发射光谱技术人员，分析化学专业的大学生及研究生的学习参考书。
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