仪器分析张寒琦第三章原子发射光谱法概要

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仪器分析-第3章 原子光谱分析法

仪器分析-第3章 原子光谱分析法
吸收线重叠 待测元素分析线与共存元素的吸收线重叠 消除方法 : 减小狭缝 ,降低灯电流 , 或换其它 分析线.
47
3.1.4.5.背景干扰
背景干扰也是光谱干扰,主要指分子吸 与光散射造成光谱背景。分子吸收是指在 原子化过程中生成的分子对辐射吸收,分 子吸收是带光谱。光散射是指原子化过程 中产生的微小的固体颗粒使光产生散射, 造成透过光减小,吸收值增加。 背景干扰,一般使吸收值增加。产生 正误差。
Atomic emission spectroscopy
2010/7/28
3.2.1 方法原理
3.2.1.1 原子光谱的产生
原子的核外电子一般处在基态运 动,当获取足够的能量后,就会从基 态跃迁到激发态,处于激发态不稳定 (寿命小于10-8 s),迅速回到基态时, 就要释放出多余的能量,若此能量以 光的形式出现,则得到发射光谱。


0
1 Kd 2Leabharlann ln 2K 0 D
14
e
1 N f mc 2
2

ln 2
K 0 D
2 ln 2 e K0 N f D mc
2
15
4 3.2
16
3. 锐线光源
即发射线半宽度远小于吸收线半宽度 光源 .发射线的中心频率与吸收线中心频 率重合,实际用空心阴极灯
第3章
原子光谱分析法
1
3.1 原子吸收光谱法 3.1.1 概 述
2
3.1.2
基本原理
它是基于物质所产生的原子蒸气 基态原子对特定谱线的吸收作用来进 行定量分析的一种方法。
3
3.1.2.1 吸收光谱与发射光谱的关系 共振线与吸收线
1.基本术语
基态 第一激发态,又回到基态, 发 射出光谱线,称共振发射线。

第三章原子发射光谱法2012

第三章原子发射光谱法2012

一、原子发射光谱(线状光谱)的产生
原子处于气态是得到它们特征线状发射光谱的首 要条件。
常温常压下,大部分物质处于分子状态。只有在 气态时,原子之间的相互作用可以忽略,原子 能量变化的不连续性才得到充分的反映,受激 原子才可能发射出特征的原子线光谱。
其次,还必须使原子被激发。
原子发射光谱的产生
激发态原子以辐射的形式释放出多余的能 量,跃迁回到基态或其它较低的能级而产 生发射光谱。谱线的频率(或波长)与两 能级差的关系服从普朗克公式。
E
E2
E1
h
v
h c h
c
v E2 E1 hh
hc/ E2 E1
原子发射光谱的产生
每一元素的原子光谱线各有其相应的激发电位。具有 最低激发电位的谱线称为共振线(resonance line)。 每一元素的原子和离子的发射光谱中的每一光谱线的波 长是一定的。这些线光谱对元素具有特征性和专一性, 是元素定性分析的依据。 光谱线的强度由各能级间的电子跃迁几率来决定。因此, 每一元素的发射光谱中,其每一光谱线的波长及相对 强度都是一定的。 测定样品的发射光谱,由其共振谱线的强度,可以测出 其含量。是定量分析的依据。
食品,冶炼,生态与环保,生化与临床,材料)
原子能级与能级图(energy level diagram)
原子能级通常以光谱项(spectral term)符 号来表示:
n2S+1LJ
核外电子的运动状态描述:
单个价电子运动状态以四个量子数描述: n:主量子数,n=1,2,3,… l:角量子数,l=0,1,2,…,(n-1) m: 磁量子数,m=0,1, 2,…, l ms: 自旋量子数,1/2
根据热力学观点,分配在各激发态和基态 的原子数由Boltzmann公式决定

仪器分析笔记 《原子发射光谱分析》

仪器分析笔记 《原子发射光谱分析》

第三章原子发射光谱分析§3.1 光化学分析法概述3.1.1 光化学分析法概述1、光学分析法的分类光学分析法分为光谱法和非光谱法两类。

✓光谱法:基于物质与辐射能作用时,测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。

✓非光谱法:不涉及物质内部能级的跃迁,是基于物质与辐射相互作用时,电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质,如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法(即测量辐射的这些性质)。

属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。

2、电磁波谱电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列就得到电磁波谱。

表3-1-1 各光谱区的光谱分析方法3、各种光分析法简介A、发射光谱法∙γ射线光谱法∙x射线荧光分析法∙ 原子发射光谱分析 ∙ 原子荧光分析法 ∙ 分子荧光分析法 ∙ 分子磷光分析法 ∙ 化学发光分析 B 、吸收光谱法 ∙ 莫斯堡谱法∙ 紫外可见分光光度法 ∙ 原子吸收光谱法 ∙ 红外光谱法∙ 顺磁共振波谱法 ∙ 核磁共振波谱法 C 、散射∙ Roman 散射4、原子发射光谱分析法的特点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:10~0.1μg ⋅g -1(一般光源);ng ⋅g -1(ICP ) ⑤准确度较高:5%~10% (一般光源); <1% (ICP);⑥ICP-AES 性能优越:线性范围4~6数量级,可测高、中、低不同含量试样; ⑦非金属元素不能检测或灵敏度低。

3.1.2 原子光谱与原子光谱分析法直接相关的原子光谱理论,主要指原子光谱的产生和谱线强度理论,这就是光谱定性、定量分析的理论依据。

1、原子光谱的产生量子力学认为,原子光谱的产生,是原子发生能级跃迁的结果,而跃迁几率的大小则影响谱线的强度,并决定了跃迁规则。

生物仪器分析第3讲原子发射光谱法ppt课件

生物仪器分析第3讲原子发射光谱法ppt课件

ICP
中阶梯光栅交叉色 散光学系统
CID电荷注入 式检测器
全谱直读
低压交流电弧
激发源 (光源)
平面衍射光栅 摄谱仪
感光板
单色 器
检测 器
数据处理 与显示
(一)激发源(光源)
1.激发源(光源)的作用:
M m N n s 蒸 M m N n 发 g 解 M m 离 N n -
a)火焰光度计:滤光片、硒光 电池及检流计
b)火焰分光光度计:光栅(或 棱镜)和光电管
3、应用:碱金属、钙等几种 谱线简单的元素测定
FP6410火焰光度计
参考价格:RMB 9800
四、原子发射光谱摄谱法的定性分析
1.定性分析的基本原理
原子的核外电子能级不同时,跃迁产生不同 波长的光谱线,通过检测特征光谱线存在与否, 确证某元素可否存在。
光电转换器(光电倍增管)将光信号变为电信号。 特点:检测速度快,准确度较高;
适用于较宽的波长范围; 线性范围宽; 受固定的出口狭缝限制,全定性分析较难。
3.阵列检测器 光电二极管阵列检测器,电荷耦合和电荷注
入式检测器
(四)火焰光度计
1、结构:火焰激发源、单色 器和光电检测器
2、类型:按单色器和检测器 组成分:
• 自吸:由弧焰中心发射出来的辐射光,被外 围的基态或低能态的原子所吸收,从而降 低了谱线的强度。(P25)
• 自蚀:自吸严重时,中心部分的谱线将被 吸收很多,从而使原来的一条谱线分裂成 两条谱线。 基态原子对共振线的自吸最严重。
对于自吸和自蚀可用下图表示:
三、原子发射光谱仪
原子发射光谱法的分析过程
一、何谓发射光谱分析法?
E3

原子发射光谱法

原子发射光谱法
• gi↑、Ei ↓ 、T ↑都会使Ni ↑。但gi、Ei为定值,故只受 T影响。 12
• 将波耳兹曼方程式代入谱线强度公式中 Iij= Ni Aij h ij
gi I ij Aij h ij N 0e g0
Ei kT
原子线、离子线都适用
——此式为谱线强度公式 统计权重 g /g ∝I i 0 ij
29
3. 高压火花光源
• 特点: (1)分析间隙电流密度高,弧焰温度瞬间可达10000K,适用 于难激发元素的定量分析。由于激发能力强,产生的谱线主 要是离子线(又叫火花线)。 (2)电极温度低,蒸发能力差,适用于低熔点金属和合金的 定量分析。 (3)光源背景大,灵敏度低,不适于分析微量和痕量元素, 不宜于痕量组分分析。 (4)仅适用于组成均匀的试样(金属、合金)。 (5)比电弧法自吸小。
设i,j两能级间跃迁所产生的谱线强度Iij表示 Iij=NiAij Eij =NiAijhij 式中: Ni—处于较高激发态原子的密度(m-3) Aij—i,j两能级间的跃迁概率 Eij—i,j两能级间的能量差(J) ij —发射谱线的频率
Iij
i j
11
• 当体系在一定温度下达到平衡时,原子在不 同状态的分布也达到平衡,分配在各激发态和 基态的原子密度应遵守波尔兹曼分布定律:


• 阴极产生的电子不断轰击阳极,使阳极表面形 成炽热的阳极斑,阳极头温度高达3800K,有利 于试样的蒸发、解离。 •气态原子、离子与其它粒子碰撞激发,产生原 子、离子的发射光谱。
27
• 直流电弧光源电极头温度高,有利于试样的蒸发; 适用于难挥发物质的定性分析。
• 弧焰温度高,一般达4000~7000K,激发能力强。 分析绝对灵敏度高。

高等教育出版社仪器分析第3章 原子发射光谱法1.ppt

高等教育出版社仪器分析第3章 原子发射光谱法1.ppt
放电;产生具有振荡特性的火花放电。放电完以后,又重新充放电,反 复进行-火花不灭。
高压火花放电具有强大的电流脉冲,放电瞬间温度可达10000K以上, 适用于难激发元素的测定。
青岛农业大学
高压火花的特点:
(1)放电瞬间能量很大,产生的温度高,激发能力强, 某些难激发元素可被激发,且多为离子线;
(2)放电间隔长,使得电极温度低,蒸发能力稍低,适 于低熔点金属与合金的分析;
第3章 原子发射光谱分析法
Atomic Emission Spectroscopy AES
教学内容
3.1 3.2 3.3 3.4
原子发射光谱概述 基本原理 仪器 分析方法
2019/12/18
2
教学基本要求
1 了解光谱分析仪和应用;原子发射 光谱法的特点和应用
2 理解原子发射光谱法的基本原理; 各种激发光源的工作原理和特点
3)谱线波长——定性分析;谱线强度——定量分 析。
2019/12/18
4
2. 发射光谱分析的过程
⑴ 试样蒸发、解离、电离、激发产生辐射 ⑵ 色散分光形成光谱 ⑶ 检测记录光谱 ⑷ 根据光谱进行定性或定量分析
2019/12/18
5
3.特点:
(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 10~0.1gg-1(一般光源);ngg-1(ICP) (5)准确度较高 5%~10% (一般光源); <1% (ICP) ; (6) 样品用量少 缺点:非金属元素不能检测或灵敏度低。
3 掌握光谱定性、半定量、定量方法
2019/12/18

原子发射光谱法讲稿

原子发射光谱法讲稿
17
ICP形成原理
感应线圈由高频电源耦合供电,产生垂 直于线圈平面旳磁场。假如经过高频装 置使氩气电离,则氩离子和电子在电磁 场作用下又会与其他氩原子碰撞产生更 多旳离子和电子,形成涡流。强大旳电 流产生高温,瞬间使氩气形成温度可达 10000k旳等离子焰炬。
18
ICP形成原理
19
ICP火焰
14
原子发射光谱激发光源
常用旳激发光源: 电弧光源。(交流电弧、直流电弧) 电火花光源。 电感耦合高频等离子体光源(ICP光源)
等。
15
电感耦合高频等离子体(ICP)光源
Inductive Coupled Plasma (ICP) 等离子体是一种由自由电子、离子、中
性原子与分子所构成旳在总体上呈中性 旳气体,利用电感耦合高频等离子体 (ICP)作为原子发射光谱旳激发光源 始于上世纪60年代。
尾焰区在内焰区上方,无色透明,温度较低,在6000K 下列,只能激发低能级旳谱线。
21
电感耦合高频等离子体原子发射光谱 (ICP-AES)检出限可达ng/mL级。
④精确度较高。一般光源相对误差约为5% ~10%,ICP-AES相对误差可达l%下列。
4
原子发射光谱概述
⑤试样消耗少。 ⑥ ICP光源校准曲线线性范围宽可达4~6个数 量级。 (2)原子发射光谱分析旳缺陷: 高含量分析旳精确度较差;常见旳非金属元素 如氧、硫、氮、卤素等谱线在远紫外区.一般 旳光谱仪尚无法检测;还有某些非金属元素, 如P、Se、Te等,因为其激发电位高,敏捷度 较低。
16
ICP形成原理
ICP装置由: 高频发生器和感应线圈。 炬管和供气系统。 进样系统。
三部分构成,高频发生器旳作用是产生高频磁场 以供给等离子体能量。应用最广泛旳是利用石 英晶体压电效应产生高频振荡旳他激式高频发 生器,其频率和功率输出稳定性高。频率多为 27-50 MHz,最大输出功率一般是2-4kW。

仪器分析 第3章 原子发射光谱分析法

仪器分析 第3章 原子发射光谱分析法

2.光电直读法:利用光电倍增管 将光强度转换成电信号来检测谱
线强度的方法。
§3—3 光谱分析方法
光谱分析可用于进行定性、 半定量、定量分析。
一.光谱定性分析: (一)基本概念
1、元素的灵敏线:灵敏线一般是指
一些强度较大的谱线 。
2、最后线: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
离子线。
二.谱线的自吸和自蚀
等离子体:宏观上是中性 的电离的气体,称为等离子
体。
自吸:由弧焰中心发射出来
的辐射光,被外围的基态原子所
吸收,从而降低了谱线的强度。
此现象叫自吸。
自蚀:自吸严重时,中心部分 的谱线 将被吸收很多,从而使
原来的一条谱线分裂成两条谱线,
这个现象叫自蚀 。
对于自吸和自蚀可用下图表示:
清晰
0.01
上述谱线增强,2663.17
和2873.32出现
0.03
上述谱线都增强
0.10
上述谱线更增强,没有出
现新谱线
0.30
2393.8, 2577.26 出现
三.光谱定量分析
(一)光谱定量分析的基本原理: 1.谱线强度与试样中被测元素浓 度的关系: I=acb
式中:I为发射光谱线的强度;a 为同谱线性质、实验条件有关的 常数;b为与谱线的自吸有关的 常数,当无自吸时,b=1,当有 自吸时,b<1。c为被测元素浓 度。
内标线:
1)激发能应尽量相近——匀称线对,不 可选一离子线和一原子线作为分析线对 (温度T对两种线的强度影响相反); 2)分析线的波长及强度接近; 3)无自吸现象且不受其它元素干扰; 4)背景应尽量小。
3.摄谱法光谱定量分析: △S= r(lgA+ b1lg c1)

仪器分析第三章发射光谱分析

仪器分析第三章发射光谱分析
试样浓度C Iij正比于Ni。在一定的条件下, C ,Iij 。
Image 激发电位和电离电位Ej 在T一定时, E ,Ni , Iij 振线通常是强度最大的线。
。激发电位最低的共
激发温度T
T , Iij 。但温度升高,原子电离增多,原子数减少, 使原子谱线强度减弱,离子的谱线强度增大。
4、原子发射光谱图
No 当外界的能量足够大时,可
把原子中的电子激发至无穷远处, 也即脱离原子核的束缚,使原子
Image 发生电离成为离子的过程,使原
子电离所需的最低能量叫电离电 位。离子也可能被激发,离子中 的外层电子被激发所需的能量叫 (离子)激发电位。
仪器分析第三章发射光谱分析
No 基态:原子所处的最稳定状态,此时它 的能量最低
仪器分析第三章发射光谱分析
3、发射谱线的强度
No 设i、j两能级之间的跃迁所产生的谱线强
度Iij表示,则
Image Iij = NiAijhij
A数ij,为Ni、ii为j为j两单发能位射级体谱间积线的内的跃处频迁于率几高。率能,级hi的为原普子朗数克,常
仪器分析第三章发射光谱分析
3、发射谱线的强度
仪器分析第三章发射光谱分析
一、原子发射光谱分析的基本原理
No 发射光谱的分析过程
发射线的波长
Image 发射谱线的强度
原子发射光谱图 谱线的自吸和自蚀
仪器分析第三章发射光谱分析
1、发射光谱的分析过程
No 激发态原子 外
光电法 摄谱法
光电倍增管

感光板

Image 子 跃
基态原迁子
原子化
激发态:原子获得足够的能量后,外层
Image 电子从低能级跃迁到高能级后所处的状

90353-仪器分析-第三章 原子发射光谱法1

90353-仪器分析-第三章 原子发射光谱法1

32P1/2
n=3 L=1
钠谱线:5889.96 Å
5895.Байду номын сангаас3 Å
S=1/2 J=3/2
S=-1/2 J=1/2 32S1/2----32P3/2 32S1/2----32P1/2
二、谱线强度
§5.2.基本原理
设i,j为两能级间跃迁所产生的谱线强度以Iij表示
E2 λ
E1
Ni为单位体积内处于高能级i的原子数,Aij为i,j两能级间
• 作用:使试样蒸发、离解、原子化和激发、跃迁产生光辐射.
• 光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度有很大影响.
• 常用光源为多系电光源.
电源
• 电光源点燃过程
空气电离
气体击穿
放电
发 射 热 电 子
电 子 撞 击
电 子 轰 击
紫 外 线 照 射
电 压
点 燃 样 品
1 激发光源类型
§5.3. 光谱仪器
放电稳定 性
应用范围
稍差
定性分析,矿物、纯物质、难挥 发元素的定量分析
较好
试样中低含量组分的定量分 析

金属与合金、难激发元素的 定量分析
最好
溶液的定量分析
2 试样引入激发光源方式
§5.3. 光谱仪器
试样引入激发光源的方式,对方法的分析性能影 响极大。
一般来说,试样引入系统应将具有代表性的试样 重现、高效地转入到激发光源中。
2.1 溶液试样
§5.3. 光谱仪器
气动雾化器:利用动力学原理将液体试样变成气溶
胶并传输到原子化器的进样方式。
(a) 同心雾化器; (b) 交叉型雾化器; (c) 烧结玻璃雾化器; (d) Babington雾化器

仪器分析—原子发射光谱分析法课件

仪器分析—原子发射光谱分析法课件

与激发态原子数成正比。
在热力学平衡时,单位体积的基态原子数N0与激发态原
子数Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律:
Ni

gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重; Ei :为激发能;k为
玻耳兹曼常数;T为激发温度;
发射谱线强度: Iij = Ni Aijhij
h为Plank常数;Aij两个能级间的跃迁几率; ij发射谱线
这里给出结果:
价电子数目
可能产生的多重性
3
双重线、四重线(quartet)
4
单重线、三重线、五重线(quintet)
5
双重线、四重线、六重线(sextet)
元素 Sc,Y…… Ti,Zr…… V,Nb……
注意:对于较重的原子,尤其是过渡元素,不能简单的用能级图描述,因这些 元素原子能级极为复杂,可发射大量谱线。如,Li-Cs(30~645条);Mg(173)Ca(662)-Ba(472);Cr(2277)-Fe(4757)-Ce(5755)。
2019/7/24
2. 能级图
元素的光谱线系常用能级 图来表示。最上面的是光谱 项符号;最下面的横线表示 基态;上面的表示激发态; 可以产生的跃迁用线连接;
线系:由各种高能级跃迁 到同一低能级时发射的一系 列光谱线;
2019/7/24
那么对于含三个或者多个价电子的原子,其谱线的多重性
(2S+1)如何计算呢?请思考。
热能、电能
基态元素M
E 特征辐射
激发态M*
2019/7/24
原子光谱
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时,其能级可由四个量子数决定: 主量子数 n;角量子数 l;磁量子数 m;自旋量子数 s; 原子外层有多个电子时,其运动状态用总角量子数L;总 自旋量子数S;内量子数J 描述;

仪器分析原子发射光谱法

仪器分析原子发射光谱法

△E = E2-E1 = hυ= hc/λ Na (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1, 3p1、3d1、4s1、4p1、4d1、4f1、 ……
每一条发射谱线的波长取决于跃迁前后两个能级(E2, E1)的差。由于各种元素的原子具有不同的核外电子结构, 根据光谱选律,特定元素的原子可产生一系列不同波长的特 征光谱(组)。原子的能级是量子化的,原子光谱是线状光 谱。通过光谱的辨认和谱线强度的测量可进行元素的定性、 定量分析,这就是原子发射光谱法(AES)。
原子光谱是原子外层电子在不同能级间跃迁的结果。在量 子力学中,电子的运动状态可用四个量子数, 即主量子数n、 角量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms来描述。
主量子数n表示核外电子离核的远近,n值越大,电子的能 量越高,电子离核越远。n值取为1,2,3,…任意正整数。
角量子数l 表示电子在空间不同角度出现的几率,即电子云 的形状,也代表电子绕核运动的角动量。 l 取小于n的整数, 0,1,2,…,n-1。相对应的符号是什么?
在n、L、S、J四个量子数中,n、L、S 确定后,原子 的能级也就基本确定了,所以根据n、L、S 三个量子数 就可以得出描述原子能级的光谱项:
n2S+1L
式中2S+1叫做谱项的多重性。在L≥S 时,2S+1就是内 量子数J可取值的数目,也就是同一光谱项中包含的J 值相同、能量相近的能量状态数。习惯上将多重性为1、 2、3的光谱项分别称作单重态、双重态和三重态。把J 值不同的光谱项称为光谱支项。用下式表示:
1、光源 将试样中的元素转变为原子(或离子) 的过程称为原子化。原子化、激发和发射是在 光源中进行的。
原子发射光谱分析使用的仪器设备主要包括 激发光源和光谱仪两个部分。

仪器分析3原子发射光谱

仪器分析3原子发射光谱

数据处理与显示
16
(1)激发源(光源)的作用:
MmNn s蒸发MmNn g解离Mm Nn-
原子化M N 激发M* N* 发射原子光谱M N
激发M(m)* N(n-)* 发射离子光谱
Mm Nn-
激发源的类型: A. 低压交流电弧 B. ICP(Inductively Coupled Plasma)电感耦合等离子体 直流电弧 电火花 ……….
自旋量子数(m s ):描述核外电子云自旋方向。 m s = 1/2
Na: (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
(3s)1 n = 3
l = 0 m l = 0 m s =+1/2
3
多价电子的原子 主量子数(n):
n =1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
总角量子数(L):
L= l,
gu=2J+1=4 32P3/2
32P1/2 gu=2J+1=2
5889.96Å 5895.93 Å 平均:5893 Å E = 3.37 10-19J
T=2500K: Ni/ N0 = 5.7210-5
T=7000K: Ni/ N0 = 0.031
11
在0 u 两能级间跃迁,谱线强度可表示为:
Iu= NuAuhυu (2)
(1)代入(2)得: Nu= N0 gu/g0 e-Eu/kT (1)
Au为跃迁几率 υu为发射谱线的频率
Iu = gu/g0 e-Eu/kT AuhυuN0 此式为谱线强度的基本公式。
再考虑到蒸发平衡:
Nt=kC/
Nt——蒸发出的原子数 k ——蒸发速率常数
——逸出速率常数 C ——试样中浓度
再在考虑到电离平衡: N0=(1-)Nt

原子发射光谱法2

原子发射光谱法2

高频高压引火,低频低压燃弧
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;
(3)当G被击穿时,电源的低 压部分沿着已造成的电离气体通道 ,通过G进行电弧放电;
一、光源
(一)经典光源 (二)等离子体光源 (三)辉光放电、激光微探针等
(三)辉光放电 辉光放电是一种低气压放电现象。在 ——根玻璃管的两端封人电极、内充压强为13.33— 1333Pa的气体,便形成一支放电管,在两极之间加上 一个直流电压,当电压达到足够高时,使电极间气体 击穿.样品紧靠在阴极上.或将样品直接作为阴极, 利用放电时的气体离子轰击阴极使样品溅射出来进入 放电区域而被激发。在光谱分析中有气体放电管、格 里姆(Grimm)放电管及空心阴极放电管等几种形式的 辉光光源。
(1)空心阴极放电光源是一种封闭光源,气态分析物粒子停留 时间长(比敞开式光照约长1000倍),激发能力强,故具有较强 的检出能力。绝对检出限可达l0-7一10-12g 相对检出限比普通 直流电弧光源约低一个数量级。
(2)稳定性好。这种光源具有极好的重现性,有时可用谱线 的绝对强度进行分析。
(3)样品耗量小,可分析mg或ug样品。 (4)背景低,分子带光谱干扰少。 (5)自吸收效应小,线性分析范围宽。 空心阴极放电光源的主要缺点是装置和操作都比普通光源复 杂,更换样品较麻烦,不适丁连续进样分析;其次是电极温度 和气体温度较低,对于难挥发元素检出限差。
3,电火花 (1)交流电压经变压器T后,产生10~25kV的高压,然后 通过扼流圈D向电容器C充电,达到G的击穿电压时,通过电 感L向G放电,产生振荡性的火花放电;
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线性范围4~6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。
§11.1 原子发射光谱法基本原理
一. 原子发射光谱的产生
激发过程 热能、电能
基态原子M
E
激发态M*
气态
特征辐射
发射过程
E3 电能、热能激发 气态原子、离子 E2 的核外层电子, 跃迁至高能态。 E1
E0
气态激发态原子、离子的 核外层电子,回到低能态 时以光辐射的形式释放能 量。发射原子光谱
第十一章 原子发射光谱法
原子发射光谱分析概述
一、原子发射光谱法
依据各种元素的原子或离子在热激发或电激 发下,发射特征的电磁辐射,而进行元素的定性 与定量分析的方法
它是光谱学各个分支中最为古老的一种。
二、原子发射光谱法的特点
优点:
(1)可多元素同时检测; (2)分析速度快; (3)选择性高; (4)检出限较低; (5)准确度较高; (6)ICP-AES性能优越
a
n0 nt
g0 Za
处于Ej能级的原子密度为:
nj
nt Za
Ej
g j e kT
a"nt
配分函数
nt c nt bc
谱线强度公式为
n j a"bc a'c
I Ajihn j
I Ajihac ac
原子发射光谱定量分析的基础
罗马金-赛伯(LoMakin—Scheibe)公式
I acb
总的原子密度(nt)等于各能态原子密度(nm)之和,即:
nt n0 n1 nm
nt
n0
g0 g0
E0
e kT
n0
g1 g0
E1
e kT
n0
gm g0
Em
e kT
nt
n0
1 g0
E0
(g0e kT
E1
g1e kT
Em
gme kT
)
n0 g0
Em
gme kT
n0 g0
Z
原子发射光谱定量分析的基本公式
光源类 型和试 样有关
与自吸与自蚀 现象有关
与样品在光源 中浓度有关
b≤1
§11.2 原子发射光谱法仪器装置
由光源、分光、检测三大部分组成 仪器组成
单色器组成
§11.2.1 光 源
光源的作用
目的
提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发
产生光谱。
发射光谱中光源的种类
电弧 火花 电感耦合等离子体
直流电弧优点
弧焰温度(4000~7000 K) 激发能力强 电极头温度相对较高(4000 K)蒸发能力强 可使约70多种元素激发 绝对灵敏度高 适合定性分析
直流电弧缺点
弧光不稳,再现性差; 弧较厚,自吸现象严重 不适宜用于组分定量分析,但可很好地 应用于矿石等的定性、半定量分析。
二、交流电弧
交流电弧特点
(1)电弧温度高,激发能力强; (2)电极头温度稍低,蒸发能力稍低; (3)电弧稳定性好,使分析重现性好,适用于
定量分析。 (4)灵敏度稍差。常用于金属、合金中低含量
元素的定量分析
三、高压火花 工作原理
220~380V
10~25kV
震荡的 电火花
高压火花发生器
高压火花特点
(1)放电瞬间能量很大→温度高→激发能力强→某 些难激发元素可被激发,且多为离子线; (2)放电间隔长→电极温度低→蒸发能力稍低,适 于低熔点金属与合金的分析; (3)稳定性好,重现性好,适用定量分析; 缺点: (1)灵敏度较差,但可做较高含量的分析; (2)噪音较大。
M+ * M+ (Ⅱ) M2+* M2+ (Ⅲ)
7. 原子谱线表示 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 Mg II 280.27 nm
三. 原子谱线的特点
(1)谱线波长
1.发射线的波长取决于ΔE
E
E
四、原子光谱定量分析依据
在热力学平衡时,单位体积中各能级上原子数目的分 布遵守玻耳兹曼分布定律:
gj
E
j Ei kT
n n e j i
gi
gj 、gi ——统计权重; Ej , Ei ——激发态能量; k ——玻耳兹曼常数;
T——激发温度。
若低能级为基态,Ei=0,则
nj
n0
gj g0
Ej
e kT
一、直流电弧
1. 直流电弧组成
阴极
直流电源
阳极
电压220~380V 电流5~30A
直流电弧发生器
电极直径约6mm 长度约30~40mm
样品槽直径约3~4mm 槽深约3~6mm 样品量10~20mg
2、工作原理
1、点燃电弧 2、热电子轰击阳极---阳极斑。 3、阳极斑使试样蒸发并原子化 4、电子与原子碰撞电离出正离子冲向阴极。 5、电子、原子、离子间的相互碰撞,使原 子跃迁到激发态 6、返回基态时发射出该原子的光谱。
hi
二. 原子发射光谱法一些常用的术语
1. 激发电位(激发能)
低能态电子被激发到高能态时所需要的能量。
2. 电离电位(电离能)
原子中外层电子电离所需要的能量。
3. 共振线
由激发态直接跃迁至基态时辐射的谱线称为共振线。
4. 第一共振线
由第一激发态直接跃迁至基态的谱线称为第一共振线。
5. 最灵敏线、最后线、分析线
j-Ei=
hc
2.原子或离子光谱不是连续光谱,而是线光谱。
3.每个原子的特征谱线或谱线组很多
4.不同元素的原子结构不同,发射谱线的波长也不相同。 故谱线是光谱定性分析的依据。
(2)谱线强度
I Ajihn j
影响光谱线的强度的因素:
(1)高能级(Ej)与低能级(Ei)间的跃迁能量差(hv)。 (2)高能级(Ej)上的原子数nj。 (3)单位时间内原子在Ej和Ei间发生跃迁次数,用 自发发射跃迁几率Aji表示。
最灵敏线——一般为第一共振线。 最后线——当该元素在被测物质里降低到一定含量时,出 现的最后一条谱线,这也是最灵敏线。 分析线——用来测量的谱线。
6. 原子线、离子线
原子线(Ⅰ) :原子的核外激发态电子跃迁回基态所发
射出的谱线。
M*M
(I)
离子线(Ⅱ,Ⅲ) :离子的核外激发态电子跃迁回基态
所发射出的谱线。
1. 组成
变压器T2
低压交流电弧电路
高频高压点火线路 变压器T1
分析间隙 4000~7000K G2
C2
放电盘 G1

10kV
A
2.5~3kV
低频低压燃弧线路
高频振荡回路→高频振荡电压
交流电源
E~220V
2、工作原理
(1)接通电源,由变压器T1升压至2.5~3kV,电容 器C1充电;达到一定值时,放电盘G1被击穿;G1-C1-L1
构成振荡回路,产生高频振荡;
(2)振荡电压经T2的次级线圈升压到10kV,通过电 容器C2将电极间隙G2的空气击穿,产生高频振荡放电;
(3)当G2被击穿时,电源的低压部分沿着已造成的 电离气体通道,通过G2进行电弧放电;
(4)在放电的短暂瞬间,电压降低直至电弧熄灭, 在下半周高频再次点燃,重复进行;
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