第五章 原子发射光谱法

ICP光源的装置
尾焰 标准分析区 初辐射区 感应区 预热区
外管：切向冷却气体 （Ar）
中管：等离子体气体 Tesla线圈 （Ar）点燃
内管：样品雾和 （ Ar）
气溶胶
样品 气体
⑵ 等离子炬管：由一个三层同心石英管组成。外层管 内通入冷却气体Ar螺旋上升，用以稳定等离子体，并 保护外层石英管内壁；中层管引入气体Ar为工作气体 ，用以点燃等离子体，工作气体只是开始时引入，待 载气引入后即可停止；内层管引入气体Ar为载气，用
⒊ Icp光源放电区：
分为：感应区、标准分析区和尾焰区
⑴ 感应区: 温度高（10000K）,有很强的连续背景,
⑵ 标准分析区: 温度在(6000 K ~ 8000 K)，线背比大
试样中原子在该区被激发和电离，产生辐射。
⑶ 尾焰区：温度在6000 K ，仅能激发低能态的试样。 ICP环状结构的形成：
等离子体与一般气体不同，能够导电。当电流通
过时，可以达到很高温度（10000 K）。当用电级传
导电流时，产生等离子体为电弧离子体，交流电弧、
直流电弧、电焊电弧、电弧炉都属于这种情况；当通
过等离子体电流是由高频交变电磁场感应产生时，为
高频等离子体，高频电炉、高频感耦等离子体焰炬属
于这种情况。
等离子体光源具有类似火焰的外形，它的实质是 一个放电过程，而不是一个燃烧过程。电感耦合等离 子体光源具有和火焰一样或比火焰更好的在空间和时 间上的稳定性，而温度要比火焰高得多，会增加更多 的激发态原子数。等离子体光源包括电感耦合高频等 离子(ICP）、直流等离子体（DCP）和微波等离子 体（MIP）。
A R
外焰
阴极 阴极斑点 3000 K
DC 170~300 V
分析间隙
弧柱
阳极斑点4000 K 阳极
L
激发温度：4000 K ~ 7000 K
L：电感器，减小电流波动. 弧柱温度 激发温度：4000K~7000K. 点燃：接触、电火花.
优点：阳极温度高，蒸发温度高，绝对灵敏度高
缺点：稳定性差，不宜高含量和低熔点元素分析， 只能作定性分析
激发温度：10000K
优点：激发温度高，可分析固体，稳定性好，离子线为主。 缺点：蒸发温度低，检出限差，不宜分析微量元素，适宜高含量 难激发元素和低熔点元素分析。
④ 电感耦合等离子体（ICP）
P68
等离子体：物质的第四态，由离子、自由电子和
中性原子或分子组成，其正负电荷密度几乎相等，在
总体是一种电中性的气体。
弧光放电：当电路中功率比较大时，能提供较大电 流时的低压或常压下的自激放电。
自激放电：因碰撞电离而产生的导电性称为自激放 电性；气体因具有自激放电性而产生的放电称~ 。
光谱分析中所用电弧是在两个电极间隙的空气中 放电，电流通过气体电阻，气体发热产生高温放电区 ，试样引入放电区被激发。
① 直流电弧
1.Icp光源的装置：
由高频发生器、等离子炬管和雾化器三部分组成。 ⑴ 高频发生器：产生高频磁场，供给等离子体能量， 利用石英晶体压电效应产生高频振荡的它激式高频发生 器。它产生的频率27.12和40.63MHz，最大输出功率
2-4kW。
感应圈用中空紫铜管制成，通常2-6匝，中空可通 水冷却，紫铜管外经5-6mm，厚0.5mm，线圈内径壁 石英炬管外径达2mm。
以 打通等离子体中心通道，携带样品进入等离子体通道。
⑶ 雾化器：气动雾化器或超声雾化器。
2.工作原理
当有高频电流通过感应线圈时，产生轴向磁场， 若用高压火花使管内气体电离，产生少量离子和电子 ，则电子和离子受管内轴向磁场的作用，在管内水平 闭合回路中高速运动，形成涡流。由于涡流的热效应 ，使气体温度上升，更多的气体电离，从而形成了高 温等离子体。此时可以看到一个高温火球，用气体将 高温火球吹出窗口，即形成等离子体焰炬。把等离子 体沿径向聚集在石英管的中心，并使外管的内壁冷却 ，等离子焰炬即被稳定在同心管装置的出口端。
第五章 原子发射光谱法 P68
Atomic Emission Spectrometry
课程的任务和要求
⒈ 掌握原子发射光谱法的基本原理； ⒉ 了解原子发射光谱法的各种光源及仪器特 点； ⒊ 掌握原子发射光谱法的分析方法及适用范 围； ⒋ 了解X-射线荧光的基本原理和方法。
原子发射光谱法是一种成分分析方法。它具有快
趋肤效应
优点：电极温度高，蒸发能力快，检出限低；激发温度高， 激发能力强；具有脉冲性；稳定性较好，可作定量分析。
缺点：有弧光漂移，影响分析精度；不宜做低熔点的金属
③ 火花
火花放电间歇性比电弧放电长，105～106A/cm2﹥102A/cm2
T
AC 220 V
C
G
L
通过变压器T使电压上 升至10000～25000V， 并使C充电，到一定电 压，G 处放电
② 交流电弧
激发温度：4000~7000 K
T1变压器 可使220V电压上升 至3000V，G1放电，形成 C1L1-G1高频震荡放电；
T2 变压器可使电压上升 至10000V，G2放电，形成 R2-L2-G2 低压电弧放电；
C2可将高频电流沿L2-G2-C2 与低频电弧电流分开，高频 电流不能进入低压电弧电路 。
5.2 仪器部件
原子发射光谱分析的仪器设备主要包括激发光
源、光谱仪和检测器。
一、激发光源
P70
激发源中发生的各种过程：
① 试样融熔、蒸发并解离为气态原子; ② 气态原子被激发到激发态或被电离；
③ 激发态原子自发辐射和辐射的自吸过程等。
⒈ 激发光源的类型：
⑴ 电弧: 直流电弧和交流电弧 ⑵ 火花：高压和低压火花 ⑶ 电感耦合等离子体焰炬 ⑷ 激光 ⑸ 火焰
速、灵敏和选择性好等优点，应用广泛。原子发射光 谱法是基于原子外层的电子跃迁所产生的线光谱，故 属原子光谱。
原子发射光谱分析法的特点：
⑴ 多元素同时检测能力； ⑵ 分析速度快； ⑶ 选择性好； ⑷ 检出限低（Icp光源）； ⑸ 线性范围宽（Icp光源）。
5.1 基本原理
一 Байду номын сангаас基本依据
原子的线光谱是元素特征，不同的元素具有不同 的特征光谱。原子发射光谱就是利用元素的发射的特 征谱线和元素的谱线强度进行定性和定量分析。原子 发射光谱法是元素分析的重要方法之一。有关内容前 面章节已讲过。