光谱定性定量分析

关于光谱定性定量分析第一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日

一、光谱定性分析

定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同→特征光谱元素的原子结构不同时，产生不同的光谱，也就是说，通过谱线存在否，确某元素可否存在。1.元素的分析线、最后线、灵敏线分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几条特征谱线检验，称其为分析线；最后线：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的谱线；灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素都有一条或几条谱线最强的线，即灵敏线。最后线也是最灵敏线；共振线：由第一激发态回到基态所产生的谱线；通常也是最灵敏线、最后线；第二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日2.定性方法1、标准试样光谱比较法用标准样品摄像谱图与样品谱图比较，哪元素谱线出现，这种元素就存在。2、铁谱比较法将标准铁谱与样品谱图逐一对照，哪种元素谱线位置出现可见到谱线，该元素就存在。第三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日为什么选铁谱？（1）谱线多：在210～660nm范围内有数千条谱线；（2）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广；（3）定位准确：已准确测量了铁谱每一条谱线的波长。标准谱图：将其他元素的分析线标记在铁谱上，铁谱起到标尺的作用。谱线检查：将试样与纯铁在完全相同条件下摄谱，将两谱片在映谱器(放大器)上对齐、放大20倍，检查待测元素的分析线是否存在，并与标准谱图对比确定。可同时进行多元素测定。第四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日第五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日3.定性分析实验操作技术(1)

试样处理a.金属或合金可以试样本身作为电极，当试样量很少时，将试样粉碎后放在电极的试样槽内；b.固体试样研磨成均匀的粉末后放在电极的试样槽内；c.糊状试样先蒸干，残渣研磨成均匀的粉末后放在电极的试样槽内。液体试样可采用ICP-AES直接进行分析。(2)实验条件选择

a.光谱仪

在定性分析中通常选择灵敏度高的直流电弧；狭缝宽度5～7m；分析稀土元素时，由于其谱线复杂，要选择色散率较高的大型摄谱仪。第六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日

b.电极电极材料：采用光谱纯的碳或石墨，特殊情况采用铜电极；电极尺寸：直径约6mm，长3～4mm；试样槽尺寸：直径约3～4mm，

深3～6mm；试样量：10～20mg；放电时，碳+氮产生氰(CN)，氰分子在358.4～421.6nm产生带状光谱，干扰其他元素出现在该区域的光谱线，需要该区域时，可采用铜电极，但灵敏度低。第七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日

（3）摄谱过程摄谱顺序：碳电极(空白)、铁谱、试样；分段暴光法：先在小电流(5A)激发光源摄取易挥发元素光谱调节光阑，改变暴光位置后，加大电流(10A)，再次暴光摄取难挥发元素光谱；采用哈特曼光阑，可多次暴光而不影响谱线相对位置，便于对比。第八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日二、光谱定量分析

1.光谱半定量分析Ⅰ谱线黑度比较法将试样与已知不同含量的标准样品在一定条件下摄谱于同一光谱感光极上，用目视法直接比较被测试样与标样分析线黑度。Ⅱ显线法元素含量低时，仅出现少数灵敏线，随元素含量增加，谱线随之出现。可编成一张谱线出现与含量关系表，依此估计试样中该元素的大致含量。

应用：用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批量试样的快速测定。

第九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日例如,铅的光谱

Pb%谱线特征0.0012833.069清晰可见2614.178和2802.00弱0.0032833.069清晰可见2614.178增强2802.00变清晰0.01上述谱线增强,2663.17和2873.32出现0.03上述谱线都增强0.10上述谱线更增强,没有出现新谱线0.302393.8,2577.26出现第十页，共二十一页，编辑于2023年，星期日

2.光谱定量分析(1)发射光谱定量分析的基本关系式

在条件一定时，谱线强度I与待测元素含量c关系为：

I=ac

a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱中存在着自吸现象，需要引入自吸常数b，则：发射光谱分析的基本关系式，称为塞伯-罗马金公式（经验式）。自吸常数b随浓度c增加而减小，当浓度很小，自吸消失时，b=1。第十一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日(2)内标法基本关系式

影响谱线强度因素较多，直接测定谱线绝对强度计算难以获得准确结果，实际工作多采用内标法（相对强度法）。

在被测元素的光谱中选择一条作为分析线(强度I)，再选择内标物的一条谱线(强度I0)，组成分析线对。则：

相对强度R：

A为其他三项合并后的常数项，内标法定量的基本关系式。第十二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日内标元素与分析线对的选择：a.内标元素可以选择基体元素，或另外加入，含量固定；b.内标元素与待测元素具有相近的蒸发特性；c.分析线对应匹配，同为原子线或离子线，且激发电位相近(谱线靠近)，“匀称线对”；

d.强度相差不大，无相邻谱线干扰，无自吸或自吸小。第十三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日(3)定量分析方法

a.内标标准曲线法由lgR=blgc+lgA

以lgR

对应lgc

作图，绘制标准曲线，在相同条件下，测定试样中待测元素的lgR，在标准曲线上求得未知试样lgc；b.摄谱法中的标准曲线法

S=lgR=

blgc+lgA在完全相同的条件下，将标准样品与试样在同一感光板上摄谱，由标准试样分析线对的黑度差(S)对lgc作标准曲线(三个点以上，每个点取三次平均值)，再由试样分析线对的黑度差,在标准曲线上求得未知试样lgc。该法即三标准试样法。第十四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日

c.标准加入法

无合适内标物时，采用该法。取若干份体积相同的试液（cX），依次按比例加入不同量的待测物的标准溶液（cO），浓度依次为：

cX

，cX

+cO

，cX

+2cO

，cX

+3cO

，cX

+4cO

……

在相同条件下测定：RX，R1，R2，R3，R4……。

以R对浓度c做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度。

R=Acbb=1时，R=A(cx+ci)R=0时，cx

=–ci

第十五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日三、原子发射光谱分析法的应用原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面（定性分析）具有较大的优越性，不需分离、多元素同时测定、灵敏、快捷，可鉴定周期表中约70多种元素，长期在钢铁工业（炉前快速分析）、地矿等方面发挥重要作用；在定量分析方面，原子吸收分析有着优越性；80年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。第十六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日应用范围广第十七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日可测定的元素多达70多种第十八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日本章小结原子光谱的产生：第一共振线、自吸、自蚀、影响谱线的强度的因素仪器：光源的作用、ICP光源分析方法：定性分析—分析线、最后线半定量分析定量分析方法—工作曲线法、标准加入法内标法作业：P394，11，12第十九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日课堂练习采用原子发射光谱法测定铜合金中的Pb含量，基体元素铜被选为内标元素，同时采用标准加入法定量，采用光电直读检测器结果如下表所示，请计算样品中Pb的含量（忽略