第三章 原子發(fā)射光譜

1、2022-3-30第三章第三章第三章第三章第三章第三章 原子發(fā)射光譜分原子發(fā)射光譜分原子發(fā)射光譜分原子發(fā)射光譜分原子發(fā)射光譜分原子發(fā)射光譜分析法析法析法析法析法析法一、概述一、概述二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生三、譜線強(qiáng)度三、譜線強(qiáng)度四、譜線自吸與自蝕四、譜線自吸與自蝕第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜分析基本原理分析基本原理分析基本原理分析基本原理分析基本原理分析基本原理2022-3-30Varian 710ES全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀 2022-3-30一、概述

2、一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述原子發(fā)射光譜分析法（原子發(fā)射光譜分析法（AESAES）：）：依據(jù)各種元素的依據(jù)各種元素的原子或離子原子或離子在在熱激發(fā)或電激發(fā)熱激發(fā)或電激發(fā)下下,由基態(tài)由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時(shí)，躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出特征光譜發(fā)射出特征光譜，依據(jù)特征，依據(jù)特征光譜進(jìn)行定性、定量的分析方法。光譜進(jìn)行定性、定量的分析方法。1826年，年，泰爾博（泰爾博（Talbot），）， 第一個(gè)建立原子特征譜線第一個(gè)建立原子特征譜線的概念，光譜化學(xué)分析的奠基人。的概念，光譜化學(xué)分析的奠基人。1859年，基爾霍夫年，基爾霍夫(Kirchhoff)、本生本生(Bunsen)

3、研制第一臺(tái)研制第一臺(tái)光譜儀，原子發(fā)射光譜進(jìn)入定性分析階段。光譜儀，原子發(fā)射光譜進(jìn)入定性分析階段。1920年，格拉赫年，格拉赫(Gerlach) 提出了內(nèi)標(biāo)法，奠定了定量分提出了內(nèi)標(biāo)法，奠定了定量分析的基礎(chǔ)。析的基礎(chǔ)。1930年，工作曲線法的提出使得光譜定量分析趨于完善年，工作曲線法的提出使得光譜定量分析趨于完善2022-3-30一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述1931年，出現(xiàn)了直流電弧光源。年，出現(xiàn)了直流電弧光源。1933年，出現(xiàn)了火花光源。年，出現(xiàn)了火花光源。1938年，出現(xiàn)了高壓交流電弧。年，出現(xiàn)了高壓交流電弧。1945年，光電直讀光譜儀。年，光電直讀光譜儀。70年代，年代

4、，ICP光源的出現(xiàn)，使得原子發(fā)射光譜分析煥發(fā)光源的出現(xiàn)，使得原子發(fā)射光譜分析煥發(fā)了青春，成為痕量分析最有力的工具之一。了青春，成為痕量分析最有力的工具之一。 2022-3-30二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生在正常狀態(tài)下，元素處于基態(tài)，元素在受到在正常狀態(tài)下，元素處于基態(tài)，元素在受到熱（火焰）熱（火焰）或電（電火花）或電（電火花）激發(fā)時(shí)，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)激發(fā)時(shí)，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出時(shí)，發(fā)射出特征光譜特征光譜（線狀光譜線狀光譜）；）；特征輻射基態(tài)元素基態(tài)元素M激發(fā)

5、態(tài)激發(fā)態(tài)M*熱能、電能E2022-3-30必須明確如下幾個(gè)問題：必須明確如下幾個(gè)問題： （1）原子中外層電子能級(jí)分布是量子化的，）原子中外層電子能級(jí)分布是量子化的，E不是連續(xù)的不是連續(xù)的 ，則，則或或也是不連續(xù)的，原子光譜是線光譜；也是不連續(xù)的，原子光譜是線光譜；（2）同一原子中，電子能級(jí)很多，有各種不同的能級(jí)躍遷，）同一原子中，電子能級(jí)很多，有各種不同的能級(jí)躍遷， 所以有各種所以有各種E不同的值，即可以發(fā)射出許多不同不同的值，即可以發(fā)射出許多不同 或或 的輻射線。但躍遷要遵循的輻射線。但躍遷要遵循“光譜選律光譜選律”，不是任何能，不是任何能級(jí)級(jí) 之間都能發(fā)生躍遷；之間都能發(fā)生躍遷；二、原子發(fā)

6、射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生2022-3-30（3）不同元素的原子具有不同的能級(jí)，）不同元素的原子具有不同的能級(jí)，E不一樣，所不一樣，所 以以 或或也不同，各種元素都有其特征的光譜線，從也不同，各種元素都有其特征的光譜線，從 識(shí)別各元素的特征光譜線可以鑒定樣品中元素的存在，識(shí)別各元素的特征光譜線可以鑒定樣品中元素的存在， 這就是這就是光譜定性分析光譜定性分析； （4）元素特征譜線的強(qiáng)度與樣品中該元素的含量有確定的關(guān)）元素特征譜線的強(qiáng)度與樣品中該元素的含量有確定的關(guān) 系，所以可通過測定譜線的強(qiáng)度確定元素

7、在樣品中的含系，所以可通過測定譜線的強(qiáng)度確定元素在樣品中的含 量，這就是量，這就是光譜定量分析光譜定量分析。二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生2022-3-30有關(guān)術(shù)語有關(guān)術(shù)語有關(guān)術(shù)語有關(guān)術(shù)語有關(guān)術(shù)語有關(guān)術(shù)語共振線：共振線：原子中外層電子從基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)后，由該激原子中外層電子從基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)后，由該激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)所發(fā)射出來的輻射線。發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)所發(fā)射出來的輻射線。第一共振線：第一共振線：由最低激發(fā)態(tài)（第一激發(fā)態(tài)）躍遷回基態(tài)所發(fā)由最低激發(fā)態(tài)（第一激發(fā)態(tài)）躍遷回基態(tài)所發(fā)射的輻射線，通常把

8、第一共振線稱為共振線。射的輻射線，通常把第一共振線稱為共振線。 原子線原子線: 由原子外層電子被激發(fā)到高能態(tài)后躍遷回基態(tài)或較低由原子外層電子被激發(fā)到高能態(tài)后躍遷回基態(tài)或較低能態(tài)，所發(fā)射的譜線稱為原子線，在譜線表圖中用羅馬字能態(tài)，所發(fā)射的譜線稱為原子線，在譜線表圖中用羅馬字“”表示。表示。離子線離子線: 離子也可能被激發(fā)，其外層電子躍遷也發(fā)射光譜，稱離子也可能被激發(fā)，其外層電子躍遷也發(fā)射光譜，稱為離子線。為離子線。 ： 表示一次電離離子發(fā)射的譜線；表示一次電離離子發(fā)射的譜線； ： 表示二次電離離子發(fā)射的譜線；表示二次電離離子發(fā)射的譜線；2022-3-30 Na 能級(jí)圖能級(jí)圖 由各種高能級(jí)躍遷到同

9、由各種高能級(jí)躍遷到同一低能級(jí)時(shí)發(fā)射的一系列一低能級(jí)時(shí)發(fā)射的一系列光光譜線；譜線； Na的原子線和共振線。的原子線和共振線。3S3P3d4S4P5S原子線原子線共振線共振線3S2022-3-30三三三三三三 譜線強(qiáng)度譜線強(qiáng)度譜線強(qiáng)度譜線強(qiáng)度譜線強(qiáng)度譜線強(qiáng)度n 在高溫下，熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，單位體積的基態(tài)在高溫下，熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，單位體積的基態(tài)原子數(shù)原子數(shù)N0與激發(fā)態(tài)原子數(shù)與激發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni 之間遵守之間遵守Boltzmann分布定律分布定律，即，即n在在i，j 兩能級(jí)間躍遷，兩能級(jí)間躍遷，譜線強(qiáng)度譜線強(qiáng)度可表示為：可表示為： Aij 為躍遷幾率為躍遷幾率n 即發(fā)射譜線強(qiáng)度即發(fā)射譜線強(qiáng)度I正比于激

10、發(fā)態(tài)原子數(shù)正比于激發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni，即正，即正比于基態(tài)原子比于基態(tài)原子N0 ，這就是，這就是定量分析依據(jù)定量分析依據(jù)。/ /k kT TE E0 0i i0 0i ii ie eg gg gN NN Ni ij ji ij ji ii ij jh hA AN NI I2022-3-30四、譜線的自吸與自蝕四、譜線的自吸與自蝕四、譜線的自吸與自蝕四、譜線的自吸與自蝕四、譜線的自吸與自蝕四、譜線的自吸與自蝕等離子體等離子體：以氣態(tài)形式存在的包含分子、離子、電子等：以氣態(tài)形式存在的包含分子、離子、電子等粒子的整體電中性集合體。粒子的整體電中性集合體。等離子體內(nèi)溫度和原子濃度的分等離子體內(nèi)溫度和原子濃度

11、的分布不均勻布不均勻，中間的溫度、激發(fā)態(tài)原子濃度高，邊緣反之。，中間的溫度、激發(fā)態(tài)原子濃度高，邊緣反之。自吸自吸：中心發(fā)射的輻射被邊緣的同種基態(tài)原子吸收，使：中心發(fā)射的輻射被邊緣的同種基態(tài)原子吸收，使輻射強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。輻射強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。元素濃度低時(shí)，不出現(xiàn)自吸。隨元素濃度低時(shí)，不出現(xiàn)自吸。隨濃度增加，自吸越嚴(yán)重，當(dāng)達(dá)到一定濃度增加，自吸越嚴(yán)重，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，譜線中心完全吸收，如同出現(xiàn)值時(shí)，譜線中心完全吸收，如同出現(xiàn)兩條線，這種現(xiàn)象稱為兩條線，這種現(xiàn)象稱為自蝕自蝕。譜線表，譜線表，r：自吸；自吸；R：自蝕；自蝕；2022-3-30第三章第三章第三章 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜分析

12、法分析法分析法一、光源一、光源二、分光系統(tǒng)二、分光系統(tǒng)三、三、檢測器檢測器第二節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 原子發(fā)射光譜分析原子發(fā)射光譜分析原子發(fā)射光譜分析儀器類型與結(jié)構(gòu)流儀器類型與結(jié)構(gòu)流儀器類型與結(jié)構(gòu)流程程程2022-3-3013原子發(fā)射光譜分析的三個(gè)主要過程原子發(fā)射光譜分析的三個(gè)主要過程: : 樣品蒸發(fā)、原子化，原子激發(fā)并產(chǎn)生光輻射。樣品蒸發(fā)、原子化，原子激發(fā)并產(chǎn)生光輻射。 分光，形成按波長順序排列的光譜。分光，形成按波長順序排列的光譜。 檢測光譜中譜線的波長和強(qiáng)度。檢測光譜中譜線的波長和強(qiáng)度。 原子發(fā)射光譜儀方框圖原子發(fā)射光譜儀方框圖光光 源源分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)檢測器檢測器2022-3-30一、光源一、

13、光源 光源的作用光源的作用：提供能量使樣品蒸發(fā)提供能量使樣品蒸發(fā), 形成形成氣態(tài)原子氣態(tài)原子, 并進(jìn)一步使氣態(tài)原子激發(fā)而產(chǎn)并進(jìn)一步使氣態(tài)原子激發(fā)而產(chǎn)生光輻射。生光輻射。v 蒸發(fā)蒸發(fā)：使試樣中各種元素從試樣中蒸發(fā)出來，使試樣中各種元素從試樣中蒸發(fā)出來，在分析間隙形成在分析間隙形成原子蒸氣云原子蒸氣云（原子化）。（原子化）。v 激發(fā)激發(fā)：使蒸氣云中的氣態(tài)原子（或離子）獲使蒸氣云中的氣態(tài)原子（或離子）獲得能量而被激發(fā)，當(dāng)激發(fā)態(tài)的原子（或離子）得能量而被激發(fā)，當(dāng)激發(fā)態(tài)的原子（或離子）躍遷至基態(tài)（或較低激發(fā)態(tài)）時(shí)，發(fā)射躍遷至基態(tài)（或較低激發(fā)態(tài)）時(shí)，發(fā)射光譜光譜。2022-3-30 提供試樣提供試樣蒸發(fā)、

14、原子化和原子激發(fā)蒸發(fā)、原子化和原子激發(fā)所需要的能量。原子所需要的能量。原子發(fā)射光譜常用的激發(fā)光源有電弧、電火花和電感耦合高頻等發(fā)射光譜常用的激發(fā)光源有電弧、電火花和電感耦合高頻等離子體等。離子體等。 原子發(fā)射光譜分析儀器中使用的光源有兩類：原子發(fā)射光譜分析儀器中使用的光源有兩類：（a）適宜液體試樣分析的光源適宜液體試樣分析的光源：火焰（已淘汰）和等離子：火焰（已淘汰）和等離子 體光源；體光源；（b）適宜固體試樣直接分析的光源適宜固體試樣直接分析的光源：電弧和電火花光源。：電弧和電火花光源。2022-3-301. 1. 1. 電弧光源電弧光源電弧光源（1 1）直流電弧：）直流電?。?直流電直流電

15、源源作為激發(fā)能源，電壓作為激發(fā)能源，電壓150 380V，電流電流5 30A；石墨作電極，試樣放置在一支電極石墨作電極，試樣放置在一支電極(下電極下電極)的凹槽內(nèi)；使的凹槽內(nèi)；使分析間隙的兩電極接觸或用導(dǎo)體接觸兩電極，通電，電極尖分析間隙的兩電極接觸或用導(dǎo)體接觸兩電極，通電，電極尖端被燒熱，點(diǎn)燃電弧，再使電極相距端被燒熱，點(diǎn)燃電弧，再使電極相距4 6mm；直流電弧發(fā)生器直流電弧發(fā)生器電弧光源：電弧光源：（a a）直流）直流電??；電弧；（b b）交流電弧。交流電弧。2022-3-30 電弧點(diǎn)燃后，熱電子流高速通過分析間隔沖擊陽極，產(chǎn)電弧點(diǎn)燃后，熱電子流高速通過分析間隔沖擊陽極，產(chǎn)生高熱，試樣蒸發(fā)

16、并原子化，電子與原子碰撞電離出正離子生高熱，試樣蒸發(fā)并原子化，電子與原子碰撞電離出正離子沖向陰極。電子、原子、離子間的相互碰撞，使原子躍遷到?jīng)_向陰極。電子、原子、離子間的相互碰撞，使原子躍遷到激發(fā)態(tài)，返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出該原子的光譜。激發(fā)態(tài)，返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出該原子的光譜?；⊙鏈囟然⊙鏈囟龋?40007000 K 可使約可使約70多種元素激發(fā)。多種元素激發(fā)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 蒸發(fā)能力強(qiáng)、分析的絕對(duì)靈敏度高，背景小，蒸發(fā)能力強(qiáng)、分析的絕對(duì)靈敏度高，背景小，適合適合定性分析。定性分析。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 弧光不穩(wěn)，再現(xiàn)性差；弧光不穩(wěn)，再現(xiàn)性差；不適合定量分析。不適合定量分析。2022-3-30（2 2 2）低壓交流

17、電?。┑蛪航涣麟娀。┑蛪航涣麟娀」ぷ麟妷海汗ぷ麟妷海?10220 V 由由高頻引弧電路高頻引弧電路和和低壓電弧電路低壓電弧電路組成組成（a）接通電源，變壓器）接通電源，變壓器B1升壓至升壓至2.53kV，電容器，電容器C1充充電電,放電盤放電盤G1擊穿擊穿, G1-C1-L1構(gòu)成振蕩回路，產(chǎn)生高頻振蕩；構(gòu)成振蕩回路，產(chǎn)生高頻振蕩；（b）振蕩電壓經(jīng)）振蕩電壓經(jīng)B2的次級(jí)線圈升壓到的次級(jí)線圈升壓到10kV，通過電容器，通過電容器C2將電極間隙將電極間隙G的空氣的空氣電離電離，形成導(dǎo)電通道形成導(dǎo)電通道；（c）當(dāng)）當(dāng)G被擊穿時(shí)，被擊穿時(shí)，低壓電流低壓電流沿著已造成的電離沿著已造成的電離空氣空氣通道，通

18、過通道，通過G進(jìn)行電弧放電；進(jìn)行電弧放電；（d）在放電的短暫瞬間，電壓）在放電的短暫瞬間，電壓降低直至電弧熄滅，在下半周高頻降低直至電弧熄滅，在下半周高頻再次點(diǎn)燃，重復(fù)進(jìn)行再次點(diǎn)燃，重復(fù)進(jìn)行；2022-3-30特點(diǎn)：特點(diǎn)：特點(diǎn)： （a）由于交流電弧放電的間歇性，）由于交流電弧放電的間歇性，電極溫度稍低，蒸發(fā)能電極溫度稍低，蒸發(fā)能 力稍低；力稍低；（b）交流交流電弧的電流有脈沖性，電流密度比直流電弧大，電弧的電流有脈沖性，電流密度比直流電弧大，電弧溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)電弧溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)； （c）交流電弧兩電極極性不斷地周期性改變，交流電弧兩電極極性不斷地周期性改變，電弧穩(wěn)定性電弧穩(wěn)定性好，使分

19、析好，使分析重現(xiàn)性好重現(xiàn)性好，適用于，適用于定量分析定量分析，靈敏度稍低靈敏度稍低。2022-3-30（a）交流電壓經(jīng)變壓器）交流電壓經(jīng)變壓器T后，產(chǎn)生后，產(chǎn)生1025kV的高壓，然的高壓，然后通過扼流圈后通過扼流圈D向電容器向電容器C充電，達(dá)到充電，達(dá)到G的擊穿電壓時(shí)，通過的擊穿電壓時(shí)，通過電感電感L向向G放電，產(chǎn)生振蕩性的火花放電放電，產(chǎn)生振蕩性的火花放電； （b）轉(zhuǎn)動(dòng)續(xù)斷器）轉(zhuǎn)動(dòng)續(xù)斷器M，2, 3為鎢為鎢電極，每轉(zhuǎn)動(dòng)電極，每轉(zhuǎn)動(dòng)180度，對(duì)接一次，度，對(duì)接一次，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(50轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/s)，接通接通100次次/s，保證每半周電流最大值瞬間放電保證每半周電流最大值瞬間放電一次一次；2.

20、 2. 2. 高壓電火花高壓電火花高壓電火花2022-3-30特點(diǎn)：特點(diǎn)：特點(diǎn)： （a）放電瞬間能量很大，產(chǎn)生的溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)，）放電瞬間能量很大，產(chǎn)生的溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)，某些難激發(fā)元素可被激發(fā)，且多為離子線某些難激發(fā)元素可被激發(fā)，且多為離子線； （b）放電間隔長，使得電極溫度低，蒸發(fā)能力稍低，適）放電間隔長，使得電極溫度低，蒸發(fā)能力稍低，適于于低熔點(diǎn)金屬與合金的分析低熔點(diǎn)金屬與合金的分析； （c）穩(wěn)定性好，）穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好，適用定量分析重現(xiàn)性好，適用定量分析.缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： （a）靈敏度較低，但可做較高含量）靈敏度較低，但可做較高含量的分析的分析； （b）背景背景大大. .2022-

21、3-30(1)(1)(1)(1)(1)(1)、等離子體光源類型、等離子體光源類型、等離子體光源類型、等離子體光源類型、等離子體光源類型、等離子體光源類型: : : : : :等離子體光源主要有以下三種形式：等離子體光源主要有以下三種形式： ( (a)a)直流等離子體噴焰直流等離子體噴焰 (DCP) 弧焰溫度高弧焰溫度高 8000-10000K，穩(wěn)定性好，精密度接近穩(wěn)定性好，精密度接近ICP，裝置簡單，運(yùn)行成本低；裝置簡單，運(yùn)行成本低； ( (b b) ) 微波感生等離子體微波感生等離子體(MIP) 溫度溫度5000-6000K，激發(fā)能量高，可激發(fā)許多很難激發(fā)的激發(fā)能量高，可激發(fā)許多很難激發(fā)的非

22、金屬元素：非金屬元素：C、N、F、Br、Cl、C、H、O 等，可用于有等，可用于有機(jī)物成分分析，測定金屬元素的靈敏度不如機(jī)物成分分析，測定金屬元素的靈敏度不如DCP和和ICP。 ( (c c) )電感耦合等離子體電感耦合等離子體(ICP) ICP的性能優(yōu)越，已成為最主要的應(yīng)用方式的性能優(yōu)越，已成為最主要的應(yīng)用方式 ；3 3 3、等離子體焰炬、等離子體焰炬、等離子體焰炬、等離子體焰炬、等離子體焰炬、等離子體焰炬2022-3-30采用采用ICP作為光源是作為光源是ICP-AES與其他光譜儀的主要不同之處。與其他光譜儀的主要不同之處。主要部分：主要部分： a. a. 高頻發(fā)生器高頻發(fā)生器 作用作用:

23、 晶體控制高頻發(fā)生器作晶體控制高頻發(fā)生器作為振源，經(jīng)放大，產(chǎn)生高頻磁場為振源，經(jīng)放大，產(chǎn)生高頻磁場信號(hào)，產(chǎn)生維持等離子體放電。信號(hào)，產(chǎn)生維持等離子體放電。 b. b. 等離子體炬管等離子體炬管ICP-AESICP-AESICP-AES的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu): : :2022-3-30 b. b. b. ICPICPICP炬管炬管炬管等離子炬管是由一個(gè)三層同心等離子炬管是由一個(gè)三層同心石英玻璃管組成。石英玻璃管組成。內(nèi)層石英管內(nèi)層石英管，由載氣（一般用，由載氣（一般用Ar）將霧化后的試樣從內(nèi)管引）將霧化后的試樣從內(nèi)管引入等離子體。入等離子體。中層石英管中層石英管通入通入Ar以維持等離以維持等離子體。

24、子體。外層管外層管內(nèi)通入冷卻氣內(nèi)通入冷卻氣Ar以避免以避免等離子炬燒壞石英管等離子炬燒壞石英管; 選擇選擇Ar理由：理由：性質(zhì)穩(wěn)定，不與試樣形成難性質(zhì)穩(wěn)定，不與試樣形成難解離的化合物，本身的光譜解離的化合物，本身的光譜簡單。簡單。 2022-3-30（3 3 3）工作原理）工作原理）工作原理 當(dāng)高頻發(fā)生器當(dāng)高頻發(fā)生器接通電源接通電源后，高頻后，高頻電流電流I通過感應(yīng)線圈通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻交變磁場產(chǎn)生高頻交變磁場(綠色綠色)。此時(shí)向炬管的外管內(nèi)切線方向此時(shí)向炬管的外管內(nèi)切線方向通入冷卻氣通入冷卻氣Ar，中層管內(nèi)軸向（或切，中層管內(nèi)軸向（或切向）通入輔助氣體向）通入輔助氣體Ar，并用高頻點(diǎn)火，并

25、用高頻點(diǎn)火裝置引燃，使氣體觸發(fā)產(chǎn)生載流子（裝置引燃，使氣體觸發(fā)產(chǎn)生載流子（離子和電子離子和電子）。當(dāng)載流子多至足以使）。當(dāng)載流子多至足以使氣體有足夠的導(dǎo)電率時(shí)，在垂直于磁氣體有足夠的導(dǎo)電率時(shí)，在垂直于磁場方向的截面上產(chǎn)生環(huán)形場方向的截面上產(chǎn)生環(huán)形感生電流（感生電流（渦電流）。渦電流）。幾百安的強(qiáng)大感應(yīng)電流瞬幾百安的強(qiáng)大感應(yīng)電流瞬間將氣體加熱至間將氣體加熱至10000K，在管口形成，在管口形成一個(gè)火炬狀的穩(wěn)定的一個(gè)火炬狀的穩(wěn)定的等離子炬等離子炬。 2022-3-30 (1) 溫度高，惰性氣氛，原子化條件好，有利于難熔化合溫度高，惰性氣氛，原子化條件好，有利于難熔化合物的分解和元素激發(fā)，有物的分解

26、和元素激發(fā)，有很高的靈敏度和穩(wěn)定性很高的靈敏度和穩(wěn)定性； (2)“趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)”，渦電流在外表面處密度大，使表面溫度，渦電流在外表面處密度大，使表面溫度高，軸心溫度低，中心通道進(jìn)樣對(duì)等離子的穩(wěn)定性影響小。高，軸心溫度低，中心通道進(jìn)樣對(duì)等離子的穩(wěn)定性影響小。也也有效消除自吸現(xiàn)象有效消除自吸現(xiàn)象，線性范圍寬線性范圍寬（45個(gè)數(shù)量級(jí)）；個(gè)數(shù)量級(jí)）； (3) ICP中電子密度大，堿金屬電離造成的影響?。恢须娮用芏却?，堿金屬電離造成的影響??； (4) Ar氣體產(chǎn)生的背景干擾??；氣體產(chǎn)生的背景干擾??； (5) 無電極放電，無電極污染；無電極放電，無電極污染； ICP焰炬外型像火焰，但不是化學(xué)燃燒火焰，

27、氣體放電；焰炬外型像火焰，但不是化學(xué)燃燒火焰，氣體放電；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：對(duì)非金屬測定的靈敏度低，儀器昂貴，操作費(fèi)用高。：對(duì)非金屬測定的靈敏度低，儀器昂貴，操作費(fèi)用高。（4 4 4）特點(diǎn)）特點(diǎn)）特點(diǎn)2022-3-30進(jìn)樣裝置進(jìn)樣裝置進(jìn)樣裝置固體樣品固體樣品電弧、電火花及激光為光源的發(fā)射電弧、電火花及激光為光源的發(fā)射光譜儀，樣品放置在石墨對(duì)電極的光譜儀，樣品放置在石墨對(duì)電極的下極的凹槽內(nèi)。下極的凹槽內(nèi)。液體樣品液體樣品電感耦合等離子體為光源中光源和電感耦合等離子體為光源中光源和霧化器連在一起。霧化器連在一起。2022-3-30幾種常見光源的性質(zhì)和應(yīng)用幾種常見光源的性質(zhì)和應(yīng)用 光源光源蒸發(fā)蒸發(fā)溫度溫度激發(fā)

28、激發(fā)溫度溫度/K/K放電放電穩(wěn)定性穩(wěn)定性應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍直 流直 流電弧電弧高高4000400070007000稍差稍差定性分析，礦物、純物定性分析，礦物、純物質(zhì)、難揮發(fā)元素的定量質(zhì)、難揮發(fā)元素的定量分析分析交 流交 流電弧電弧中中4000400070007000較好較好試樣中低含量組分的定試樣中低含量組分的定量分析量分析火花火花低低瞬間瞬間10000好好金屬與合金、難激發(fā)元金屬與合金、難激發(fā)元素的定量分析素的定量分析ICPICP很高很高6000600080008000很好很好溶液定量分析溶液定量分析2022-3-30目前原子發(fā)射光譜儀中的分光系統(tǒng)主要有三種類型：目前原子發(fā)射光譜儀中的分光系統(tǒng)

29、主要有三種類型：（a a）平面反射光柵平面反射光柵 主要用于單通道儀器，每次僅能選擇一條譜線作分主要用于單通道儀器，每次僅能選擇一條譜線作分析線，檢測一種元素。析線，檢測一種元素。（b b）凹面光柵凹面光柵 能夠?qū)崿F(xiàn)多通道多元素的同時(shí)檢測。能夠?qū)崿F(xiàn)多通道多元素的同時(shí)檢測。（c c）中階梯平面反射光柵中階梯平面反射光柵 中階梯光柵與棱鏡結(jié)合使用，形成二維光譜，配合中階梯光柵與棱鏡結(jié)合使用，形成二維光譜，配合陣列檢測器，可以實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測定。陣列檢測器，可以實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測定。二二二. . . 分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)2022-3-30發(fā)射光譜儀中采用的檢測器主要有：發(fā)射光譜儀中采用的檢測器主要

30、有： （a）光電倍增管）光電倍增管 （b）陣列檢測器）陣列檢測器三三三. . . 檢測器檢測器檢測器2022-3-30光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件光電倍增管光電倍增管mAR1R2R3R4R5R負(fù)電壓光光光敏陰極光敏陰極陽極陽極電子倍增極電子倍增極電子倍電子倍 增極增極2022-3-30第三章第三章第三章 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜分析法分析法分析法 一、一、光譜光譜定性定性分析分析二、光譜定量分析二、光譜定量分析三、分析過程與特點(diǎn)三、分析過程與特點(diǎn)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 定性、定量分析方法定性、定量分析方法定性、定量分析方法2022-3-30 一、一、一、 光譜定性分析光譜定性分析光譜定性分

31、析定性依據(jù)：定性依據(jù)：元素不同元素不同電子結(jié)構(gòu)不同電子結(jié)構(gòu)不同光譜不同光譜不同特征光譜特征光譜1. 1. 元素的分析線、最后線、靈敏線、共振線元素的分析線、最后線、靈敏線、共振線分析線分析線：復(fù)雜元素的譜線可能多至數(shù)千條，只選擇其中幾條復(fù)雜元素的譜線可能多至數(shù)千條，只選擇其中幾條特征譜線檢驗(yàn)，稱其為分析線；特征譜線檢驗(yàn)，稱其為分析線；最后線最后線：濃度逐漸減小，譜線強(qiáng)度減小，最后消失的譜線；濃度逐漸減小，譜線強(qiáng)度減小，最后消失的譜線；靈敏線靈敏線：最易激發(fā)的能級(jí)所產(chǎn)生的譜線，每種元素都有一條最易激發(fā)的能級(jí)所產(chǎn)生的譜線，每種元素都有一條或幾條譜線最強(qiáng)的線，即靈敏線。最后線也是最靈敏線；或幾條譜線

32、最強(qiáng)的線，即靈敏線。最后線也是最靈敏線；共振線共振線：由第一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)所產(chǎn)生的譜線；通常也是最由第一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)所產(chǎn)生的譜線；通常也是最靈敏線、最后線；靈敏線、最后線；2022-3-30 2. 2. 定性方法定性方法標(biāo)準(zhǔn)光譜比較法：標(biāo)準(zhǔn)光譜比較法： 最常用的方法，以鐵譜作為標(biāo)準(zhǔn)最常用的方法，以鐵譜作為標(biāo)準(zhǔn)(波長標(biāo)尺波長標(biāo)尺)；為什么選鐵譜？；為什么選鐵譜？2022-3-30 標(biāo)準(zhǔn)光譜比較定性法標(biāo)準(zhǔn)光譜比較定性法 為什么選鐵譜？為什么選鐵譜？（1 1）譜線多：在）譜線多：在210210660660nmnm范圍內(nèi)有數(shù)千條譜線；范圍內(nèi)有數(shù)千條譜線；（2 2）譜線間距離分配均勻：容易對(duì)比，適用面

33、廣；）譜線間距離分配均勻：容易對(duì)比，適用面廣；（3 3）定位準(zhǔn)確：已準(zhǔn)確測量了鐵譜每一條譜線的波長。）定位準(zhǔn)確：已準(zhǔn)確測量了鐵譜每一條譜線的波長。 標(biāo)準(zhǔn)譜圖：將其他元素的分析線標(biāo)記在鐵譜上，鐵譜起標(biāo)準(zhǔn)譜圖：將其他元素的分析線標(biāo)記在鐵譜上，鐵譜起到標(biāo)尺的作用。到標(biāo)尺的作用。 譜線檢查：將試樣與純鐵在完全相同條件下攝譜，將兩譜線檢查：將試樣與純鐵在完全相同條件下攝譜，將兩譜片在映譜器譜片在映譜器( (放大器放大器) )上對(duì)齊、放大上對(duì)齊、放大2020倍，檢查待測元素的倍，檢查待測元素的分析線是否存在，并與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比確定?？赏瑫r(shí)進(jìn)行多元分析線是否存在，并與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比確定?？赏瑫r(shí)進(jìn)行多元素測定。素

34、測定。2022-3-30二、二、二、 光譜定量分析光譜定量分析光譜定量分析1. 1. 光譜半定量分析光譜半定量分析 光譜半定量分析可以給出試樣中某元素的大致含量。若光譜半定量分析可以給出試樣中某元素的大致含量。若分析任務(wù)對(duì)準(zhǔn)確度要求不高時(shí)，多采用光譜半定量分析。分析任務(wù)對(duì)準(zhǔn)確度要求不高時(shí)，多采用光譜半定量分析。 一般采用譜線強(qiáng)度比較法：測定一系列不同含量的待測一般采用譜線強(qiáng)度比較法：測定一系列不同含量的待測元素標(biāo)準(zhǔn)光譜系列，在完全相同條件下元素標(biāo)準(zhǔn)光譜系列，在完全相同條件下(同時(shí)攝譜同時(shí)攝譜)，測定試，測定試樣中待測元素光譜，選擇靈敏線，比較標(biāo)準(zhǔn)譜圖與試樣譜圖樣中待測元素光譜，選擇靈敏線，比較

35、標(biāo)準(zhǔn)譜圖與試樣譜圖中靈敏線的黑度，確定含量范圍。中靈敏線的黑度，確定含量范圍。2022-3-30 2.2.光譜定量分析光譜定量分析(1)(1) 絕對(duì)強(qiáng)度法：絕對(duì)強(qiáng)度法： 在條件一定時(shí)，譜線強(qiáng)度在條件一定時(shí)，譜線強(qiáng)度I 與待測元素含量與待測元素含量c關(guān)系為：關(guān)系為： I = a c a為常數(shù)為常數(shù)(與蒸發(fā)、激發(fā)過程等有關(guān)與蒸發(fā)、激發(fā)過程等有關(guān))，考慮到發(fā)射光譜中，考慮到發(fā)射光譜中存在著自吸現(xiàn)象，需要引入自吸常數(shù)存在著自吸現(xiàn)象，需要引入自吸常數(shù) b ，則：，則： 發(fā)射光譜分析的基本關(guān)系式，稱為發(fā)射光譜分析的基本關(guān)系式，稱為塞伯塞伯-羅馬金公式羅馬金公式（經(jīng)（經(jīng)驗(yàn)式）。自吸常數(shù)驗(yàn)式）。自吸常數(shù) b

36、隨濃度隨濃度c增加而減小，當(dāng)濃度很小，自增加而減小，當(dāng)濃度很小，自吸消失時(shí)，吸消失時(shí)，b=1。2022-3-30 (2) (2) 內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法相對(duì)強(qiáng)度法相對(duì)強(qiáng)度法 影響譜線強(qiáng)度因素較多，直接測定譜線絕對(duì)強(qiáng)度計(jì)算難以影響譜線強(qiáng)度因素較多，直接測定譜線絕對(duì)強(qiáng)度計(jì)算難以獲得準(zhǔn)確結(jié)果，實(shí)際工作多采用內(nèi)標(biāo)法（相對(duì)強(qiáng)度法）。獲得準(zhǔn)確結(jié)果，實(shí)際工作多采用內(nèi)標(biāo)法（相對(duì)強(qiáng)度法）。 在被測元素的光譜中選擇一條作為分析線在被測元素的光譜中選擇一條作為分析線( (強(qiáng)度強(qiáng)度I I) )，再選再選擇內(nèi)標(biāo)物的一條譜線擇內(nèi)標(biāo)物的一條譜線( (強(qiáng)度強(qiáng)度I I0 0) )，組成分析線對(duì)組成分析線對(duì)。則：則： 相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度R：

37、 上式內(nèi)標(biāo)法定量的基本關(guān)系式。上式內(nèi)標(biāo)法定量的基本關(guān)系式。2022-3-30內(nèi)標(biāo)元素與分析線對(duì)的選擇內(nèi)標(biāo)元素與分析線對(duì)的選擇：a. 內(nèi)標(biāo)元素可以選擇基體元素，或另外加入，含量固定；內(nèi)標(biāo)元素可以選擇基體元素，或另外加入，含量固定；b. 內(nèi)標(biāo)元素與待測元素具有相近的蒸發(fā)特性；內(nèi)標(biāo)元素與待測元素具有相近的蒸發(fā)特性；c. 分析線對(duì)應(yīng)匹配，同為原子線或離子線，且激發(fā)電位相近分析線對(duì)應(yīng)匹配，同為原子線或離子線，且激發(fā)電位相近(譜線靠近譜線靠近)，“勻稱線對(duì)勻稱線對(duì)”； d. d. 強(qiáng)度相差不大，無相鄰譜線干擾，無自吸或自吸小。強(qiáng)度相差不大，無相鄰譜線干擾，無自吸或自吸小。2022-3-30 （3 3）標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法又稱增量法。標(biāo)準(zhǔn)加入法又稱增量法。無合適內(nèi)標(biāo)物時(shí)，采用該法。無合適內(nèi)標(biāo)物時(shí)，采用該法。取若干份體積相同的試液（取若干份體積相同的試液（cX），），依次按比例加入不同量的依次按比例加入