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辉光放电质谱应用和定量分析作者：吴赫淮鑫斌来源：《商品与质量·学术观察》2013年第04期摘要：辉光放电质谱（GDMS）是利用辉光放电源作为离子源的一种无机质谱方法。
本文作者介绍了GDMS的基本原理和特点，然后在应用和定量方面进行了深入研究。
关键词：辉光放电质谱深度分析应用定量分析辉光放电质谱法（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20 年来已广泛应用于高纯金属、合金等材料的分析。
1、基本原理辉光放电（G10w Discharge）是一种低压气体放电现象，由于气体放电的操作简单，可以产生很强的离子流，所以在早期的质谱研究中，气体放电就被用作离子源。
在真空火花源发展之前，气体放电源体现了巨大的实用价值。
火花源质谱（SSMS）得到发展后，表现出了很强的分析能力，在相当长的一段时间里，辉光放电淡出了研究者的视野。
然而，随着火花源研究的不断深入，这种离子源的局限性也逐渐显露，而辉光放电源则以自身出色的稳定性重新获得了重视。
2、辉光放电质谱的特点2.1 辉光放电质谱的工作原理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10-100Pa）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10倍以内），并具备很宽的线性动态范围（约10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。
辉光放电光谱分析技术的应用进展余兴【摘要】简单介绍了辉光放电光谱(GD-OES)的基本原理.对2000-2015年间辉光放电光谱在冶金行业、环境与有机物领域以及材料表面分析方面的应用进行了综述.钢铁材料与有色金属样品的成分分析为GD-OES的主要应用,有众多的研究报道;对于环境与有机物领域中的粉末与颗粒样品、液体样品以及气体与挥发性样品,GD-OES分别有相关分析应用尝试;同时,GD-OES作为一种重要的深度分析方法,在金属合金镀层、工艺处理层、纳米级薄层、有机涂层等材料表面分析方面都有具体的应用.对GD-OES的国内外标准进行了介绍.最后展望了辉光放电光谱的发展趋势.【期刊名称】《冶金分析》【年(卷),期】2016(036)002【总页数】15页(P7-21)【关键词】辉光放电光谱;应用;进展【作者】余兴【作者单位】钢铁研究总院,国家钢铁材料测试中心,北京100081【正文语种】中文辉光放电光谱(Glow discharge optical emission spectrometry，GD-OES)是一种基于惰性气体在低气压下的放电原理而发展起来的分析技术。
自1978年出现第一台商品化仪器以来[1]，在德国、法国和日本的金属生产和研究中心迅速普及开来。
因辉光放电光谱具有稳定性高、谱线锐、背景小、干扰少、能分层取样等优点[2-4]，已成为了一种用于各种材料成分分析(Bulk analysis)和深度分析(Depth profile analysis)的有效手段。
众多的相关报道表明，GD-OES以其优越的分析性能在冶金行业得到广泛应用，在材料表面分析领域显示出其在深度分析方面的技术优越性，而在环境、有机物领域的应用研究也在积极地开展和完善，发展前景广阔。
辉光放电光谱光源内维持一个低真空氩气环境(一般100～500 Pa)。
给样品施加负电压(一般500～1 500 V)，样品作为阴极。
在电场作用下，电离产生的氩离子(Ar+)在阴极与阳极间被加速。
镀锡板镀层的辉光放电光谱法解析徐永林【摘要】利用辉光放电光谱法对镀锡板样品进行逐层剥离,根据样品由表至里的辉光放电积分图谱,分别设定公式积分计算镀锡板镀层厚度及质量、钝化层厚度及质量、基板成分、镀层中有害元素等.采用辉光放电光谱对镀锡板做深度-时间图,可知镀锡层的深度分辨率低于基板铁层.将方法应用于测定镀层质量、钝化层质量、基板成分(碳、硅、锰、磷、硫、镍、铬和铜)的测定,相对标准偏差分别不大于2.3％(n=10)、3.0％(n=10)、4.3％(n=5),分别将实验方法测定结果与X射线荧光光谱法(XRF)、光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICPAES)进行比对,结果基本一致.采用实验方法对镀锡板镀层中的有害元素进行了测定,可实现镀锡板多个检测项目的同时测定.【期刊名称】《冶金分析》【年(卷),期】2015(035)003【总页数】6页(P7-12)【关键词】辉光放电光谱法(GDS);镀锡板;镀层;钝化层;厚度;质量;基板成分;有害元素【作者】徐永林【作者单位】首钢技术研究院检测中心,北京100043【正文语种】中文镀锡板是一种表面镀有一层极薄纯锡层的钢板，其将钢的强度和成形性同锡的耐蚀性、锡焊性和美观的外表结合于一种材料之中，具有良好的抗腐蚀性能。
镀锡板的最大用途是用于食品包装，原因是镀锡板无毒、质量轻、强度高、耐蚀性好并且易于加工成形[1]。
镀锡板也用于制作包装油类、润滑脂、涂料、化学品以及其它产品用的容器，喷雾罐和各种瓶盖。
镀锡板的镀层厚度一般为0.3～1.5 μm，基板厚度一般为0.12～0.35 mm[2]，其最大的特点就是镀层薄，基板薄。
对于镀锡层厚度及元素成分相关的检测，一般有光度法[3]、滴定法[3-4]、库仑法[3-4]、X射线荧光光谱法(XRF)[3-5]等，而对于基板成分的检测，可将镀锡板表面进行处理后采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)或原子吸收光谱法(AAS)进行分析。
２０１２年２月Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１２岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３１，Ｎｏ．１４７～５６收稿日期：２０１１－１０－２４；接受日期：２０１１－１０－２９基金项目：中国计量科学研究院基础科研项目（ＡＫＹ１０３１）作者简介：徐常昆，硕士研究生，核燃料循环与材料专业。
Ｅ ｍａｉｌ：ｃｈａｎｇｋｕｎｘｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。
通讯作者：周涛，博士，副研究员，从事化学计量与无机质谱研究工作。
Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｔａｏ＠ｎｉｍ．ａｃ．ｃｎ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１２）０１００４７１０辉光放电质谱应用和定量分析徐常昆１，周 涛２ ，赵永刚１（１．中国原子能科学研究院，北京 １０２４１３；２．中国计量科学研究院，北京 １０００１３）摘要：辉光放电质谱（ＧＤＭＳ）是利用辉光放电源作为离子源的一种无机质谱方法。
ＧＤＭＳ采用固体进样，样品准备过程简单、分析速度快、基体效应小、线性范围宽，是痕量分析的一种重要分析手段，在国外已经成为高纯金属和半导体分析的行业标准方法。
ＧＤＭＳ可以进行深度分析，选择合适的放电条件，可以在样品表面获得平底坑，深度分辨率可以满足对微米量级的层状样品进行测量。
目前商业化的ＧＤＭＳ都是直流放电源，这些仪器需要用第二阴极法或混合法才能对非导电材料进行测量，从而限制了ＧＤＭＳ在非导体材料分析方面的应用。
ＧＤＭＳ放电源和单接收方式并不能满足同位素丰度精确测量的要求，在精确度要求不高的情况下，ＧＤＭＳ在固体样品同位素丰度的快速测量方面还是有一定的应用价值。
文章总结了近几年国内外ＧＤＭＳ在各领域的应用进展和定量分析技术发展方向。
ＧＤＭＳ已经成为一种高纯导电材料分析的重要方法；在深度分析、非导电材料分析、固体同位素丰度快速测量中有一定的应用前景。
在定量测量方面，由于受到基体、测量条件等影响因素较多，缺乏合适的基体匹配的标准物质用于校正，ＧＤＭＳ主要停留在定性和半定量分析阶段。
辉光光谱法在锌铝合金镀层上深度分析中的应用研究项目完成单位：国家钢铁材料测试中心项目完成人：杨敬魏李小佳王海舟一、前言随着近代科技的发展和进步，对各种设备和工艺的要求越来越高，同时对材料提出多方面的性能要求。
在工业上，为了使材料表面具有许多工程上所需要的性能，如耐腐蚀性、抗辐射、易焊接性、导电性等。
加盖各种防护层已成为越来越重要的任务,如钢板镀锡、镀铬、镀锌、铝等，用于提高钢板的耐蚀性、与有机涂层的附着性等。
在各种镀层钢板中，镀锌铝合金材料，包括锌铝合金钢板以及部件的用途很广，锌铝系合金的主要特点是具有良好的铸造性能、切削性能、焊接性能及尺寸稳定性。
而锌铝合金镀层的良好的成形性，耐蚀性，漆粘附性，柔韧性在工业和生产中的作用就更为广泛。
目前，国内热浸镀层无论在工业上还是在产品质量上与国际先进水平都存在相当的差距，产品经常会出现质量问题。
为了较好地控制表面涂镀材料的使用量，提高镀层产品的质量，需要研究镀层与基体之间的结合状况、耐蚀性等。
由此产生了对镀层的各种分析方法，其中深度分布分析是重要的分析方法之一，它能比较真实的提供镀层随深度分布的有效信息。
深度分析的方法众多，其共同特征是用一束粒子或其它手段来探测被测样品表面，通过检测这些粒子的能量、动量、荷质比、粒子强度等特征，或波的频率、方向、强度等获得表面信息。
如俄歇电子能谱(AES)、二次离子质谱(SIMS)、辉光放电质谱（GD-MS）、辉光放电光谱（GD-OES）等，这些分析方法各有所长。
在众多的分析方法中，GD-OES 以测试速度快，好的定量性，分析面积大，均匀逐层的分析性能显示出很大的优势，这种优势不仅体现在含量分析方面，而且在深度分布分析中显得更为重要。
本课题考察了不同的操作条件（放电电流，电压）对阴极溅射坑的形状的影响。
校正了不同基体样品之间的溅射率，建立了辉光光谱法深度轮廓分析的标准工作曲线。
同时，本文以自制的不同含量范围的Galfan型锌铝合金镀层钢板为研究对象，通过辉光光谱法深度轮廓分析，详细研究了锌铝合金镀层的深度分布与工艺条件、镀层的化学性能259之间的关系。
大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的研究进展及应用张真;汪正;邹慧君;施鹰【摘要】近十多年来,大气压电解液阴极辉光放电系统在原子光谱分析中作为一种新兴的检测工具而备受关注.大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术兼具了光谱测量的稳定性、分析元素选择性和传感器测量方便、简洁性等优点.本文综述了基于等离子体的大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的机理研究、仪器构建及改进和最新应用研究,并总结了该技术的优势及存在的问题,展望了其应用前景.【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2013(041)010【总页数】8页(P1606-1613)【关键词】大气压;电解液阴极;辉光放电;等离子体;综述【作者】张真;汪正;邹慧君;施鹰【作者单位】上海大学材料科学与工程学院,上海200072;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;上海大学材料科学与工程学院,上海200072【正文语种】中文1968年,Grimm[1]提出了一种结构特殊的辉光放电光源,这种光源的结构特点是阳极离固体样品作为的阴极非常近(阴阳极间距离小于阴极暗区的长度),因此能够有效限制放电面积,使放电处于异常辉光放电状态,大大增强了阴极溅射作用。
其辉光放电原理是在放电池中通入氩气,两极之间施加足够高的电压,被电场加速的氩离子使样品产生均匀的溅射,溅射出来的样品原子离开样品表面,在阳极区与氩离子碰撞而被激发,产生样品组成元素的特征光谱。
Grimm辉光放电光源的主要特点是除了能进行固体样品的直接分析,还能稳定地逐层剥离样品,进行表面和逐层分析[2～5]。
相比于固态电极,采用液态电极可以降低气体放电电压。
而且大气压电解液阴极辉光放电发射光谱检测金属离子具有一系列优点。
将样品试液作为电极,可在常压常温下产生等离子体,大大简化检测装置,易于小型化,减小进样量的同时,也减少了样品所需的分析时间及操作成本;另外,等离子体所具有的放电发光特性通过光谱技术可得到准确可靠的分析结果,相比电化学分析方法具有更好的选择性和稳定性[6]。
辉光放电质谱应用概况摘要：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、导体、半导体,气体、深度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。
本文主要对其进行分类概述。
关键词：辉光放电质谱应用辉光放电质谱法（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20 年来已广泛应用于高纯金属、合金等材料的分析。
GDMS不仅具有优越的检测限和宽动态线性范围的优点[1-2]，而且样品制备简单、元素间灵敏度差异小、基体效应低[3]。
自VG Isotopes公司(现名Thermo Electron)在上世纪八十年代推出了其VG 9000型辉光放电质谱分析仪以来[4]，大大促进了该技术迅速发展，相关的报道倍增[5]。
GDMS 以其优越的分析性能在电子学、化学、冶金、地质以及材料科学等领域里得到广泛应用，在高纯金属和半导体材料分析中已经显示出它的优越性[6-10]，对它在绝缘体、粉末、液体、有机物和生物材料分析以及负离子测定中的应用也在积极进行研究和完善，发展前景十分广阔。
1 基本原理辉光放电(GD)属于低压下气体放电现象，历史上就作为一种有效的原子化和离子化源用于分析。
如图1所示，在辉光放电质谱的离子源中被测样品作为辉光等离子体光源的阴极，在阴极与阳极之间充入惰性气体(一般为氩气)，并维持压力为10～1 000 Pa。
在电极两端加500～1 500 V的高电压时，Ar电离成电子和Ar+，Ar+在电场的作用下加速移向阴极。
阴极样品的原子在氩离子的撞击下，以5～15 eV的能量从阴极样品上被剥离下来(阴极溅射)，进入等到离子体，在等离子体中与等离子体中的电子或亚稳态的Ar原子碰撞(Penning)电离，变成正离子：M+e-→M++2 e-，M+Ar*一M++Ar+ e-。
辉光放电质谱法检测AZO靶材中痕量元素及深度分布透明导电薄膜因其兼具电阻率低和透光性好的特点，在各种光电器件例如太阳能电池、平板显示、LED上具有广阔的应用前景。
铝掺杂的氧化锌薄膜ZnO∶Al（AZO）作为一种典型的n型半导体薄膜，其禁带宽度接近3.3 eV，在可见光范围具有较高的透射率和低电阻率，是一种价格低廉、原料丰富且无毒的透明导电氧化物，非常有希望替代传统的氧化铟锡[3-4]。
因此近年来，AZO材料成为研究透明导电薄膜的热点。
AZO薄膜的主要制备方法有磁控溅射法、化学气相沉积法（CVD）、溶胶凝胶法（sol-gel）、脉冲激光沉积法（PLD）、电子束蒸发法（MBE）等[5-7]，其中磁控溅射法是薄膜制备的主要方法之一。
对于磁控溅射制备的AZO薄膜来说，靶材的纯度越高，溅射的AZO 薄膜的均匀性、光学和电学性能就越好。
靶材的化学组分和杂质含量对磁控溅射制备的薄膜的导电性和透光率有一定的影响[9-10]。
靶材在制备过程中所产生的杂质是沉积薄膜的主要污染源，靶材的质量好坏直接影响其制备的薄膜的杂质浓度。
靶材污染会在生长的AZO薄膜中引入非刻意掺杂的杂质，该杂质可能在AZO薄膜中充当施主，也可能充当受主，因此会使薄膜的电学性能偏离实验的预期。
同时，非刻意掺杂杂质可能会使AZO薄膜的晶格发生畸变，引入缺陷能级。
这些缺陷能级通常是深能级，充当可见光的吸收中心，从而降低AZO 薄膜的光学性能。
因此对于AZO靶材的研发和制备技术而言，如何准确地检测靶材中元素种类和含量显得尤为重要。
目前对制备得到的AZO靶材一般采用扫描电镜能谱法（SEM-EDS）获得Al元素和Zn元素的含量。
SEM-EDS通常适用于掺杂均匀，表面平整，且目标元素含量1%以上的样品。
相比之下辉光放电质谱（GDMS）采取固体直接进样方式，免除了样品溶解过程中产生的污染和待测元素损失的问题，检测限低至10-9 g/g，可测量的线性动态范围宽，可以同时测量常量元素、痕量元素和超痕量元素。
说明：本翻译为汉译英，来源于表面科学应用杂志235 (2004) 97-102Rf和Dc光源辉光放电光谱技术对工业化表面处理的深度剖面分析Depth profiling of industrial surface treatments by rf and dcglow discharge spectrometry摘要：在当代，工业化表面处理的范围比较广泛，从而使应用于这方面的工具和元件不断的改进和完善，能够在不改变材料的基体属性的前提下显著的提高其使用寿命。
关于摩擦性能方面的改进主要受材料本身的化学成分和处理层厚度的影响。
所以，深度剖面分析（可以通过不同的技术来分析，例如AES，XPS，SIMS，RBS等）是一种重要的材料表面分析工具，只是它的局限性在于耗费时间长，最大分析深度限制于几微米。
辉光放电光谱技术解决了大部分的这些问题，提供了一种快速、定量、可靠的深度剖面分析方法，测量深度一次可达150μm以上，耗费时间不超过2小时。
本次试验对RF和DC两种光源的检测能力做了对比，同时说明了辉光放电光谱技术对工业表面处理分析的重要性，例如CVD，PVD 和离子注入等表面处理方法。
结果表明，对于表面处理的观察分析和质量控制来说，DC和RF辉光放电光谱技术是一种强有效的方法。
关键词：辉光放电光谱仪；辉光放电技术；PVD；CVD；离子注入1.引言辉光放电光谱技术是一种快速的，准确的，定量的对试样进行深度剖面分析的技术，其分析深度高达150μm，具有分辨率较高和分析元素种类多的特点。
尽管辉光放电技术还不是一门众所周知的技术，但它已用于大部分的表面处理的检测，例如电化学沉积，阳极镀覆薄膜，和其他不同类型的PVD和CVD沉积方法。
辉光放电光谱技术在这些方面的应用显得格外重要，因为最近工业化的PVD 和CVD的发展使检测的结构越来越复杂（纳米结构沉积，双镀层和多镀层等）。
辉光放电光谱技术采用DC或RF放电光源对待测试样表面产生溅射。
辉光放电质谱分析方法的研究现状
陶世权;陈瓞延
【期刊名称】《光谱学与光谱分析》
【年(卷),期】1998(18)2
【摘要】本文概述了辉光放电质谱法近年的发展状况。
着重介绍了在装置的开发，溅射化及电离过程的研究等方面所取得的成果。
并对该法的分析性能以及在样品分析中的应用作了简要的介绍。
【总页数】5页(P209-213)
【作者】陶世权;陈瓞延
【作者单位】清华大学现代应用物理系;清华大学现代应用物理系
【正文语种】中文
【中图分类】O657.702
【相关文献】
1.辉光放电质谱分析中质谱干扰及其校正方法的现状 [J], 余兴;李小佳;王海舟
2.电感耦合等离子体质谱仪与辉光放电质谱仪的进展 [J], 杭纬;杨芃原;王小如;黄
本立
3.用辉光放电质谱法和火花源质谱法分析表征金属和半导体 [J], 刘咸德
4.辉光放电质谱法定量测定重掺晶体硅中替位碳含量 [J], 刘红;李朋飞;刘英;杨复光;刘鹏宇;胡芳菲;赵景鑫
5.辉光放电离子源质子转移反应质谱对水中苯的分析方法研究 [J], 李建权;沈成银;王鸿梅;韩海燕;郑培超;徐国华;江海河;储焰南
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