第六章--原子发射光谱法PPT优秀课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4
1930-1931年, 罗马金（Lomakin S）和塞
伯(Scherbe)提出I=acb的经验公式，建立了光
谱发射定量分析方法； 70年代后是仪器大发展时代，出现了直流
等离子体光源 (DCP)、电感耦合等离子体光源 (ICP)、微波等离子体光源 (MWP)，使该方法在 分析的作用大大加强。
5
三、原子发射光谱法的特点 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
6
第二节 原子发射的基本原理
7
一、原子发射光谱的产生
在正常状态下，原子处于基态，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，在10－8S时 间内返回到基态时，同时按照光谱选择定则，以光辐射形式 释放能量，这就产生了特征光谱（线状光谱）；
激发态
Leabharlann Baidu
E
外部能量
特征辐射 基态原子
8
原子光谱是由原子外层电子在不同能级间的跃迁 而产生的。
谱线的频率。 意义：单位体积内的辐射功率。
18
原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱
线强度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
N0
Ei
e kT
(2)
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；
23
➢ 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
谱线表，r：自吸；R：自蚀；
21
第三节 原子发射光谱仪
22
一.激发光源
作用：提供稳定，重现性好的能量，使试样中的被测 元素蒸发、解离、原子化和激发，产生电子跃迁， 发生光辐射
要求：具有足够的蒸发、解离、原子化和激发能力； 灵敏度高，稳定性好，光谱背景小；结构简单， 操作方便，使用安全
常用光源：电弧（直流，交流），电火花，等离子体 光源（ICP），激光等
19
将（2）式代入（1），得
Iijgg0i AijhijN0ekEiT
（3）
根据（3）式，可以得到影响谱线强度的因素有：
① 激发电位Ei 激发电位越低，强度越大；
② 跃迁概率Aij 谱线强度与跃迁概率成正比；
③ 统计权重gi/g0 谱线强度与统计权重成正比；
④ 原子总密度N0 谱线强度与统计权重成正比；
氢的发射光谱
每条谱线的波长放映出单个光子的辐射能量，它取 决于跃迁前后两能级的能量差，即
hc hc
E2 E1 E
9
不同的元素其原子结构不同，原子能级状态不 同，因此原子发射的波长也不同，即每种元素有自 己的特征光谱，这就是光谱定性的依据。
10
Na 能级图 由各种高能级跃迁到同 一低能级时发射的一系列光 谱线；
Mg Ⅲ 182.897nm
15
原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要 的能量称为（原子）激发电位。
使原子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。
各种元素的原子线和离子线有相应的激发电位和 电离电位，都可以在元素谱线表中查得。
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 ICP-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； 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
第六章 原子发射光谱法
atomic emission spectrometry,AES
1
目录 第一节 概述 第二节 原子发射的基本原理 第三节 原子发射光谱仪 第四节 定性和定量分析方法
2
第一节 概述
一、原子发射光谱法的定义 原子发射光谱分析法（atomic emission spectroscopy ，AES）：元素在受到热或电激发时， 由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光 谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。
16
二.谱线强度 元素特征谱线的强度与样品中该元素的含量有
确定的关系，所以可通过测定谱线的强度确定元素在 样品中的含量，这就是光谱定量分析。
17
（一）谱线强度表达式
发射谱线强度： Iij （J.S-1.m－3） = NiAijhij （1） h为Plank常数；Aij两个能级间的跃迁几率； ij发射
3
二、原子发射光谱法的发展过程 1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生
(Bunsen R W)研制第一台用于光谱分析的分光镜， 实现了光谱检验；
他们提出物质组成与光谱之间关系： (1)每个元素被激发时,就产生自己特有的光谱; (2)一种元素可以根据它的光谱线的存在而肯定它 的存在。
⑤ 激发温度T 激发温度升高，谱线强度增大；
20
三.谱线的自吸与自蚀 等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等
粒子的整体电中性集合体。等离子体内温度和原子浓度的分 布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘反之。
自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使 辐射强度降低的现象。
元素浓度低时，不出现自吸。随 浓度增加，自吸越严重，当达到一定 值时，谱线中心完全吸收，如同出现 两条线，这种现象称为自蚀。
11
K 元素的能级图
12
Mg 元素的能级图
13
由于一个原子产生的谱线很多，为了更好辨认， IUPAC规定，以基态为跃迁低能级产生的谱线称为共振 线，具有最低激发电位的谱线叫主共振线.主共振线一 般是由最低激发态回到基态时发射的谱线.主共振线具 有最小的激发电位,因此最容易被激发,一般是该元素 最强的谱线.
14
其中，原子受激发后发射的光谱称为原子线，通 常在元素后用Ⅰ表示；
原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一 个电子，称一次电离，离子受激发后发射的光谱称为 离子线，一次电离离子发射的谱线用Ⅱ表示，二次电 离离子发射的谱线用Ⅲ表示，以此类推。 例子：Mg Ⅰ 285.213nm，Mg Ⅱ 279.553nm，
1930-1931年, 罗马金（Lomakin S）和塞
伯(Scherbe)提出I=acb的经验公式，建立了光
谱发射定量分析方法； 70年代后是仪器大发展时代，出现了直流
等离子体光源 (DCP)、电感耦合等离子体光源 (ICP)、微波等离子体光源 (MWP)，使该方法在 分析的作用大大加强。
5
三、原子发射光谱法的特点 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
6
第二节 原子发射的基本原理
7
一、原子发射光谱的产生
在正常状态下，原子处于基态，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，在10－8S时 间内返回到基态时，同时按照光谱选择定则，以光辐射形式 释放能量，这就产生了特征光谱（线状光谱）；
激发态
Leabharlann Baidu
E
外部能量
特征辐射 基态原子
8
原子光谱是由原子外层电子在不同能级间的跃迁 而产生的。
谱线的频率。 意义：单位体积内的辐射功率。
18
原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱
线强度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
N0
Ei
e kT
(2)
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；
23
➢ 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
谱线表，r：自吸；R：自蚀；
21
第三节 原子发射光谱仪
22
一.激发光源
作用：提供稳定，重现性好的能量，使试样中的被测 元素蒸发、解离、原子化和激发，产生电子跃迁， 发生光辐射
要求：具有足够的蒸发、解离、原子化和激发能力； 灵敏度高，稳定性好，光谱背景小；结构简单， 操作方便，使用安全
常用光源：电弧（直流，交流），电火花，等离子体 光源（ICP），激光等
19
将（2）式代入（1），得
Iijgg0i AijhijN0ekEiT
（3）
根据（3）式，可以得到影响谱线强度的因素有：
① 激发电位Ei 激发电位越低，强度越大；
② 跃迁概率Aij 谱线强度与跃迁概率成正比；
③ 统计权重gi/g0 谱线强度与统计权重成正比；
④ 原子总密度N0 谱线强度与统计权重成正比；
氢的发射光谱
每条谱线的波长放映出单个光子的辐射能量，它取 决于跃迁前后两能级的能量差，即
hc hc
E2 E1 E
9
不同的元素其原子结构不同，原子能级状态不 同，因此原子发射的波长也不同，即每种元素有自 己的特征光谱，这就是光谱定性的依据。
10
Na 能级图 由各种高能级跃迁到同 一低能级时发射的一系列光 谱线；
Mg Ⅲ 182.897nm
15
原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要 的能量称为（原子）激发电位。
使原子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。
各种元素的原子线和离子线有相应的激发电位和 电离电位，都可以在元素谱线表中查得。
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 ICP-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； 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
第六章 原子发射光谱法
atomic emission spectrometry,AES
1
目录 第一节 概述 第二节 原子发射的基本原理 第三节 原子发射光谱仪 第四节 定性和定量分析方法
2
第一节 概述
一、原子发射光谱法的定义 原子发射光谱分析法（atomic emission spectroscopy ，AES）：元素在受到热或电激发时， 由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光 谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。
16
二.谱线强度 元素特征谱线的强度与样品中该元素的含量有
确定的关系，所以可通过测定谱线的强度确定元素在 样品中的含量，这就是光谱定量分析。
17
（一）谱线强度表达式
发射谱线强度： Iij （J.S-1.m－3） = NiAijhij （1） h为Plank常数；Aij两个能级间的跃迁几率； ij发射
3
二、原子发射光谱法的发展过程 1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生
(Bunsen R W)研制第一台用于光谱分析的分光镜， 实现了光谱检验；
他们提出物质组成与光谱之间关系： (1)每个元素被激发时,就产生自己特有的光谱; (2)一种元素可以根据它的光谱线的存在而肯定它 的存在。
⑤ 激发温度T 激发温度升高，谱线强度增大；
20
三.谱线的自吸与自蚀 等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等
粒子的整体电中性集合体。等离子体内温度和原子浓度的分 布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘反之。
自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使 辐射强度降低的现象。
元素浓度低时，不出现自吸。随 浓度增加，自吸越严重，当达到一定 值时，谱线中心完全吸收，如同出现 两条线，这种现象称为自蚀。
11
K 元素的能级图
12
Mg 元素的能级图
13
由于一个原子产生的谱线很多，为了更好辨认， IUPAC规定，以基态为跃迁低能级产生的谱线称为共振 线，具有最低激发电位的谱线叫主共振线.主共振线一 般是由最低激发态回到基态时发射的谱线.主共振线具 有最小的激发电位,因此最容易被激发,一般是该元素 最强的谱线.
14
其中，原子受激发后发射的光谱称为原子线，通 常在元素后用Ⅰ表示；
原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一 个电子，称一次电离，离子受激发后发射的光谱称为 离子线，一次电离离子发射的谱线用Ⅱ表示，二次电 离离子发射的谱线用Ⅲ表示，以此类推。 例子：Mg Ⅰ 285.213nm，Mg Ⅱ 279.553nm，