第八章原子发射光谱法演示文稿

第八章原子发射光谱法演示文稿当前1页，总共72页。优选第八章原子发射光谱法当前2页，总共72页。每一种元素的原子在火焰、电弧放电等激发光源受激发时，便发射出特有的原子光谱，检查试样光谱中是否出现该元素的特征谱线，便可以确定该元素的存在——光谱定性分析。锂的吸收谱线氢的吸收谱线当前3页，总共72页。释放的能量与发射光谱的波长关系：ΔE=E2-E1λ=hc/E2-E1=hc/λυ=c/λ=hυσ=1/λ=hσch为普朗克常数（6.626×10-34J.s）c为光速(2.997925×1010cm/s)当前4页，总共72页。激发电位:

原子外层电子从低能级激发到高能级需要的能量.共振线:

具有最低激发电位的谱线，一般是该元素的最强谱线。当前5页，总共72页。二、谱线强度当前6页，总共72页。Ni为单位体积内处于激发态的原子数，N0为单位体积内处于基态的原子数；gi,g0为激发态和基态的统计权重，Ei为激发电位，K为Boltzmann常数，T为温度当前7页，总共72页。2谱线强度公式：Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kTIij

正比于基态原子N0，也就是说Iij∝C，这就是定量分析依据。当前8页，总共72页。当前9页，总共72页。谱线强度与温度各谱线有其最合适的温度当前10页，总共72页。三、谱线的自吸与自蚀1．自吸:原子在高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射。I=I0e-adI0为弧焰中心发射的谱线强度，a为吸收系数，d为弧层厚度。当前11页，总共72页。2自蚀：元素浓度越大时，共振线常呈现自蚀现象。在共振线上，自吸严重时谱线变宽，称为共振变宽当前12页，总共72页。自吸和自蚀当前13页，总共72页。四、原子发射光谱仪器装置激发源(光源)单色器检测器数据处理与显示低压交流电弧ICP平面衍射光栅摄谱仪感光板中阶梯光栅交叉色散光学系统全谱直读CID电荷注入式检测器当前14页，总共72页。激发光源：当前15页，总共72页。激发光源的作用及理想光源：光源具有使试样蒸发、解离、原子化和激发、跃迁产生光辐射的作用。当前16页，总共72页。光源当前17页，总共72页。1电弧当前18页，总共72页。当前19页，总共72页。当前20页，总共72页。DC特点与应用：当前21页，总共72页。

2)交流电弧一般特点和应用：A.电极上无高温斑点，温度分布较均匀，

满足一般定量要求；B.温度比DC略高，可测元素多；C.蒸发能力比DC低，检出性能稍差。当前22页，总共72页。2火花当前23页，总共72页。3激光当前24页，总共72页。4等离子体光源当前25页，总共72页。

等离子体是一种电离度大于0.1%的电离气体，由电子、离子、原子和分子所组成，其中电子数目和离子数目基本相等，整体呈现中性。最常用的等离子体光源是直流等离子焰（DCP）、电感耦合高频等离子炬（ICP）、和微波诱导等离子体（MIP）等。DCP基体效应大，未能广泛推广使用。MIP主要用于气相色谱的检测器。在原子发射光谱中占主导地位的是ICP。当前26页，总共72页。ICP-AES的结构流程

structureofICP-AESandprocess采用ICP作为光源是ICP-AES与其他光谱仪的主要不同之处。主要部分：1.高频发生器自激式高频发生器，用于中、低档仪器；晶体控制高频发生器，输出功率和频率稳定性高，可利用同轴电缆远距离传送。2.等离子体炬管三层同心石英玻璃管3.试样雾化器4.光谱系统当前27页，总共72页。

ICP-AES当前28页，总共72页。ICP-AES的原理

principleandfeatureofICP-AES

ICP是由高频发生器和等离子体炬管组成。1.晶体控制高频发生器石英晶体作为振源，经电压和功率放大，产生具有一定频率和功率的高频信号，用来产生和维持等离子体放电。石英晶体固有振荡频率：6.78MHz，二次倍频后为27.120MHz,电压和功率放大后，功率为1-2kW；当前29页，总共72页。

2.炬管与雾化器

三层同心石英玻璃炬管置于高频感应线圈中，等离子体工作气体从管内通过，试样在雾化器中雾化后，由中心管进入火焰；外层Ar从切线方向进入，保护石英管不被烧熔，中层Ar用来点燃等离子体；当前30页，总共72页。3.原理

当高频发生器接通电源后，高频电流I通过感应线圈产生交变磁场(绿色)。开始时，管内为Ar气，不导电，需要用高压电火花触发，使气体电离后，在高频交流电场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式放电，产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流（涡电流，粉色），其电阻很小，电流很大(数百安)，产生高温。又将气体加热、电离，在管口形成稳定的等离子体焰炬。当前31页，总共72页。ICP-AES特点

featureofICP-AES

(1)温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性；(2)“趋肤效应”，涡电流在外表面处密度大，使表面温度高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小。也有效消除自吸现象，线性范围宽（4～5个数量级）；(3)

ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；(4)Ar气体产生的背景干扰小；(5)无电极放电，无电极污染；

ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电；缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高。当前32页，总共72页。等离子体发射光谱仪

plasmaemissionspectrometry

1.光电直读等离子体发射光谱仪

光电直读是利用光电法直接获得光谱线的强度；两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式；

一个出射狭缝和一个光电倍增管，可接受一条谱线，构成一个测量通道；单道扫描式是转动光栅进行扫描，在不同时间检测不同谱线；

多道固定狭缝式则是安装多个（多达70个），同时测定多个元素的谱线；当前33页，总共72页。凹面光栅与罗兰圆

多道型光电直读光度仪多采用凹面光栅；

罗兰圆：Rowland(罗兰)发现在曲率半径为R

的凹面反射光栅上存在着一个直径为R的圆，不同波长的光都成像在圆上，即在圆上形成一个光谱带；

凹面光栅既具有色散作用也起聚焦作用（凹面反射镜将色散后的光聚焦）。

当前34页，总共72页。特点

:

(1)多达70个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这是其他金属分析方法所不具备的；(2)分析速度快，准确度高；(3)线性范围宽，4～5个数量级，高、中、低浓度都可分析；缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；改进型：n+1型ICP光谱仪在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个可变通道；当前35页，总共72页。2.全谱直读等离子体光谱仪

采用CID阵列检测器，可同时检测165～800nm波长范围内出现的全部谱线；中阶梯光栅分光系统，仪器结构紧凑，体积大大缩小；兼具多道型和扫描型特点；CID：电荷注入式检测器(chargeinjectiondetector,CID),28×28mm半导体芯片上，26万个感光点点阵(每个相当于一个光电倍增管)；当前36页，总共72页。全谱直读ICP-OES光谱仪ICP-OES（InductivelyCoupledPlasmaOpticalEmissionSpectroscopy）ICP作为激发源CID电荷注入式检测器SCD分段式电荷耦合式固体检测器CCD电荷耦合式固体检测器所有的测定程序、数据由计算机工作站控制、处理、显示CID电荷注入式检测器CCD、CID等固体检测器，作为光电元件具有暗电流小，灵敏度高，有较高的信噪比，很高的量子效率，接近理想器件的理论极限值。且是个超小型和大规模集成的元件，可以制成线阵式或面阵式的检测器，能同时记录成千上万条谱线，并大大缩短了分光系统的焦距，使直读光谱仪的多元素同时测定功能大为提高，而仪器体积又可大为缩小，正在成为PMT器件的换代产品。当前37页，总共72页。当前38页，总共72页。仪器特点:(1)测定每个元素可同时选用多条谱线；(2)可在一分钟内完成70个元素的定量测定；(3)可在一分钟内完成对未知样品中多达70多元素的定性；(4)1mL的样品可检测所有可分析元素；(5)扣除基体光谱干扰；(6)全自动操作；(7)分析精度：CV0.5%。当前39页，总共72页。光路图当前40页，总共72页。检测器当前41页，总共72页。当前42页，总共72页。ICP的结构示意图当前43页，总共72页。ICP中温度分布：当前44页，总共72页。当前45页，总共72页。当前46页，总共72页。光源选择：当前47页，总共72页。分光系统：当前48页，总共72页。当前49页，总共72页。当前50页，总共72页。当前51页，总共72页。当前52页，总共72页。当前53页，总共72页。PE热电公司产品美国瓦里安公司ICP-OES电感耦合等离子原子发射光谱仪当前54页，总共72页。检测系统：当前55页，总共72页。1目视法

仅适于可见光部分，如专用钢铁及有色金属的半定量分析的看谱镜当前56页，总共72页。当前57页，总共72页。当前58页，总共72页。3光电法

光电法用光电倍增管或其它光电器件来检测谱线强度当前59页，总共72页。当前60页，总共72页。当前61页，总共72页。电感耦合等离子体光谱法的试样前处理：一般采用溶液样品，各类样品均应转化为溶液进行分析。原则是：尽量不引入盐类或其他成盐试剂，以免增加溶液中固体物的量，含盐量高会造成进样雾化器的堵塞及雾化效率的改变，引入较大误差。一般采用硝酸或盐酸等处理样品，尽量不用硫酸等粘度较大的酸溶解样品。处理后试液中残余酸不宜过高，一般为5％～10％。当前62页，总共72页。ICP分析中如何避免样品间的互相沾污？测量时，不要依次测量浓度悬殊很大的样品，可把浓度相近的样品放在一起测定，测定样品之间，应用蒸馏水或溶剂冲洗之。配制ICP分析用的多元素贮备标准溶液的注意事项：溶剂用高纯酸或超纯酸；用重蒸的离子交换水；使用光谱纯、高纯或基准物质；把元素分成几组配制，避免谱线干扰或形成沉淀。

当前63页，总共72页。在ICP-AES法中，为什么必须特别重视标准溶液的配置？不正确的配置方法将导致系统偏差的产生；介质和酸度不合适，会产生沉淀和浑浊；元素分组不当，会引起元素间谱线干扰；试剂和溶剂纯度不够，会引起空白值增加、检测限变差和误差增大。

当前64页，总共72页。当前65页，总共72页。1定性分析当前66页，总共72页。原子的核外电子能级不同时，跃迁产生不同波长的光谱线，通过检测特征光谱线存在否，确证某元素可否存在。一般利用2~3根原子线、离子线的第一共振线、最灵敏线、最后线、分析线进行定性分析。1.定性分析的基本原理当前67页，总共72页。摄谱法发射光谱定性分析的相对灵敏度元素相对灵敏度(%)C、Se1~10-1As、Ge、Ir、Os、Sm、Te、Th、U、W10-1~10-2Au、B、Bi、Co、Dy、Er、Eu、Hg、Gd、Ho、La、Mn、Mo、Nb、P、Pb、Pr、Pt、Rb、Rn、Ru、S、Sb、Sn、Si、Ta、Tb、Ti、Tl、V、Zn、Zr10-2~10-3Al、Cd、Cr、Cs、F、Fe、Ga、Ge、In、Mg、Ni、Pb、Sc、Y、Yb10-3~10-4Ag、Be、Cu、Ba、Sr、Ca10-4~10-5Cs、K、Li、Na、Rb10-5~10-6当前68页，总共72页。2.定性分析的方法A．标准样品与试样光谱比较法用标准样品与试样在相同的条件下摄谱比较标准样品与试样所出现的