发射光谱定性定量分析
原子发射光谱分析概述、基本原理和定性定量分析方法
物镜
准直镜
反射镜 入射狭缝
光栅 转台
AES仪器略图
光源
一 、AES光源 1. 光源种类及特点
光源
经典光源 现代光源
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体,ICP 激光光源
直流电弧:接触引燃,二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
d) 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal); e)e) 激发温度 T; f)f) 基态原子数 N0 或浓度 c; g) 前三项由待测物原子自身的性质决定,如核电荷数 、外层电子、轨道状态等。 h) 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T!
5.3 AES仪器 AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2击穿 高压高频振荡 引燃分析 间隙(L2-C2-G2);
G 被击穿瞬间,低压电流使 G2 放电(通过R1和电流表) 电弧; 不断引燃 电弧不灭。
5由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析定性原理
原子发射光谱分析 概述、基本原理和 定性定量分析方法
5.1 概述 5.2 基本原理 5.3 AES 仪器 5.4 定性定量分析方法
1)分析对象为大多数金属原子; 2)物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线(线光谱); 3)谱线波长——定性分析;谱线强度——定量分析。
E = E2-E1 = h =hc/
高能态E2)
2. 几个概念 激发电位(Excited potential):由低能态--高能态所需要的
实验一原子发射光谱定性半定量分析
1. 光谱半定量分析
与目视比色法相似;测量试样中元素的大致浓度范围; 应用:用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批 量试样的快速测定。 谱线强度比较法:测定一系列不同含量的待测元素标准 光谱系列,在完全相同条件下(同时摄谱),测定试样中待测 元素光谱,选择灵敏线,比较标准谱图与试样谱图中灵敏线 的黑度,确定含量范围。
7)其余可能干扰的元素,应逐个检查它们的灵敏线,如 某元素的灵敏线光谱中没有,则认为不存在这个元素的干扰。 如在光谱中有其灵敏线,可能是分析元素谱线上叠加干扰元 素的的谱线。在这种情况下,进行下一步骤,以期得出肯定 判断。
8)在该线附近再找出一条干扰元素的谱线(与原干扰强 度相同或稍强一些)进行比较,如该分析元素灵敏线黑度大 于或等于找出的干扰元素谱线的黑度,则可判定分析元素存 在。例:样品中含铁量高时。则锆3438·23A被铁3438·31A (强度10)所重叠,可与铁3437·95A(强度15)的黑度比较, 如锆3438·23A的黑度大于或等于铁3437·95A时可确定锆的存 在,又如钼3170·347A与铁3170·346A重叠时,可用铁 3171·663A的黑度比较,确定钼是否存在。
5、换新的石墨电极。其它条件不变。推光阑至|6|和|7|,在低 电流和高电流下重复对该样品摄谱。
6、暗室操作 在红灯下从暗盒中取出摄好谱的干板,乳剂面向上放入 18~20℃的显影液中,显影2分钟半。定影2分钟。半定影8分钟, 取出用水充分冲洗晾干。
7、识谱(铁光谱比较法)
1)谱片置于映谱仪置片台上
测量各元素特征光谱的波长和强度便可对元 素进行定性和定量分析。
原子发射光谱法的特点
原子发射光谱法灵敏度高,10-3-10-9g; 选择性好;可同时分析儿十种元素; 线性范围宽,约2个数量级,但若采用电感 藕合等离子体光源,则线性范围可扩大至 6-7个数量级; 不足之处:是谱线干扰较严重,对一些非 金属元素还不能测定。
光谱定性定量分析
Ⅱ显线法
元素含量低时,仅出现少数灵敏线,随元素含量增加, 谱线随之出现。可编成一张谱线出现与含量关系表,依此估 计试样中该元素的大致含量。
应用:用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批 量试样的快速测定。
(3)摄谱过程
摄谱顺序:碳电极(空白)、铁谱、试样; 分段暴光法:先在小电流(5A)激发光源摄取易挥发元素 光谱调节光阑,改变暴光位置后,加大电流(10A),再次暴光 摄取难挥发元素光谱;
采用哈特曼光阑,可多 次暴光而不影响谱线相对位 置,便于对比。
二、 光谱定量分析
1. 光谱半定量分析
Ⅰ谱线黑度比较法
一、 光谱定性分析
定性依据:元素不同→电子结构不同→光谱不同→特征光谱 元素的原子结构不同时,产生不同的光谱,也就是说,通过 谱线存在否,确某元素可否存在。 1.元素的分析线、最后线、灵敏线 分析线:复杂元素的谱线可能多至数千条,只选择其中几条 特征谱线检验,称其为分析线; 最后线:浓度逐渐减小,谱线强度减小,最后消失的谱线; 灵敏线:最易激发的能级所产生的谱线,每种元素都有一条 或几条谱线最强的线,即灵敏线。最后线也是最灵敏线; 共振线:由第一激发态回到基态所产生的谱线;通常也是最 灵敏线、最后线;
例如,铅的光谱
Pb % 0.001
0.003
0.01 0.03 0.10
0.30
谱线特征 2833.069 清晰可见 2614.178和2802.00弱
2833.069 清晰可见 2614.178增强2802.00变清晰
上述谱线增强,2663.17和2873.32出现 上述谱线都增强 上述谱线更增强,没有出现新谱线
原子发射光谱法的主要特点
原子发射光谱法的主要特点
原子发射光谱法(AES)是一种常用的材料分析方法,它具有以下主要特点:
1.精确性高:原子发射光谱法可以提供非常精确的元素定性定量信息。
通过使用复杂的仪器设备和先进的算法,可以准确地测量元素在样品中的浓度和分布。
2.灵敏度高:原子发射光谱法具有很高的灵敏度,可以检测到样品中微量的元素。
这使得该方法可以用于分析痕量元素,如金属杂质或合金成分。
3.选择性强:原子发射光谱法可以选择性地测量特定元素。
通过选择适当的激发条件和光谱线,可以仅对某些元素进行检测,而对其他元素不产生干扰。
4.线性范围宽:原子发射光谱法的线性范围很宽,可以从ppm(百万分之一)到ppb(十亿分之一)的浓度范围进行测量。
这使得该方法可以适应不同浓度的样品分析需求。
5.实验方法简单:原子发射光谱法的实验方法相对简单。
样品经过简单的制备和稀释后,可以直接进行分析。
这使得该方法在实验室中易于操作,并且适用于各种不同类型的样品。
总之,原子发射光谱法具有精确性高、灵敏度高、选择性强的特点,可以提供准确的元素信息,并适用于各种不同类型的样品分析。
光谱定性、定量分析
c.标准加入法 无合适内标物时,采用该法。 取若干份体积相同的试液(cX),依次按比例加入不同量的 待测物的标准溶液(cO),浓度依次为: cX , cX +cO , cX +2cO , cX +3cO , cX +4 cO …… 在相同条件下测定:RX,R1,R2,R3,R4……。 以R对浓度c做图得一直线,图中cX点即待测溶液浓度。 R=Acb b=1时,R=A(cx+ci ) R=0时, cx = – ci
三、原子发射光谱分析法的应用
原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面(定性分析)具 有较大的优越性,不需分离、多元素同时测定、灵敏、快捷 ,可鉴定周期表中约70多种元素,长期在钢铁工业(炉前快 速分析)、地矿等方面发挥重要作用; 在定量分析方面,原子吸收分析有着优越性; 80年代以来,全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅 速,已成为无机化合物分析的重要仪器。
(3)摄谱过程 )
摄谱顺序:碳电极(空白)、铁谱、试样; 摄谱顺序 分段暴光法:先在小电流(5A)激发光源摄取易挥发元素 分段暴光法 光谱调节光阑,改变暴光位置后,加大电流(10A),再次暴光 摄取难挥发元素光谱; 采用哈特曼光阑,可多 次暴光而不影响谱线相对位 置,便于对比。
二、 光谱定量分析
§1-3 光谱定性、定量分析 光谱定性、
一、 光谱定性分析
定性依据:元素不同 电子结构不同 光谱不同→特征光谱 电子结构不同→光谱不同 定性依据:元素不同→电子结构不同 光谱不同 特征光谱 元素的原子结构不同时,产生不同的光谱,也就是说, 元素的原子结构不同时,产生不同的光谱,也就是说,通过 谱线存在否,确某元素可否存在。 谱线存在否,确某元素可否存在。 1.元素的分析线、最后线、灵敏线 元素的分析线、最后线、 分析线: 分析线:复杂元素的谱线可能多至数千条,只选择其中几条 特征谱线检验,称其为分析线; 最后线: 最后线:浓度逐渐减小,谱线强度减小,最后消失的谱线; 灵敏线: 灵敏线:最易激发的能级所产生的谱线,每种元素都有一条 或几条谱线最强的线,即灵敏线。最后线也是最灵敏线; 共振线:由第一激发态回到基态所产生的谱线;通常也是最 共振线 灵敏线、最后线;
原子发射光谱 定量和半定量
原子发射光谱(Atomic Emission Spectrometry,AES)是一种利用物质在热激发或电激发下,每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成,进行元素的定性与定量分析的方法。
原子发射光谱法具有多元素检测、分析速度快、选择性好、检测限低、准确度高、误差较小、试样消耗少、线性范围大等优点。
然而,它也存在一些局限性,如不能非金属、光谱复杂、价格昂贵等。
在原子发射光谱法中,定量和半定量的分析主要依据以下原理:
1. 定量分析:通过测量待测物质中各元素的发射光谱强度,与标准光谱强度进行比较,从而计算出待测物质中各元素的含量。
常用的定量分析方法有:标准曲线法、标准加入法、内标法等。
2. 半定量分析:通过比较待测物质中某元素的发射光谱与已知浓度的标准物质光谱,对待测物质中该元素的含量进行大致估算。
半定量分析常用的方法有:目视法、比较法等。
在实际应用中,原子发射光谱法可对约70 种元素(包括金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素)进行分析。
在一般情况下,用于1% 以下含量的组份测定,检出限可达ppm,精密度为10% 左右,线性范围约2 个数量级。
这种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。
(完整版)发射光谱分析试题及答案
发射光谱分析试题及答案一、选择题1. 用发射光谱进行定性分析时,作为谱线波长比较标尺的元素是:(3 )(1)钠(2)碳(3)铁(4)硅二、问答题:1.原子发射光谱分析法定性、定量分析的依据是什么?答:定性依据是特征谱线的波长,定量依据是谱线的强度。
2.何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线,它们之间有何联系?解:由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。
共振线具有最小的激发电位,因此最容易被激发,为该元素最强的谱线。
灵敏线(sensitive line) 是元素激发电位低、强度较大的谱线,多是共振线(resonance line)。
最后线(last line) 是指当样品中某元素的含量逐渐减少时,最后仍能观察到的几条谱线。
它也是该元素的最灵敏线。
进行分析时所使用的谱线称为分析线(analytical line)。
由于共振线是最强的谱线,所以在没有其它谱线干扰的情况下,通常选择共振线作为分析线。
3. 光谱定性分析的基本原理是什么?进行光谱定性分析时可以有哪几种方法?说明各个方法的基本原理和使用场合。
解:由于各种元素的原子结构不同,在光源的激发下,可以产生各自的特征谱线,其波长是由每种元素的原子性质决定的,具有特征性和唯一性,因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在,这就是光谱定性分析的基础。
进行光谱定性分析有以下三种方法:(1)比较法。
将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上,在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。
若两者谱线出现在同一波长位置上,即可说明某一元素的某条谱线存在。
本方法简单易行,但只适用于试样中指定组分的定性。
(2)对于复杂组分及其光谱定性全分析,需要用铁的光谱进行比较。
采用铁的光谱作为波长的标尺,来判断其他元素的谱线。
(3)当上述两种方法均无法确定未知试样中某些谱线属于何种元素时,可以采用波长比较法。
即准确测出该谱线的波长,然后从元素的波长表中查出未知谱线相对应的元素进行定性。
仪器分析 第7章 原子发射光谱分析
摄谱法原理 ⑴ 摄谱步骤
安装感光板在摄谱仪的焦面上
激发试样,产生光谱而感光
显影,定影,制成谱板 特征波长—定性分析 特征波长下的谱线强度—定量分析
⑵ 感光板 玻璃板为支持体,涂抹感光乳剂(AgBr+明胶+增感剂) 感光:
2AgX+2hυ→ Ag(形成潜影中心)+X2
OH
O
显影: 对苯二酚
乳剂特性曲线:
感光板的反衬度
以黑度S与曝光量的对数lgH作图 在正常曝光部分:
γ
S lg H lg H i lg H i
α
乳 剂 特 性 曲 线
S lg( It ) i
Hi为感光板的惰延量
谱线黑度与辐射强度的关系:
S lg( It ) i
定量分析中,更主要是采用 内标法,测量分析线对的相 对强度
磁辐射,通过测定其波长或强度进行分析的方法
不涉及能级跃迁,物质与辐射作用,使其传播方 向等物理性质发生变化,利用这些改变进行分析 的方法
光分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 旋 光 法
X 射 线 荧 光 光 谱
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
e. 波长尽可能靠近
(3) 摄谱法中的内标法基本关系式
• 摄谱法中谱线黑度S与辐射强度、浓度、曝光时间 、感光板的乳剂性质及显影条件有关,固定其他 条件不变,则感光板上谱线的黑度仅与照射在感 光板上的辐射强度有关
i0 S lg i
i0 未曝光部分的透光强度 i 曝光部分的透光强度
发射光谱分析
工 光谱激 发光源 红外 及 可见 9000-6500 Li 乙炔焰 Cs Cs Ga Mn K Rb Å
作 可见 及
光 紫外 Å Rb Ba Cr Co
域 紫 外 Å Ni
3000-3550 Li K Ca In Fe Na Sr Tl
3550-2470 Ag Ng Cu Cr
Rb 电
Cs
(1) 铜棒中是否含铁。 (2) 黄铜、紫铜中有何不同元素存在。 【实验仪器】 中型石英摄谱仪 发生器 【实验原理】 光谱分析是利用原子和分子的发射(或吸收)光谱,进行物质的化学组成及含量分析 的物理方法。发射光谱分析是将少量的试样放在火焰、电弧或电火花等光源中进行激 发。从而发射出代表每个元素的辐射,经射谱仪展开成光谱,用光谱投影仪去观察拍 摄出的光谱谱线,查找某些元素所产生的特征线,来识别该元素的有无。这就是光谱 定性分析。根据该元素的谱线强度与含量之间的关系来测定试样中该元素的含量。这 就是光谱定量分析。定性分析一般可分为两类:一类是检查样品中是否含有某一种或 某几种元素的分析,叫指定分析;另一类是检查全部所有组成元素的分析,叫全分析。 本实验只做指定分析 1. 发射光谱分析的特点: 光谱图 映谱仪 阿贝比长仪 光谱线波长表 交流电弧
图 1 元素标准光谱图
【实验步骤】 1.选择交流电弧作为光源,定性分析方法可选择光谱图片比较法或测定波长法(视实 验时间而定)。狭缝宽度为 8 。 2. 用对光灯调节电极、 三聚光镜系统与狭缝等高共轴, 分析电极间隙为 2~3mm 或 4~5mm (视电弧发生器电流大小而定)。 3.启动电弧发生器,利用毛玻璃从谱窗处观察光谱,观察到后熄灭电弧,将装有干板 的暗盒装入谱窗前,抽出暗盒后的挡板,选取合适的哈特曼光阑(见下表),准备摄谱; 注意在拍摄的过程中切不可随意抽拉干板盒的挡板,以免干板发生错位。 4.电弧发生器,摄谱(曝光时间可参照下表,换电极时用钳子将电极取下),拍摄铁谱 的谱线时,应注意光的稳定。 分析试样 哈特曼光阑的选取 曝光时间 铁 1 黄铜 2 根据干板情况而定 紫铜 3 5.光谱拍摄完毕后到暗室对干板进行处理(显影、定影);显影、定影的时间视环境 温度及药品的使用次数而定。 6.干板冲洗好后,用吹风机吹干待用。 7.在映谱仪上进行分析,找到距杂质谱线最近的铁谱线用标准图谱读出其波长;并注 意其位置特征。 8.在阿贝比长仪上读出各谱线的相对位置,算出各谱线间的距离。 9.将步骤 7、8 中的数据代入线性内插法公式中进行计算,测定出杂质谱线的波长, 在光谱线波长表中找到对应元素,并求出波长误差,分析误差产生的原因。 【注意事项】
原子发射光谱分析
ICP的分析特点 的分析特点
1. 对大多数元素有高的灵敏度 检测限达 -9-10-11 检测限达10 g·L-1因为温度高(等离子体核处 因为温度高(等离子体核处10000K,中央 ,中央6000- - 8000K);惰性气氛,有利于难熔物质分解。 );惰性气氛 );惰性气氛,有利于难熔物质分解。 2. 测定线性范围宽 因趋肤效应而无自吸现象。 因趋肤效应而无自吸现象 自吸现象。 高频电流密度在导体截面呈不均匀分布, 趋肤效应 高频电流密度在导体截面呈不均匀分布,集 中在导体表层的现象。 中在导体表层的现象。 3. 碱金属电离不造成干扰,因电流密度大。 碱金属电离不造成干扰,因电流密度大。 4. 无电极污染 因是无极放电。 因是无极放电。 5. 耗样量小 载气流速低,试样在中央通道充分激发 载气流速低, 6. 背景干扰小 因工作气体氩气是惰性气体不产生其 它物质。 它物质。
第一共振线 原子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 原子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 最易发生,能量最小,一般是最灵敏线,又叫最后线。 最易发生,能量最小,一般是最灵敏线,又叫最后线。 原子获得足够的能量(电离能)产生电离。 原子获得足够的能量(电离能)产生电离。失去一个电 子形成一级离子,再失去一个电子形成二级离子。 子形成一级离子,再失去一个电子形成二级离子。 离子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 电离线 离子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。与电 离能大小无关,离子的特征共振线。 离能大小无关,离子的特征共振线。 识别元素的特征光谱鉴别元素的存在 定性分析 测定特征谱线的强度测定元素的含量 定量分析
R 镇流电阻 调节 和稳定电流 L 减小电流波动
直流电弧工作原理
电弧点燃后,热电子流高速通过分析间隔冲击阳极, 电弧点燃后,热电子流高速通过分析间隔冲击阳极, 产生高热,试样蒸发并原子化, 产生高热,试样蒸发并原子化,电子与原子碰撞电离出 正离子冲向阴极。电子、原子、离子间的相互碰撞, 正离子冲向阴极。电子、原子、离子间的相互碰撞,使 原子跃迁到激发态,返回基态时发射出该原子的光谱。 原子跃迁到激发态,返回基态时发射出该原子的光谱。 弧焰温度: 多种元素激发 弧焰温度:4000~7000 K,可使 多种元素激发。 ~ ,可使70多种元素激发。 绝对灵敏度高,背景小,适合定性分析。 特 点:绝对灵敏度高,背景小,适合定性分析。
光谱定量分析
光谱定量分析方法-------三标准准试样法
一种最基本的定量方法,也是使用最广泛的一种方法。发射 光谱定量分析的基本方法。用于金属或合金快速分析的持久 曲线法和控制样品法。将分析试样和标准样品按确定的分析 条件摄谱,以内标原理进行分析;用摄得的标准样品光谱中 分析线对强度比的对数lgR,与相对应的标准样品中分析元 素的含量对lgC为坐标制作校准曲线。或采用分析线对的黑 度差△S与相对应的含量对数lgC为坐标作校准曲线。分析
(2) 内标法基本关系式
影响谱线强度因素较多,直接测定谱线绝对强度计算难以
获得准确结果,实际工作多采用内标法(相对强度法)。
在被测元素的光谱线中选择一条作为分析线(强度I),再 在基本元素(内标元素)的谱线选一条与分析线匀称的谱线 作为内标线(强度I0),两条组成分析线对。 I a cb 相对强度R: R 则: A cb b b I a c I 0 a0 c00 b I 0 a0 c00 lg R b lg c lg A A为其他三项合并后的常数项,内标法定量的基本关系式 以lgR对lgc所做的曲线即为相应的工作曲线。
光谱定量分析
姓名:柴志全 学号:201006040021
(1) 发射光谱定量分析的基本关系式
光谱定量分析时是根据被测试样光谱中欲测元素的谱线强度来
确定元素浓度的。元素的谱线长度I与该元素在试样中浓度c的
相互关系为经验表达式:I=a·b c ......(1)
a为常数参数(与蒸发、激发过程、试样组成等有关),考虑到发 射光谱中存在着自吸现象,需要引入自吸常数 b ,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。
对(1)式取对数可以得到
lgI=blgc+lga ......(2)
8.2 原子发射光谱定量分析
加入K+标准溶液体积/mL 0.00 1.00 2.00 4.00
强度 105 216 328 550
求该血清试样中钾的浓度并判断该浓度是否处于正常范围?
标准加入法 I = aC
8.2 AES光谱定量分析
标准加入法 I = aC
以强度对加入标样的浓度作图(右图) 反向延长直线,与X轴交点得到Cx 线性方程 I = 69.55Cx + 105
计算 I = 0 时,Cx = 1.51 g·mL-1
0.20 mL血清试样浓度
1.51*25.0/0.20 = 188.75 (g·mL-1 )
188.75/39.098 = 4.83 (mmol·L-1) 人的正常血清中含钾量为3.5 ~ 8.5 mmol·L-1 该浓度处于正常范围 答:血清试样中钾的浓度为4.83 mmol·L-1,该浓度 处于正常范围。
nm
lgR
标样1 0.08 285 293 0.97 -0.012
标样2 0.13 323 310 1.04 0.018
标样3 0.20 418 389 1.07 0.031
标样4 0.30 429 384 1.12 0.048
lgC
-1.10 -0.89 -0.70 -0.52
未知样 x 392 372 1.05 0.022 -0.79
在被测元素的光谱中选择一条作为分析线(强度I),再选择内标物的一
条谱线(强度I0),组成分析线对
I a cb I0 a0 c0b0
内标法定量的基本关系式
R I a cb Acb I 0 a0 c0b0
lg R b lg c lg A
注02lgC + 0.103 当 lgR = 0.022 时,lgC = -0.79,C = 0.16
原子发射光谱测定方面的分析【论文】
原子发射光谱测定方面的分析摘要:原子发射光谱主要曾经应用于发现新元素以及建立原子结构理论。
随着分析科学技术的不断发展,人们对分析仪器的要求也越来越高,不但要求将来的分析仪器设备具有更高的灵敏度、精密度以及分析速度,更要求其向微型化、自动化和集成化的方向发展。
关键词:原子发射光谱;分析仪器;分析速度一、概述1.原子发射光谱法的概述原子发射光谱法,是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。
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)。
原子发射光谱法包括了三个主要的过程,即:(1)原子发射光谱主要由光源提供能量给样品,从而使样品蒸发、形成气态原子以及进一步使气态原子激发得到光辐射的过程;(2)其将复合光经单色器分解成按顺序排列的谱线,从而形成光谱;(3)使用检测器来检测光谱中的谱线的波长以及谱线的强度。
“原子发射光谱分析”是《分析试验室》期刊两年一次的综述。
自 1991 年起, 至今已有 4 篇综述发表, 这些综述推动了我国原子发射光谱分析的发展,具有好的参考价值。
在有关原子光谱分析的技术中,原子发射光谱法的特点是拥有检测线性范围宽以及多元素可以同时测定的能力,原子发射光谱法被视为一种标准的分析方法,现今,原子发射光谱法广泛应用于痕量元素的分析测定。
分析测定主要的基本原理是使物质处于热激发或电激发,其由元素的离子或原子发射出特征光谱,根据发射出来的特征光谱的强弱,从而可对元素进行定性与定量分析的过程。
原子发射光谱仪器主要由波长选择系统、检测系统、进样系统以及激发光源组成。
2.原子发射光谱的分析方法(1)定性分析每一种元素的原子都有它的特征光谱,根据原子光谱中的元素特征谱线就可以确定试样中是否存在被检元素。
通常将元素特征光谱中强度较大的谱线称为元素的灵敏线。
只要在试样光谱中检出了某元素的灵敏线,就可以确证试样中存在该元素。
发射光谱定性分析和定量分析
发射光谱定性分析和定量分析一、实验原理1、掌握光谱定性分析的一般原理和方法;2、掌握光谱定量分析的一般原理和方法;3、了解电感耦合等离子体原子发射光谱仪的使用方法。
二、实验原理当物质被热能或电能激发到不稳定状态时,会辐射能量并产生发射光谱。
被激发的分子产生带状光谱,被激发的原子或离子产生线状光谱,线状光谱是发射光谱分子的基础。
线状光谱中的各条谱线是元素的原子或离子的外层电子在两个能级间跃迁时产生的。
根据辐射的量子理论△E=E2-E1=hν谱线的波长:λ=c/ν由于各种元素的原子结构不同,故其发射的谱线波长各不相同,根据各元素的特征谱线,可判别相应元素存在与否。
一个元素可以有很多条谱线,其中最容易激发的谱线称为该元素的“灵敏线”或“最后线”。
如为确定试样中某元素存在与否,不必检查该元素所有的谱线,只需根据几条灵敏线的出现与否即可做出判断。
光谱分析就是根据元素的特征光谱来鉴别元素的存在(定性分析),而谱线的强度与试样中该元素的含量有关,因此也可利用谱线的强度来测定元素的含量(定量分析)。
当温度一定时,谱线强度与元素浓度之间的关系符合下列经验公式:I=ac blgI=lgc+lga此式称为赛伯-罗马金公式,是定量分析的基本关系式。
三、仪器与试剂(1)仪器IRIS Intrepid ⅡXSP原子发射光谱仪(Thermo公司)(2)试剂氩气,未知样品,钙、镁标准贮备液(1mg/mL),优级纯硝酸,水(二次蒸馏水)。
四、实验内容与步骤1、定性分析定性分析包括准确分析元素和分析谱线,通常通过全谱谱图对样品中的元素进行更详细的了解,全谱谱图包括样品中所有元素的所有谱线。
样品的所有信息都包括在两张全谱谱图中(UV和Vis,以345nm为分界线),通过全谱谱图可以对未知样品进行定性分析,或证明某些元素的存在。
对于未知样品,首先点击“Run”选择“FullFrame”命令,获得样品的UV 和Vis全谱,然后点击观测到的某条强谱线,用谱线库对其进行鉴别,同时寻找该元素的其他二级谱线进行辅助证明。
原子发射光谱定性和定量分析
【实验题目】原子发射光谱定性和定量分析【实验目的】1、把握光谱定性分析的一样原理和方式。
2、把握光谱定量分析的一样原理和方式。
3、了解电感耦合等离子体原子发射光谱仪的利用方式。
【实验原理】但当原子受到能量(如热能、电能等)的作历时,原子由于与高速运动的气态粒子和电子彼此碰撞而取得了能量,使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态,处于激发态的原子是十分不稳固的,在极短的时刻内便跃迁至基态或其它较低的能级上。
当原子从较高能级跃迁到基态或其它较低的能级的进程中,将释放出多余的能量,这种能量是以必然波长的电磁波的形式辐射出去的,其辐射的能量可用下式表示:△E=E2-E1=hv谱线波长:λ=c/v每一种元素因其原子结构不同,受激发后都能够产生自己的特点光谱,每一种元素的特点光谱通常包括有很多谱线,谱线的强度各不相同。
一个试样如含有假设干种元素,谱线上就有这假设干种元素的特点光谱,特点光谱的条数多少与各元素含量高低有关。
当某元素含量降低时,其光谱中的弱线接踵消失,而不被检出。
最后消失的几条谱线叫“灵敏线”定性分析一样只需找出某元素的灵敏线即可确信该元素的存在。
光谱分析依照这些元素的特点光谱就能够够准确无误的辨别元素的存在(定性分析),而这些光谱线的强度又与试样中该元素的含量有关,因此又可利用这些谱线的强度来测定元素的含量(定量分析)。
当温度一按时,光谱线的强度与试样中该元素的浓度之间的关系符合以下体会公式:I=a C blgI=blgc+lga【实验仪器与试剂】(1)仪器:IRIS INTREPIDⅡ XSP 高频电感耦合等离子直读仪。
(2)试剂:氩气;未知样品;钙、镁保准储蓄液:100ug/mL;蒸馏水。
【实验内容与步骤】1、定性分析按仪器操作规程,设置仪器参数,点燃等离子体,运行全谱命令,对未知样品进行分析。
仪器要紧参数:高频功率,1150W;冷却气流量,15L/min;辅助气流量,/min;载气压力,25psi;蠕动泵转速,120r/min;溶液提升量,min。
原子发射光谱法应用
原子发射光谱法应用
原子发射光谱法(Atomic Emission Spectroscopy,AES)是一种常用的分析技术,用于元素定性和定量分析。
它基于原子在光激发下吸收能量并发射特定波长的光线的原理。
下面是原子发射光谱法的一些应用领域:
1.环境分析:原子发射光谱法可以用于分析环境样品中的重金属污染物,如水中的铅、汞、镉等。
它能够提供高灵敏度和准确度的分析结果,帮助监测和评估环境质量。
2.食品安全:原子发射光谱法可用于食品中有害元素的测定,如水产品中的汞、海产品中的镉等。
通过对食品样品进行分析,可以及时发现潜在的食品安全隐患。
3.质量控制:原子发射光谱法可以用于工业生产过程中的质量控制。
例如,在金属冶炼和制造工业中,可使用原子发射光谱法对金属合金和其他材料进行成分分析,以确保产品质量符合规定标准。
4.地质矿物分析:原子发射光谱法在地质探测和矿物分析中具有重要应用。
它可以用于分析岩石和矿石中的元素含量,帮助研究和勘探天然资源。
5.药物分析:原子发射光谱法在制药行业中被广
泛应用。
它可以用于药品中残留金属元素的定量分析,以确保药品的质量和安全性。
原子发射光谱
原子核外电子的壳层结构
单价电子原子:主量子数n、角量子数l、 磁量子数 m 、自旋量子数 s 磁量子数( m ): 描述核外电子云沿磁场方向的分量,即决 定了电子绕核运动的角动量沿磁场方向的 分量。 m = 0、1、 2、 3、……、 l
原子核外电子的壳层结构
单价电子原子:主量子数n、角量子数l、 磁量子数 m 、自旋量子数 s 自旋量子数( s ): 描述核外电子云自旋方向,即自旋角动量 沿磁场方向的分量。电子自旋的空间取向 只有两个,顺磁场和反磁场。s = 1/2 Na:(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1 (3s)1 n = 3 l = 0 m=0
2、原子线和离子线
原子线(Ⅰ) :原子核外激发态电子跃迁回基态 所发射出的谱线,用罗马字母Ⅰ 标识,通常也指电弧线。 M*M (I) 离子线(Ⅱ,Ⅲ) : 离子核外激发态电子跃迁回基态 所发射出的谱线,用罗马字母Ⅱ Ⅲ等表示一级电离、二级电离离子 发射的谱线,通常也指火花线。 M+ * M+ (Ⅱ ) M2+* M2+ (Ⅲ )
光谱项
n2S+1LJ 或者nM LJ 原子发射光谱是由原子或离子的核外电子 在高低能级间跃迁而产生的,原子或离子的 能级通常用光谱项来表示。 n:主量子数; L:总角量子数; S:总自旋量子数; M=2S+1,体现了谱线的多重性 J:内量子数;又称光谱支项。
Na (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
原子核外电子的壳层结构
单价电子原子:主量子数n、角量子数l、 磁量子数 m 、自旋量子数 s 角量子数( l ):
描述核外电子云的形状,决定了电子绕核运 动的角动量,同一主量子数 n 下,按不同角 量子数 l 可分为n个亚层。 l = 0、1、 2、 3、 4、…… 符号: s、p、d、 f、 g、……
原子离子发射光谱
原子离子发射光谱原子离子发射光谱法是一种基于原子离子光谱现象的分析方法。
它利用原子离子在受到激发后发出的光来获取信息,以进行物质成分的定性和定量分析。
本文将详细介绍原子离子发射光谱的各个方面。
1.原子光谱原子光谱是原子能级之间的跃迁产生的光谱。
根据量子力学原理,原子具有一系列离散的能级,当原子从一个能级跃迁到另一个能级时,会发出或吸收特定波长的光。
原子光谱线具有高度的线形和稳定性,可用于元素的定性和定量分析。
2.离子光谱离子光谱是离子能级之间的跃迁产生的光谱。
离子能级之间的跃迁与原子能级跃迁类似,但离子光谱的复杂性高于原子光谱,因为离子的能级结构受到电荷、质量、转动和振动等影响。
离子光谱也具有高度的线形和稳定性,可用于元素的定性和定量分析。
3.光谱线强度光谱线强度是指发射或吸收光的强度。
光谱线强度与原子的激发态和基态的能级分布以及跃迁概率有关。
高强度光谱线可用于提高检测灵敏度,而低强度光谱线则可用于研究复杂的能级结构和化学键信息。
4.光谱线波长光谱线波长是发射或吸收光的波长。
不同元素具有不同的特征波长,因此可通过测量光谱线的波长进行元素的定性分析。
同时,通过测量不同波长下的光强,可以进行元素的定量分析。
5.光谱线宽度光谱线宽度是指光谱线的宽度。
它受到多种因素的影响,如自然宽度、温度、压力、磁场、电场等。
通过对光谱线宽度的测量和分析,可以获得关于原子能级结构、激发条件和环境因素的信息。
6.光谱线分裂光谱线分裂是指光谱线在磁场或电场作用下的分离现象。
它反映了原子能级的精细结构以及与外部场的相互作用。
通过对光谱线分裂的测量和分析,可以获得关于元素的磁学和电学性质的信息。
7.光谱线位移光谱线位移是指光谱线的波长在温度、压力、磁场、电场等外部因素影响下的变化现象。
它反映了原子能级随外部条件的变化情况,可用于研究元素的热力学性质和化学反应过程中的能量变化。
8.光谱线猝灭光谱线猝灭是指在高激发条件下,原子从一个激发态跃迁回基态时伴随的光谱线强度的变化现象。
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铁的外层电子较多,谱线较复杂,在常用的光 谱分析范围内(210-660 nm)约有4600条谱 线,其中每条谱线的波长都作了精确的测定, 载于谱线表内,所以将铁光谱作为波长标尺。 一般将各元素的分析线按波长位置分插在铁光 谱图相应的位置上,制备了“元素标准光谱图”
定性分析时,将试样和纯铁并列摄谱,将摄取 的谱片与“元素标准光谱图”进行对照比较 如果未知元素的谱线与“元素标准光谱图”中 标明的某元素谱线位置重合,该元素有可能存 在。通常选择2~3条灵敏线进行比较,即可 判断未知试样中存在的元素。
(二 )摄谱
(实验条件的选择)
1. 光源的选择
2. 电极的选择
电极材料 孔深,孔壁,孔径的选择 孔深 浅:适于难挥发元素 深:易挥发元素
3. 狭缝的选择 定性:5~7 定量:20~30
摄谱时应注意: a 样品必须燃尽 b 选用色散率适中的中型摄谱仪 c 定性分析中采用直流电弧 d 采用较小的狭缝5~7 m,减小谱线重叠干扰
谱线呈现法: 当元素含量降低时,该元素所出现的谱线数 也逐渐减少,从而根据谱线出现的情况,估 计元素的含量。
1. 方法:在固定工作条 件下,把不同含量的 被测元素的标样摄谱, 然后将不同含量时与 之相对应所出现的谱 线编成谱线呈现表。
2. 试样分析:将样品 在相同条件下摄谱, 根据待测元素出现的 谱线及强度在呈现表 中查得相应含量。
分析线的选择原则:
1. 分析线应该有足够的强度,一般选用最后 线为分析线,当样品浓度含量高时,不选 用最后线做判断,谱线有自吸,而选用特 征线或特征线组。 2. 分析线不应当与其它干扰谱线重叠。为保
证检出可靠,选用2-5条谱线相互验证。
三、 光谱定性分析的方法
1.标准图谱比较法-铁光谱比较法
采用铁光谱作为波长标尺,来判断其它元素的谱线。
以Fe为例 波长A 2483.3 3026.6 2599.6 3018.98 3016.2 灵敏度% < 0.001 0.001~0.003 0.003~0.01 0.1 0.3
2901~2909
2904.4
0.5~1
3
谱线强度比较法:
1. 用待测元素得纯物质分别配制 1%,0.1%,0.01%,0.001%等标准系列
2. 将试样与标准系列在同等条件下并列摄谱 3. 目视比较,比较被测元素灵敏线的黑度与哪个 标准试样谱线的黑度接近,估计其含量。
例:
发射光谱定量分析
一 、谱线强度与浓度之间的关系
赛伯-罗马金公式
I=aCb
无自吸收 :b=1 I与c成正比 有自吸收 :b1 I与c关系比较复杂 a:与试样的蒸发、激发过程、试样 组成及实验条件有关的参数 I :分析线的强度, C: 待测元素的浓度
一 、光谱定性分析的特点
目前应用最广泛、最简便的一种 定性分析方法 分析速度快,多元素同时分析,试样用量 少,分析元素范围广,70多种元素可用于
分析,灵敏度高,能检测微量与痕量元素
根据对分析要求的准确度不同: 定性 发射光谱分析 半定量
定量
分析方法 定性分析 半定量分析 定量分析 相对误差(%) >±300 ±20~±300 <±20
lgI = b lgC + lga -光谱定量分析的基本关系式 a与b不仅与实验条件有关, 而且与待测元素含量有关, 只有在一定的实验条件下 及一定的含量范围内,a、 b才是一个常数。 当浓度C 较大时, b不再 是常数,因而曲线发生弯 曲。
二 、影响谱线强度的因素
1. 蒸发温度的影响
a 蒸发温度与光源特性有关 增大电流、提高电极温度、提高蒸发温度 直流电弧蒸发温度最高
2. 标样比较法: 适于分析试样中某几种指定元素 将试样与待测元素标样并列摄谱,然后比较 它们的光谱图。若两样品谱线出现在同一波 长位置,则说明某元素的谱线存在。
例:
四、光谱定性分析的过程
试样处理—摄谱—译谱—量的估计
(一) 试样的处理
金属或合金:直接做电极 矿石:磨成均匀粉末放入电极小孔 溶液:原液蒸干,磨成均匀粉末放入电极小孔 有机物:灰化后残渣放入电极小孔 微量成分:分离浓缩微量组分
交流电弧蒸发温度次之 火花光源蒸发温度最低
b 与电极极性、材料、形状等因素有关 直流电弧的阳极温度比阴极高 导电率高的电极材料蒸发温度低 大而浅的电极孔中的试样易挥发 c 与试样组成及基体元素的化学性质有关 当试样中含有大量低沸点元素时(如碱金 属元素),它蒸发或升华时消耗大量的热, 使电极温度降低,从而影响待测元素的谱 线强度。
(四)量的估计
谱线强度分为10级,级数越高,越灵敏,其检出限 越低。 若谱线又粗又黑,或发生自吸,自蚀现象, 则该元素为大量元素。若谱线又细又浅,则该元素 为微量元素或痕量元素
五、 光谱半定量分析
准确度较差的定量分析方法,误差可达30%~200%, 同时分析多种元素,广泛用于对准确度要求不太高的 组分,如矿石品位估计,钢材合金的分类,提供试样 元素的大致含量。
e 采用不同电流时的分段曝光法,使易挥发元素和 难挥发元素分别检测,复杂样品常采用此法 F 使用哈特曼光阑达到并列摄谱
移动哈特曼光阑截取狭缝不同的高度,使摄取 的谱线落在感光板的不同位置,便于比较。
(三)译谱 与标准图谱比较,若与标准图谱已标明的某元素谱线 重叠,则该元素可能存在(有谱线重叠干扰的可能) a 再找分析元素的其它灵敏线 2~3条 b 或找 干扰元素的谱线:未出现,则该元素存在 也出现,则比较它们强度
定性分析时若找到某元素的一条谱线,还不能 确认该元素存在,必须继续进行验证 1. 查找该元素的其它灵敏线或其它特征线,一般有两 条以上 的灵敏线出现,才能确定该元素存在。 2. 逐个检查可能干扰元素的灵敏线,如果光谱中不 出现干扰元素的灵敏线,则认为分析线不受干扰。 3. 当分析元素灵敏线被其它元素重叠干扰但又找不到 其它灵敏线做判断时,可在该线附近找出一条干扰元 素的谱线,比较它们的强度,如分析元素灵敏线的强 度大于干扰谱线的强度,仍可判断该分析元素存在。
二、 光谱定性分析依据
利用元素的特征谱线定性,也就是说根据谱线 出现的波长位置来判断试样中存在哪些元素
实际定性分析中,我们只要找出某种元素的 2~3条灵敏线,即可判断该元素存在与否。
灵敏线:强度大,具有较低的激发能和较高的 跃迁几率。可以是原子线也可以是离子线。 灵敏线多是一些共振线,而第一共振线是 最灵敏线。