光谱检测技术

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5.2.1. 原子发射光谱的产生
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰） 或电（电火花）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（线状光谱）；
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
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原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即： • 由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使
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概述
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦 等离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；
1960年，工程热物理学家 Reed 设计了环形放电感耦等离子体炬； 指出可用于原子发射光谱分析中的激 发光源；
光谱学家法塞尔和格伦菲尔 德用于发射光谱分析，建立了电感耦 合等离子体光谱仪(ICP-AES);
5.2.2.2 光谱仪(摄谱仪)
将原子发射出的辐射分光后观察其光谱的仪器。 按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法； 按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；
光栅摄谱仪比棱镜摄 谱仪有更大的分辨率。
摄谱仪在钢铁工业应 用广泛。
性能指标：色散率、 分辨率、集光能力。
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பைடு நூலகம்
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5.2.2.3. 等离子体发射光谱仪
原子可能存在的定态只能取一些不连续的状态，即电子只能 沿着特定的轨道绕核旋转。在这些轨道上，电子的轨道运动角动 量P必须等于h/2的正整数倍。即: P= n·h/2 （n=1，2， 3）
此式称为Bohr量子化规则，n称为主量子数据。
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氢原子的玻尔模型 （基态）
-
+
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激发
+
不同的原子具有不同的能级，在一般的情况下，原子处于能
仪器分析检测技术培训
光谱检测分析
湖北省理化分析测试中心 陈平
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第五章 光谱分析法
5.1 光谱分析导论 光谱分析法是一种重要的仪器分析方
法,它主要是根据物质发射、吸收电磁辐射 以及物质与电磁辐射相互作用来进行分析 的。
光是一种电磁辐射，它具有波粒二象性。
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电磁辐射按其波长可分为不同区域：
γ射线 5 — 140pm
气态原子激发而产生光辐射；
• 将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱 线，形成光谱；
• 用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征 不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子 的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。
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1913年Bohr提出了原子结构学说，其要点如下： 电子绕核作圆周运行，可以有若干个分立的圆形轨道，在不
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1600年，牛顿发现太阳光谱
1802年，Wollaston和Fraunhofer发现太阳光谱 中的暗线
1859年，Kirchoff和Bunsen观察到不同元素发 出特征激发线
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吸收和发射
Cu
Ba Na
Fraunhofer 吸收线
K
发射线
190 nm
元素定性分析
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900 nm
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原子发射光谱分析法的特点:
h = Planck常数, = 频率,
c = 光速,
l = 波长
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E = h = hc/l
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K 元素的能级图
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Mg 元素的能级图
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5.2.2 原子发射光谱分析装置与仪器
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原子发射光谱分析仪器的类型有多种，如：火焰发射 光谱、微波等离子体光谱仪、感耦等离子体光谱仪、光 电光谱仪、摄谱仪等；
量最低的状态，即基态，当电子或其他粒子与原子相互碰撞
，如果其动能稍大于原子的激发能，就可使该气态原子获得
一定的能量，从原子的基态过渡至某一较高能级，这一过程
叫做激发。
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发射
+ 光
电子返回低能级 发出特定波长的光 DE=k/l k =12400
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返回基态 发出光
原子光谱的产生
+
激发态
多种能量传输 发射光取决于能级间能量差
(1)可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征光谱； (2)分析速度快 试样不需处理，同时对几十种元素进行定 量分析(光电直读仪)； (3)选择性高 各元素具有不同的特征光谱； (4)检出限较低 μg/kg (ICP） (5)准确度较高 <1% (ICP) ； (6)ICP-AES性能优越 线性范围5～7数量级，可测高、中 、低不同含量试样； 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
同轨道上运行的电子处于不同的能量状态。在这些轨道上运行的 电子不辐射能量，即处于定态。在多个可能的定态中，能量最低
的态叫基态，其它称为激发态 原子可以由某一定态跃迁至另一定态。在此过程中发射或吸
收能量，两态之间的能量差等于发射或吸收一个光子所具有的能 量，即: h=E2-E1
上式称为Bohr频率条件。式中，E2 E1。如E2为起始态能 量，则发射辐射；如E2为终止态能量，则吸收辐射。h为planck常 数（6.6262×10-34J·S）。
x 射线 0.001 — 10nm
光学区 10nm — 1000μm
其中：远紫外区 10 — 200nm
近紫外区 200 — 380nm
可见区 380 — 780nm
近红外区 780nm — 2.5μm
中红外区 2.5μm — 50μm
远红外区 50 — 100μm
微波
0.1 mm — 1m
无线电波 ﹥1m
70年代ICP-AES应用广泛。
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5.2 原子发射光谱分析法
atomic emission spectrometry,AES
原子发射光谱分析是一种已有一个世纪以上悠久 历史的分析方法，原子发射光谱分析的进展，在很大 程度上依赖于激发光源的改进。到了60年代中期， Fassel和Greenfield分别报道了各自取得的重要研究 成果，创立了电感耦合等离子体原子发射光谱新技术 ，这在光谱化学分析上是一次重大的突破，从此，原 子发射光谱分析技术又进入一个崭新的发展时期。与 此同时，其它等离子体光谱分析技术（直流等离子体 、微波等离子体）也得到了长足的进步。
原子发射光谱仪通常 由三部分构成：
光源、分光、检测
；
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5.2.2.1 火焰光度计
利用火焰作为激发光源，仪器装置简单，稳定性高。该 仪器通常采用滤光片、光电池检测器等元件，价格低廉，又 称火焰光度计。
常用于碱金属、钙 等谱线简单的几种元素 的测定，在硅酸盐、血 浆等样品的分析中应用 较多。。
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