原子发射光谱知识点小结

1、LOGO原子发射光谱小结原子发射光谱小结 Company L 当处于气态的基态原子获得能量后使外层电子激发至高当处于气态的基态原子获得能量后使外层电子激发至高能态（激发态），当它从激发态回到较低的能态或基态时，能态（激发态），当它从激发态回到较低的能态或基态时，若以光量子的形式放出能量，就得到原子发射光谱。因此发若以光量子的形式放出能量，就得到原子发射光谱。因此发射光谱分析包括的过程可分为：射光谱分析包括的过程可分为： 试样蒸发、激发产生辐射；试样蒸发、激发产生辐射； 激发光源激发光源 色散分光形成光谱；色散分光形成光谱； 分光系统分光系统 检测记录光谱；检测记录光谱； 检测器检测器 根据光谱

2、进行定性或定量分析。根据光谱进行定性或定量分析。Company L 发射光谱分析是光学分析方法最重要的内容之一。本章发射光谱分析是光学分析方法最重要的内容之一。本章所涉及的物质接受外界能量后所发射的辐射的波长及强度与所涉及的物质接受外界能量后所发射的辐射的波长及强度与物质的组成和含量的关系，以及本章重点讲授的光谱分析仪物质的组成和含量的关系，以及本章重点讲授的光谱分析仪器是所有光学分析方法的基础知识。总的来讲，学习光学分器是所有光学分析方法的基础知识。总的来讲，学习光学分析方法要掌握三个重要环节：析方法要掌握三个重要环节： 1. 基本原理；基本原理； 2. 仪器装置；仪器装置； 3. 分析方法

3、、应用及特点。分析方法、应用及特点。Company L1. 就发射光谱分析而言，就发射光谱分析而言，基本原理部分基本原理部分主要掌握谱线的波长与原主要掌握谱线的波长与原子结构的关系以及谱图比较法，这是定性分析的基础。谱线强度子结构的关系以及谱图比较法，这是定性分析的基础。谱线强度与待测组分浓度的关系，谱线强度的实际测量方法，影响谱线强与待测组分浓度的关系，谱线强度的实际测量方法，影响谱线强度的因素、内标法等，是光谱定量分析的基础。度的因素、内标法等，是光谱定量分析的基础。3. 定性、半定量和定量分析方法的原理定性、半定量和定量分析方法的原理，应用等也是一个重点。，应用等也是一个重点。2. 光谱

4、仪器部分主要是光谱仪器部分主要是棱镜与光栅的分光原理棱镜与光栅的分光原理，光谱仪的结构和光谱仪的结构和各部分的作用、主要性能各部分的作用、主要性能，如色散率、分辨率等。而光源是使试，如色散率、分辨率等。而光源是使试样蒸发和激发并产生光谱的重要仪器。因为蒸发、激发直接影响样蒸发和激发并产生光谱的重要仪器。因为蒸发、激发直接影响谱线强度，决定光谱法分析的灵敏度和稳定性，因此谱线强度，决定光谱法分析的灵敏度和稳定性，因此常用的几种常用的几种重要光源的性能、特点和应用范围重要光源的性能、特点和应用范围也是本章的重要内容。也是本章的重要内容。Company L 光源光源:提供使分析物质蒸发和激发发光所需

5、要的能量。一个好提供使分析物质蒸发和激发发光所需要的能量。一个好光源必须具有灵敏度高、稳定性好、样品的结构及组分的影响小、光源必须具有灵敏度高、稳定性好、样品的结构及组分的影响小、分析线性范围宽、应用广泛等优点。经典光源中：分析线性范围宽、应用广泛等优点。经典光源中：.激发光源激发光源3.3.高压火花高压火花：激发温度（弧焰温度）在：激发温度（弧焰温度）在 20,000-40,000 K，适用于，适用于难激发元素，离子线出现得也较多。放电稳定，再现性好，适用难激发元素，离子线出现得也较多。放电稳定，再现性好，适用于光谱定量分析。但由于电极温度较低，对难蒸发元素的灵敏度于光谱定量分析。但由于电极

6、温度较低，对难蒸发元素的灵敏度不高。是不高。是经典光源中经典光源中激发温度（弧焰温度）激发温度（弧焰温度）最高最高的；的；1.1.直流电弧直流电弧：激发温度：激发温度 4000-7000K，电极温度较高，阳极温度，电极温度较高，阳极温度可达可达3800K，试样易蒸发、灵敏度高，但稳定性差，适用于定性，试样易蒸发、灵敏度高，但稳定性差，适用于定性分析。是分析。是经典光源中经典光源中电极温度（蒸发温度）电极温度（蒸发温度）最高最高的；的；2.2.交流电弧交流电弧：电极温度比直流电弧低，但弧焰温度高，稳定性好，：电极温度比直流电弧低，但弧焰温度高，稳定性好，适于光谱定量分析适于光谱定量分析；Comp

7、any L 选择光源时首先要了解各种光源的特点，然后根据分析元素的选择光源时首先要了解各种光源的特点，然后根据分析元素的性质和含量、样品的性质和形状，分析目的和任务等综合考虑。性质和含量、样品的性质和形状，分析目的和任务等综合考虑。4.4.火焰火焰也是常用的激发光源，并已发展成为一门独立的分析技术，也是常用的激发光源，并已发展成为一门独立的分析技术，称火焰光度法。设备简单、方法快速稳定，适于直接分析溶液样称火焰光度法。设备简单、方法快速稳定，适于直接分析溶液样品。但由于火焰温度较低，主要用于测定碱金属等容易蒸发和激品。但由于火焰温度较低，主要用于测定碱金属等容易蒸发和激发的元素。是发的元素。是

8、经典光源中稳定性最好经典光源中稳定性最好的。的。5.5.电感耦合等离子体电感耦合等离子体（ICP）是溶液分析最有希望的光源。高频）是溶液分析最有希望的光源。高频感应焰炬比化学火焰具有更高的温度，蒸发激发能力强，灵敏度感应焰炬比化学火焰具有更高的温度，蒸发激发能力强，灵敏度高，化学干扰少，背景小，线形范围宽，高，化学干扰少，背景小，线形范围宽，非常适合分析液体样品，非常适合分析液体样品，是很有前途的一种新光源是很有前途的一种新光源。Company L投影系统投影系统 由暗箱物镜和板盒（物镜焦面）组成，作用是将色散后不同波由暗箱物镜和板盒（物镜焦面）组成，作用是将色散后不同波长的平行单色光聚焦在感

9、光板上，得到按波长顺序排列的光谱。长的平行单色光聚焦在感光板上，得到按波长顺序排列的光谱。.光谱仪器光谱仪器一一. 摄谱仪的构造摄谱仪的构造照明系统照明系统 使光源发出的辐射均匀而有使光源发出的辐射均匀而有效地照明入射狭缝，并使之在效地照明入射狭缝，并使之在感光板上得到均匀的谱线。感光板上得到均匀的谱线。准直系统准直系统 包括狭缝和准光镜。狭缝位于准光镜的焦点上，因此准光镜把包括狭缝和准光镜。狭缝位于准光镜的焦点上，因此准光镜把入射光变成平行光投射到分光元件上。入射光变成平行光投射到分光元件上。分光系统分光系统 由棱镜或光栅组成，使不同波长的复合光分成按一定波长顺序由棱镜或光栅组成，使不同波长

10、的复合光分成按一定波长顺序排列的光谱。排列的光谱。Company L（2 2）性能参数）性能参数 定性了解定性了解二二. .摄谱仪的分光系统摄谱仪的分光系统1.1.棱镜摄谱仪棱镜摄谱仪 偏向角偏向角 , （1 1）分光原理）分光原理光的折射定律光的折射定律棱镜光谱常称为非匀排光谱棱镜光谱常称为非匀排光谱 相同波长差的谱线在短波区被分开的距离大，在长波区相同波长差的谱线在短波区被分开的距离大，在长波区分开距离小，谱线排布不均匀。分开距离小，谱线排布不均匀。Company L（1 1）光栅公式）光栅公式 一束平行光以入射角一束平行光以入射角照射光栅时，光栅的衍射规律用光栅公照射光栅时，光栅的衍射规

11、律用光栅公式表示：式表示： 由于光栅常数由于光栅常数d d和入射角和入射角是不变的，所以不同波长的入射光被是不变的，所以不同波长的入射光被分散在不同的分散在不同的角方向，这就是角方向，这就是光栅的色散原理光栅的色散原理。（2 2）色散率）色散率 角色散率：角色散率： 线色散率：线色散率： 倒线色散率：倒线色散率：（K= 0，1， 2，)Kd)sin(sin2.2.光栅摄谱仪光栅摄谱仪cosdKdddKfdKffddddlDlcosKfdKfddldDDlcos1Company L（3 3）分辨率）分辨率RKNR理Rmax = 2w/ 在刻制光栅时控制刻线的形状，使光强集中到某一角度，在这在刻制

12、光栅时控制刻线的形状，使光强集中到某一角度，在这个角度观察光栅时，看到光栅特别明亮，或者说个角度观察光栅时，看到光栅特别明亮，或者说“闪耀闪耀”起来。起来。这种把辐射能集中到某一波长范围的现象称为这种把辐射能集中到某一波长范围的现象称为闪耀闪耀，辐射能最强，辐射能最强的波长称为的波长称为闪耀波长闪耀波长闪闪，刻痕面与光栅平面间的夹角为，刻痕面与光栅平面间的夹角为i i，称，称为为闪耀角闪耀角。闪闪与与i i之间的关系为：之间的关系为： K闪闪 = 2dsini 每块光栅适用的波长范围可近似用下式计算：每块光栅适用的波长范围可近似用下式计算：（4 4）闪耀光栅）闪耀光栅Company L2.2.

13、测微光度计：测微光度计： 用来测量照相底片上谱线黑度的仪器，主要用于光谱定用来测量照相底片上谱线黑度的仪器，主要用于光谱定 量分析。量分析。三三. .其他光谱仪器其他光谱仪器 映谱仪：映谱仪： 也叫光谱投影仪，它将获得的光谱放大也叫光谱投影仪，它将获得的光谱放大2020倍左右，倍左右，影像投影到一个白屏上，可方便地观察研究光谱。用于影像投影到一个白屏上，可方便地观察研究光谱。用于定性、半定量分析时观察谱片。定性、半定量分析时观察谱片。Company L.光谱定性及半定量分析光谱定性及半定量分析一一. . 元素的灵敏线、共振线、最后线、分析线元素的灵敏线、共振线、最后线、分析线 每种元素发射的谱

14、线很多，定性分析时并不须检查该元素的每种元素发射的谱线很多，定性分析时并不须检查该元素的每一条谱线，只要根据每一条谱线，只要根据2-3条灵敏线或其他特征谱线就可确定该条灵敏线或其他特征谱线就可确定该元素是否存在。元素是否存在。灵敏线灵敏线 指强度最高的谱线，一般都是激发电位低、跃迁几率大的指强度最高的谱线，一般都是激发电位低、跃迁几率大的原子线、离子线。原子线、离子线。共振线共振线 从激发态直接跃迁到基态时所辐射的谱线。其中由能量最低从激发态直接跃迁到基态时所辐射的谱线。其中由能量最低的激发态直接跃迁到基态所辐射的谱线称为的激发态直接跃迁到基态所辐射的谱线称为第一共振线第一共振线。从理。从理论

15、上讲元素的第一共振线也就是最灵敏线。论上讲元素的第一共振线也就是最灵敏线。最后线最后线 样品中元素含量减少时，谱线强度减弱，谱线数目也减少，样品中元素含量减少时，谱线强度减弱，谱线数目也减少，最后消失的谱线。理论上元素的最后线也是其第一共振线。最后消失的谱线。理论上元素的最后线也是其第一共振线。Company L分析线分析线 在实际工作中，由于某些难以克服的原因或某种实际需要，在实际工作中，由于某些难以克服的原因或某种实际需要，不能使用该元素的最灵敏线，而选用其他谱线。这种用于实际定不能使用该元素的最灵敏线，而选用其他谱线。这种用于实际定性定量分析的谱线称为分析线性定量分析的谱线称为分析线。二

16、二. .光谱定性的分析方法光谱定性的分析方法1. 标准试样光谱比较法标准试样光谱比较法2. 元素光谱图比较法元素光谱图比较法三三. .光谱半定量分析光谱半定量分析 误差一般在误差一般在30%300%，在矿石品位鉴定、钢铁合金的分类，在矿石品位鉴定、钢铁合金的分类等方面常常应用。等方面常常应用。常用的方法有：谱线黑度比较法和谱线呈现法常用的方法有：谱线黑度比较法和谱线呈现法Company L 罗马金罗马金（Lomakin）首先提出谱线强度）首先提出谱线强度I与元素含量与元素含量C之之间的关系式：间的关系式：式中：式中：a为常数，与样品的组成、蒸发、激发条件有关；为常数，与样品的组成、蒸发、激发条

17、件有关； b为自吸系数，当浓度低无自吸时，为自吸系数，当浓度低无自吸时，b=1，浓度升高产生，浓度升高产生自吸，自吸，b1。 此式为此式为光谱定量分析的基本关系式光谱定量分析的基本关系式，由于谱线强度受试，由于谱线强度受试样的蒸发和激发条件影响很大，实验条件又很难严格控制，样的蒸发和激发条件影响很大，实验条件又很难严格控制，故采用此式定量分析的再现性和准确度都较差。故采用此式定量分析的再现性和准确度都较差。.光谱定量分析光谱定量分析一一. .基本原理基本原理bijCaIaCbIijlglglgCompany L 内标法提高了光谱定量分析的再现性和准确度。方法是内标法提高了光谱定量分析的再现性和

18、准确度。方法是选择一个元素，其蒸发条件和分析元素一致，作为内标元素；选择一个元素，其蒸发条件和分析元素一致，作为内标元素；再选择内标元素的一条谱线，其强度随光源波动的变化与分析再选择内标元素的一条谱线，其强度随光源波动的变化与分析线一致，作为内标线。分析线和内标线称为分析线对，线一致，作为内标线。分析线和内标线称为分析线对，以分析以分析线对的强度比的对数对线对的强度比的对数对lgC作图作图，定量公式如下：，定量公式如下： lgR = lgI/I0 = blgC + lga 若采用若采用摄谱法检测记录光谱摄谱法检测记录光谱，则分析线对的强度比可用，则分析线对的强度比可用谱线的黑度差表示：谱线的黑

19、度差表示： S = lgI/ I0 =blgC + lga分析线对的黑度差分析线对的黑度差S与谱线相对强度的对数成正比。与谱线相对强度的对数成正比。二二. .内标法内标法Company L 最基本方法是三标准试样法。方法实质是用三个或三个以上最基本方法是三标准试样法。方法实质是用三个或三个以上已知不同含量的标样和被分析试样在同一实验条件下在同一感已知不同含量的标样和被分析试样在同一实验条件下在同一感光板上摄谱，由所测得的分析线对的黑度差光板上摄谱，由所测得的分析线对的黑度差S或或lgR对对lgC作图，作图，得工作曲线，然后用样品的得工作曲线，然后用样品的S或或lgR在曲线上查含量。在曲线上查含

20、量。三三. .分析方法分析方法Company L练习 原子发射光谱的产生是由于原子发射光谱的产生是由于 （ ） A. 原子次外层电子在不同能级间的跃迁原子次外层电子在不同能级间的跃迁 B. 原子外层电子在不同能级间的跃迁原子外层电子在不同能级间的跃迁 C. 原子内层电子在不同能级间的跃迁原子内层电子在不同能级间的跃迁 D. 原子外层电子的振动和转动原子外层电子的振动和转动 2. 对于同一级光谱，当波长变化时，光栅的分辨率对于同一级光谱，当波长变化时，光栅的分辨率 （ ） A. 不变不变 B. 变大变大 C.变小变小 D.无法确定无法确定 3. 进行谱线检查时，通常采取标准光谱比较法来确定谱线位

21、置，进行谱线检查时，通常采取标准光谱比较法来确定谱线位置，通常作为标准的是（通常作为标准的是（ ） A. 铁谱铁谱 B. 铜谱铜谱 C.碳谱碳谱 D. 氢谱氢谱Company L练习4. 元素的发射光谱具有特征性和唯一性，这是定性的依据，判元素的发射光谱具有特征性和唯一性，这是定性的依据，判断元素是否存在的条件是断元素是否存在的条件是 （ ） A. 必须将该元素的所有谱线全部检出必须将该元素的所有谱线全部检出 B. 必须检出必须检出5条以上该元素的谱线条以上该元素的谱线 C. 只要检出该元素的一条灵敏线或最后线只要检出该元素的一条灵敏线或最后线 D. 只要检出该元素两条以上的灵敏线或最后线只要

22、检出该元素两条以上的灵敏线或最后线5. 赛伯赛伯-罗马金公式的表达式为罗马金公式的表达式为 （ ） A. lgI=blgc+lga B. lgA=blgc+lga 1. C. lgA=blga+lgc D. lgI=blga+lgcCompany L练习6. 选择选择“分析线对分析线对”是指是指 （ ） A. 选择待测元素两条光谱强度最大的谱线作为分析线对选择待测元素两条光谱强度最大的谱线作为分析线对 B. 选择待测元素最后消失的两条谱线作为分析线对选择待测元素最后消失的两条谱线作为分析线对 C. 选择待测元素波长差大于选择待测元素波长差大于30 nm的两条谱线作为分析线对的两条谱线作为分析线

23、对 D. 分别选择待测元素和内标物的一条谱线组成分析线对分别选择待测元素和内标物的一条谱线组成分析线对7. 内标元素必须符合的条件之一是内标元素必须符合的条件之一是 （ ） A. 必须是基体元素中含量最大的必须是基体元素中含量最大的 B. 必须与待测元素具有相同的激发电位必须与待测元素具有相同的激发电位 C. 必须与待测元素具有相同的电离电位必须与待测元素具有相同的电离电位 D. 与待测元素具有相近的蒸发特性与待测元素具有相近的蒸发特性Company L练习8. 不能采用原子发射光谱分析的物质是不能采用原子发射光谱分析的物质是 （ ） A. 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属 B. 有机物和大部

24、分的非金属元素有机物和大部分的非金属元素 C. 稀土元素稀土元素 D. 过渡金属过渡金属9. 棱镜的分辨率随波长而变化，波长越短分辨率越大，因此获棱镜的分辨率随波长而变化，波长越短分辨率越大，因此获得的是得的是，光栅的分辨率不随波长变化，所获得的是，光栅的分辨率不随波长变化，所获得的是。10. 入射光经入射光经光栅分光后，不同波长的光都成像在直径为光栅分光后，不同波长的光都成像在直径为R的的圆上，即在圆上形成一个光谱带。该类光栅既具有圆上，即在圆上形成一个光谱带。该类光栅既具有作用也作用也起起作用。作用。Company L练习11. 在原子发射光谱通常使用的光谱中，蒸发温度最高的是在原子发射光谱通常使用的光谱中，蒸发温度最高的是，激发温度最高的是激发温度最高的是，不产生自吸的是，不产生自吸的是。12. 原子发射光谱分析只能确定试样元素的原子发射光谱分析只能确定试样元素的，不能给出，不能给出。Company L练习13. 光栅宽度为光栅宽度为 50 mm，光