本文由催化計聯合納米人原創發布
常年駐扎納米人的科研交流群，關于材料解析方面的提問也是經多見廣。對于各類關于材料解析方面的提問，一部分熱心的群友喜歡用參考文獻來解釋。雖然廣泛的閱讀文獻能夠讓我們在短時間內掌握材料的解析技巧，但是如果參考文獻中出現了基本的錯誤，就會造成一些啼笑皆非的解釋。
比如：
TiO2真的有熒光嗎？熒光的強弱和光催化活性之間究竟有關系嗎？
EDS能夠準確計算元素的濃度嗎？
XRD中的peak shift真的是由于晶格參數的變化引起的嗎？
EDS mapping中的顏色可信嗎？
球差和同步輻射才是決定好文章的標準嗎？
觀察材料表面的形態，15KV的加速電壓合適嗎？
筆者傾向于用《天龍八部》中的小無相功來比喻這種學習方法。雖然短期內，在表面上很有成效，能夠對應一些相關問題，但是基礎知識還是不夠牢固的。純粹的少林絕技還是得從純粹的書籍中獲取。更好的從本質上了解解析儀器，才能讓各位正確的去解析材料，客觀的從數據中讀取信息。歡迎來到格物專欄第二期。
PS：本專欄并非教科書，難免會有用詞不當、詞不達意以及各種錯誤，敬請各位讀者帶著批判與質疑的態度去閱讀，并不吝指教，共同學習共同進步。
格物專欄丨第二期
作者丨Ceria
校審丨南方
絢爛的煙花點亮了黑色的夜空，赤橙黃綠青藍紫的視覺盛宴沖擊著我們的感官。在中學的階段，我們曾經學過“焰色反應”，不同的元素在酒精燈中燃燒會發出不同顏色的光，煙花中的色彩就與炎色反應相關。
在第一期的格物中，我們介紹通過原子吸光光度計來進行元素的定性與定量。同樣，利用原子的發光現象（炎色反應）也可以進行元素的定性與定量。當然普通的酒精燈是不能夠高效的激發原子，更不能提供良好的原子濃度與發光強度的線性關系。
19世紀，本生燈(Bunsen burner)的發明加速了原子發光分光技術的發展。圖1中所示的炎色反應分光裝置應該是原子發光分光裝置的最初案例了吧?
圖1.Bunsen-Kirchhof 炎色反應分光裝置
A:本生燈；B:樣品針；C：棱鏡；D：顯微鏡；E：精密回轉臺
借助該裝置發現了當時尚未明確的Cs和Rb元素。對于元素的定性而言只需要確認發光的波長，但是用于定量則需要提供良好的原子濃度與發光強度的線性關系，這就需要高效的激發原子方式了。
現有的能夠高效激發原子的方式有很多，比如利用Glow Discharge，laser Induced Breakdown，以及Inductively Coupled Plasma等都是可以高效激發原子的方式；相對應的元素分析法分別為GD-OES(Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy)，LIBS（laser Induced Breakdown Spectroscopy）和 ICP-OES（Inductively coupled plasma -optical emission spectrometry）等。
本期，將介紹以InductivelyCoupled Plasma（ICP）激發原子發光的元素定性定量分析法，等離子化部的詳細介紹如視頻所示（轉自Youtube）。
其根據等離子化后檢測物質（光or離子）的不同，可以分為ICP- OES（圖2）（ICP+分光器+光學檢出器；也可稱為ICP-AES，由于俄歇電子能譜的縮寫為AES，所以ICP-AES的叫法在逐漸的淡化）和ICP-MS（ICP+質譜）（圖3）。相對于格物第一期中所講的原子吸光光度計對于單一已知元素的定量而言，ICP具有同時定性70種以上元素的便捷性。像元素周期表（圖4）中白色區域的元素都能夠準確的測量。
圖2. ICP-OES的構造圖
圖3. ICP-MS的構造圖
圖4. ICP-OES可以定性定量的元素種類（元素周期表中的白色部分）
另外，ICP-OES與ICP-MS的優劣如表1所示。對于要對固體材料中的主要元素定量而言，ICP-OES足以滿足使用條件。雖然，ICP-MS用于ppt級別元素的定量，但是在樣品稀釋過程中的誤差也會造成測試不準確。對于如何把固體樣品溶解在溶解在溶液中，那就是下一期的故事了。
表1. ICP-OES和ICP-MS的優劣以及共通點
在ICP-OES中，由于在等離子化部的發光是所有被激發元素的混合光，對于混合光的分光和對應波長的光強度的獲得工程師們也沒少費工夫。早期的ICP-OES，其檢出器和UV-Vis分光光度計相同，通過逐步的走查波長和在相應的波長位置放置光電子倍增管（圖5a）的方式來獲得元素發光的信息。
近年，由于半導體檢出器（CCD） 的快速檢出能力，成為了ICP-OES的主流。半導體檢測器（CCD）（圖5b）可以實時地將分離的光束圖案檢測為二維圖像，并且可以同時讀取多個波長的光譜。當將光施加至半導體器件時，短波長的光被p型層吸收，從而在其中產生空穴和電子，并且所產生的電子移動至n型層。長波長的光被n型層吸收，產生空穴和電子，這些空穴和電子遷移到p型層。p型層帶正電，n型層帶負電。通過讀取該電荷，可以檢測到光的強度。
圖5. 光電子倍增管（a），和半導體檢出器（CCD）（b）
本期結束。劃重點：
1.本期的重點不是ICP，而是高效激發原子的方式，ICP只是其中的一種形式，重點是很多裝置中共通的分光和對應光強度的測得。
2.聯系中學知識，元素的吸光發光是炎色反應的拓展，元素定性定量是工程師們對于焰色反應的應用。
3.光電子倍增管，半導體檢出器（CCD）是光信號轉化為電信號的轉換器。
4.基于元素的發光吸光來定量的分析手法，是元素有無和含量的指紋信息。
格物專欄下一期，我們會介紹溶解固體樣品的方法，敬請期待~
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