原子发射光谱分析

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；
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特点：
（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；
3．光谱法与非光谱法的区别：
➢ 光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁
分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁 ➢ 非光谱法：内部能级不发生变化
仅测定电磁辐射性质改变
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§ 7-2 原子发射光谱分析的基本原理
一、定义
根据待测物质的气态原子或离子受激发后所发射的 特征光谱的波长及其强度来测定物质中元素组成和含量 的分析方法。
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发射光谱的产生：
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，原子与电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，使原子跃迁到 激发态，返回基态时发射出该原子的光谱。
弧焰温度：弧温较低（4000～7000 K）， 可使约70多种元 素激发； 优点：绝对灵敏度高，背景小， 适合定性分析。
缺点： 弧光不稳，再现性差；自吸现象严重 不适合定量分析。
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（2） 交流电弧
高压交流电弧：
工作电压 2000~4000V，装置复杂，操作危险 低压交流电弧：
工作电压 110~220V，设备简单，操作安全
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；
E0, 基态
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线光谱
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原子发射光谱的波长取决于跃迁前后两能级的能量差，即
DE E * E hv h c
不同的元素其原子结构不同，原子的能级状态不同，电 子在不同能级间跃迁所放出的能量不同，原子发射谱线的波 长不同。
同一种元素有许多条发射谱线，最简单的H已发现谱线 54条，Fe元素谱线4~5千条，每种元素有特征谱线——定性 分析的依据
3、电磁波谱：电磁辐射按波长的顺序排列
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γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
射 x射 紫外 红外
微
线线
光
光
波
无线 电波
可见光
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4、电磁辐射与物质的相互作用
（1）吸收
M h 吸收辐射能量 M *
基态 光
激发态
（2）发射
M * 发光释放能量 M h
（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 ；
（1）电弧温度高，激发能力强；离子线较多 （2）电极温度稍低，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） 操作简便安全
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2、 高压火花
（1）特点： ❖ 稳定性优于电弧 ❖ 放电瞬间能量很大，产生的温度高（10000K以上），激发能力
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§ 7-1 光学分析法概述
一、光学分析法：
基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信 号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法
光学分析法在物质组成研究、结构表征、基团识别、几何构型 确定及表面分析、定量分析等方面具有其他方法不可取代的地 位。
二、电磁辐射和电磁波谱
激发态
基态 光
（3）散射：丁铎尔பைடு நூலகம்射、拉曼散射
（4）折射和反射
（5）干涉和衍射
根据特征光谱的波长可进行定 性分析；根据光谱峰的强弱与 物质含量的关系进行定量分析。
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三、光学分析法分类 光谱法与非光谱法
1、光谱法：
利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而 产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的 定性、定量分析方法。
强，某些难激发元素可被激发，且多为离子线 ❖ 放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，适于低熔点金
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三、发射光谱分析的基本过程
1. 在激发光源中将被测物质蒸发，激发。
2. 由激发态返回低能级态，辐射出不同特征波长的光，将 被测定物质发射的复合光经分光装置色散成光谱。
3. 根据光谱的谱线位置进行光谱定性分析，据谱线强度进 行光谱定量分析。
§ 7-3 光谱分析仪器
原子发射光谱仪通常由三部分构成：
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）。
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热能、电能
基态元素M
DE
激发态M*
特征辐射
E2, 第二激发态
E1, 第一激发态
h DE = h = hc/
Absorption Emission
➢ 按能量交换方向分 ➢ 按作用结果不同分
吸收光谱法 发射光谱法 原子光谱→线状光谱 分子光谱→带状光谱
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2、非光谱法：
利用物质与电磁辐射的相互作用测定电磁辐射的反射、 折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法,不 涉及能级跃迁.
分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法
1、光源
2、分光系统（光谱仪）
3、观测系统
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发射光谱仪机构示意图
一、光源
作用：提供使试样变成原子蒸气和使原子激发所需要的能 量。 蒸发和激发 对发射光谱分析的性能有很大的影响。
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1. 电弧——在大气压下两电极间的一种气体放电现象。
（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；即可得到电 弧光源。
1、电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、不需要 任何物质作为传播媒介的一种能量
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2、电磁辐射的性质：具有波、粒二象性
（1)波动性
c
（2)粒子性
E h h c
c：光速； ：波长；ν：频率；E ：能量； h：普朗克常数
（6.6262×10-34 J ·s）