实验6 原子发射光谱定性分析
原子发射光谱分析法
二、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。对钠、钾测定困难，仪器的选择性差。
缺点： 弧光不稳，再现性差； 不适合定量分析。
2. 低压交流电弧
工作电压：110～220 V。 采用高频引燃装置点燃电弧，在每一交流半周时引燃一次，保持电弧不灭；
工作原理
（1）接通电源，由变压器B1升压至2.5～3kV，电容器C1充电；达到一定值时，放电盘G1击穿；G1-C1-L1构成振荡回路，产生高频振荡； （2）振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器C2将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电；
二、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）；
特征辐射
基态元素M
激发态M*
热能、电能
E
原子的共振线与离子的电离线
原子由第一激发态到基态的跃迁： 第一共振线，最易发生，能量最小； 原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一个电子，一次电离。（二次电离） 离子外层电子跃迁时发射的谱线称为离子线，每条离子线都具有相应的激发电位，其大小与电离电位大小无关。 原子谱线表：I 表示原子发射的谱线； II 表示一次电离离子发射的谱线； III表示二次电离离子发射的谱线； Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm；
1. 直流电弧 直流电作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A； 两支石墨电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内； 使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通电，电极尖端被烧热，点燃电弧，再使电极相距4 ～ 6mm
原子发射光谱定性理论依据和方法
（2）摄谱过程
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。
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；
（3）检查谱线
一般有两条以上灵敏线出 现，可确认该元素存在。
在实际定性分析中，只要检测出 某种元素两条以上的最后线或特征谱 线组就可以判断该谱线存在与否。光 谱分析是根据灵敏线或最后线 来检测元素的。 在光谱分析中，也应注意 到自吸现象对谱线的影响。
光谱定性分析方法
标准试样光谱比较法：
被测样品与标准样品在相同条件下并列摄谱，比较所得光谱图，以确 定元素的存在。方法简单，但只适用于指定组分的定性鉴定。
防止过度检出或漏检。
总结
原子发射光谱的定性分析是利用特征谱线
1
为依据来判断某种元素的有无。
光谱的定性分析方法主要有：标准试样光
2
谱比较法和铁光谱比较法。
定性分析实验操作过程为：（1）试样处
3
理；（2）摄谱过程；（3）检查谱线。
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光谱定性分析灵敏度
在某试样的光谱中没有某种 元素的谱线，并不表示在此 试样中该元素绝对不存在， 而仅仅表示该元素的含量低 于检测方法的灵敏度。
铁光谱比较法：
最常用的方法。用试样与纯铁并列摄谱，以铁光谱作波长标尺，判断其他元素
的存在。
为什么选择铁谱？
STEP 01
谱线多：在210～ 660nm范围内有大约 4600 条谱线；
202X 添加副标题
原子发射光谱的定性理论依据和定 性方法
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
仪器分析简答题及答案-学哥独创版
二章1、简述原子发射光谱定性分析的基本原理，光谱定性分析的方法的种类及各自的适用范围答：由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱，其波长是由每种元素的原子性质所决定的。
通过检查谱片上有无特征光谱出现来确定该元素是否存在。
1）铁光谱比较法，可同时进行多种元素的定性分析2）标准试样光谱比较法，适应于只定性分析少数几种指定元素1、解释下列名词1）分析线：进行分析时所使用的谱线2）灵敏线：指元素特征光谱中强度最大的谱线，通常是具有较低激发电位和较大跃迁概率的共振线3）最后线：指样品中被测元素含量或浓度逐渐减少时而最后消失的谱线，往往是灵敏线4）共振线：以基态为跃迁低能级的光谱线5）原子线：原子发射的谱线6）离子线：离子发射的谱线7）自吸：原子在高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射，这种现象称为自吸现象8）自蚀：当自吸现象非常严重时谱线中心的辐射将完全吸收，这种现象称为自蚀现象2、什么是内标线和分析线对？光谱定量分析为什么用内标法？简述其原理并说明如何选择内标元素和内标线，写出内标法的基本关系式。
答：1）内标线：在基体元素的谱线中选一条谱线作为内标线，在被测元素的谱线中选一条灵敏线作为分析线，这两条线组成分析线对。
2内标法可以提高光谱定量分析的准确度，可以在很大程度上消除光源放电不稳定因素带来的影响，可得到较准确的结果3）原理：测量谱线相对强度进行定量分析4）选择内标线与内标元素时应注意：金属光谱分析中的内标元素一般采用基体元素，矿石光谱分析中，一般不用基体元素作内标而是加入定量的其他元素5）内标元素的基本关系式3、什么是ICP光源的环状结构？简述其优缺点答：电感耦合高频等离子炬具有环状结构。
这种环状结构造成一个电学屏蔽的中心通道，这个通道具有较低的气压，较低的温度，较小的阻力，试样容易进入炬焰，并有利于蒸发，解离、激发电离以及观测。
化学实验报告原子发射光谱法
原子发射光谱法-摄谱和译谱一、实验目的和要求1、熟悉光谱定性分析的原理；2、了解石英棱镜摄谱仪的工作原理和基本结构；3、学习电极的制作摄谱仪的使用方法及暗室处理技术；4、学会用标准铁光谱比较法定性判断试样中所含未知元素的分析方法；5、根据特征谱线的强度及最后线出现的情况对元素含量进行粗略的估计；6、掌握映谱仪的原理和使用方法。
二、实验内容和原理1、摄谱原子在受到一定能量的激发后，其电子在由高能级向低能级跃迁时将能量以光辐射的形式释放，各种元素因其原子结构的不同而有不同的能级，因此每一种元素的原子都只能辐射出特定波长的光谱线，它代表了元素的特征，这是发射光谱定性分析的依据。
一个元素可以有许多条谱线，各条谱线的强度也不同。
在进行光谱定性分析时，并不需要找出元素的所有谱线，一般只要检查它的几条(2~3条)灵敏线或最后线，根据最后线(灵敏线)是否出现，它们的强度比是否与谱线所表示的相符，就可以判断该元素存在与否。
经典电光源的试样处理：1)固体金属及合金等导电材料的处理棒状金属表面用金刚砂纸除氧化层后，可直接激发。
碎金属屑用酸或丙酮洗去表面污物，烘干后磨成粉末状后，最好以1:1与碳粉混合，在玛瑙研钵中磨匀后装入下电极孔内再激发。
2)非导体固体试样及植物试样非金属氧化物、陶瓷、土壤、植物等试样经灼烧处理后，磨细，加入缓冲剂及内标，置于石墨电极孔中用电弧激发。
3)液体试样处理液体样品经稀释后，滴到用液体石蜡涂过的平头石墨电极上，在红外灯下烘干后进行光谱分析。
摄谱法是用感光板记录光谱。
将光谱感光板置于摄谱仪焦面上，接受被分析试样的光谱作用而感光，再经过显影、定影等过程后，制得光谱底片，其上有许多黑度不同的光谱线。
然后用影谱仪观察谱线位置及大致强度，进行光谱定性及半定量分析。
用测微光度计测量谱线的黑度，进行光谱定量分析。
用发射光谱进行定性分析通常采用在同一块感光板上并列地摄取试样光谱和铁光谱，然后借助光谱投影仪使摄得的铁光谱与“元素标准光谱图”上的铁光谱重合，从“元素标准光谱图”上标记的谱线来辨认摄得的试样谱线。
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
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、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。
【实验原理】但当原子受到能量(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激发态，处于激发态的原子是十分不稳定的，在极短的时间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过程中，将释放出多余的能量，这种能量是以一定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，受激发后都可以产生自己的特征光谱，每一种元素的特征光谱通常包含有很多谱线，谱线的强度各不相同。
一个试样如含有若干种元素，谱线上就有这若干种元素的特征光谱，特征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，其光谱中的弱线相继消失，而不被检出。
最后消失的几条谱线叫“灵敏线”定性分析一般只需找出某元素的灵敏线即可确定该元素的存在。
光谱分析根据这些元素的特征光谱就可以准确无误的鉴别元素的存在(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)。
当温度一定时，光谱线的强度与试样中该元素的浓度之间的关系符合下列经验公式：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、镁保准储备液：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。
仪器主要参数：高频功率，1150W；冷却气流量，15L/min；辅助气流量，0.5L/min；载气压力，25psi；蠕动泵转速，120r/min；溶液提升量，1.85mL/min。
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。
《现代仪器分析教学》3.原子发射光谱分析法
2、光谱定量分析
(1) 发射光谱定量分析的基本关系式
在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为： I=ac
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：
I acb
（自吸：原子在高温时被激发，发射某一波长的谱 线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的 辐射，这种现象称为自吸现象整理）课件
3.激发电位：原子中的电子从基态跃迁至激发态所需的 能量称为激发电位。
整理课件
4、原子发射光谱的产生：气态原子或离子的核外层电 子当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发 态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速回 到低能态时，就要释放出能量，若以电磁辐射的形式
释放能量，即得到原子发射光谱。
（quantitative spectrometric analysis）
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；
谱线强度比较法：将被测元素配制成质量分数分别 为1%,0.1%,0.01%,0.001%四个标准。将配好的标样 与试样同时摄谱，并控制相同条件。在摄得的谱线 上查出试样中被测元素的灵敏线，根据被测元素的 灵敏线的黑度和标准试样中该谱线的黑度，用目视 进行比较。
2）光栅摄谱仪
光栅摄谱仪采用衍射光栅代替棱镜作为色散元件。 特点：适用波长范围广，色散和分辨能力大
整理课件
3.4 发射光谱分析的应用
3.4.1 光谱定性分析
1、定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同 →特征光谱 2、定性分析基本概念 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；
发射光谱的定性分析和定量分析
实验项目：发射光谱的定性分析和定量分析【实验题目】发射光谱的定性分析和定量分析【实验目的】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。
【实验原理】原子受到外部能量如被热能或电能作用时，会激发到不稳定状态。
激发态原子极不稳定，在短时间内会跃迁回基态或其他较低能级上，释放能量。
被激发的原子或离子产生线状谱线。
原子发射光谱线的波长反映的是单个光子的辐射能量，它取决于跃迁前后量能级的能级差，即：λ= hc/(E2 -E1)= hc/△E由于各种元素的原子结构不同，故其发射光谱的谱线波长也不同，根据各元素的特征谱线，可判断相应的元素存在与否。
一个元素有很多谱线，期中最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，只需根据几条灵敏线的出现与否即可作出判断。
这是发射光谱定性分析的依据。
谱线强度与试样中该元素的含量有关。
当温度一定时，谱线强度与元素浓度间的关系符合下列经验公式：I=ac blgI=blgc+lga此式是光谱定量分析的依据。
【仪器与试剂】仪器：ICP-AES光谱仪试剂：氩气；Ca、Mg标准贮备液（1mg/mL）；纯硝酸；自来水；二次蒸馏水【实验内容与步骤】1、定性分析定性分析包括确定分析元素和分析谱线，通常全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪通过全谱谱图对样品中的元素进行更详细的了解，全谱谱图包涵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定，同时寻找该元素的其他二级谱线进行辅助证明。
如果要证明某元素的存在，全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪可以先建立一个含有待测元素的方法，选择所需元素和相应谱线，然后准备一份含有待测元素的溶液，它可以是典型样品或合成样品，并运行全谱命令，得到的全谱谱图中就会将选定元素和谱线标记出来。
实验6 原子发射光谱定性分析
由于元素的谱线强度随试样中该元素的含量减少而降低， 这样一来，元素含量降低时，其中一部分灵敏度较低，强度较 弱的谱线将逐渐消失，我们把： 随着元素含量的降低，而最后消失的灵敏线叫最后线。
12:30
16
λ＝2265Å是Cd元素的最后线。
最后线一般是元素的最灵敏线，但如果谱线中有自吸现 象，则这些谱线在元素浓度高时，由于自吸而很弱或消失， 而当浓度逐渐降低时，它反而加强或重新出现，这条线不 是最灵敏线，但有可能是最后线。
（１） 分析线：用来判断元素存在与否的一组谱线称之为分析 线。
（２） 鬼线：光谱图上不明原因的谱线称为“鬼线”。
尽管只有符合光谱选律的跃迁才产生光谱，但由于原子结构有 的简单，有的复杂，简单的只有几条谱线，复杂的多至数千条。 在光谱分析中，虽然没有必要把所有的谱线都找出来，但也不 能只凭一条谱线的出现来确定元素的存在与否，这是因为在光 谱图上不明原因的谱线很多，光谱学上称这些不明原因的谱线 为“鬼线”。 光谱仪的分辨率越高，鬼线越多。为防止这类谱线的重叠干扰， 一般需要用一个元素的2~3条灵敏线的出现与否来判断元素是 否存在。
如Sn 380.10nm6P为宽线。
12:30
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4、光谱的识别方法——释谱 根据谱图确定样品中元素存在与否的过程叫释谱 释谱的方法很多，有些多年从事这方面工作的老师，根据经验 就可从谱板放大后映出的谱图上，知道有那些元素的那条谱线。 一般情况下很难达到这一点，我们初学就更难，所以我们从最 简单的释谱方法学起。 我们释谱时，首先用到的工具是《元素光谱图》。
ΔE E j E 0 hγ
hc λ
Ej：激发态原子能量，E。：基态原子能量；h:Planck常数；c： 光速；λ：波长。
由于每个原子的核电荷不同，核外电子数不同，核外电子构成 能级也不同，因此，每个原子激发后都会产生具有特征的谱线。 这是发射光谱法定性的基础。
原子发射光谱法
b
二、定量分析基础-谱线强度
在i, j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：
I ij= Ni Aij hυij (1) (Aij 为跃迁几率)
在高温下，处于热力学平衡状态时， 单 Ni位之体间积遵的守基Bo态ltz原m子an数n分N布0与定激律发态原子数
Ni = N0 gi/g0 e-E/kT (2)
第三节 原子发射光谱仪
原子发射光谱法仪器分为三部分：光源、分光 仪和检测器。
一、光源 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。 光源的类型：
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP) （Inductively coupled plasma）
主要部分：
1. 高频发生器 2. 等离子体炬管 3. 试样雾化器 4. 光谱系统
R = I / I0 =Acb 取对数，得
lgR = blgc + lgA
此式为内标法光谱定量分析的基本关系式。
2. 校准曲线法： 在确定的分析条件下，用三个或三个以上
含有不同浓度被测元素的标准样品与试样 在相同的条件下激发光谱，以分线强度I或 内标分析线对强度比R或lgR对浓度c或lgc做 校准曲线。再由校准曲线求得试样被测元 素含量。
为(Bgoi,ltgz0m为an激n常发数态，和T基为态温的度统。计) 权，Ei为激发电位，K
把(2)代入(1)得：
Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
此式为谱线强度公式。 Iij 正比于基态原子N0 ，也就是说 Iij ∝C，这就 是定量分析依据。
影响谱线强度的因素为：
（1）统计权重(gi/g0)
影响谱线强度的因素为：
（4）激发温度(T)
温度升高，谱线强度增大。但温度升高， 电离的原子数目也会增多，而相应的原子 数减少，致使原子谱线强度减弱，离子的 谱线强度增大。
金属或合金中杂质元素的原子发射光谱定性分析
实验金属或合金中杂质元素的原子发射光谱定性分析一、实验目的1．学习原子发射光谱分析的基本原理和定性分析方法。
2．掌握发射光谱分析方法的电极制作、摄谱、冲洗感光板等基本操作。
3．掌握铁光谱比较法定性判别未知试样中所含杂质元素。
4．学会正确使用摄谱仪和投影仪。
二、实验原理各种元素的原子被激发后，因原子结构不同，可发射许多波长不同的特征光谱谱线，因此可根据特征光谱线是否出现，来确定某种元素是否存在。
但在光谱定性分析中，不必检查所有谱线，而只需根据待测元素2~3条最后线或特征谱线组，即可判断该元素存在与否。
所谓元素的最后线是指当试样中元素含量降低至最低可检出量时，仍能观察到的少数几条谱线。
元素的最后线往往也是该元素的最灵敏线。
而特征线组往往是一些元素的双重线、三重线、四重线或五重线等，它们并不是最后线。
例如，镁的最后线是285.2nm一条谱线，而最易于辨认的却是在277.6 ~ 278.2nm之间的五重线。
此五重线由于不是最后线，在低含量时，在光谱中不能找到。
但由于特征谱线组易于辨认，当试样中某些元素含量较高时，就不一定依靠其最后线，而只用它的特征谱线组就足以判断了。
表1-1列出了各元素在228.0 ~ 460.0 nm范围内的重要分析线，供光谱定性分析时使用。
但必须注意，判定某元素时，如果最后线不出现，而较次灵敏线反而出现，则可能是由其他元素谱线的干扰而引起的。
事实上，由于试样中许多元素的谱线波长相近，而摄谱仪及感光板的分辨率又有限，在记录到的试样光谱中，谱线会相互重叠，发生干扰。
当需要确证某一元素的分析线是否受到干扰时，首先要判明干扰元素是否存在（检查干扰元素的最后线存在与否）。
当一条分析线确实受到干扰时，可以根据别的分析线来确定该元素的存在与否。
在光谱定性分析中，除了需要元素分析线表外，还需要一套与所用的摄谱仪具有相同色散率的元素标准光谱图。
图1-1为波长范围在301.0~312.4nm的元素标准光谱图。
第六章原子发射光谱法-文档资料
原子线、离子线的表示方法
I 表示原子发射的谱线； II 表示一次电离离子发射谱线，一级离子线 III 表示二次电离离子发射谱线，二级离子线 例： Mg I 285.213 nm ； Mg II 279.553 nm
均为Mg的特征光谱。
交流电弧光源
电 源 经 变 压 器 T1 升 至 3000V 左右，使C1充电到放电盘G1 的击穿电压时，在回路中产 生高频振荡，经高频空芯变 压器T2升至10kV，将G2放电 间隙击穿，引燃电弧。引燃 后，低压电路便沿着导电的 气体通道产生电弧放电。放 电很短的瞬间，电压降低直 至电弧熄灭。但下半周高频 引燃作用下，电弧重新被点 燃，如此反复进行，交流电 弧维持不熄。
• 等离子体光源包括：高频发生器、等离子 体炬管、感应线圈、供气系统、雾化系统。
HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
• 等离子炬管由三层同心石 英管组成。
• 外层石英管流动的 Ar气， 避免烧毁石英管；在炬管 中心产生低压通道,利于 进样
跃迁概率：单位时间内自发发射的原子数与激发 态原子数之比。 3）统计权重
谱线强度与统计权重g成正比
元素多重线的谱线强度比
钠双线
588.996nm 32S1/2 – 32P3/2 589.593nm 32S1/2 – 32P1/2
2、原子总密度：谱线强度与N成正比 3.激发温度
温度升高，谱线强度增大。温度太高，体系 中被电离的原子数目增多，致使原子线强度 减弱，离子线强度增强。 每条谱线都有最合适的激发温度——原子谱 线强度最大
原子发射光谱定性分析
掌握光谱半定量的方法和原理，应用比较光谱法和显线法测定闪锌矿中的铅。
【基本原理】
光谱半定量分析是对试样待测元素作近似估量的一种快速可行的方法，其误差允许在20%~200%范围。
较常用的半定量方法有比较光谱法（即目测强度）和显线法。前者基于元素谱线的黑度与浓度有关，在基体元素中加入待测元素的标准物，按不同含量配制一套标准试样，与待测试样在相同条件下摄谱。选取同一谱线作目测比较，确定其含量范围。显线法基于元素谱线出现的数目与浓度有关。如果把待测元素与标准样显线数目比较亦可确定其含量。
6~7
Fe
32
4
204~5Biblioteka 定性分析（指定元素）
Fe
50
2、5、8
20
4~5
待测样品
1
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6~7
3
40
6~7
4
40
6~7
6
40
6~7
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40
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9
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6~7
定性分析
（全分析）
Fe
64
3
20
4~5
待测样品
66
4
20
4~5
68
4
30
5~6
70
4
烧光
7~8
*为实验五记录表格。
【实验步骤】
1.将粉末试样装入下电极小孔中，为防止燃弧时试样喷溅，用干净小玻璃棒压紧，同时操作过程中要防止试样污染。
（6）
0.003
准确称取标样（5）3.0000g，空矿7.0000g，混合研磨30~40 min
（7）
0.001
准确称取标样（5）1.0000g，空矿9.0000g，混合研磨30~40 min
发射光谱定性分析
实验一发射光谱定性分析1.2.原子发射光谱分析法是根据受激发的物质所发射的光谱来判断其组成的一门技术。
在室温下，物质中的原子处于基态(E0)，当受外能(热能、电能等)作用时，核外电子跃迁至较高的能级(E n)，即处于激发态，激发态原子是十分不稳定的，其寿命大约为10－8s。
当原子从高能级跃迁至低能级或基态时，多余的能量以辐射形式释放出来。
其辐射能量与辐射波长之间的关系用爱因斯坦——普朗克公式△E=E n－E i=hc/λ(1)式中，E n、E i为高能级和低能级的能量，h为普朗克常数，c为光速，λ为波当外加的能量足够大时，可以把原子中的外层电子从基态激发到无限远，使原子成为离子，这种过程称为电离。
当外加能量更大时，原子可以失去二个或三个外层电子成为二级离子或三级离子，离子的外层电子受激发后产生的跃迁，辐不同，受激后只能辐射出特征光谱。
这种特征光谱仅由该元素的原子结构而定，与该元素的化合物形式和物理状态无关，这就是发射光谱定性分析的依据。
定性分析就是根据试样光谱中某元素的特征光谱是否出现，来判断试样中元素是否存都找出来，一般只要找出2-3条灵敏线，所谓灵敏线也叫最后线，即随着试样中该元素的含量不断降低而最后消失的谱线，它具有较低的激发电位，因而常常是用发射光谱进行定性分析，是在同一块感光板上并列摄取试样光谱和铁光谱，然后在光谱投影仪上将谱片放大20倍，使感光板上的铁光谱与“元素光谱图”上的铁光谱重合。
此时，若感光板上的谱线与“元素光谱图”上的某元素的灵敏线相重合，即表示该元素存在。
还可以根据元素所出现的谱线，找出其谱线强度的最小级次，按表估计该元素的大概含量。
仪器：31WIA平面光栅摄谱仪，ADE-20型交直流电弧发生器，WTY型光谱投影仪,1.(1)31WIA电极用金属夹固定在电极架上，电极的位置可以上下、左右、前后移动。
在燃弧前，利用照光灯调节好电极的位置，使其光影间隙充满中间光阑，使分析隙(即电极间的放电区)其作用是使光源发出的光较多地进入狭缝，使狭缝各点上照度均匀，靠近电极架是第一透镜，它将电极成象(倒象)在第二透镜架上的遮光板上，第二透镜架上装有一遮光板称“中间光阑”，板上有六个不同高度的长方形孔，孔的高度由数字标出，中间光阑的作用一是用以调节电极间的距离，使每次测定总是截取光源同一部分，可保证弧光沿着光轴进入摄谱仪，二是起弧时，红热的电极辐射出连续背景，由遮光板遮去，仅使弧光通过遮光板上的孔而进入摄谱仪，第一、二透镜起聚光作用，第三透镜贴近狭缝，其作用是保证入射光束充满准直透镜，三只透狭缝是一个精密部件，由两片锋利刀片组成，谱线是狭缝单色像，狭缝的任何缺损和沾污会直接影响谱线轮廓和强度的均匀性，使用时要防止碰伤刀口，狭缝宽度最小不能低于2μm调焦目的是调节狭缝处于反光镜焦平面上，使狭缝成象清晰，由狭缝后面调节调节狭缝的倾斜角，使谱线平行于板移方向，以免两行光哈特曼光阑位于第三镜和狭缝之间，用于控制狭缝使在光谱板上得到不同高度、不同位置的光谱。
原子发射光谱定性分析
一、 光谱定性分析
qualitative spectrometric analysis
定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同→特征光谱
2021/7/20
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。
标准谱图：将其他元素的分析线标记在铁谱上，铁谱起 到标尺的作用。
谱线检查：将试样与纯铁在完全相同条件下摄谱，将两 谱片在映谱器(放大器)上对齐、放大20倍，检查待测元素的 分析线是否存在，并与标准谱图对比确定。可同时进行多元 素测定。
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二、 光谱定量分析
quantitative spectrometric analysis 1. 光谱半定量分析
2021/7/20
(3) 定量分析方法
a. 内标标准曲线法 由 lgR = blgc +lgA 以lgR 对应lgc 作图，绘制标准曲线，在相同条件下，测定 试样中待测元素的lgR，在标准曲线上求得未知试样lgc； b. 摄谱法中的标准曲线法
S = lgR = blgc + lgA 在完全相同的条件下，将标准样品与试样在同一感光板上 摄谱，由标准试样分析线对的黑度差(S )对lgc作标准曲线(三 个点以上，每个点取三次平均值)，再由试样分析线对的黑度 差,在标准曲线上求得未知试样lgc 。该法即三标准试样法。
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1. 正常谱线 2. 轻度自吸 3. 自蚀 4. 严重自蚀
自蚀: 谱线的自吸对元素的定量分析影响很大，元素含量高时， 自吸严重，将使谱线强度减弱，严重者会使谱线中心消失， 而在两侧出现双线，这种情况叫自蚀。 利用不同的光源可以控制自吸。下面我们就来介绍新的一 节——光源。
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自吸线。
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本实验可能含有的元素有Ca、Mg、Ba、Al、Si、B， 常用的灵敏线如上表，在识谱前，首先将所有的灵敏 线按大小次序排队。
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然后，按照波长从大到小从谱图中查出是否存在，并 在存在的谱线后面用√标记，并将灵敏度标记同时标 出。如下图，确认元素的存在。
根据所得光谱线的波长，便可进行物质的 定性分析，根据所得光谱线的强度，便可进行 物质的定量分析。
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（三）发射光谱分析的基本原理
1、发射光谱的产生
原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，多余能量以电磁辐射 的形式发射出去，这样就得到了发射光谱。 热能、电能 基态元素M
E
特征辐射
激发态M*
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在光源中，由于弧焰中温度并不是均匀分布的，弧焰中间温度 较高，原子多处在激发态，弧焰外层温度较低，原子多处在基 态。这样的原子氛围中，内部的原子向四周发射光谱时，光量 子会撞击弧焰外层的基态或较低能级激发态的原子，使其吸收 能量被激发，从而使中心部位发射的相应波长的光强减弱，象 这样一种：
定义：基态原子或离子吸收同种质点发出的共振辐射，而使发 射光强度降低的现象称为光谱线的自吸现象。
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（3） 灵敏线： 指元素谱线中易激发或激发电位较低的谱线。
灵敏线一般是各不同激发态直接向基态的跃迁，也就是共 振线。 （4） 最灵敏线： 如果谱线最强，且最易检出，则称其为最灵敏线。最灵敏 线是在光谱分析中，元素最特征、且最易检出的谱线。一般是 主共振线。但主共振线自吸严重时，它就不是最灵敏线了。 （5）最后线：
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谢谢关注
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灵敏度标记的作用：
（1） 识别鬼线。
如果在分析时，同一元素的9，10标记的线没出现，标记为5的 线出现了，可以肯定标记为5的这条线不是该元素的谱线，而 有可能是鬼线。
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（2） 进行半定量分析。
如果某样品中镁元素灵敏度标记为6、7、8、9、10的谱线出 现了，灵敏度标记低于6的谱线均没有出现，则说明：样品 中镁元素的含量在0.1%。
分析线选择的条件:
(1) 分析线应具有足够的强度，时隐时现不行。 一般选最后线，但不选自吸严重的谱线，(在波长表上标有 r或R的为有自吸的谱线) 如 :镓417.206nm(9R) 294.364(9) 287.424(8)，由于镓 的417.206nm (9R)具有自吸现象，一般不选它作分析线，起码 镓浓度大时不选它作分析线。
元素符号下的数字——指元素符号下面的数字，谱线的 波长本来用五位数字表示，前两位从波长标尺读出，后 三位被列在元素符号的下面。如：
Mo 9R 3798.3 Å 98.3
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元素右上角的数字——表示十分制的谱线灵敏度标记，其具 体意义如下：
数字越大，说明谱线出现时的灵敏度越高，如10，只要有0.001% 的该元素存在，就会有这条线。
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（二） 发射光谱法一般分析步骤
1〉获取光谱的步骤
① 把分析物转变为气态，并使其原子化（或离子化），激发发光。 这一步骤称为蒸发、原子化及激发，系借助于激发光源来实现。 ② 把所有发射的具有各种波长的辐射分散开成为光谱，这一步骤称为分光， 借助于光谱仪的分光装置来实现。
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2> 光谱分析过程 物质光谱的获得与分析过程分别进行，称为摄谱法分析，过 程为： 将物质的光谱预先记录在相板上，然后在特定的仪器上进行 光谱的分析过程—测量波长及强度，进行定性分析及定量分析。
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氰光带： 用碳电极时，由于C在4000~7000K时容易和空气中的 N2形成(CN)2分子（剧毒气体），而产生的分子发射谱带。
由以上三部分拍摄的实际光谱经放大20倍后，印在纸上，制 成标准光谱图，共23页，共分析时使用。
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2） 样品谱图的组成
将试样与纯铁在完全相同条件下摄谱于同一感光片上，得试样 谱片。把得到的谱片放在映谱仪上放大20倍，然后与元素发射 光谱图进行比较，确定被分析元素存在与否。
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(2) 分析线不应与其它干扰谱线重叠。 如：Cd元素，所用分析线一般为： 228.8019 I 326.1057 I 340.3653 I
但当样品中含As，其含量>0.01%时，就不能用228.8019 I作分 析线。因为As的浓度大于0.01%，在此波长处发射共振线。 (3) 一般不选宽线作分析线，宽线在光谱表或图上注有“P”。
12:30ຫໍສະໝຸດ 23元素特征谱线图：图上标示了68种常用元素特征谱线的位置和灵 敏度。
在分析时用来确定某元素存在与否。在对样品谱板进行分析时， 如果发现底版上这些位置有谱线，就说明有可能就是该线上边所 标元素的光谱线。根据此信息，我们可以寻找此元素的其他谱线， 从而确定此元素是否存在。
在元素特征谱线图，标有元素符号，表明此元素可以发 射此波长谱线。
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通常情况下，原子处于基态，在激发光源作用下，原子获得 足够的能量，外层电子由基态跃迁到较高的能量状态即激发 态。激发态不稳定，可随时跃迁回基态或较低能态，多余能 量以光的形式发射出，两能级能量之差与辐射波长的关系如 下：
ΔE E j E 0 hγ
hc λ
Ej：激发态原子能量，E。：基态原子能量；h:Planck常数；c： 光速；λ：波长。
由于每个原子的核电荷不同，核外电子数不同，核外电子构成 能级也不同，因此，每个原子激发后都会产生具有特征的谱线。 这是发射光谱法定性的基础。
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共振线：原子或离子中电子由各激发态直接向基态跃迁所发 射的谱线统称为共振线。 主共振线：由第一激发态向基态跃迁发射的共振线称主共振 线 电离：原子在激发过程中，如果获得的能量足够大，可把原 子外层的电子激发至脱离核的束缚，而成为离子，这一过程称 为电离。 离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱。由于离子和 原子具有不同的能级，所以离子发射的光谱与原子发射的光谱 是不一样的。每一条离子线也都有其激发电位，这些离子线激 发电位大小与电离电位高低无关。
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3、 分析线的选择
前已述及，要判断一个元素的存在与否，至少要有2~3条灵敏 线作分析线。这些光谱线有光谱数据表供查阅。如1971年中国 工业出版社《光谱线波长表》
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尽管有表可查，但在实际工作中，灵敏线并非固定不变，它与 所用的光源(电弧、火花、等离子体)、光板(紫外型还是蓝敏 型)、摄谱仪型号(小型、中型还是大型)等都有关，因此，分析 线的选择还应考虑到下面几个条件:
实验6
发射光谱定性分析
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1
一、实验目的 1．通过实验了解摄谱仪、映谱仪的使用方法； 2．掌握光谱分析法定性的一般操作程序； 3．学会进行物料的定性分析方法。
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二、实验原理
（一） 简介
发射光谱法是基于处于激发态的原子或离子向低能态跃进时 可以发射出特征谱线而建立起来的一种分析方法。
（１） 分析线：用来判断元素存在与否的一组谱线称之为分析 线。
（２） 鬼线：光谱图上不明原因的谱线称为“鬼线”。
尽管只有符合光谱选律的跃迁才产生光谱，但由于原子结构有 的简单，有的复杂，简单的只有几条谱线，复杂的多至数千条。 在光谱分析中，虽然没有必要把所有的谱线都找出来，但也不 能只凭一条谱线的出现来确定元素的存在与否，这是因为在光 谱图上不明原因的谱线很多，光谱学上称这些不明原因的谱线 为“鬼线”。 光谱仪的分辨率越高，鬼线越多。为防止这类谱线的重叠干扰， 一般需要用一个元素的2~3条灵敏线的出现与否来判断元素是 否存在。
如Sn 380.10nm6P为宽线。
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4、光谱的识别方法——释谱 根据谱图确定样品中元素存在与否的过程叫释谱 释谱的方法很多，有些多年从事这方面工作的老师，根据经验 就可从谱板放大后映出的谱图上，知道有那些元素的那条谱线。 一般情况下很难达到这一点，我们初学就更难，所以我们从最 简单的释谱方法学起。 我们释谱时，首先用到的工具是《元素光谱图》。
3 光源 定义：光源是提供样品激发所需要的能量的装置。 目前，光谱分析的光源主要有：火焰、直流电弧、交流电弧、 火化、辉光放电、激光和等离子体光源等，火焰光源是提供热 能，激光则是提供光能。其余光源都是电光源，它们以电能和 热能的形式来创造产生光谱的条件。
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图 ICP 光源实物图
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由于元素的谱线强度随试样中该元素的含量减少而降低， 这样一来，元素含量降低时，其中一部分灵敏度较低，强度较 弱的谱线将逐渐消失，我们把： 随着元素含量的降低，而最后消失的灵敏线叫最后线。
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λ＝2265Å是Cd元素的最后线。
最后线一般是元素的最灵敏线，但如果谱线中有自吸现 象，则这些谱线在元素浓度高时，由于自吸而很弱或消失， 而当浓度逐渐降低时，它反而加强或重新出现，这条线不 是最灵敏线，但有可能是最后线。
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三、实验内容
1. 采用指定分析法判断下列元素是否存在。
Ca、Mg、Ba、Al、Si、B
2. 查找上面6种元素常用的灵敏线。（讲义176页）