原子发射光谱法.ppt

组长 张传达组员 邵祖超卢建诚刘楠戴铮阿永嘎刘世杰 概述理论基础激发光源光谱仪应用 气态原子吸收能量 核外电子从基态跃迁到激发态 由于电子处于能量较高的激发态 原子不稳定 经过10 8s的时间 电子就会从高能量状态返回低能量状态 下降的这部分能量以电磁辐射既光的形式释放出来 产生一定波长的光谱 依据所发射的特征光谱的波长和强度可以进行元素的定性与定量分析 简述 根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法 原子发射光谱分析过程 原子发射光谱分析经历的过程蒸发 原子化 激发 定性分析 由于待测原子的结构不同 因此发射谱线特征不同定量分析 由于待测原子的浓度不同 因此发射强度不同 hv E1 E0 原子结构及原子光谱的产生原子的激发和电离谱线强度 原子结构原子光谱的产生 原子结构及原子光谱的产生 1 原子结构 原子由原子核和核外电子组成电子具有一定能量且按能量高低分布电子能量高低与其在核外运动状态有关 原子结构及原子光谱的产生 1 原子结构 用量子理论描述每个电子的运动状态 1 主量子数nn 1 2 3 4 电子层 2 角量子数ll 0 1 n 1电子云形状 3 磁量子数mm 0 1 2 l电子云空间伸展方向有2l 1个值 4 自旋量子数ss 1 2 5 自旋磁量子数ms 1 2电子自旋 原子结构及原子光谱的产生 2 光谱项 n2S 1LJ n 主量子数L 总角量子数S 总自旋量子数J 总内量子数 表示原子所处的能级 光谱项的多重性 光谱支项 n 主量子数 n 1 2 3 L 总角量子数 0 1 2 3 S P D F S 总自旋量子数J 总内量子数 J L S L S L S 1 L S L S 2S 1个值 L S 2L 1个值 如 钠原子的光谱支项符号32S1 2表示钠原子的电子处于的能级状态 基态能级 n 3 2S 1 2 S 1 2 L 0 J L S 1 2 n2S 1LJ 并不是原子内所有能级之间的跃迁都是可以发生的 实际发生的跃迁是有限制的 服从光谱选择定则 这些选择定则是 1 在跃迁时主量子数n的改变不受限制 2 L 1 即跃迁只允许在S与P之间 P与S或D之间 D与P或F之间产生 等等 3 S 0 即单重态只能跃迁到单重态 三重态只能跃迁到三重态等等 4 J 0 1 但当J 0时 J 0的跃迁是禁戒的 例如钠原子基态的电子组态是3s相应的原子态是32S1 2第一激发态电子组态是3p相应的原子态是32P1 2与32P3 2电子在这两能级之间跃迁产生所熟知的钠双线 Na588 996nm32S1 2 32P3 2Na589 593nm32S1 2 32P1 2 32P1 232P3 2 32S1 2 31S0 33P2 33P1 33P0 不同元素的原子因能级结构不同 因此跃迁所产生的谱线具有不同的波长特征 根据谱线特征可以进行发射光谱定性分析 31P1 几种光谱线 共振线 电子由激发态直接返回到基态时所辐射的谱线 第一共振线 由第一激发态回到基态时所辐射的谱线 主共振线 最灵敏线 最后线 持久线 原子浓度降低以至于趋近于零时 所能观察到的最后消失的谱线 分析线 用来判断某种元素是否存在及其含量的线 进行分析时所使用的谱线称为分析线 如果只见到某元素的一条谱线 不可断定该元素确实存在于试样中 因为有可能是其它元素谱线的干扰 检出某元素是否存在必须有两条以上不受干扰的最后线与灵敏线 灵敏线是元素激发电位低 强度较大的谱线 多是共振线 最后线是指当样品中某元素的含量逐渐减少时 最后仍能观察到的几条谱线 谱线强度 I ACB 影响谱线强度的因素 激发电位 跃迁几率 统计权重 光源温度 原子密度 其他因素 赛伯 罗马金公式 仪器 光源 单色器 检测器 熔融 蒸发 离解 激发 分光 检测 激发光源 光源 光源选择 激发光源的作用及理想光源 激发光源的作用及理想光源 理想光源的条件 高灵敏度和低检出限 光源在工作过程中比较稳定 无背景或背景较小 足够亮度 缩短测定时间 消耗试样少 结构简单 操作方便 使用安全 电弧火花激光等离子体光源 直流电弧交流电弧 DC电弧的一般特点 分为电弧温度和电极温度阴极层效应稳定性 直流电弧 DC 结构 直流电弧结构 电弧温度 电极温度 阴极区高 阳极区次之 中间低 4000 7000K 阳极3800K 阳极斑 阴极3000K 适于难熔物质中痕量易激发元素的定性和半定量分析 直流电弧 DC 特点 阴极斑温度高 蒸发快 进入弧中物质多 有较好检出性能 有利于难熔物质分析 弧焰温度低 激发能力一般 适于易激发的元素 DC电弧设备简单 操作安全 光谱中除石墨电极的CN带外 背景较少 稳定性差 再现性及精密度较差 光谱线易自吸和自蚀 不适于高定量分析 一般特点和应用 电极上无高温斑点 温度分布较均匀 满足一般定量要求 温度比DC略高 可测元素多 蒸发能力比DC低 检出性能稍差 交流电弧 特性 交流供电 间歇放电 高频引燃 脉冲电流 一般特性及应用 稳定性 再现性较好 准确度较高 可用于定量 温度高 激发 电离能力强 适于难激发元素 但电离度高 离子电子复合在UV产生背景自吸效应小 定量范围大 电极温度低 蒸发能力差 不适于微量分析 适于低熔点易挥发物质 总之 火花源适用于激发电位高 含量高 熔点低 易挥发样品的定量分析 一般特点及应用 光斑较小 可用于微区分析 几乎不破坏样品 利用Laser高蒸发和火花高激发 灵敏度高 检出限可达10 12g 样品无需预处理 几乎无基体效应 电感耦合等离子体 InductivelyCoupledPlasma ICP 等离子体 指具有一定电离度的气体 它是由电子 离子及中性粒子所组成的在总体上显中性的集合体 能够导电 冷却氩气 10 19L min 工作氩气点燃等离子体 0 1L min 氩气为载气将试样气溶胶引入等离子体中 0 5 3 5L min 焰心区 10000K 内焰区 6000 8000K 尾焰区 6000K 6800K 10000K 6000K 温度高 感应区10000K 通道6000 8000K 且有大量大能态Ar原子存在 故有很强的激发和电离能力 可激发难激发的元素 有离子线 灵敏度高 检出限低 相对检出限可达ppb级 微量及痕量分析应用范围宽 可达70多种 稳定性好 RSD在1 2 线性范围4 6个数量级 不用电极 无电极污染 背景发射和自吸效应小 抗干扰能力强 ICP应用较广 但需大量Ar 设备复杂 粉末进样不完善等因素限制了使用 LibertySeriesII 世界上最好的单道扫描式ICP AES Vista 世界上速度最快的全谱直读式ICP AES 常用的有棱镜 光栅两类 作用 将由激发光源发出的含有不同波长的复合光分解成按波长排列的单色光 原子发射光谱法在环境领域的应用电感耦合等离子体发射光谱法 ICP AES 在水环境分析中主要用于天然水体 饮用水 工业废水和城市废水中金属及非金属元素的测定 陈金忠等人采用ICP AES法测定自来水中痕量铜 汞和铅 通过加入调节液 加入有机添加剂等措施提高被测元素的谱线强度及增大光谱的信背比 优化试验条件下 铜 汞和铅的方法检出限 3s 依次为2 32 8 34 5 16 g L 1 为研究自来水中重金属污染提供了一定的理论及实验依据 1 徐红波等人应用电感耦合等离子体原子发射光谱法 ICP AES 同时测定废水中的Zn Cr Pb Cd Cu和As6种元素 对波长 入射功率 雾化压力 提升量等分析条件进行优化 样品中的干扰因子通过谱线的背景校正方法予以消除 测定各元素的线性关系良好 相关系数均在0 9994以上 各元素的检出限在0 0007 0 0085 g mL之间 样品分析结果的相对标准偏差均小于5 46 加标回收率在94 0 105 0 2 原子发射光谱法在冶炼过程的应用在钢铁冶炼 特别是特种钢的冶炼过程中 控制钢材中添加元素的含量 是控制钢材质量的一个重要方法 用火花原子发射光谱法可以很好地完成任务 曹吉祥等人用火花源原子发射光谱法测定铁素体不锈钢中低含量碳 采用试验优化的方法 并且为适应低含量碳的测定 制备了一套专用的光谱标样 汞制作工作曲线用 所得碳的测定值与用高频燃烧红外吸收法的测定结果相符 测定值的相对标准偏差 n 11 均小于8 3 陆军等人采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铸铁中镧和铈 样品用硝酸和高氯酸溶解 蒸发冒烟至近干 盐酸溶解后 在379 478nm或408 672nm波长下 用ICP AES测定镧 检出限为0 022 g mL或0 012 g mL 测定下限为0 22gg mL或0 12 g mL 在413 380nm波长下测定铈 检出限和测定下限分别为0 010 g mL和0 10 g mL 测定中的基体效应用基体匹配方法消除 共存元素的干扰应用仪器软件中谱线干扰校正程序克服 方法已成功地应用于球墨铸铁标准样品中镧和铈的测定 结果与认定值相吻合 原子发射光谱法在矿产开发中的应用矿物中各种元素的分析是原子发射光谱法应用中的一个主要领域 全世界每年分析的地球化学样品超过一千万件 靳芳等人采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定光卤石矿中钾 钠 钙 镁和硫酸根 选择波长为766 5 330 2 317 9 279 8 181 9nm5条谱线依次作为测定钾 钠 钙 镁和硫的分析线 钾 钠 钙 镁和硫的方法检出限 3s 依次为0 8 1 6 0 8 0 8 2 4mg L 1 应用此法测定了光卤石样品中5种元素的含量 回收率在97 2 102 1 之间 相对标准偏差 n 10 小于3 5 5 马生凤等人采用四酸溶样 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁 铜 锌 铅等硫化物矿石中22个元素 应用四酸 硝酸 盐酸 氢氟酸 高氯酸 混合溶矿 电感耦合等离子体原子发射光谱法 ICP AES 同时测定了铁矿石 铜矿石 铅矿石 锌矿石及多金属矿石样品中Al Fe Cu Pb Zn Ca Mg K Na Sb Mn Ti Li Be Cd Ag Co Ni Sr V Mo和S22个元素量 实验确定