大气压液体阴极等离子体的电学特性

大气压液体电极放电是近年来兴起的一种产生大气压等离子体的新方法,此方法因为结构简单、成本低廉、操作方便等优点而具有广泛的应用前景。为此,采用水平面为放电阴极、金属棒为放电阳极,产生了大气压辉光放电等离子体;试验测量了放电等离子体的伏安特性,表明放电发生在反常辉光放电模式,在40～100mA范围内,随着放电电流的增加,放电越来越强烈;分析了阴极尺寸对放电伏安特性的影响,发现较小的阴极表面积需要更高的放电电压,并且微分电阻更大;对比了阳极直径对放电伏安特性的影响,发现较小的阳极直径需要更高的放电电压但是放电更加稳定;讨论了溶液pH值对放电等离子体阴极位降的影响,结果显示,降低溶液的pH值能够有效降低等离子体的阴极位降;试验研究了溶液pH值随放电时间的变化,研究结果表明,随着放电时间的增加,液体阴极的pH值降低,说明放电后溶液中有酸性物质产生。该研究成果对液体阴极放电等离子体的机理研究具有一定的指导意义。

液相阴极辉光放电原子发射光谱法高灵敏测定精铜矿中的铅和锌

由于重金属毒性大,且在环境、动物和人体器官中易积聚,因而在矿石开采、冶炼和加工之前,监测其中的微量重金属显得尤为重要。著名的原子光谱仪器,如原子荧光光谱(AFS)、原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体(ICP)等已广泛用于各种样品中元素的检测,但它们体积大、能耗高、价格昂贵、气体消耗大,这些缺点严重阻碍了野外现场的连续监测。为了满足分析仪器的微型化趋势,1993年Cserfalvi开发了一种电解液阴极放电原子发射光谱(ELCAD-AES)技术并将其用于分析检测中。该装置中,待测溶液以8～10mL·min^(-1)的流速从细管顶端溢出,然后沿管壁流入装满电解液的35mL储液池中,以溢出溶液的液面作为放电阴极,在和流动液体电极相距2～4mm处放一金属W(Ti)棒为阳极,细管浸入电解液并尖端向上弯曲超出储液池液面1～3mm,细管顶端溢出的液体流入储液池并通过其中的碳棒与电源负极相连,从而构建放电系统。从那时起,为了提高激发效率和放电稳定性,人们对ELCAD进行了大量改进。基于ELCAD的特点,通过改进放电装置,建立了一种新的液相阴极辉光放电(LCGD)分析系统。该系统中,放电在直径0.5mm的铂针阳极和内径1mm的毛细管顶端溢出的溶液阴极之间的间隙中产生。毛细管上端和铂丝之间的间隙为2mm,毛细管插入石墨管且露出石墨管的距离为2.5mm。样品溶液以4.5mL·min^(-1)从毛细管顶端溢出流经石墨管上的凹槽,石墨管和电源负极连接。与ELCAD相比,LCGD的优点在于:Pt针做阳极,可形成尖端放电,从而降低能耗(<60W),提高激发效率;蠕动泵管上打结,可降低泵的脉动性,提高放电的稳定性;石墨管链接电源负极,删除ELCAD中的储液池,使样品消耗更少。为了评估方法的分析性能,用LCGD测定了HNO_3-HCl消化的精铜矿样品中的铅和锌。系统研究了放电稳定性以及放电电压、溶液流速、支持电解质和溶液pH对发射强度的影响,并将LCGD与其他ELCAD的分析性能进行比较。此外,用ICP对LCGD的测试结果进行验证,t检验分析两种结果的差异性。结果表明,当电压从620升高到680V,发射强度逐渐增大,这是因为电压升高,激发能量增大,单位体积内激发的金属原子增多,激发效率提高。考虑到放电稳定性,选择650V为最佳放电电压。当流速从2.5增加到4.5mL·min^(-1)时,发射强度增加,这是由于流速增加导致进入放电区的样品量增加,发射强度增强;流速高于4.5mL·min^(-1)后,发射强度有下降的趋势,这是由于水荷载的增加引起放电区能量密度降低以及过量水加热消耗了用于激发样品的能量,导致激发能量降低。因此,选择最佳流速为4.5mL·min^(-1)。pH=1的HNO_3具有较高的激发强度,因而选择pH=1为最佳pH。最佳条件下,Pb和Zn的检出限分别为0.38和0.59mg·L^(-1),相对标准偏差分别为0.9%和1.2%,功率低于60W。实验中的检出限与其他类似方法所测结果有一定差距,这可能与所选谱仪有关。固定激发波长下研究发现,放电过程有较好的稳定性。矿石样品中Pb和Zn的回收率在87.6%～107.4%,LCGD测试结果与ICP基本一致,两种方法基本无显著性差异。与ICP相比,LCGD具有低能耗、高激发效率、小型便携等优点。随着进一步改进,有望开发出可用于实时、在线检测金属元素的微型化仪器。

液体阴极辉光放电原子发射光谱法测定盐矿中的K、Ca、Na、Mg

以铂针尖为阳极,毛细管顶端溢出的液体为阴极,建立了一种新型的液体阴极辉光放电原子发射光谱(LCGD-AES)分析检测系统。利用该系统同时测定了格尔木化肥厂盐矿中K、Ca、Na和Mg的含量。研究了放电电压、溶液流速、电解质种类、溶液pH值、干扰物对发射强度的影响,同时与离子色谱(IC)的测量结果进行比较。结果表明,在放电电压650 V、溶液流速3 m L·min^(-1)、pH 1. 0的HNO3作为电解液时,K、Ca、Na和Mg的检出限(LOD)分别为0. 100 0、0. 048 0、0. 002 4和0. 003 9 mg·L^(-1),相对标准偏差(RSD)分别为0. 57%、1. 8%、0. 94%和1. 8%。LCGD-AES对盐矿中K、Ca、Na、Mg的测试结果与IC的测定结果基本一致,样品回收率为95. 4%～108%。

液体阴极辉光放电分析溶液中的痕量铅

以铂针尖为阳极,毛细管穿入石墨碳棒且其顶端溢出的液体为阴极,构建了一种小型化的液体阴极辉光放电发射光谱(LCGD-OES)分析系统,并将其用于溶液中Pb的测定。研究了放电电压、溶液流速、电解质种类、溶液pH等对发射强度的影响,同时用Pb标准物质(GBW(E)080399)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)对LCGD-OES的分析性能进行了评价。结果表明,最优的分析条件为:放电电压650V,pH=1.0的HNO_3为电解质,溶液流速4.5mL/min。Pb的校准曲线线性关系良好,相关系数R^2为0.9913,相对标准偏差(RSD,n=10)为0.5%,检出限为0.380mg/L,功率低于55W。本法对Pb标准物质的测试结果与标准值吻合良好,相对误差为10.0%;对实际水样的测量结果与ICP-OES的测试结果基本一致,样品回收率分别为112.43%和102.81%。以上结果表明,LCGD系统具有稳定性好、灵敏度高、精密度好、准确度高等优点,可以作为一种便携式分析仪器用于水体中Pb的直接检测。

液体阴极辉光放电原子发射光谱测定溶液中的锰

基于尖端放电原理,搭建了一种液体阴极辉光放电(LCGD)装置,并将其作为原子发射光谱(AES)的激发源用于溶液中Mn的检测.研究了放电电压、溶液流速、电解液种类、溶液pH和表面活性剂对Mn元素光谱发射强度的影响,并与其他类型的电解液阴极辉光放电(ELCAD)技术的分析性能进行比较,同时考察了LCGD-AES的放电稳定性.结果表明,最优的分析条件为:放电电压650 V,溶液流速4.5 mL·min^-1,pH=1.0的HNO 3作为电解质.此条件下Mn的校准曲线为I=13622+23428 C,相关系数(R^2)为0.9979,相对标准偏差为4.3%(n=10),检出限为0.25 mg·L^-1,功率低于55 W.结果暗示,LCGD具有稳定性好、灵敏度高、精密度好等优点,随着进一步开发,可作为一种便携式仪器用于溶液中Mn含量的连续在线监测.

液相辉光放电原子发射光谱法测定溶液中Cd的方法研究

通过改进放电装置,建立了一种新的液相辉光放电原子发射光谱(LGD-AES)测量溶液中Cd元素的方法。探索了放电电压和Cd浓度对放电稳定性、光谱信号强度、测定灵敏度和检出限的影响,并将测试结果与电解液阴极放电-原子发射光谱(ELCAD-AES)的分析结果进行比较。结果表明,当放电电压从600V升至720 V时,电子温度从2 000 K升至3 300 K,电子密度从2.47×10^(16)cm^(-3)降至1.77×10^(16)cm^(-3),Cd的发射光谱强度增强,灵敏度升高,检出限为1.22~2.95 mg/L。LGD-AES技术检测水中金属离子具有放电设备小型、能量消耗低、放电稳定性高、背景光谱干扰小和灵敏度高等优点。

液体阴极辉光放电原子发射光谱检测水体中Cd的分析性能评价

基于尖端放电的原理,以铂针尖为阳极,毛细管穿入石墨碳棒且其顶端溢出的液体为阴极,构建了一种液体阴极辉光放电(LCGD)微等离子体激发源,并将其与原子发射光谱(AES)联用,用于水体中Cd的测定。考察了放电电压、毛细管内径、支持电解质、溶液pH和溶液流速等对发射强度的影响,同时用Cd标准物质对LCGD的分析性能进行了评价。最优的分析条件为:放电电压660 V,毛细管内径1. 0 mm,pH 1的HNO3为电解质,溶液流速4. 0 mL/min。此条件下功率为47. 5 W,Cd的校准曲线为I=172569+93839c,相关系数(R2)为0. 9927,相对标准偏差(RSD)为0. 65%(n=10),检出限为0. 140 mg/L。方法对Cd标准物质测试结果与标准值吻合良好,相对误差为8. 0%,样品回收率为103. 5%。LCGD-AES可作为便携式仪器用于野外现场水体中Cd含量的在线监测。