光谱定性定量分析

1、1-3 光谱定性、定量分析光谱定性、定量分析 一、 光谱定性分析定性依据：定性依据：元素不同元素不同电子结构不同电子结构不同光谱不同光谱不同特征光谱特征光谱元素的原子结构不同时，产生不同的光谱，也就是说，通过元素的原子结构不同时，产生不同的光谱，也就是说，通过谱线存在否，确某元素可否存在。谱线存在否，确某元素可否存在。1.1.元素的分析线、最后线、灵敏线元素的分析线、最后线、灵敏线分析线分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几条特征谱线检验，称其为分析线；最后线最后线：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的谱线；灵敏线灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素都有一条或几条谱线最强

2、的线，即灵敏线。最后线也是最灵敏线；共振线共振线：由第一激发态回到基态所产生的谱线；通常也是最灵敏线、最后线； 2. 2. 定性方法定性方法1、标准试样光谱比较法、标准试样光谱比较法 用标准样品摄像谱图与样品谱图比较，哪元素谱线出现，这种元素就存在。用标准样品摄像谱图与样品谱图比较，哪元素谱线出现，这种元素就存在。2、铁谱比较法、铁谱比较法 将标准铁谱与样品谱图逐一对照，哪种元素谱线位置出现可见到谱线，将标准铁谱与样品谱图逐一对照，哪种元素谱线位置出现可见到谱线，该元素就存在。该元素就存在。 为什么选铁谱？为什么选铁谱？（1 1）谱线多：在）谱线多：在210210660660nmnm范围内有数

3、千条谱线；范围内有数千条谱线；（2 2）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广；）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广；（3 3）定位准确：已准确测量了铁谱每一条谱线的波长。）定位准确：已准确测量了铁谱每一条谱线的波长。 标准谱图标准谱图：将其他元素的分析线标记在铁谱上，铁谱起到标尺的作用。 谱线检查谱线检查：将试样与纯铁在完全相同条件下摄谱，将两谱片在映谱器(放大器)上对齐、放大20倍，检查待测元素的分析线是否存在，并与标准谱图对比确定。可同时进行多元素测定。 3. 3. 定性分析实验操作技术定性分析实验操作技术(1) 试样处理试样处理 a. 金属或合金可以试样本身作为电极，当试样量很少时

4、，将试样粉碎后放在电极的试样槽内； b. 固体试样研磨成均匀的粉末后放在电极的试样槽内； c. 糊状试样先蒸干，残渣研磨成均匀的粉末后放在电极的试样槽内。液体试样可采用ICP-AES直接进行分析。(2) 实验条件选择实验条件选择 a. a. 光光谱仪谱仪 在定性分析中通常选择灵敏度高的直流电弧；狭缝宽度57m；分析稀土元素时，由于其谱线复杂，要选择色散率较高的大型摄谱仪。 b. 电极电极电极材料：采用光谱纯的碳或石墨，特殊情况采用铜电极；电极尺寸：直径约6mm，长34 mm；试样槽尺寸：直径约34 mm， 深36 mm； 试样量：10 20mg ； 放电时，碳+氮产生氰 (CN)，氰分子在35

5、8.4 421.6 nm产生带状光谱，干扰其他元素出现在该区域的光谱线，需要该区域时，可采用铜电极，但灵敏度低。 （3）摄谱过程）摄谱过程 摄谱顺序摄谱顺序：碳电极(空白)、铁谱、试样； 分段暴光法分段暴光法：先在小电流(5A)激发光源摄取易挥发元素光谱调节光阑，改变暴光位置后，加大电流(10A)，再次暴光摄取难挥发元素光谱； 采用哈特曼光阑，可多次暴光而不影响谱线相对位置，便于对比。二、二、 光谱定量分析光谱定量分析1. 1. 光谱半定量分析光谱半定量分析谱线黑度比较法 将试样与已知不同含量的标准样品在一定条件下摄谱于同一光谱感光极上，用目视法直接比较被测试样与标样分析线黑度。显线法 元素含

6、量低时，仅出现少数灵敏线，随元素含量增加，谱线随之出现。可编成一张谱线出现与含量关系表，依此估计试样中该元素的大致含量。 应用应用：用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批量试样的快速测定。 例如例如, ,铅的光谱铅的光谱 PbPb % % 谱线特征谱线特征 0.001 2833.069 0.001 2833.069 清晰可见清晰可见 2614.178 2614.178和和2802.002802.00弱弱 0.003 2833.069 0.003 2833.069 清晰可见清晰可见 2614.178 2614.178增强增强2802.002802.00变清晰变清晰0.01 0.01 上述谱线

7、增强上述谱线增强,2663.17,2663.17和和2873.322873.32出现出现0.03 0.03 上述谱线都增强上述谱线都增强0.10 0.10 上述谱线更增强上述谱线更增强, ,没有出现新谱线没有出现新谱线 0.30 2393.8, 2577.26 0.30 2393.8, 2577.26 出现出现 2. 光谱定量分析光谱定量分析(1) 发射光谱定量分析的基本关系式发射光谱定量分析的基本关系式 在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为： I = a c a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱中存在着自吸现象，需要引入自吸常数 b ，则：acbIcaIblglgl

8、g 发射光谱分析的基本关系式，称为塞伯-罗马金公式（经验式）。自吸常数 b 随浓度c增加而减小，当浓度很小，自吸消失时，b=1。 (2) (2) 内标法基本关系式内标法基本关系式 影响谱线强度因素较多，直接测定谱线绝对强度计算难以获得准确结果，实际工作多采用内标法（相对强度法）。 在被测元素的光谱中选择一条作为分析线(强度I)，再选择内标物的一条谱线(强度I0)，组成分析线对。则： 0000bbcaIcaI 相对强度R： AcbRcAcacaIIRbbblglglg0000 A为其他三项合并后的常数项，内标法定量的基本关系式。内标元素与分析线对的选择内标元素与分析线对的选择：a. 内标元素可以

9、选择基体元素，或另外加入，含量固定；b. 内标元素与待测元素具有相近的蒸发特性；c. 分析线对应匹配，同为原子线或离子线，且激发电位相近(谱线靠近)，“匀称线对”； d. 强度相差不大，无相邻谱线干扰，无自吸或自吸小。 (3) (3) 定量分析方法定量分析方法 a. 内标标准曲线法内标标准曲线法 由 lgR = blgc +lgA 以lgR 对应lgc 作图，绘制标准曲线，在相同条件下，测定试样中待测元素的lgR，在标准曲线上求得未知试样lgc； b. 摄谱法中的标准曲线法摄谱法中的标准曲线法 S = lgR = blgc + lgA 在完全相同的条件下，将标准样品与试样在同一感光板上摄谱，由

10、标准试样分析线对的黑度差(S )对lgc作标准曲线(三个点以上，每个点取三次平均值)，再由试样分析线对的黑度差,在标准曲线上求得未知试样lgc 。该法即三标准试样法。 c.c.标准加入法标准加入法 无合适内标物时，采用该法。取若干份体积相同的试液（cX），依次按比例加入不同量的待测物的标准溶液（cO），浓度依次为： cX ， cX +cO ， cX +2cO ， cX +3cO ， cX +4 cO 在相同条件下测定：RX，R1，R2，R3，R4。 以R对浓度c做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度。 R=Acbb=1时，R=A(cx+ci )R=0时， cx = ci 三、原子发射光谱分析法

11、的应用 原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面（定性分析）具有较大的优越性，不需分离、多元素同时测定、灵敏、快捷，可鉴定周期表中约70多种元素，长期在钢铁工业（炉前快速分析）、地矿等方面发挥重要作用； 在定量分析方面，原子吸收分析有着优越性； 80年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。应用范围广可测定的元素多达可测定的元素多达7070多种多种本 章 小 结v原子光谱的产生：第一共振线、自吸、自蚀、影响谱线的强度的因素v仪器：光源的作用、 ICP光源v分析方法： 定性分析分析线、最后线 半定量分析 定量分析方法工作曲线法、标准加入法v内标法v作业：作业：P39 4，11，12课堂练习 采用原子发射光谱法测定铜合金中的Pb含量，基体元素铜被选为内标元