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輝光放電光譜法（Glow discharge optical emission spectrometry）是一種主要用于研究材料元素組成的技術(shù)。它在材料制造行業(yè)有許多應(yīng)用，可以用來判斷樣品中或樣品上是否存在任何氧化、表面處理或污染物。

在本文中，將討論輝光放電發(fā)射光譜法的工作原理、一些實際應(yīng)用以及以創(chuàng)新方式使用該技術(shù)的研究。最后，簡要介紹一下該技術(shù)存在的一些缺點。

輝光放電光譜法是如何工作的？

輝光放電是電流通過氣體時形成的等離子體。它是在含有氦氣等低壓氣體的玻璃管中的陰極和陽極之間施加電壓時產(chǎn)生的。這會使氣體離子化，從而使燈管發(fā)出明亮的光，當(dāng)施加的電壓超過觸發(fā)電壓時，可以保持明亮的光。產(chǎn)生的光的顏色取決于管中使用的氣體類型。

放電等離子體中的激發(fā)原子和離子為每個元素產(chǎn)生不同的發(fā)射光譜，單個元素可以產(chǎn)生多條不同的發(fā)射光譜線，這些光譜線構(gòu)成了放電產(chǎn)生的光。

輝光放電光譜儀由放電燈、光譜儀和數(shù)據(jù)檢測分析系統(tǒng)組成。光譜儀用于分析氣體的發(fā)射光譜，而數(shù)據(jù)檢測和分析系統(tǒng)可實現(xiàn)氣體中的相互作用進行定性和定量分析。

磁控管放電和射頻放電是兩種最常見的輝光放電等離子體發(fā)生器。如果需要高達150µm樣品的元素組成深度分布，則應(yīng)使用輝光放電光發(fā)射光譜技術(shù)。這對于金屬和絕緣體尤其理想，它可提供快速的元素分析。

輝光放電發(fā)射光譜法有哪些優(yōu)點？

這種方法突出的優(yōu)點包括可以分析表面和具有相當(dāng)深度的樣品主體。該方法可同時分析多達43種元素，包括所有金屬、硫、碳、氧、氯化物和氫。這一范圍通常從氫到鈾，盡管這在很大程度上取決于儀器的配置、百萬分之一（ppm）的檢測限以及100納米到150微米的深度剖面。

它可用于分析絕緣體和導(dǎo)體，具有較高的檢測靈敏度，并且量化直接簡單，標(biāo)準合適。

輝光放電光發(fā)射光譜法的使用示例

Ghanbari等人在《ECS電化學(xué)快報》雜志上發(fā)表的一項研究中，使用輝光放電光發(fā)射光譜法檢測鋰沉積，鋰沉積會導(dǎo)致快速容量衰減，從而降低電池的安全性。通過在5°C下循環(huán)使用石墨陽極的商業(yè)電池來實現(xiàn)鋰電鍍。隨后比較了石墨電極與固體電解質(zhì)相間。氧、鋰和碳的深度剖面顯示出厚度和鋰含量的不同表面影響，鋰沉積具有顯著更高的鋰濃度。利用深度分析，輝光放電光譜能夠證明鋰離子電池石墨陽極上的鋰沉積。

研究人員還試圖改進這項技術(shù)，以擴大其使用范圍。在《分析原子光譜法雜志》上發(fā)表的一項研究中，研究人員開發(fā)了一種電池驅(qū)動的微型輝光放電光譜測定裝置，用于測量水樣中的金屬。該裝置可同時檢測Cd、Hg和Pb，無需分離或富集。經(jīng)驗證的參考材料、自來水和海洋樣品均已成功測試，具有良好的準確性。

輝光放電發(fā)射光譜法有哪些局限性？

輝光放電發(fā)射光譜法在提供有助于金屬和絕緣體加工的重要信息方面非常有效。但它有幾個缺點：

該方法具有破壞性，尤其是對于聚合物和生物材料等軟材料，因為它需要使樣品蒸發(fā)。

儀器的配置可能會限制可檢測元素的數(shù)量，它不能提供成像，仍然需要提供足夠的標(biāo)準。

儀器僅限于原子信息，樣品必須平坦且真空兼容。

結(jié)論

綜上所述，輝光放電發(fā)射光譜法為定性和定量分析樣品中的元素提供了一種快速可靠的方法。它提供了可用于改進材料制造過程的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。盡管存在局限性，但仍存在創(chuàng)新使用和改進其能力的途徑。