微波等离子体原子发射光谱分析（Microwave Plasma Atomic Emission Spectrometry, 简称MP-AES）是近年来发展起来的一种新型元素分析技术，为化学检验员提供了一种安全、经济、高效的替代传统火焰或ICP光谱的分析手段。它结合了原子发射光谱的多元素检测能力与微波激发等离子体的独特优势，特别适用于实验室在氩气或电力资源有限条件下的常规元素分析。

一、基本原理

MP-AES利用微波能量激发氮气或氩气形成高温等离子体作为激发源。微波发生器（通常频率为2.45 GHz）将能量通过谐振腔耦合到气体中，使气体电离并维持稳定的等离子体“火焰”。

当样品溶液经雾化后以气溶胶形式进入等离子体中心通道时，其中的元素在高温下（可达4000–6000 K）被原子化并激发。激发态的原子或离子在返回基态过程中发射出特征波长的光，通过分光系统分离并检测其强度，依据强度与浓度的线性关系进行定量分析。

二、仪器主要组成部分

微波发生器与等离子体源

产生2.45 GHz微波能量，通过谐振腔激发气体形成等离子体。

可使用氮气（来自空气压缩机）或氩气作为工作气体，氮气模式更经济环保。

进样系统

雾化器：将液体样品转化为细小气溶胶，常用同心或毛细雾化器。

雾室：去除大液滴，提高进样稳定性。

蠕动泵：控制样品引入速度。

等离子体炬管

由石英制成，设计为垂直或倾斜结构，便于样品导入和光路采集。

在氮气模式下，等离子体呈明亮的蓝色火焰；氩气模式下为淡紫色。

光学系统

采用中阶梯光栅（Echelle grating） 实现高分辨率全谱覆盖。

可同时采集宽波长范围内的发射光谱。

检测系统

使用固态检测器（如CCD或CMOS），可同时检测多元素特征谱线，实现快速全谱分析。

数据处理系统

计算机控制仪器运行，自动完成谱线识别、背景校正、干扰扣除和浓度计算。

三、分析流程

样品前处理

固体样品需经酸消解（如硝酸、盐酸）转化为澄清溶液。

液体样品（如水样）可过滤、稀释后直接测定。

所有样品应避免悬浮物堵塞雾化器。

仪器启动与稳定

开启冷却水、气体（氮气或氩气）、电源。

点燃等离子体，预热10–15分钟至信号稳定。

优化观测高度、微波功率、载气流速等参数。

校准曲线建立

配制含待测元素的标准溶液系列。

测定各标准溶液的发射强度，绘制浓度–强度曲线。

可采用内标法提高准确性。

样品测定

依次测定空白、质控样、标准物质和待测样品。

每个样品重复2–3次，取平均值。

仪器自动输出结果。

清洗与关机

测定后用稀酸和纯水冲洗进样系统。

关闭等离子体、气体和电源。

四、主要特点

无需高压气瓶，运行成本低：

可使用压缩空气或氮气发生器供气，显著降低氩气消耗（相比ICP-AES节省90%以上）。

安全性高：

等离子体温度低于ICP，无需高频射频发生器，电磁干扰小。

氮气为惰性气体，来源广泛，操作更安全。

多元素同时分析：

可一次测定碱金属、碱土金属及多种过渡金属（如Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn等）。

对部分非金属（如P、S）也有较好响应。

灵敏度适中：

检测限一般在ppb（μg/L）到ppm（mg/L）级别，满足大多数常规分析需求。

对易激发元素（如碱金属）灵敏度高。

操作简便，维护少：

仪器结构相对简单，适合非专业人员操作。

炬管和雾化器易于清洁，维护周期长。

五、应用领域

水质分析：饮用水、地表水中Ca、Mg（硬度）、Na、K、Fe、Mn等元素测定。

农业与食品：土壤养分、肥料、农产品中营养元素分析。

教育与科研：高校教学实验、基础研究中的元素检测。

现场或移动实验室：适用于电力和气体供应受限的环境。

六、与ICP-AES的比较

七、注意事项

气体纯度：使用氮气时，需确保压缩空气或氮气发生器输出气体干燥、无油、无尘。

样品基体：高盐或高有机物样品可能影响等离子体稳定性，需适当稀释。

灵敏度限制：对难激发或难挥发元素（如稀土、W、Mo等）灵敏度较低，不推荐使用。

定期维护：清洁雾化器、炬管，检查微波腔体是否积尘。

总结

微波等离子体原子发射光谱分析（MP-AES）是一种兼具经济性、安全性和实用性的现代元素分析技术，特别适合化学检验员在常规检测、教学实验或资源受限条件下开展多元素分析工作。虽然其灵敏度和适用元素范围略逊于ICP-AES，但其低运行成本、操作简便和环境友好等优势使其成为传统火焰AAS和ICP-AES之间理想的补充或替代方案。

化学检验员应根据实际检测需求合理选择仪器，掌握样品处理、参数优化和质量控制方法，充分发挥MP-AES的技术优势，提升实验室的综合检测能力。