2原子发射光谱1.ppt

1、考核方式，平日成绩： 20 (包括上班10和上课练习，作业等10 )期中考试： 20%期末考试： 60，注意：作业要在每周五下午5点前送到材料学院实验楼207的房间。 课程安排： (32学时)第一章绪论(2学时)第二章原子发光分光法(6学时)第三章原子吸收分光法(4学时)第四章紫外可见吸收分光法(4学时)第五章红外吸收分光法(6学时)第六章核磁共振分光法(。 本学期的课程安排如下：一、基本原理二、仪器结构三、实验技术四、结果分析五、应用，关于各测试仪器，大致有五个部分介绍：原子发射光谱法、Atomic Emission Spectrometry、AES。 第4节原子荧光分光分析法一、概要Gen

2、eralization二、原子发射光谱的发生formationofatomicemissionspectra三、光谱强度Spectrum line intensity四、 光谱线自吸收和自蚀刻self-absorptionandself-reversalofspectrumline，第一节原子发射光谱法的基本原理，Basic principle of AES，一，概述气体原子的外层返回基态，以辐射(发射光谱)的形式释放能量，产生的辐射通过单色仪形成按一定波长顺序排列的光谱线，以此进行元素定性和定量分析，判断物质的组成和含量。 AES是光谱分析法中生产和发展最快的一种。 在各种材料的定性定量分析

3、中发挥重要作用。 原子发射光谱分析法的优点：(1)可以同时检测各元素并同时发射各特征光谱线，(2)分析速度快的试样不进行化学处理，同时定量分析数十种元素(光电直读器)，(3)检测极限低100.1gg-1 (一般光源) ngg 1% (ICP )； (5)必要的试样量少，Inductively coupled plasma感应耦合等离子体，缺点：1)需要对照内标试样，并且内标试样的纯度高2 )只能测定元素浓度，不能测定元素的存在形态3 )对非金属难以检测， 或者灵敏度低的大部分是金属和某些气体元素的正确测定，主要应用是：二、原子发射光谱的产生、特征辐射、基态元素m、激发态M*、热能、电能、e，明

4、确的几个概念：各光谱线是激发电位电离电位(Ionization potential ) :原子被激发得到充分的能量而失去电子电离，所需的能量称为电离电位。 共振线(Resonance line ) :由激发态到基态的转变产生的谱线。 激发电位最小、最容易激发的频谱线最强(第1谐振线或主谐振线)。 原子线：由于原子外层电子的迁移而放出的光谱线，在光谱线图中用罗马字“”表示，离子线：离子的外层电子迁移也发出光谱。失去一个电子称为一次电离，一次电离的离子失去另一个电子称为二次电离，这样类推，用II、III、IV等表示，如Mg 285.21nm，原子线Mg 280.27nm称为一次电离离子线，1 )

5、基态的气体原子或者离子吸收能量时，2 )处于激发状态的原子或者离子不稳定，经过约10-8s到达基态，通过激发以一定的放射形态放出被吸收的能量，将这些放射按照波长顺序排列，则原子发射光谱(线状光谱) 由于原子或离子的能级多，不同元素的外层电子结构不同，可以使特定元素的原子或离子产生不同波长的特征光谱，可以通过识别测定对象元素的特征光谱有无存在来进行定性分析，三、光谱强度(spectrum line in ) 原子的外层电子Ei是激发电位，k是玻尔兹曼常数，t是激发温度，当激发和发射达到热力学平衡时，处于基态的原子数N0和处于激发状态的原子数Ni满足统一校正热力学中的玻尔兹曼分布：Iij=Ni A

6、ijhij， Aij两个能级间的跃迁概率h由于Plank常数ij发射光谱的频率、光谱强度、激发态原子的数量少，所以基态原子数N0可以近似取代原子总数n总数，浓度c取代n总：成为I c光谱定量分析的依据，统一修正权重g (weight ):I d )激发温度： T I、再高时原子线I、离子线I、e )基态原子数N0或浓度c: c I、4、光谱线的自吸收和自蚀刻self-absorptionandself-reversalofspecttion光谱线的自吸收效应系数b : 考虑(cyberschiebe -罗马金Lomarkin式)，取对数时，上式为log I=b log c log a，该式成为

7、AES定量分析的最基本的关系式，成为log的试样浓度高时，工作曲线弯曲，从弧焰中心的激发态原子放射的光自吸收对光谱中心的强度有很大影响，元素浓度低时(b=1)，不出现自吸收。如果自吸收严重，则光谱中心的辐射被强烈吸收，光谱中心的强度比边缘低，就像形成两条光谱线一样，这种现象成为自蚀刻，原子在高温下被激发，发射某波长的辐射，而周围温度低的同种原子吸收这种波长的辐射的一部分AES结构Constitution of AES二、AES类型Tpye of AES、第二节原子发射光谱分析仪和仪器、Device and instrument of AES、原子发射光谱分析三个主要过程：样品蒸发原子化、 样品

8、蒸发原子化检测光谱中的光谱线的波长和强度、原子发光分光器构成、光源、分光系统、检测器、一、机器构造、(一)光源的种类和特征、(一)直流电弧：一对电极在施加直流电压下，电极间通过气体带电粒子维持导电， 发生电弧放电的现象可变电阻r :稳定调节电流的大小，电感l :减小电流的变动，直流电弧工作原理：电极接触点火、电源接通、热电子、阳极、原子电离、二次电子、正离子、阴极、440电弧不稳定-分析再现性差(2) 电弧层厚度-自吸引严重，不适合高含量元素的测定(3)安全性差，优点：样品蒸发能力强(阳极斑)-进入电弧的被测定物多-也适合绝对矿物、岩石、稀土类等难溶的样品的定量2 .低压交流电弧：高频高压点火

9、、低压放电， 工作电压： 110220 V交流使用高频点火器点火电弧，每隔交流半周点火不熄灭电弧，工作原理： (1)接通电源(110220 V低压)，从变压器B1升压到2达到一定值时，放电盘G1破坏的G1-C1-L1构成振荡电路(2)振荡电压经由B2的次级线圈升压到10kV，电极间隙g的空气被电容器C2破坏，产生高频振荡放电。 (3)当g被破坏时，沿着电源的低压部分产生的电离气体路径，通过g进行电弧放电(4)在放电短的瞬间，电压下降直到电弧消失，以下半部分的高频再次点火，反复进行，低压交流电弧的分析性能：优点： (1) 蒸发温度比直流电弧稍低的电弧温度比直流电弧稍高，激发能力强(2)电弧稳定-

10、再现性好-适用于多种元素的定量分析，缺点：电极温度相对低，样品的蒸发能力比直流电弧差，因此高压火花：在高频高压下点火放电旋转飞轮m每旋转180度对接的高压火花分析性能： (1)放电瞬间的能量大，发生温度高(瞬间达到10000K )，激发能力强-适合某些难激发元素分析-放电间隔长-电极温度低，蒸发能力差， 灵敏度差-适用于高含量低熔点金属和合金的分析(3)放电稳定-分析再现性好-适用于定量分析，4 .等离子体光源，最常用的等离子体光源为电感耦合等离子体焰炬(Inductively Coupled Plasma，ICP )、等离子体的组成： ICP高频发生器焊枪管样品导入系统焊枪管，外管冷却气体，

11、沿切线导入中管辅助气体，点燃ICP (点火后切断)内管载气导入样品(使用Ar性质稳定，不与样品作用，光谱简单)，有气体当高频电流通过线圈时，在管的内外形成强的振荡磁场，此时，冷却气体Ar通过焊炬管的外管内切线方向，辅助气体Ar通过中层管，由点火装置点火，管内气体开始电离，电子和离子被高频磁场加速，产生碰撞电离，电子和离子急剧增加，涡流(形成等离子喷枪后，试样气溶胶传播从内管通过载气，从载气被带入等离子喷枪，被蒸发、原子化、激发。 工作原理：数百安培的强感应电流瞬间将气体加热到10000K，在管口形成火焰状稳定的等离子体焰炬的交变磁场、感应线圈、感应电流、火焰心区、内焰区、尾焰区、试验液气溶胶传

12、播通过该区预热蒸发。 气溶胶传播在该区的停留时间约为2ms，非常长。 温度约为60008000K，样品中的原子主要在该区域激发电离，产生辐射。 试料在内焰停留约1ms，比电弧光源和高压火花光源的停留时间10-210-3ms长。 温度约为6000K，仅激发低能量状态的试样。 ICP光源的特点：1)低检出限：蒸发和激发温度高2 )稳定、精度高：火焰不受样品引入的影响-高稳定性。 3 )基体效应小(matrix effect )的：样品位于中心通道，其加热对ICP影响小的间接样品性质(组成、粘度、分散度等基体性质)样品化学隋性环境的高温分析区被测物难以生成氧化物，化学干自吸收效果小：试样在中央通道被

13、原子化、激发，不向ICP周围的冷气层扩散5 )分析线性范围宽的：ICP在分析区温度均匀6 )很多元素同时测量不足：机器昂贵，维护成本高、a ) 试样的性质：溶解性挥发性电离电位等b )试样形状：块状粉末溶液c等的含量的高低d )光源特性：蒸发特性激发特性放电稳定性棱镜的分散原理，波长越长折射率越小，不同波长的复合光通过棱镜时，不同波长的光根据折射率分成棱镜，玻璃、石英， 可用岩盐等材料制作，2 .光栅分光系统，光栅在玻璃或金属片上等距离，等宽平行刻线(。 这可以看作是一系列等宽度、等距离的狭缝，光栅的分散作用是利用这些狭缝产生的光的衍射和干涉来进行的。 光栅分光系统的光路图，1 )分光原理不同

14、：衍射2 )棱镜的分散率和分辨率比光栅低3 )棱镜光谱不均匀排列的光谱光栅光谱是均匀排列的光谱4 )光栅所适用的波长范围是预棱镜和光栅的主要区别： (3)用检测器观察光谱强度的方法称为光谱法，该方法仅适用于可见光波段，常用设备光谱镜专用于钢铁和有色金属的半定量分析，2 .光谱法：使用感光板测量光谱用分光系统分光得到的光照射感光板，感光板感光、显影、定影，得到很多距离、黑度的感光板上的照片乳剂感光，用微米测定变黑的黑度，决定光谱线的强度。 黑度s :感光板曝光后变黑的程度称为黑浓度，简称为黑度。假设没有通过感光板的光谱部分的光强度为i0，光谱部分的光强度为I，则的比定义为透射率t，黑度s定义为透射率倒数的对数：优点：精度高(相对标准偏差为1% )； 检测速度快(响应时间短)，线性响应范围宽的缺点：价格昂贵，3光电直读法，用光电倍增管将光强转换为电信号检测光谱强度的方法。 光电倍增管目前是分光器中应用最广的二、校正器类型、火焰分光光度校正