第07章_原子发射光谱分析

1、2022-5-102022-5-10 概概 述述原子发射光谱法的基本原理原子发射光谱法的基本原理原原 子子 发发 射射 光光 谱谱 仪仪 器器光谱定性分析和半定量分析光谱定性分析和半定量分析光光 谱谱 定定 量量 分分 析析原子发射光谱的特点和应用原子发射光谱的特点和应用2022-5-101 1定义：定义： 光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。2 2电磁波谱：电磁波谱： r射线射线 5140pm X射线射线 10310nm 光学区光学区 101000m： 远紫外区远紫

2、外区 10200nm 近紫外区近紫外区 200380nm 可见区可见区 380780nm 近红外区近红外区 0.782.5m 中红外区中红外区 2.550m 远红外区远红外区 501000m 微波微波 0.1mm1m 无线电波无线电波 1m 2022-5-103 3光学分析法分类光学分析法分类（1 1）光谱分析方法：）光谱分析方法： 根据测量辐射的波长及强度根据测量辐射的波长及强度 a：原子光谱法、分子光谱法：原子光谱法、分子光谱法 b：发射光谱、吸收光谱、荧光光谱、拉：发射光谱、吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱等等。曼光谱等等。（2 2）非光谱分析法：）非光谱分析法： 折射、散射、干涉、衍射、偏

3、振折射、散射、干涉、衍射、偏振 2022-5-10一、原子光谱的产生一、原子光谱的产生(formation of atomic emission spectra) 1.1.基态：基态：2.2.激发态：激发态：3.激发电位：激发电位：4.电离：电离：一级电离电位一级电离电位 离子的激发电位离子的激发电位 。2022-5-10激发态不稳定（寿命激发态不稳定（寿命10-8s）要恢复原状，跃迁回基态要恢复原状，跃迁回基态E1E0E2E1E0E2提供能量提供能量激发激发发射发射hn2022-5-10二、定性、定量原理能量是以一定波长的电磁波形式辐射出去：能量是以一定波长的电磁波形式辐射出去：hc/(E2

4、-E1)hc/E； 不同元素原子的结构不同，原子的不同元素原子的结构不同，原子的能级状态能级状态不不同，因此发射谱线的波长也不同，每种元素都有同，因此发射谱线的波长也不同，每种元素都有其特征谱线，其特征谱线，可定性。可定性。 光谱选律：光谱选律：对特定原子可产生一系列不同波长对特定原子可产生一系列不同波长的特征光谱线（光谱线组），这些谱线按一定的的特征光谱线（光谱线组），这些谱线按一定的顺序排列，并保持一定的强度比例。顺序排列，并保持一定的强度比例。 2022-5-102022-5-10 谱线的强度与试样中元素的量有关，谱线的强度与试样中元素的量有关，可定可定量。量。2022-5-10三、发射

5、光谱分析的过程三、发射光谱分析的过程2022-5-10第三节第三节 原子发射光谱仪器原子发射光谱仪器激发光源激发光源元素在光源中被激发并在跃元素在光源中被激发并在跃迁回基态时产生光辐射迁回基态时产生光辐射分光系统分光系统光辐射光辐射检测系统检测系统2022-5-10一、激发光源一、激发光源1 1、作用：试样的蒸发，解离，原子化，激发，跃迁、作用：试样的蒸发，解离，原子化，激发，跃迁如：如：CaClCaCl2 2（l)l)CaClCaCl2 2（s s）CaClCaCl2 2（g g）解解离、原子化离、原子化CaCa（g g）ClCl（g g）激发激发CaCa* * 电离电离 CaCa2 2、理

6、想光源的要求：（理想光源的要求：（1 1）激发能量强；（）激发能量强；（2 2）灵敏度）灵敏度高；（高；（3 3）稳定性好；（）稳定性好；（4 4）结构简单，使用安全，操）结构简单，使用安全，操 作方便。作方便。2022-5-103 3、主要的光源种类主要的光源种类过去：过去：一般采用火焰作为激发光源，但激发温度低一般采用火焰作为激发光源，但激发温度低（激发能力差，灵敏度低）；（激发能力差，灵敏度低）；现在采用：现在采用：直流电弧，交流电弧；电火花；直流电弧，交流电弧；电火花；ICP ICP （Inductively Inductively coupled plasmacoupled plas

7、ma，电感耦合等离子体）电感耦合等离子体）2022-5-10（1 1）直流电弧：）直流电弧：基本线路基本线路A电感电感鎭流电阻鎭流电阻G分析间隙分析间隙E2022-5-10工作原理：工作原理：高频高压引燃，低压直流燃弧高频高压引燃，低压直流燃弧特点：特点：（1 1）弧焰温度：）弧焰温度：4000-70004000-7000K K，激发能力一般；激发能力一般；（2 2）电极温度：阳极（可达）电极温度：阳极（可达38003800K K） 阴极，蒸发能力强，阴极，蒸发能力强，试样进入间隙的量多，灵敏度高，检出险低。这是直流试样进入间隙的量多，灵敏度高，检出险低。这是直流电弧的最大优点。电弧的最大优点

8、。2022-5-10阳极斑阳极斑缺点：放电不稳定，精密度差缺点：放电不稳定，精密度差应用：矿物，难挥发试样，定性分析，半定量应用：矿物，难挥发试样，定性分析，半定量样品2022-5-10（2 2）交流电弧：）交流电弧：基本线路基本线路220VT1T2C1C2G2A2022-5-10工作原理：工作原理：高频高压引燃，低压低频燃弧高频高压引燃，低压低频燃弧特点：特点：（1 1）弧焰温度：）弧焰温度：4000-80004000-8000K K，激发能力强；激发能力强；（2 2）电极温度：每半周内有燃烧时间和熄灭时间，放电）电极温度：每半周内有燃烧时间和熄灭时间，放电间歇性，电极头温度低，蒸发能力差；

9、间歇性，电极头温度低，蒸发能力差；（3 3）光源稳定性好，精密度高。）光源稳定性好，精密度高。适用：金属，合金，低含量元素的定量分析适用：金属，合金，低含量元素的定量分析2022-5-10（3 3）高压电火花：）高压电火花：电极间不连续的气体放电称为电火花电极间不连续的气体放电称为电火花基本线路基本线路RLCGV220V工作原理：高压充电，放电打火工作原理：高压充电，放电打火2022-5-10特点：特点：（1 1）弧焰温度：可达）弧焰温度：可达1000010000K K，激发能力很强，且谱线主激发能力很强，且谱线主要是离子线；要是离子线；（2 2）电极温度：电极间歇放电，而且时间比交流电弧要）

10、电极温度：电极间歇放电，而且时间比交流电弧要长，电极头温度低，蒸发能力差；长，电极头温度低，蒸发能力差；（3 3）光源稳定性好，精密度高。）光源稳定性好，精密度高。适用：低熔点金属，合金，高含量组分的测定适用：低熔点金属，合金，高含量组分的测定以上三类光源主要用于固体物质的分析以上三类光源主要用于固体物质的分析2022-5-10* *（4 4）ICPICP（电感耦合等离子体）电感耦合等离子体）* *什么叫等离子体（什么叫等离子体（PlasmaPlasma）？）？物理学：电离度大于物理学：电离度大于0.10.1的气体。（等离子体由离子、电的气体。（等离子体由离子、电子和不带电的粒子组成的电中性的

11、、高度离子化的气体，子和不带电的粒子组成的电中性的、高度离子化的气体，它是与固体、液体和正常气体相区别的一种物质状态）它是与固体、液体和正常气体相区别的一种物质状态）光谱学：由非化学方法获得的放电的类似火焰的气体。光谱学：由非化学方法获得的放电的类似火焰的气体。气体气体包含高比例的正、负电荷，形状类火焰包含高比例的正、负电荷，形状类火焰2022-5-10ICP焰炬的形成焰炬的形成硬件构成：三元素硬件构成：三元素1、高频电磁场、高频电磁场2、工作气体、工作气体3、石英炬管、石英炬管2022-5-10炬管的构造：炬管的构造：三层同心石英管三层同心石英管外层：通入工作气或冷却气外层：通入工作气或冷却

12、气中层：辅助气中层：辅助气内层：载气，引入样品内层：载气，引入样品2022-5-10工作原理：工作原理：（1 1）通气）通气ArAr（等离子气体）等离子气体）（2 2）接通高频发生器，产生高频振荡电流，形成交变磁）接通高频发生器，产生高频振荡电流，形成交变磁场，方向在管内为轴向；场，方向在管内为轴向；（3 3）引燃）引燃ArAr气（用高频火花点火），气（用高频火花点火），ArAr被电离，产生被电离，产生ArAr+ +及电子；及电子；（4 4）离子在磁场中被加速，从而与中性的）离子在磁场中被加速，从而与中性的ArAr碰撞，产生碰撞，产生更多的电离气体更多的电离气体形成等离子体形成等离子体2022

13、-5-10（5 5）离子在磁场中定向运动，形成感应区，并感生出环）离子在磁场中定向运动，形成感应区，并感生出环形的电流（涡流电流），高达几百安培；形的电流（涡流电流），高达几百安培；（6 6）感生电流产生巨大的欧姆热，加热）感生电流产生巨大的欧姆热，加热PlasmaPlasma，达达1000010000K K高温，在石英炬管口处形成火焰状的。高温，在石英炬管口处形成火焰状的。概括一下：概括一下：点火引燃工作气，磁场加速等离子，点火引燃工作气，磁场加速等离子，感应涡流产高热，气体受热成焰炬。感应涡流产高热，气体受热成焰炬。2022-5-102022-5-10ICPICP光源的特点光源的特点（1

14、1）ICPICP光源具有环形的感应区，中间形成一通道，类似光源具有环形的感应区，中间形成一通道，类似面包圈，有利于试样从囱道引入面包圈，有利于试样从囱道引入ICPICP焰炬中，试样在光源焰炬中，试样在光源中停留的时间长，有利于原子化，电离和激发；中停留的时间长，有利于原子化，电离和激发；（2 2）焰炬温度高，激发能力强，可测）焰炬温度高，激发能力强，可测7070多种元素；多种元素；（3 3）放电稳定性极好，精密度高，）放电稳定性极好，精密度高，RSD1RSDFe437.593nm 用目视观察既可判断元素的大致含量。用目视观察既可判断元素的大致含量。 这些线都是匀称线对，即激发电位接近。这些线都是匀称线对，即激发电位接近。2022-5-10一、原子发射光谱法的特点及应用一、原子发射光谱法的特点及应用 1.多元素同时测定多元素同时测定2.分析速度快；分析速度快；3.选择性好；选择性好；4.检出限低；检出限低；5.用用ICP光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可达光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可达 46个数量级个数量级6.样品消耗少，适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出独样品消耗少，适于整