光谱分析原理汇总

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4、看谱分析的准备工作 用园盘电极的好处：①通过转动电极手柄，任意更换 点弧位置；②园盘电极面积大，散热快，对保证分析 质量和提高工作效率都有利。 注意：固定电极分析过某一个试样后，一定要认真清 理，以减小误差。 （1）固定电极的选择：纯铜、纯铁。 纯铜电极的优点： A、导电性好； B、导热性优良，散热快； C、不容易氧化； D、灼热程度低、光谱背景小； E、可以制得很纯、加工清理方便。
法，这种仪器叫看谱镜。由于人眼对可见光（红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫色的光）才有视觉，因此看谱法分 析仅限于可见光谱波段。 光谱分析所利用的原子的是原子或离子所发射的线 状光谱。各元素原子或离子均有它自己的一系列波长的 谱线所组成的特征光谱。从光谱中辨认并确定出各元素 的特征谱线中的一些灵敏线，这便是定性分析的基础。 各元素特征谱线的强度是样品中该元素的含量的函数。 依据谱线的强度确定含量，这便是定量分析的基础。
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（1）光的折射定律内容
n2 Sini n2.1 Sinr n1 （2）折射率与光速的关系：
ί
1 2
Sini C n Sinr V
（3）绝对折射率：
。
γ
Sini V1 n2.1 Sinr V2 （4）光的折射是可逆。
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二、光谱的概念
复合光借助于分光元件色散成单色光，按 照波长的顺序排列成一个谱带，人们称之为 光谱。 当物质以不同状态存在的时候，由于其内部 结构和受激发的情况不同，产生三种不同类 型的光谱。 – 光谱的三种类型：
–
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（1）线光谱——由于在高温下，物质的原 子和离子以气态的形式存在，这时原子间 的相互作用力很小，它们接受能量以后， 辐射出不连续的明亮线条，由单个原子或 离子的外层电子轨道能级所决定。 （2）带光谱——由分子受激发而产生的， 由许多极细、极密的明亮线组合而成（明 亮的光带和暗区组成）。 （3）连续光谱——由于灼烧的固体热辐射 而产生的，用高分辩力的仪器也可能将其 分开。
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（3）分析条件的选择 A、激发状态：分析易激发的元素时用电弧光源， 如： Cr 、Mo 、V、W、Ti 、Mg 、Cu等，而分析难激 发的元素时有用火花光源，如：SiAl 等，而分析C、 S、P等时用高能火花电源。 B、电极距离 分析易熔金属，极距要小。 C、燃弧时间：分析易挥发元素，预燃及燃弧时间 短，分析难挥发元素预燃及燃弧时间要长。
7、看谱分析的应用的光谱波段 看谱分析只能在可见光区域内进行，可见光波长 范围是3970A～7230A，人的眼睛的感光灵敏度在这 个区域中是高的，超过这个范围人眼就看不到了， 而人眼灵敏度最高的视觉波长为5500A，即黄绿色 区域（如图），其波长范围为4950A～5810A。 所以我们在进行光谱分析的时候最好在黄绿色区域 选取谱线，以提高分析的灵敏度。
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5、激发后形成分析误差的可能性 （1）激发部位不对； （2）电极污染； （3）引燃时间太短（要求10秒以上）； （4）试样表面没有处理； （5）分析条件与分光标志中的条件不符； （6）强光直射； （7）第三元素的存在而引起的干扰。例： Cr=4922.3A Ti=4921.8 A
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第二章 看谱镜原理
电弧、火花
分光元件（棱镜、 光栅） 起弧
预燃
激发：点燃
熔化
气化
激发
燃弧
辐射
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2、看谱分析五大用途 (1)对金属材料进行分类； (2)对金属冶炼前的炉料分类和成品测定； (3)热处理前对钢号进行核对； (4)机械设备的检修和样机的测绘仿制； (5)化学分析前的预分析。
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3、看谱分析的优缺点 (1)优点 A、应用范围广； B、灵敏度高，在低含量时，准确度高，可进行半定 量分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 C、设备简单，容易掌握。 D、快速方便； E、对样品的破坏性小； F、排垢少，分析费用低； G、能同时制定多种元素。 (2)缺点 A、材料不均匀的时候代表性差； B、内眼误差； C、受环境条件影响。
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一、几何光学的四大定律
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1 、光的直线传播定律 ：光在均匀介质中是沿直线 传播的。 2 、光的独立传播定律 ：不同方向的两光线在介质 中某点相遇而通过时，彼此之间互不影响，而独立传 播。 3、光的反射定律 4、光的折射定律 小结：几何光学四大定律及推出的有关公式，是光 学仪器设计的基础，有了四大定律，解决了光线的传 播问题，在分析看谱镜的光路问题时就可以认真领会 了。
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3、核外电子的运动规律 原子核外电子的运动不是杂乱无章的，它 有它的运动规律，原子核外的电子分布在不同 的轨道上，接近核的那一层叫K层，向外依次 为L、M、N、O、P、Q层，每层最多能容纳2n2个 电子，也就是说K层n等于1，最多能容纳2个电 子，L层n等于2，能容纳8个电子，依此类推， M层能容纳18个电子， N层能容纳32个电 子……但最多不能超过32个电子，而且最外层 不得多于8个电子。各层上的电子也不都处在 相同的能级上，故此它们还存在着亚层s、p、 d、f。
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2、光谱分析起源： ①1666年，牛顿用小孔将太阳光投射在暗室中的三棱镜 上，结果看到了 7 色光谱。牛顿是第一个建立起光谱学试 验基础的人，用光谱发现了 K 、 Na 、 Sr 、 Cs 、 Rb 、 He 、 Ga、In等元素。 ②约 200 年后的 1860 年本生和克希霍夫为研究金属的光 谱制造了世界上第一台有实用价值的光谱仪器，从而建立 了光谱分析的初步基础，该年因此被定为光谱分析的诞辰 年。 ③上世纪初，光谱定性分析开始了。 ④1926年，内标法的出现，光谱分析能半定量了。 （ 1 ）上世纪中叶，光栅（色散均匀）代替了棱镜（色 散不均匀），使分光质量提高。 （2）光电元件的发展，促使了光谱仪向光电化发展。 肉眼→感光板→光电管，随着计算机的发展光电光谱仪向 21 自动化发展。
第一章、光谱分析原理
钟万里
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一、看谱分析基本概念

看谱分析是一种原子发射的光谱分析方法，习惯上 将原子发射光谱分析简称为光谱分析。用这种方法可以 确定试样成分中元素的种类及含量。光谱分析通常有如 下过程：在试样电极和辅助电极之间通以电流（直流电 弧，交流电弧，火花等），则在两电极之间的间隙中形 成电弧或火花的等离子体（蒸汽云），此等离子体中的 分子、原子、离子及电子接受了由光源发生器共给的能 量后而被激发发光，成为光源，经过分光后形成光谱。 光谱中有原子、离子产生的线状光谱，也有由分子产生 的带状光谱和灼热电极头产生的连续光谱。经过分光镜 分光而得到的光谱中的谱线是按波长顺序分开排列的。 可以用不同的装置接受或检测光谱。如果采用照相法将 光谱记录在感光板上，则叫摄谱法，这种光谱仪叫摄谱 仪。如果采用光电倍增管接受，将光信号转换电信号， 并予检测，则叫光电直读光谱法，这种光谱仪叫光电直 2 读光谱仪。如果用人的眼睛来观察辨别光谱，则叫看谱
。 。 。 。 。
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4950
581
相 对 可 见 度
4000
5000
6000
7000
5500A
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四、看谱分析的概况
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看谱分析最初起源于分析化学。 1、分析化学 化学分 析 重量法 滴定法
分析化 学
原子光谱——原子发射 分子光谱 光学分析法 X射线光谱 电化学 核磁、顺磁共 振 色谱 质谱
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6、原子谱线与周期表的关系 原子受激发所发的光是和原子结构紧密联系的，各种 化学元素的结构具有周期性，其被激发所发的光也具有周 期性，从元素周期表可以清楚的看出，周期数是核外的电 子层数。而同一族的外层电子结构是相似的。第一族元素 它们最外层均只有一个电子。而第二族最外层均有两个电 子……等等。外层电子也就是价电子，相对来说它离原子 核较远，与原子核的结合力也较弱，易受外力作用，所以 同族元素…… 从第一族到第八族，外层电子由一个到八个，外层电 子结构由简单到复杂，其化学性质由活泼到不活泼，电离 势能由小到大，原子的激发由易到难，这种元素激发难易 的周期性，在实际光谱分析中，对光源的选择具有指导意 义，例如激发第一族的元素K、Na等用火焰所产生的能量 就能实现，而激第八族的Fe、Co、Ni等则必须用具有较高 16 能量的电弧、火花等电火源了。
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（2）分析前的试样处理 A、清除试样表面氧化皮； B、清除试样表面油漆； C、注意试样表面否经过电化学处理。 原则：打磨到试样表面平整且见金属光泽。 固定电极的形状主要有两种：棒状和园盘状。棒状 电极的规格，长约 200mm ，直径约 7 ～ 8mm 。园盘状 电极的规格，直径约60mm，厚度约2～4mm ，外园径 修磨。 处理试样表面的手段也要注意选择。例如：①分析钢 铁中的Si的时候，不能直接用砂轮机打磨，否则，由 于砂轮中硅粉的污染，易造成误差；②分析有色金属 中的杂质时，采用锉刀清理就不妥。
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E1
E2
E3
吸收
发射
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5、激发电位、电离电位 激发电位：原子中某一种外层电子由基态激发到高能级 的激发态时所需要的能量称为激发能，与其相对应的电位 叫激发电位。 电离电位：如果原子外层电子获得了足够的能量，脱离 了该原子核的作用范围，成为自由电子，这时原子变成正 离子，这种现象称为电离。为使原子发生电离所需要的能 量叫电离能，与其对应的电位叫电离电位。 中性原子 → 激发电位 → 发射谱线→电弧线（原子线） 中性原子 →电离电位→ 正离子→激发电位→火花线（ 离子线） 因此，元素谱线出现难易不仅与激发电位有关系，而且 与电离电位有关系。
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原子结构的确认经过了一个漫长过程。 （1）19世纪初，美国科学家道尔顿认为原子是自然界 中最小的颗粒； （ 2 ） 1989 年，汤姆逊发现了电子，他当时认为正电荷 均匀的分布在原子中，电子均匀地分布在正电荷的周 围； （3）1911年，核物理学家卢瑟福，通过α粒子散射试验， 建立了原子模型的假说，认为原子具有原子核，原子 核周围有很多电子沿着一定的轨道旋转。 （ 4 ） 1913 年，玻尔在卢瑟福的基础上完善了原子核的 理论模型，提出了原子量子轨道和能级的理论，由此 确立了现代的原子核理论，他认为：①电子沿着量子 轨道旋转，它不辐射能量；②E2- E1=hc/λ