火焰光度法详细

火焰光度法

教学重点: 火焰光度法的原理、干扰及消除、适用范围及仪器构造

教学难点: 仪器基本构造

教学方法：讲述法

§1光谱分析法简介

一.光的本性及其与物质的相互作用

光是一种与物质内部运动有关的电磁辐射，具有波粒二象性。

E=hυ=hc/λ

等式的左边体现了光的微粒性,而等式的右边体现了光的波动性。

将电磁辐射按照波长的长短顺序排列起来,就称为电磁波谱。

波长大于1000nm电磁波谱称为波谱,由此建立起来的分析方法就叫波谱分析法；

波长在10nm--1000nm的电磁波谱, 通常要借助于光学仪器才能获得,称为光学光谱,由此建立起来的分析方法称为光谱分析法。可靠性试验光被物质吸收也就是光的能量被转移到物质的分子或原子上去了。此时, 物质中的分子或原子就会由能量较低的状态上升到能量较高的状态.根据吸收物质的状态、光的能量以及吸收光谱的不同,可分为分子吸收和原子吸收。

当吸光的物质或者受热能、电能或其他外界能量所激发的物质从高能态回到低能态时,往往以光辐射的形式释放出多余的能量,这种现象就叫做光的发射。按其发生的本质可分为原子发射、分子发射以及x-射线等。

二. 光谱的产生原理

组成物质的微粒,具有各种不同的运动形式,每一种运动状态都有一定的能量.化合物分子的总能量E总=E0+E平+E转+E振+E电

E 0—零点能;/

E平—平动能;分子整体平动所产生的能量;

E转—转动能;分子围绕其质量中心转动所产生的能量;

E振—振动能;分子中原子间的相对运动(振动)所产生的能量;

E电—电子能;分子中电子相对于原子核的运动所产生的能量;

其中,与光谱有关的是E转、E振与E电.每一种能量都是量子化的.分子的每一种能量值称为一个能级.每一种分子的能级数和能级值取决于分子的本性和状态.即: 每一种分子都具有特征的能级结构.

同一电子能级中分为几个振动能级, 同一振动能级中分为几个转动能级.通常,分子处于稳定的基态.当它受到光照或其他能量激发时,将根据分子所吸收能量的大小,引起分子转动、振动或电子能级的跃迁,同时伴随着光子的吸收或发射. 光子（光波）的能量(E光)等于前后两个能级的能量的差值.

E光= hυ= E1-E2=△E=△E转+△E振+△E电

式中,△E转、△E振、△E电分别为分子的转动能级、振动能级、电子能级跃迁时的能级变化。

物质的粒子按上式吸收特定的光子（光波）后,由低能级跃迁到某高能级,如果把物质对光的吸收情况按波长的次序排列记录下来,就得到吸收光谱。

反之,吸收了能量的粒子, 由高能级跃迁到低能级时,如果以光辐射形式释放出多余的能量, 把光的发射按波长的次序排列记录下来,就得到发射光谱。

在产生能级跃迁时,只能吸收或发射与粒子运动相对应的特定波长的光能,形成相应的特征光谱。因此，不同的物质具有不同的特征光谱。根据物质的特征光谱,就可以研究物质的组成和结构。

光谱分连续光谱、带状光谱和线状光谱.

连续光谱:液(固)态物质在高温下激发,发出多种波长的光,如;白织光、日光;

带状光谱:气体分子在高温下激发产生的电子能级跃迁、分子振动能级跃迁、转动能级跃迁.(分子光谱);

线状光谱:气态原子或离子受高温激发,外层电子产生跃迁.( 原子光谱、离子光谱).

原子发射光谱法(AES)中，以电弧（CA）、电火花（Spark）和电感耦合等离子体（ICP）作为激发光源的称为原子发射光谱法；以火焰作为激发光源为激发光源的称为火焰光度法。

§2 火焰光度法的基本原理

一.火焰光度法

以火焰作为激发光源,使被测元素的原子激发,用光电检测系统来测量被激发元素所发射的特征辐射强度,从而进行元素定量分析的方法。属于原子发射光谱法的范畴。

二.定量关系

I=a C b

式中,I--特征谱线强度;

C--待测物浓度;

a--与元素激发电位、温度及试样成份有关的参数;用火焰作为激发光源时,因燃烧稳定,且组份在火焰中分散度好,此时a为常数;

b--自吸情况参数,当C很低时,b=1。此时, 自吸现象可忽略，则:

I=a C

即: 特征谱线强度与待测物浓度成正比。

三.方法特点

准确、快速,灵敏度较高.但因用火焰作为激发光源,温度较低,只能激发碱金属、碱土金属等几种激发能低、谱线简单的元素，难激发的元素测定较困难。主要用于土壤、血浆、玻璃、肥料、植物、血清组织中K、Na、Ca等的测定.先进的仪器可测定20多种元素(用C2H2/空气),检测水平在ppm 级。

§3 仪器基本构造

仪器主要由光源、分光系统、检测系统组成。见图7-18(P224).图7-18 火焰分光光度计示意图

一.光源:由供气系统、喷雾器和燃烧器组成。为试样蒸发、离解为气态原子和原子激发提供能量。

二.分光系统:由狭缝与滤光片(火焰光度计用)、棱镜或光栅(火焰分光光度计用)组成.将特征谱线与干扰谱线分开,只让特征谱线到达检测系统。

三.检测系统:火焰分光光度计的检测器为光电管或光电倍增管和显示器; 火焰光度计的检测器则为硒光电池和检流计。

国产SHG—1型数字式火焰光度计基本结构与此同.试液经喷雾器雾化,与可燃气(石油醚)及助燃气(压缩空气)混合,在燃烧器上燃烧,用滤光片将被测元素的特征谱线分离出来,经硒光电池将光信号转换为电信号,在检流计上显示出来。

§4 测定方法

一.标准曲线法

先测定一系列标准溶液的特征谱线强度I i(一般5个),以I i为纵坐标,C i为横坐标作图,即得标准曲线.再在相同条件下测定待测溶液的I x值,由图中查出C x 值.