辉光放电质谱法在无机非金属材料分析中的应用1.pdfVIP

维普资讯 第 32卷 分析化学 (FENXIHUAXUE) 评述与进展 第 1期 2004年 1月 ChineseJournalofAnalyticalChemistry 107 l12 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I$1科学院上海硅酸盐研究所 ，上海200050) 摘 要 辉光放电质谱法(GDMS)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 ，GDMS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GDMS的基本原理和分析特点，概述 了GDMS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 1 引 言 辉光放电质谱法(GDMS)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2O年来已广泛应用于高纯金属、合金等材料的分析l2 。 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(GD源)利用惰性气 体(一般是氩气，压强约 1O～100Pa)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，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GD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。GD源对不同元素的响应差异较小 (一般在 1O倍以 内)，并具备很宽的线性动态范围(约 1O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。 GD源就其供电方式而言，可分为直流辉光放电(DC．GD)、射频辉光放电(RF．GD)¨和脉冲辉光 放电(pulsed．GD)14]。后二者与质谱的结合还处于实验室阶段，尚无商品化的仪器出现。部分 DC． GDMS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。ThermoElemental公司于8O年代中期推出了第一台高 分辨辉光放电质谱仪 VG9000¨，采用了反向双聚焦磁质谱仪，常规质量分辨率为4000，最高可达到 10000，元素典型检出限可达0．01ng／g。VG9000配备Faradycup和Daly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GDMS。 2 无机非金属材料的GDMS分析应用 电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)、石墨炉原子吸收光谱法(GF．AAS)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 ICP-MS等分析技术无法测定C、N、O等非金属元素。相比之下，GDMS可对固体样品直接进行分析 的优点就突显出来了。GDMS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 x荧光光谱法(XRF)、火花源质谱法(SSMS)以及二次离子 质谱(SIMS)等相比，GDMS也表现出显著的优点。XRF法具有较好的准确度和精密度，但由于其检出 2002-07-24收稿 ；2002-08-23接受 维普资讯 分 析 化 学 第 32卷 限仅为 g／g