现代仪器分析第四章原子发射光谱PPT课件

.,1,第四章原子发射光谱法,4.1原子能级与原子光谱4.2原子发射光谱仪4.3定性定量分析4.4应用,.,2,4.1原子能级与原子光谱,4.1.1引言原子光谱是原子的外层电子在原子能级内跃迁产生的线状光谱反映了原子和离子的性质。原子光谱包括原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱。原子光谱常用来确定物质中元素的组成及含量，但不能给出分子的信息。,.,3,4.1.2原子核外电子的描述与原子能级,1.四个量子数：n,l,m,ms主量子数n:决定电子的主要能量En；角量子数l:决定电子绕核运动的角动量；磁量子数m:决定角动量沿外磁场方向的分量；自旋量子数ms:决定自旋角动量沿外磁场方向的分量。,.,4,2.原子能级与符号,原子能级通常用能级项来表示：,L,n,M,J,总内量子数J取|L+S|,|L+S-1|,|L-S|,谱线多重性：M=2S+1S为总自旋量子数,L为总角量子数,主量子数,.,5,球形静电场,非球形静电场,自旋轨道偶合,外磁场,n,n,l,n,l,J,n,l,J,mj,*mj取J,J-1,-J,.,6,4.1.3原子的激发与跃迁,原子的激发：热激发：火焰，电弧，电火花，热辐射；光激发：核辐射非弹性碰撞（粒子）：高能粒子碰撞高频感应等离子体：分子、原子、离子和自由电子复合体,.,7,跃迁与跃迁定则：,原子在辐射场作用下发生的跃迁有：受激吸收跃迁:受激发射跃迁:自发发射跃迁:,hn,hn,hn,hn,hn,.,8,选择定则,n可以任意改变（或不改变）；DL=1;DS=0;DJ=0,1，但J=0-J=0禁止；DMJ=0,1,当DJ=0时，MJ从0-0禁止。（塞曼效应，偏振光）,.,9,钠原子基态(3S):n=3,L=0,S=,M=2S+1=2,J=,钠原子第一激发态(3P):n=3,L=1,S=,M=2S+1=2,J=,3/2,钠双线：Na(3S-3P3/2)588.996nm,.(3S-3P)589.593nm。共振线：激发态-基态的跃迁。,3S。,3P,3P2/3。,.,10,.,11,共振线,.,12,.,13,4.1.4玻尔兹曼分布与谱线的强度：,当原子是处于热力学平衡状态下,分配在各激发态Nj和基态的原子数目N0应遵守玻兹曼分布定律，即：Nj/No=gj/go*exp-(Ej-Eo)/kT其中：gj,go为激发态和基态的分配数，k为玻兹曼系数，T为绝对温度，E为能级。谱线强度Iij=AijNjhnAij为爱因斯坦系数，Nj为激发态原子数目。,.,14,.,15,Iij与以下几个因数有关：,1.激发态的能级Ej：Ej减小，Iij增加；2.激发温度T：T升高，Iij增加。3.原子总数N：N增加，Iij增加。罗马金公式：I=aC其中：a与样品的激发、蒸发及成分有关；b与谱线的自吸收有关的参数，C小时，b=1;C大时，b=0（自吸收）。,b,.,16,.,17,4.2原子发射光谱仪,基本类型：照相式摄谱仪，光电直读光谱仪及ICP-原子发射光谱仪。基本结构：,光源,单色器,检测器,记录仪,.,18,4.2.1光源（激发源）,作用：原子化，原子激发要求：灵敏度高，稳定性好，背景小。种类：火焰，电弧，电火花，ICP,激光。蒸发顺序：金属氧化物硫化物氯化物硫酸盐,.,19,.,20,下电极,上电极,.,21,.,22,.,23,.,24,.,25,.,26,.,27,ICP的特点,1原子化充分，能有效消除化学干扰；2线形范围46个数量级；3信噪比高，检出限低；4稳定性好；5电离干扰小，无冷自吸；6雾化效率低。,.,28,进样方式,固体：金属，粉末。液体：干渣法。气体：辉光放电。,.,29,4.2.2检测与记录,1照相法,A,B,C,D,lgH,S,曝光不足,正常曝光,曝光过量,g,S=-lgT=glgH-i,g反衬度S黑度,.,30,.,31,2光电检测法,罗马金关系式：lgV=blgC+A,特点：1.准确度高，速度快，操作简便；2.线形范围广；3.多通道接收，多元素同时测定；4.适合较宽的波长范围。,.,32,.,33,3.ICP-OES,.,34,.,35,.,36,.,37,4.3定性与定量分析,4.3.1定性分析灵敏线，共振线，最后线，分析线标准铁光谱，比长仪简项分析与全分析,.,38,4.3.2定量分析,1内标法：补偿I随实验条件波动引起的变化，求样品分析线和内标比较线的强度比（R）与元素含量的关系。,logR=blogC+a,.,39,2.内标线选择原则,(1)内标含量适当，固定；(2)内标元素与被测元素具有相似的蒸发性质，激发电位相似；(3)分析线、内标线自吸小，不受其它谱线干扰；(4)分析线、内标线波长相近，强度、宽度相近。,.,40,3.定量方法：,（1）校正曲线法：DS=glgR=gblgC+a（2）标准加入法：,.,41,ICP/AES,AtomicAbsorptionFurnace,Plasma/MS(ICP/MSMIP/MS),pptppbppm,Through-put(Elements/min),0.010.1110100,SingleElementMultiElementAnalysisAnalysis,AtomicAbsorptionFlame,P-5000,P-4010,Z-5010series,P-6000,AtomicAbsorptionFurnace&Flame,ICP-AES,ICP-MS,MIP-MS,LineUpforElementalAnalysis,Sensitivity,IontraptypeICP-MS,Hi-PowerMIP-MS,.,42,StructureofP-5000ICP-MS,Detector,Iontrap,Ionguide,Samplingcone,Skimmercone,Torch,Chamber,Nebulizer,Rotarypumps,Turbomolecularpumps,Peristalticpump,ICP/AES,AtomicAbsorptionFurnace,Plasma/MS(ICP/MSMIP/MS),pptppbppm,Through-put(Elements/min),0.010.1110100,SingleElementMultiElementAnalysisAnalysis,AtomicAbsorptionFlame,P-5000,P-4010,Z-50