火焰光度法

幅射的能量与波长的关系：
E E 2 - E1
E
幅射的能量 高能级的能量 低能级的能量 普朗克常数 光速
hc

(6.1)
E2 E1
h
c
辐射强度与被测物质浓度的关系
I ac b
I a
谱线强度 比例系数 被测元素浓度 自吸收系数
(6.2)
Biblioteka Baidu
c
b
在一定实验条件下，a、b均为常数，当元素浓度较低时， 自吸收很小，b近似为1。因而，(6.2)式可简化为：
6
火焰光度法的应用
陶瓷及原料中 K2O、Na2O 的 测定
水泥及原料 中K2O、 Na2O 的测定
硅质玻璃原料中 K2O、Na2O 的 测定
黏土、高铝、 半硅质耐火 材料中K2O、 Na2O 的测定
陶瓷及原料中K2O 、 Na2O 的测定
试样置于银(铂)坩 埚中，加入熔剂 混匀，于750 ~ 800℃马弗炉中熔 融，放冷后用 HCl(1+1) 浸取， 转移到容量瓶中定 容
小的成批试样，或者只进行少量样品 的测定，不必绘制标准曲线 选择两个不同浓度的标准溶液，使 待测溶液的浓度介于两者之间，分别 测定标准溶液和待测溶液的谱线强度。 设标准溶液的浓度分别为C2、C1，待 测溶液的浓度为Cx(C2>Cx>C1)相应谱 线强度分别为I2、I1、Ix，则有如下关 系： 待测溶液的浓度可按下式计算：
在标准曲线上查其 浓度值，计算含 量
硅质玻璃原料中K2O 、 Na2O 的测定
试样置于铂皿中， 经氢氟酸-硫酸 分解除硅，残渣 用热水浸取并加 HCl(1+1)溶解， 转移到容量瓶中 定容
用火焰光度计测定 标准溶液中K2O 、 Na2O 的谱线强度， 作出I-C标准曲线； 测定试样溶液中 K2O、Na2O 的谱 线强度
用火焰光度计分别测 定试样溶液、标准参 比溶液中K2O 、 Na2O 的谱线强度。
用比较法计算结 果
水泥及原料中K2O 、 Na2O 的测定
试样置于铂皿中， 经氢氟酸-硫酸分 解除硅，残渣用热 水浸取
用氨水、碳酸铵分 离铁、铝、钙、镁
用火焰光度计测定 标准溶液中K2O 、 Na2O 的谱线强度， 作出I-C标准曲线； 测定试样溶液中 K2O、Na2O 的谱 线强度
C X C1
(C 2 - C1 )(I X - I1 ) I 2 - I1
(6.5)
C 2 - C1 C X - C1 I 2 - I1 I X - I1
(6.4)
例如，用比较法测得的结果如下：
待测物 K2O 浓度及读数 C1 I1 C2 I2 Ix 25*10^-6 101 20*10^-6 81 96 10*10^-6 29 5*10^-6 15.5 19 Na2O
I ac
(6.3)
3
仪器构造
图6.1 FP6400火焰光度计结构图 A 1. 烟囱盖 2. 钾、钠显示窗 3.工作指示灯 4.低标指示灯 5. 高标指示灯 6. 钾-开关按键 7. 校正按键 8. 确认按键 9. 打印键 10. 钾-减少按键 11. 钾-增加按键 12. 钠-减少按键 13. 钠-增加按键 14. 钠-开关按键 15. 点火按键 16. 电源开关 17. 燃气阀 18. 乳胶管 19. 进样毛细管 20. 雾化室 21.燃烧室 22. 观察窗 23. 仪器型号
5
误差来源及误差消除
供气压力
(1) 测定时保持燃气和助燃气 压力恒定：一是为了得到稳 定的火焰，二是保证试样或 标准溶液的吸入量恒定； (2)用空压机供给空气，可装置 一个气体缓冲瓶防止气流压 力产生波动。
误差来源及误差消除 试样组成变化
(1) 配制试样溶液时引入了某 些酸或盐等干扰物质，或溶 液粘度、表面张力及密度变 化等，都将影响测定结果； (2) 试样溶液或标准溶液应尽 量含有相同的基体组成，通 过稀释溶液以降低干扰物质 浓度或对干扰物质进行化学 分离来消除影响。
六
内 容 提 要
概 述
1 2 3 4 5
基本原理 仪器构造 定量分析方法 误差来源及误差消除 火焰光度法的应用
6
1
概
述
引言
火焰光度法是以火焰进行激发，使被测元素发射出特征谱线，用检测
器测定被测元素特征谱线的强度而进行元素测定分析的方法。该法用喷雾器 将试液送入火焰中燃烧，利用火焰的热能使试样元素原子化，并将原子外层 电子激发至高能态(激发态)。原子由高能级返回到低能级时，释放出多余的 能量而产生各种具有特定波长的谱线，通过测量各特征谱线的强度，对试样 进行定量分析。在硅酸盐材料(水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料及其原材料)中 适用于钾、钠的测定。
在标准曲线上查 其浓度值，计算 含量
粘土、高铝、半硅质耐火材料中K2O 、 Na2O 的测定
试样置于铂皿中， 经高氯酸-氢氟酸分 解后，残渣用热水 和HCl(1+1)溶解并 煮沸，冷却后转移 到容量瓶中定容
试样置于铂坩埚中， 加入碳酸锂-硼酸 (1+1) 混匀，于 850~950℃马弗炉 中熔融，放冷后用 热水和HCl(1+1)加 热浸取，冷却后转 移到容量瓶中定容
则试样中K2O 、 Na2O 的浓度为：
25 20 C K 2O 20 96 81 10 6 23.8 10 6 101 81 10 5 C Na 2O 5 19 15.5 10 6 6.3 10 6 29 15.5
燃烧系统
其作用是使待测元素激发而辐射出特征谱线。由燃气、助燃 气、调节器、喷雾器、喷灯等部分组成。燃气(煤气、液化石油气 等)-空气火焰，约2000K，适用于碱金属的测定；乙炔-空气火焰 ，约2500K，适用于碱土金属的测定。
分光系统： 其作用是将待测元素发射的特征谱线分离出来。 分光元件可以是滤光片，还可以是棱镜或光栅。 检测系统 常使用光电池(或光电管) 作检测器。经单色器分 出的光投射至检测器上，将光信号转变为电信号，放 大，用检流计作读数装置，测量光电流的大小，经单 片机处理显示样品浓度/含量的读数。仪器背面有一量 程切换开关，可根据样品的浓度值，选择相应的量程 范围。
基体效应 仪器
(1) 滤光片的质量：选择单色 性好的滤光片以消除干扰元 素的辐射； (2) 光电池的质量、使用及维 护：一是选择对被测元素有 较高灵敏度的光电池，如测 钾用硅光电池，测钠用硒光 电池；二是使用过程中将仪 器预热以消除光电池的温度 效应，还要注意光门随用随 开，尽量减少受光时间；三 是光电池要在避光、阴凉、 干燥条件下保存。 (1) 当干扰元素含量较高时，可 适当稀释溶液以降低干扰元素 浓度，或在标准溶液中加入与 试样溶液含量相近的干扰元素， 使试样溶液和标准溶液的基体 相近，或是利用化学分离法将 干扰元素除去； (2) 当干扰元素的辐射线与被测 元素的辐射线的波长相近，可 使用选择性较好的滤光片或波 长范围较窄的单色器，以滤除 干扰元素的辐射。
图6.1 FP6400火焰光度计结构图 B 1. 电源线插座 2. RS232 接口 3. 燃气进气接口 4. 量程切换开关 5. 废液皿 6. 空压机进气接口 7. 调压旋钮 8. 压力表
钾 显 示
单片机
干涉滤光片 光电池
干涉滤光片 光电池 放大器
钠 A/D
A/D
放大器
雾化燃烧室 空气 压缩机 进样 过滤减压阀 废液排放 液化气
4
定量分析方法
标准曲线法
(1)配制一系列不同浓度的待测元素的标准 溶液，在火焰光度计上分别测定其谱线强度I， 以I为纵坐标，浓度C为横坐标，绘制标准曲 线（工作曲线）； (2)在相同条件下，测定试样溶液中被测元 素的谱线强度，在标准曲线上查得其浓度， 计算其含量。
比较法——适用于测定浓度变化较
燃气阀 接口
图6.2 FP6400火焰光度计原理结构图
气路系统
空气压缩机输出的压缩空气经过过滤减压阀，进入雾化室作 为进样喷咀的气源。燃气经内部电磁阀控制其开、关，而面板燃 气阀控制其流量的大小，然后进入雾化室。雾化室将吸入的样品 与燃气充分混合后，流入燃烧室，适当调节空气压力与煤气的比 例使火焰呈浅蓝色的锥形火焰。
特点
激发能量低，干扰少，适用于硅酸盐材料中钾、钠的测定，还可用于锂、铷 、铯、钙等元素的测定 重现性好 准确度较高，一般测定的相对误差为2~3% 结构简单，操作方便，分析速度快
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基本原理
光谱的产生 通常情况下，物质的原子 处于稳定的基态。当受到外 界能量激发后，原子的外层 电子会被激发到高能级(激发 态)。处在激发态的原子很不 稳定，仅存在很短的时间(约 10^-8s)就会从高能级返回低 能级，并释放出多余的能量 而产生各种具有特定波长的 谱线 。
用火焰光度计测定标 准溶液中K2O 、 Na2O 的谱线强度， 作出I-C标准曲线； 测定试样溶液中K2O、 Na2O 的谱线强度
在标准曲线上查其 浓度值，计算含 量
思
考
题
1、火焰光度法的测定原理是什么？ 2、火焰光度计主要由哪几部分构成？各部分的主要作用是什 么？ 3、火焰光度法主要用于测定硅酸盐样品中的哪些组分？试举 例说明。