企业培训-光谱培训new1钢研纳克光谱讲座 精品

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●火花源原子发射光谱分析技术

●主讲教师：张海强

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●本次培训的主要目的是：

●1、了解火花发射光谱的基本概念和理论知识；

●2、熟悉火花光谱仪器的组成结构及工作原理；

●3、具备火花发射光谱仪器的实际操作能力；

●4、掌握该技术在相关领域的应用。

●即分析检测技术基础、仪器与操作技术。

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1.1.1 光谱和光谱分析

●光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频

率）大小而依次排列的图案。即按照波长(或频率)顺序排列的电磁辐射。可见光、无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、γ射线和宇宙射线等都是电磁辐射。

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光谱分析属于光学分析。

光学分析是基于电磁辐射与物质相互作用后产生的辐射信号的波长和强度或发生的变化来测定物质的一类分析方法。包括光谱法和非光谱法。

按获得方式：发射光谱法、吸收光谱法、拉曼光谱法；

按本质特性：分子光谱（红外吸收、紫外-可见吸收、分子荧光和磷光）、原子光谱（原子发射、原子吸收、原子荧光、X射线荧光）

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紫外线、可见光和红外线统称为光学光谱。一般所谓“光谱”仅指光学光谱而言。

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1.2.1 原子发射光谱分析过程

使试样在外界能量的作用下转变成气态原子，并使气态原子的外层电子激发至高能态。

当从较高的能级跃迁到较低的能级时，原子将释放出多余的能量而发射出特征谱线。产

生的辐射经过光栅进行色散分光后，用检测器采集按波长顺序排列的谱线的强度，经计算机处理得到不同元素的含量

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1.2.2 原子发射光谱的产生

热能、电能

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1.2.3 能量辐射公式

● 式中E2、E1分别为高能级、低能级的能量，通常以电子伏特为单位；

● h 为普朗克常数（6.6256×10-34J ·S ）；

● ν及λ分别为所发射电磁波的频率及波长，c 为光在真空中的速度，等于2.997×

1010cm ·s-1。

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●

λ

hc hv E E E ==-=∆12 幻灯片20

1.3.1 基 态

● 在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基

态。这是电子的稳定状态 。

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1.3.2 激发态 ● 当原子受到外界能量（如热能、电能等）的作用时，原子由于与高速运动的气态粒子和

电子相互碰撞而获得了能量，使原子中外层的电子从基态跃迁到更高的能级上，处在这种状态的原子称激发态。

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1.3.3 原子发射光谱分析

●元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依

据特征光谱进行定性、定量的分析方法。

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1.3.4 线状光谱

●

●每一条所发射的谱线的波长，取决于跃迁前后两个能级之差。由于原子的能级很多，原

子在被激发后，其外层电子可有不同的跃迁，但这些跃迁应遵循一定的规则，因此对特定元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线

●这些谱线按一定的顺序排列，并保持一定的强度比例。原子的各个能级是不连续的（量

子化）。电子的跃迁也是不连续的这就是原子光谱是线状光谱的根本原因

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1.3.5 分析线和参比线

●分析线：一般是指从第一激发态状态下跃迁到基态时，所发射的谱线，亦称共振线

●参比线（内标线）：由于试样的蒸发、激发条件以及试样组成等的变化，会直接影响谱

线强度，所以常选用一条比较谱线，用分析线与比较线的强度比进行光谱定量分析，所采用的比较线称参比线或内标线

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1.4 原子发射光谱定性分析

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1.5.1谱线强度与试样浓度的关系

在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为：

I = a c

a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱中存在着自吸现象，需要引入自吸常数b ，则：

发射光谱分析的基本关系式，称为塞伯-罗马金公式（经验式）。自吸常数b 随浓度c 增加而减小，当浓度很小，自吸消失时，b=1。

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1.5.2 内标法和分析线对

由于试样的蒸发、激发条件以及试样组成的任何变化，均会直接影响谱线强度，这种变化往往很难避免，所以在实际光谱分析时，常选用一条比较谱线，用分析线与比较线强度比进行光谱定量分析，以抵偿这些难以控制的变化因素的影响，所采用的比较线称内标线，提供这种比较线的元素称为内标元素。

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●在光谱定量分析中，内标元素的含量变化不大，它可以是试样中的基本成份，也可以是

以一定的含量加入试样中的外加元素。这种按分析线强度比进行光谱定量分析的方法称内标法；所选用的分析线与内标线的组合叫做分析线对。

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1.5.3 内标法定量分析的基本公式

●如果分别以a、r，表示分析线、内标线，则：

●分析线强度I a=A a C a b a

●内标线强度I r=A r C r b r

●当内标元素Cr 固定时，即I r=A0 ，由此分析线对的强度比为:

●令K=Aa/A0, C=Ca, b=b a则

●在一定的浓度范围内，K、b与浓度无关，此式即为R=K C b

●

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1.5.4 内标元素、内标线和分析线的选择必须具备下列条件：

●(1) 分析线对应具有相同或相近的激发电位和电离电位，以减小放电温度(激发温度)的

改变对分析线对相对强度因离解度激发效率及电离度的变化所引起的影响

●(2) 内标元素与分析元素应具有相接近的熔点、沸点、化学活性及相近的原子量，以减

小电极温度(蒸发温度)的改变对分析线对相对强度因重熔、溅射、蒸发、扩散等变化所引起的影响

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●(3) 内标元素的含量，不随分析元素的含量变化而改变，在钢铁分析中常采用基体元素

铁作为内标；在制作光谱分析标准样品成分设计时，往往使内标元素含量基体保持一致，以减少基体效应的影响

●(4) 分析线及内标线自吸收要小，一般内标线常选用共振线，其自吸收系数b=1，对分

析线的选择在低含量时可选用共振线外，在高含量时，可选用自吸收系数b接近1的非共振线

●(5) 分析线和内标线附近背景应尽量小，且无干扰元素存在，以提高信噪比。