环境监测-原子发射光谱法

1、Environmental MonitoringAtomic Emission SpectrometryEnvironmental Engineering Specialty，class 1，Chen Tianqi原子发射光谱法（AES）根据原子（或离子）在一定条件下受激后所发射的特征光谱来研究物质化学组成及含量的方法，称为原子发生光谱法原子发生光谱法（Atomic Emission Spectrometry）或原子发射分析法。物质是由各种元素的原子组成的，原子有结构紧密的原子核，核外围绕着不断运动的电子，电子处在一定的能级上，具有一定的能量。从整个原子来看，在一定的运动状态下，它也是处在一定

2、的能级上，具有一定的能量。在一般情况下，大多数原子处在最低的能级状态，即基态基态。基态原子在激激发光源发光源（即外界能量）的作用下，获得足够的能量，外层电子跃迁跃迁到较高能级状态的激发态，这个过程叫激发。处在激发态的原子是很不稳定的不稳定的，在极短的时间内（10s）外层电子便跃迁回基态或其它较低的能态而释放出多余的能量。释放能量的方式可以是通过与其它粒子的碰撞，进行能量的传递，这是无辐射跃迁，也可以以一定波长的电磁波形式辐射出去，其释放的能量及辐射线的波长（频率）要符合波尔的能量定律波尔的能量定律。分析过程分析过程: :原子发射光谱分析的过程，一般有光谱的获得和光谱的分析两大过程。具体可分为：

3、1. 试样的处理试样的处理要根据进样方式的不同进行处理：做成粉末或溶液等，有些时候还要进行必要的分离或富集；2. 样品的激发样品的激发在激发源上进行，激发源把样品蒸发、分解原子化和激发；3. 光谱的获得和记录光谱的获得和记录从光谱仪中获得光谱并进行记录；4. 光谱的检测光谱的检测用检测仪器进行光谱的定性、半定量、定量分析。主要优点主要优点1. 1. 多元素同时检出能力强多元素同时检出能力强 可同时检测一个样品中的多种元素。一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，可以进行分别检测而同时测定多种元素。2. 2. 分析速度快分析速度快 试样多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样

4、均可直接分析，同时还可多元素同时测定，若用光电直读光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。3. 3. 选择性好选择性好 由于光谱的特征性强，由于光谱的特征性强，所以对于一些化学性质极相似的元素的分析具有特别重要的意义。如铌和钽、锆和铪，十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对AES来说则是毫无困难之举。4. 4. 检出限低检出限低 一般可达0.11µgg，绝对值可达1010。用电感耦合等离子体（ICP）新光源，检出限可低至 ngmL数量级。缺点缺点1. 1. 在经典分析中，影响谱线强度的因在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显素较多，

5、尤其是试样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高。著，所以对标准参比的组分要求较高。2. 2. 含量（浓度）较大时，准确度较差。含量（浓度）较大时，准确度较差。3. 3. 只能用于元素分析，不能进行结构、只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定。形态的测定。4. 4. 大多数非金属元素难以得到灵敏的大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线光谱线。5. 5. 用用ICPICP光源时，准确度高光源时，准确度高 标准曲线的线性范围宽，可达46个数量级。可同时测定高、中、低含量的不同元素。因此ICPAES已广泛应用于各个领域之中。6. 6. 样品消耗少样品消耗少 适于整批样品的多组分测定，尤其

6、是定性分析更显示出独特的优势。AES摄谱分析法光电直读法火焰光度法原子荧光分析法名词解释激发电位（激发能）激发电位（激发能）: :原子中某一外层电子由基态激发到高能态所需要的能量，称该高能态的激发电位，以电子伏特（eV）表示；电离电位（电离能）电离电位（电离能）: :把原子中外层电子电离所需要的能量，称为电离电位，以eV表示；共振线共振线: :原子中外层电子从基态被激发到激发态后，由该激发态跃迁回基态所发射出来的辐射线，称为共振线。而由最低激发态（第一激发态）跃迁回基态所发射的辐射线，称为第一共振线，通常把第一共振线称为共振线。共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，一般是该元素最强的谱线

7、；原子线原子线: :由原子外层电子被激发到高能态后跃迁回基态或较低能态，所发射的谱线称为原子线，在谱线表图中用罗马字“”表示；离子线离子线: :原子在激发源中得到足够能量时，会发生电离。原子电离失去一个电子称为一次电离，一次电离的离子再失去一个电子称为二次电离，依此类推。离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱，这种谱线称为离子线。一次电离的离子发出的谱线，称为一级离子线，用罗马字“”表示。二次电离的离子发出的谱线，称为二级离子线，用罗马字“”表示。等离子体：等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等粒子的整体电中性集合体。等离子体内温度和原子浓度的分布不均匀，中间的温度、激发态原子浓

8、度高，边缘反之。自吸：自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低的现象。自蚀：自蚀：元素浓度低时，不出现自吸。随浓度增加，自吸越严重，当达到一定值时，谱线中心完全吸收，如同出现两条线。原子发射光谱仪基本部件基本部件一、激发光源一、激发光源1 1、激发光源的作用、激发光源的作用作为光谱分析的光源对试样都具有两个作用：*把试样中的组分蒸发、解离为气态原子。*使气态原子激发（即光源的主要作用是对试样的蒸发、解离和激发提供所需的能量）。2 2、激发光源的要求、激发光源的要求激发能力强、灵敏度高、稳定性好、结构简单、操作方便、使用安全3 3、常用的光源、常用的光源：直流电弧、低压交流电弧、高压火花和电感耦合等离子体（ICP）等。4 4、光源的选择：、光源的选择：（1）元素的性质元素的挥发性，以及它们的电离电位直接影响该元素的蒸发和激发。（2）元素的含量对低含量元素，需要较高的绝对灵敏度，它不仅与激发温度有关，而且与蒸发温度有关。（3）试样的性质（4）分析任务5 5、样品导入光源的方法：、样品导入光源的方法：固体自电极法、粉末法、溶液法、气态法二、色散仪二、色散仪作用：将光源发射的不同波长的光色散成为光谱或单色光。分类：按色散器件的不同可分为棱镜色散仪和光栅色散仪。构造：照明系统、准光系统、色散系统。三、检测器三、检测器在原子发射光谱法中，常用的检测方法有：目视法、摄