液体电极辉光放电在原子光谱分析中的研究和应用进展

2022年6月8日22:17:23液体电极辉光放电在原子光谱分析中的研究和应用进展已关闭评论
摘要

冷安芹 林瑶 雍莉 郑成斌摘?要?液体电极辉光放电具有体积小、能耗低、电子密度高、操作简单方便等优点,在分析检测领域的应用发展迅速。本文从液体阴极辉光放电、液体阳极辉光放电以及交流驱动液体电极辉

    冷安芹 林瑶 雍莉 郑成斌

    

    

    

    摘?要?液体电极辉光放电具有体积小、能耗低、电子密度高、操作简单方便等优点,在分析检测领域的应用发展迅速。本文从液体阴极辉光放电、液体阳极辉光放电以及交流驱动液体电极辉光放电角度,综述了近年来液体电极辉光放电微等离子体在原子光谱分析中应用的最新进展,重点阐述其在原子发射光谱激发、诱导化学蒸气发生以及与其它化学蒸气发生联用等领域的应用,并对其发展趋势进行了展望。

    关键词?液体电极辉光放电; 微等离子体; 化学蒸气发生原子发射光谱; 原子光谱; 评述

    1?引 言

    环境污染是当今全球面临的严峻问题。重金属是一类重要的环境污染物,已成为严重危害人类生存和发展的重要环境因素。因此,对重金属以及其它有毒有害元素进行灵敏、准确、快速分析具有重要意义。原子光谱因其具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、分析速度快等优点,已成为最常用的元素分析方法,广泛用于环境监测、食品安全、临床医学、先进材料、绿色新能源等领域中的元素痕量分析及其形态分析[1~5]。近年来,虽然传统原子光谱分析技术,如火焰/石墨炉原子吸收光谱(Flame atomic absorption spectrometry/Graphite furnace atomic absorption spectrometry,FAAS/GF-AAS)、化学蒸气发生原子荧光光谱(Chemical vapor generation atomic fluorescence spectrometry,CVG-AFS)、电感耦合等离子体原子发射光谱和质谱(Inductively coupled plasma optical emission spectrometry/mass spectrometry,ICP-OES/ICP-MS)等得到了快速发展,取得了许多重要成果,并能满足实验室日常分析与监测。但是,传统原子光谱存在仪器体积大、能耗和运行成本高的缺点,难以用于野外现场分析检测[6,7]。当前,突发性的环境污染和食品安全事件时有发生,迫切需要进行现场快速元素及其形态分析,以便做出快速预判,并及时采取正确的防治措施,阻断污染扩散和危害,因此,急需开发小型化、便携式、能进行野外在线监测的小型原子光谱分析新方法、新技术及新装置。传统原子化器/激发源,如火焰、石墨炉和电感耦合等离子体,由于能耗高、体积大,是原子光谱分析仪器中难以小型化的关键部件,研究人员发展和研制了各种各样的小体积、低能耗原子化器/激发源,替代传统原子化器,以期研制出便携式、小型化原子光谱分析仪。在众多新型原子化器/激发源中,微等离子体因具有体积小、能耗低、运行成本少等优点,将其作为原子化器/激发源,已成为当前原子光谱领域的研究重点和热点,并得到了广泛应用[8~12]。

    液体电极辉光放电(Liquid electrode glow discharge,LEGD)是以溶液作为电极的一极或两极,通过在两电极之间施加直流或交流高压电,导致电极间的气体或水溶液蒸发后形成的气体被击穿放电而形成的微等离子体。液体电极辉光放电在放电过程中形成了大量的高能电子、自由基和各种活性基团,这些粒子具有很强的裂解和激发能力,可诱导很多常规实验条件下无法发生的化学反应[13]。因此,在原子光谱分析中,液体电极辉光放电既可作为激发源[14,15],也可诱导化学蒸气发生[16,17]。相比于其它微等离子体多用于气体或固体样品分析,液体电极辉光放电可作为激发源实现液体样品直接分析。由于液体电极辉光放电装置具有体积小、功耗低、气耗低等优点,有望进一步用于开发便携式原子光谱分析仪器,实现野外现场元素分析检测。

    近年来的一些液体电极辉光放电的综述论文,包括从单液态电极和双液态电极角度总结液态电极等离子体发射光谱在金属离子检测的发展历程及研究应用[18,19]以及大气压电解液阴极辉光放电在原子发射光谱元素分析中的研究进展[20~22],多集中于大气压电解液阴极辉光放电在原子发射光谱元素分析领域的研究应用,尚没有对液体电极辉光放电化学蒸气发生进行的总结。近十年来,液体电极辉光放电,特别是液体阳极辉光放电、交流驱动的液体电极辉光放电以及微量液体样品液体电极辉光放电在原子发射光谱、诱导化学蒸气发生以及与其它化学蒸气发生联用方面取得了许多新进展。本文从液体阴极辉光放电、液体阳极辉光放电以及交流驱动液体电极辉光放电等角度综述了液体电极辉光放电在原子光谱中的分析应用,重点介绍了液体电极辉光放电在原子发射光谱、诱导化学蒸气发生中的应用进展,及其在與其它化学蒸气发生联用方面的新成果。

    2?液体电极辉光放电应用于原子光谱分析

    2.1?原子发射光谱激发源

    2.1.1?液体电极辉光放电原子发射光谱的机理?液体电极在其辉光放电过程中,溶液不断被气化,从而使得溶解在溶液中的金属离子进入到等离子体中原子化,并被激发产生原子发射光谱,从而实现溶液中金属离子的检测。Mezei等[23]提出了电解液阴极辉光放电中金属离子的原子化过程:(1)液面周围的金属离子在阴极暗区的正离子轰击下溅射到阴极暗区; (2)在阴极暗区,金属离子与电子发生三体复合,产生金属原子; (3)金属原子扩散到负辉区,在负辉区被激发到高能级,高能级的电子向低能级跃迁,发生具有相应元素特征性的原子发射谱线。然而,Marcus等[24]在金属离子如何进入等离子体区问题上持有不同的观点,认为在液体阴极附近,金属正离子受到很大的电场作用,不可能脱离阴极而向阳极运动,液体样品中的成分并不是通过阴极溅射进入到等离子体中,推测是由于放电电流流经液体和气体界面时所产生的热效应引起液体的蒸发、气化,产生气溶胶,随后含有金属离子的气溶胶进入等离子体后被激发产生原子发射光谱。液体阳极辉光放电与液体阴极辉光放电相反,采用液体作为阳极。Greda等[25]指出在液体阳极辉光放电中,溶液表面被电子覆盖,溅射效率可以忽略,因此液体阳极辉光放电过程被测元素并不是以溅射的形式进入等离子体中。基于在液体阳极辉光放电原子发射光谱中获得较强发射谱线的元素均能在氢自由基存在条件下形成挥发性物质,提出被测元素是通过在等离子体与液体界面间的电子转移[26]和氢自由基作用下生成了相应的挥发性物质的方式进入等离子体。虽然研究人员对液体阴极/阳极辉光放电原子发射光谱产生机理进行了初步探索,但由于微等离子体过程非常复杂,准确的机理需要进一步深入研究。

    2.1.2?液体阴极辉光放电?电解质阴极辉光放电系统(Electrolysis cathode discharge,ELCAD)是液体阴极辉光放电的最初模式,由匈牙利科学家Cserfalvi于1993年建立,并应用于原子光谱分析[27]。图1为一种典型的电解质阴极辉光放电系统[15],其上电极采用钨棒作为阳极,下电极采用充满溶液的毛细管作为阴极,在电极间施加直流高压电后,两电极间气体被击穿,并发生辉光放电现象,最终形成稳定的等离子体。早期建立的液体阴极辉光放电系统可作为原子发射光谱激发源,实现金属离子的分析与检测,但由于电解质溶液流速大、等离子体稳定性差,分析性能并不理想。为提高其分析性能,研究者对ELCAD放电系统进行了改善。

    为了提高ELCAD装置微等离子体的稳定性能,Webb等[28]简化了ELCAD系统,建立了液体阴极辉光放电系统(Solution cathode glow discharge,SCGD)。该系统利用内径0.38 mm的J型毛细管将液体引入,在毛细管尖端和直径为0.7 mm的钨电极之间形成等离子体,通过减少放电体积,提高能量密度,显著改善了微等离子体性能,最终提高了分析方法的灵敏度,许多元素(Hg、Pb、Cu、Cd、Ag、Mg、Na、Li)的检出限可达μg/L量级,其中一些易激发元素(Hg、Pb、Na)的检出限与ICP-OES方法相当,甚至更低。在此基础上,该研究组进一步引入流动注射进样方式,建立了基于SCGD的高通量元素分析方法和装置[29]。该系统每小时可分析1000个样品,样品消耗量仅为25 μL,使得大批量样品快速和灵敏检测成为可能。

    为降低等离子体波动,Sherhar等[30]设计了“V”型玻璃槽,进一步提高微等离子体放电的稳定性,使整个放电系统可在液体流速低至0.8 mL/min的条件下稳定运行,将其用于元素Ca、Cu、Cd、Pb、Hg、Fe和Zn的检测,检出限分别为17、11、5、45、15、28和3 μg/L。该研究组还通过在样品溶液中加入乙酸改善体系对Hg的检测灵敏度,使Hg的检出限降至2 μg/L[12]。Wang等[31]进一步改进了Webb提出的“J”型导流SCGD装置,采用10 μL的毛细管垂直引入液体,废液流入聚四氟乙烯液体池,在废液池中安置一根与进样毛细管平行且有一定高度差的毛细管排放废液,通过同一蠕动泵以相同流速引入和排出液体,使液体池液面始终保持恒定,以产生稳定的微等离子体,通过悬浮液进样,实现硅溶胶中Na、Li、Mg、K等痕量杂质元素的直接测定,检出限分别为0.4、0.2、0.5和0.7 ng/mL。为了提高整个放电装置的便携性,将进样毛细管固定在石墨电极上,以消除液面变化对辉光放电的影响,并将改进后的液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置用于检测二氧化钛粉末样品中Ag、Ca、Cu、Fe、K、Li、Mg、Na元素,相应元素的检出限与ICP-OES[32]相近。为提高SCGD原子发射光谱(SCGD-AES)的分析性能,达到对实际样品中低浓度金属离子的检测能力,该研究组将样品进行在线预富集后洗脱,再检测其光谱信号,对Hg2+和Cr6+的检出限可低至0.75 μg/L[33,34]。

    与前述放電系统采用流动液体作为放电电极不同,Swiderski等[35]利用悬挂液滴作为放电电极,建立了小型化的大气压辉光放电微等离子体原子发射光谱系统,并用于微量液体样品检测,该方法的样品消耗量仅为50 μL,不仅大大减小了样品消耗量,同时也提升了整个放电装置的便携性。在绝大部分的液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置中,由于采用流动液体作为阴极,需要使用泵和阀对输送样品,这限制了整个放电装置的进一步小型化。Jiang等[36]将毛细管电泳(Capillary electrophoresis,CE)与辉光放电等离子体联用,建立了集样品导入和分离检测于一体的毛细管微等离子体分析系统(Capillary microplasma analytical system,C-μPAS,图2)。该系统通过调节毛细管两端的液面差维持放电过程中液体供给和消耗间的平衡,避免了泵阀以及废液池的使用,不仅能检测金属离子(Na+、Hg2+、Cd2+、Cr3+),还能检测非金属离子(Cl、CH3COOCl、Br、CH3COOBr)。该系统兼顾毛细管电泳分离功能,因而能实现元素的形态分析(Hg2+、MeHg),在野外现场元素形态分析方面具有较好的应用前景。

    目前,大部分液体阴极辉光放电系统还停留在实验室运行阶段,小型化便携式检测装置的研制是液体阴极辉光放电的一个发展方向。Peng等[37]开发了一种利用电池驱动的便携式高通量SCGD-OES(图3),可通过计算机终端控制实现自动化分析检测。虽然该仪器目前在检测性能以及稳定性方面还有待进一步提高,但在仪器小型化方面迈进了一步。此外,世界首台便携式的液体电极微等离子体原子发射光谱仪(MH-6000A)由日本Micro Emission公司研发,并已商品化[38,39],用于环境样品中痕量元素分析以及免疫分析。Barua等[40]将离子选择性预处理方法与商品化便携式元素分析仪联用,实现了对酸性废液中低浓度Au、Pt和Pd的检测。

    2.1.3?液体阳极辉光放电?与阴极辉光放电相反,阳极辉光放电采用液体作为放电阳极。在Cserfalvi的早期研究中,以自来水作为阳极,钨棒作为阴极,建立的放电系统,采集的发射光谱中只有羟基的谱线,而未检测到自来水中溶解元素的谱线,因此,在以后的研究工作中,研究者均采用液体作为阴极。直到2001年,Marcus等[41,42]改进ELCAD系统,研制了液体进样大气压辉光放电(Liquid sampling atmospheric pressure glow discharge,LS-APGD)系统。 在此体系中,流动电解质溶液无论作为阴极,还是阳极,都能稳定运行,但采用电解质溶液作为阴极时,元素导入放电区域的效率更高。

    2016年,Liu等[43]采用溶液作为放电阳极建立了液体阳极辉光放电原子发射光谱系统(Solution anode discharge atomic emission spectrometry,SAGD-AES),通过交换正负电极提高了放电系统对Cd和Zn的检测灵敏度,检出限相比于ELCAD[30]降低了至少一个数量级,同时,其能耗更低(<7 W)。关于SAGD-OES对Cd和Zn的高灵敏检测的机理,Richmonds等[44]认为在等离子体与液体界面间发生的等离子体电化学反应,生成了Cd和Zn的分子态挥发性物质,从而提高了样品导入等离子体的效率。Greda等[25]进一步研究了流动液体阴极大气压辉光放电(Flow liquid cathode atmospheric pressure glow discharge,FLC-APGD)与流动液体阳极大气压辉光放电(Flow liquid anode atmospheric pressure glow discharge,FLA-APGD)在等离子体性状、放电电压和电流、背景谱线等方面的差异,结果表明,FLA-APGD激发源在激发条件以及分析物输送效率上性能更佳,对元素Ag、Cd、Hg、Pb、Tl、Zn的检测灵敏度更高。进一步研究发现,在FLA-APGD放电体系中加入氦气,能提高放电体系的稳定性,改善等离子体组成,提供更好的激发条件,进而改善元素检测的灵敏度[45]。

    与Liu等[43]采用流动液体不同,Jamroz等[46]采用液滴作为阳极,研制了一种新型液滴阳极直流大气压辉光放电系统(Liquid drop anode direct current atmospheric pressure glow discharge,LDA-dc-APGD),实现了对小体积样品中Cd的灵敏检测(图4)。在该设计中,圆盘状的石墨电极(外径5 mm×长3 mm)置于聚四氟乙烯芯片平台(外径25 mm×厚15 mm)中,液体样品放置于石墨电极与芯片平台间空隙中。通电时,在液滴与钨棒电极之间放电形成等离子体,用光谱仪采集光谱信号。该方法所用样品体积仅为50 μL,对Cd的检出限与ICP-OES和GF-AAS相当,可达0.2 μg/L。

    与液体阴极辉光放电相比,采用液体阳极辉光放电作为原子发射光谱激发源具有噪音小、能耗低、激发条件好、分析物输送效率以及检测灵敏度高等优点,但其元素分析范围小,目前仅能实现对形成挥发性物质的元素 (如Ag、Cd、Hg、Pb、Tl、Zn) 的分析,对碱金属(K、Li、Na)、碱土金属(Ca、Mg)及其它元素并不适用。

    2.1.4?直流驱动的液体电极辉光放电与化学蒸气发生联用?由于液体电极辉光放电微等离子体的激发能力有限,并且液体的作用面积较小,限制了其灵敏度和应用范围。为改善此情况,研究人员采用改变液体样品的进样方式,将液体样品中的待测分析物通过化学蒸气发生(Chemical vapor generation,CVG)转化为“纯净”或“干燥”分析物后,再通入液体电极辉光放电微等离子体中检测,以提高进样效率,实现高灵敏检测。氢化物发生(Hydride generation,HG)和冷蒸气发生(Cold vapor generation,CVG)是两种常见的化学蒸气发生方式。Greda等[47]将冷蒸气发生与uAPGD-OES联用,实现了Hg的检测,相比于传统的dc-uAPGD-OES,该方法检测Hg的灵敏度提高了103倍。

    氢化物发生具有反应速度快、蒸气发生效率高等优点,Greda等[48]将其与LCGD-OES联用,实现了As3+、Sb3+和Se6+的检测,檢出限分别为4.2、1.2和3.1 μg/L。Huang等[49]将氢化物发生与液体电极辉光放电原子发射光谱联用,实现Sn、Ge和Se的分析检测,采用中空钛管(长35 cm×外径2.5 mm×内径1 mm)作为放电阳极和样品导入口,反应生成的氢化物能在SCGD的阳极区域被直接检测,灵敏度和选择性得到显著提高。该方法减小了样品基体干扰,对Sn、Ge和Se的检出限分别为0.8、0.2和0.5 μg/L,显著提高了分析方法灵敏度,并扩大了液体电极辉光放电原子发射光谱元素分析的范围。该装置还被用于As3+和As5+检测,检出限均达到0.3 μg/L,相比于单独的SCGD-AES,检出限降低了4个数量级[50]。

    Mo等[51]将流动注射光化学蒸气发生(Photochemical vapor generation,PVG)与液体电极辉光放电原子发射光谱联用,实现Hg的形态分析,加入Ni2+可有效提高Hg的蒸气发生效率,与SCGD-AES相比,检出限降低了365倍。液体电极辉光放电原子发射光谱与化学蒸气发生进样技术的联用,不仅显著减小了样品基体对微等离子体稳定性干扰,还可极大地拓宽元素分析应用范围,有效提高进样效率,降低元素检出限。在以后的研究中,可将其与气相色谱等分离技术联用,进一步拓展液体电极辉光放电原子光谱的应用范围。

    2.1.5?交流驱动的液体电极辉光放电?与直流电驱动的液体电极辉光放电相比,交流电驱动的放电体系能耗更低,样品流速也更低。Zhu等[7]发展了一种大气压下交流驱动的电解质液体放电装置(ac-ELCAD),进样流速仅为0.1~0.8 mL/min,能耗≤18 W。利用放电产生的等离子体可实现液体样品中Na和Cd的检测; 在电解质中加入小分子有机化合物,可显著增强部分元素的发射信号[52],在甲酸存在条件下,Ag、Cd和Pb的检出限可分别降至1、17和45 μg/L,样品流速仅为0.3 mL/min。

    虽然采用交流驱动的液体电极辉光放电可降低样品流速,但在实验中仍然需使用蠕动泵和进样阀,这会影响仪器装置的小型化。因此,Leng等[53]设计了一种液滴阵列平台进样的流动注射毛细管液体电极放电发射光谱系统(Capillary liquid electrode discharge-OES,CLEP-OES),利用毛细管本身的虹吸作用和微等离子体蒸发作用进样,无需进样泵和阀(图5)。该系统具有体积小(长2.5 cm×宽2.0 cm×高1.0 cm)和能耗低(<10 W)的优点,通过位移台的移动实现快速流动注射进样,每小时可分析90个样品。该方法将进样体积降低至nL级,Hg和Cd的检出限依然保持在75和30 μg/L。 将该方法用于微量样品中Hg和Cd的测定,进一步推进了芯片化的流动注射液体电极辉光放电原子发射光谱分析检测研究进程。在此基础上,该研究组[54]采用流动注射毛细管液体电极放电微等离子体诱导蒸气发生与原子发射/荧光联用,充分利用原子发射光谱法和原子荧光光谱法灵敏度的不同,将两种光谱法结合,扩大了检测线性范围,无需样品稀释或者样品预富集,即可对未知样品进行检测。

    与液体阴极辉光放电相同,交流驱动液体电极放电也可以实现与其它分析方法的联用。Liu等[55]将微电渗析(Microelectrodialysis,μED)与交流电驱动的液体电极放电原子发射光谱(Liquid electrode discharge-OES,LED-OES)联用,建立了一种可用于血钾快速分析的装置。该装置将未经处理的血清样品引入到自动化的微电渗析模块中,在电场作用下,K+通过阳离子交换膜从复杂血清基质中分离出来,通过载液带入微等离子体中激发,使用CCD采集K+在776.5 nm处的原子发射谱线。该方法样品消耗量仅为20 μL,分析时间短(<90 s),可用于患者血钾浓度的快速筛查。交流驱动的液体电极辉光放电原子发射光谱系统具有能耗和样品流速低的优势,提高其检测灵敏度、拓宽元素检测范围是未来的研究重点。

    2.1.6?液体电极辉光放电原子发射光谱应用实例?以液体电极辉光放电作为激发源建立的液体电极辉光放电原子光谱技术被广泛用于多类型样品中元素的检测,检测元素范围不断扩大,同时,对一些元素的检测灵敏度也得到提高。表1为液体电极辉光放电原子发光谱部分应用实例。

    2.2?用于微等离子体诱导化学蒸气发生

    2008年,Zhu等[16]采用液体阴极放电等离子体实现了Hg的蒸气发生(图6),以内径0.38 mm的毛细管引入液体,在毛细管尖端和钨电极间进行放电。当含有Hg2+的样品溶液被引入到放电区域时,Hg2+就被还原为Hg0蒸气,被载气载入ICP-OES中检测。与ICP雾化相比,SCGD诱导Hg的样品引入效率提高了16倍,大大降低了Hg的检出限。随后,该研究组将SCGD诱导蒸气发生与高效液相色谱原子荧光光谱仪联用检测汞的形态,实现了对Hg2+、MeHg以及EtHg的检测,检出限分别为0.67、0.55和1.19 μg/L[66]。采用上述放电装置与ICP-OES联用[16],实现了Os、I、IO3蒸气发生与检测,检出限分别为0.51、0.30和0.43 μg/mL,该方法与传统气动雾化进样相比,信号分别提高了28、36和25倍[17,67]。

    Liu等[68]采用液体阳极辉光放电微等离子体电化学方法,实现了Cd和Zn的蒸气发生。该方法采用铂电极作为阳极,通电时,样品溶液中Cd2+和Zn2+在阴极等离子体的作用下生成氢化物,将生成的氢化物通入原子荧光光谱仪中进行检测,检出限分别为0.003和0.3 μg/L,蒸气发生效率明显高于传统的电化学氢化物发生以及盐酸-硼氢化钾氢化物发生制备,也有效避免了传统电化学氢化物发生中阴极电极材料对蒸气发生的干扰问题。

    上述等离子体诱导化学蒸气发生体系均采用直流电驱动。 2014年,Li等[69]建立了交流电驱动的单液滴液体电极辉光放电蒸气发生体系(Single drop solution electrode glow discharge chemical vapor generation,SD-SEGD-CVG),实现了对Zn和Cd的蒸气发生。如图7所示,采用进样泵和带有定量环的六通阀将20 μL样液送至不锈钢管处悬挂,加高压后,在钨电极尖端和液滴之间进行放电,产生的蒸气化合物被载气带入仪器中进行检测。该方法不仅保留了传统化学蒸气发生的优势,同时具有进样体积小、低能耗(<6 W)、高蒸气发生效率和高通量(每20 s测定一个样品)等优点,成功实现了单根头发中Zn和Cd的检测,绝对检出限可达pg级别。在此工作基础上,Chen等[70]采用上述单液滴液体电极放电微等离子体诱导蒸气发生-原子荧光光谱法与基质固相分散萃取样品预处理方法联用,实现了极少量样品(mg级)中痕量汞的高灵敏检测,并将该方法用于鱼体内各器官中汞的分布分析,在重金属毒理研究方面具有很好的应用前景。

    液体电极辉光放电诱导化学蒸气发生有效避免了氧化还原试剂的使用,减少了试剂的消耗和潜在的环境污染问题,具有运行简单、能耗低、蒸气发生效率高、抗干扰能力强等优点,易与其它技术集成联用,适用于小型化仪器的研制与开发。但是,目前可利用液体电极辉光放电微等离子体诱导化学蒸气发生的元素和化合物仅有Hg、Cd、Zn、Os、I和IO3等,种类非常有限。同时,发生机理研究还不够深入,这为液体电极辉光放电微等离子体蒸气发生技术的进一步开发与应用带来了困难,仍需深入研究。

    3?结论与展望

    液体电极辉光放电微等离子体的发生装置具有结构简单、能耗低、样品体积和消耗量小等优点,在野外分析和在线分析仪器研究中备受关注。目前,液体电极辉光放电已经成功实现了多种元素的激发,同时还能诱导部分元素的蒸气发生,但也存在一些问题,如液体电极辉光放电微等离子体诱导蒸气发生的元素种类比较少、对实际样品中某些超痕量重金属元素的检测不够灵敏等。目前,对液体电极辉光放电微等离子体OES系统的研究大多还处于实验室探索阶段。未来可在以下方面开展研究,以进一步推进相关研究的发展: (1) 液体电极辉光放电原子发射光谱激发机理有待进一步深入,特别是液体阳极辉光放电原子发射光谱获得高灵敏度的机理; (2)可提高液体电极辉光放电原子发射光谱灵敏度的增敏剂的筛选及其机理的深入研究,以进一步提高这类分析方法和装置的分析性能; (3) 各种金属离子、有机试剂增强液体電极微等离子体诱导化学蒸气发生的机理,以获得更好的化学蒸气发生效率以及实现更多元素的化学蒸气发生; (4) 整合各种化学蒸气进样方法与液体电极辉光放电原子发射光谱联用,提高灵敏度,开发整体小型化的装置; (5) 引入先进制造技术如微加工、3D打印技术,进一步推进液体电极辉光放电原子发射光谱分析装置小型化和提高稳定性; (6) 液体电极辉光放电原子发射光谱或液体电极辉光放电微等离子体诱导化学蒸气发生与气相色谱、液相色谱和毛细管电泳等分离方法联用,并用于元素形态和金属组学分析,进一步拓展其适用范围。

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