中國粉體網(wǎng)訊 石英砂是一種非金屬礦物質(zhì)，是一種堅硬、耐磨、化學性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2，高純石英砂是石英砂經(jīng)過復雜的工藝而成，作為重要的工業(yè)原材料，被廣泛用于太陽能光伏、微電子、光纖通訊等行業(yè)。眾所周知，石英砂的用途十分廣泛，與我們的生活息息相關。但若要更好的將其應用，就必須對其進行嚴格的檢測。中科院合肥物質(zhì)科學研究院的陳健研究員在去年接受中國粉體網(wǎng)記者采訪時曾講過：ICP-OES是最適合高純石英砂純度檢測的技術。
ICP-OES（Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer）是指電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，可用于地質(zhì)、環(huán)保、化工、生物、醫(yī)藥、食物、冶金、農(nóng)業(yè)等方面樣品中70多種金屬元素和部分非金屬元素的定性、定量分析。
ICP-OES光譜儀工作原理
ICP-OES光譜儀是一種以電感耦合等離子體為光源的原子發(fā)射光譜裝置。由高頻發(fā)生器、等離子矩管、進樣系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。
R.F高頻發(fā)生器：R.F發(fā)生器通過工作線圈給等離子體輸送能量，維持ICP光源穩(wěn)定放電，要求輸出功率穩(wěn)定性好、點火容易、發(fā)熱量小、火焰穩(wěn)定、有效轉換功率高、能對不同樣品及不同濃度變化時抗干擾能力強。目前的R.F發(fā)生器主要有兩種震蕩類型，即自激式和它激式。
等離子體：一般指電離度超過0.1%被電離了的氣體，這種氣體不僅含有中性原子和分子，而且含有大量的電子和離子，且電子和正離子的濃度處于平衡狀態(tài)，從整體來看是處于中性的。
等離子矩管示意圖
1-冷卻氣（Ar）；2-輔助氣（Ar）；3-載氣（Ar）
等離子矩管置于線圈中心，內(nèi)通冷卻氣、輔助氣和載氣，高頻發(fā)生器向耦合線圈提供高頻能量，在矩管中產(chǎn)生高頻電磁場。用微電火花引燃，讓部分氬氣電離產(chǎn)生電子和離子。電子在高頻電磁場中獲得高能量，通過碰撞把能量轉移給氬原子，使之進一步產(chǎn)生更多的電子和離子。當該過程迅速進行時，導電氣體受高頻電磁場的作用，形成一個與耦合線圈同心的渦流區(qū)。強大的電流產(chǎn)生的高熱把氣體加熱，從而形成火炬形狀的可以自己把持的等離子體。
進樣系統(tǒng)：進樣系統(tǒng)是ICP儀器中極為重要的部分，按試樣狀態(tài)不同可以分別有液體、氣體或固體直接進樣。a）液體進樣裝置：氣動霧化器（銅線霧化器、交叉霧化器、高鹽量霧化器）、超聲波霧化器、高壓霧化器、微量霧化器、循環(huán)霧化器、耐氫氟酸霧化器。b）固體進樣裝置：固體或粉末樣品直接氣化，將蒸汽或固體氣溶膠用載氣引入等離子體，以及把固體或粉末樣品直接送進或插進等離子體的方法。常用的裝置有電火花燒蝕進樣器、激光燒蝕進樣器、電熱進樣器、插入式石墨杯進樣器。c）氣體進樣裝置：氫化物發(fā)生器、專用氣體進樣器。
分光系統(tǒng)：復合光經(jīng)色散分光后，得到一條按波長順序排列的光譜，能將復合光束分解為單色光，并進行觀測記錄的設備稱為光譜儀。要求要有適當?shù)牟ㄩL范圍和波長選擇，能從被檢測的輻射源的特定區(qū)域里采集盡可能多的光。分光系統(tǒng)的性能包括：色散率大小、分辨率高低、光強損失大小、移動部件多少、光學元件多少、雜散光大小和恒溫效果好壞。
檢測器：光照射到某個檢測單元上后，產(chǎn)生一定量的電荷，并且儲存在檢測單元內(nèi)，然后采用電荷轉移的方式將其讀出---光電轉化。根據(jù)讀出方式的不同，可分為：
a）CID（Charge Injection Device）其讀出方法是將電荷在檢測單元內(nèi)部移動，檢測電壓變化，即內(nèi)部電荷轉移。
b）CCD （Charge Coupled Device）其讀出方法是將電荷在檢測單元之間逐個轉移，移到一個具有電荷感應放大器的檢測單元上進行讀出，即單元間電荷轉移。
計算機系統(tǒng)：程序控制、實時控制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析。
ICP-OES的主要應用
1）材料類檢測：主要包括傳統(tǒng)金屬材料以及新型材料的成分檢測。
2）環(huán)境與安全類：主要包括食品、食品容器及其包裝材料的重金屬檢測；玩具以及兒童用品及其包裝材料中的有害重金屬檢測（銻、砷、鋇、鉻、鎘、鉛、汞等）；電子電器材料有害物質(zhì)檢測；化妝品、洗滌劑及其包裝材料中的有害成分檢測。
3）醫(yī)藥類：一般用于與藥品以及一些保健品的有害成分及營養(yǎng)成分的檢測。
4）地質(zhì)、礦產(chǎn)、農(nóng)業(yè)行業(yè)的檢測：主要應用于分析地質(zhì)、礦產(chǎn)、土壤等材料中的元素檢測以及研究。
5）任何高純物質(zhì)的檢測：主要包括氯堿化工的高純燒堿及其原材料的微量元素分析以及高純藥品中間體。
ICP-OES是石英砂檢測必不可少的技術，在石英砂檢測方面發(fā)揮了重要的作用。
今年，陳健研究員的報告題目是《石英砂原礦的快速檢測篩選評估以及生產(chǎn)質(zhì)量控制》，2019年石英砂大會“開播”在即，陳健研究員的報告與往年有何不同，鎖定2019年10月30日-31日在江蘇徐州舉行的“全國石英大會”，熱忱歡迎國內(nèi)石英業(yè)界專家學者、企業(yè)代表、技術人員積極參會。
專家介紹
陳健，博士、研究員，博士導師，加拿大籍，中國科學院“百人計劃”入選者，應用技術研究所新能源材料技術與工程研究中心副主任。發(fā)表論文60余篇，并申請專利10余項。 目前作為負責人承擔中科院百人計劃，國家自然科學基金等研究項目。
工作經(jīng)歷
1989年獲中南大學學士學位。
1992年獲中國科學院金屬研究所碩士學位。
1995年獲中國科學院金屬研究所博士學位，并獲得了中韓交流計劃，日本學術振興會JSPS獎學金。其后在國內(nèi)外多家科研機構和公司長期從事科研工作。
1995-1996，韓國機械研究院，客座研究員。
1996-1998，中南大學粉末冶金研究所，副研究員。
1998-2000，美國Kentucky大學， 博士后。
2000-2002，美國SECAT Inc.公司，材料工程師。
2002-2005，加拿大Dalhousie大學，博士后。
2005-2007，加拿大Defense Research & Development Canada(國防研發(fā)部材料研究室)，研究科學家。
2007-2011，加拿大6N Silicon Inc.公司，研發(fā)科學家。
2011-現(xiàn)在， 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院，研究員。
2012，入選中科院百人計劃。
研究工作
主要從事新材料的理論研究與制備和應用技術開發(fā)。在Al-Si合金法提純硅料的理論研究中，提出了表觀偏析系數(shù)的概念和計算方法并用于提純動力學的研究，證明了動力學因素是控制提純效率的一個關鍵參數(shù)，在該理論的指導下，通過研究提純時的溫度場，熔體流場，電磁場以及雜質(zhì)元素的耦合交互作用，進一步發(fā)現(xiàn)了幾種新的提純機制，關鍵雜質(zhì)元素B和P的提純效率得到大幅度提高，均刷新了行業(yè)的記錄并突破了Al-Si-X三元體系熱力學提純效率理論極限，為太陽級硅料生產(chǎn)核心技術的突破打下了堅實基礎。在加拿大6N Silicon Inc.工作時發(fā)明了Al-Si合金法提純硅料時初晶硅高效分離及副產(chǎn)品綜合利用技術，使生產(chǎn)成本大幅度降低，在世界上首次實現(xiàn)Al-Si合金法提純硅料技術的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，該技術在加拿大獲得多個獎項和北美主流媒體的廣泛關注和報導。開發(fā)的熱處理技術能夠減小Al-Mg合金的時效軟化效應，在生產(chǎn)中每年能夠節(jié)省大量的鋁合金；開發(fā)的磁性形狀記憶合金在美國海軍的某型號戰(zhàn)術巡航導彈飛行姿態(tài)控制裝置和加拿大海軍海底潮流能量捕獲裝置上試用。
參考資料：
長城開發(fā)分析測試中心.ICP-OES測試原理及應用
黃超.ICP-OES測定乳游有孔蟲的Mg/Ca比值及其在SST分析中的應用
中科院合肥物質(zhì)科學研究院人事教育處
