《原子发射光谱法》PPT课件.ppt

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1、第六章原子发射光谱法第一节原子发射光谱法的基本原理一、概述二、原子发射光谱的产生三、谱线强度四、谱线自吸与自蚀1.1概述原子发射光谱法是根据待测元素的激发态原子所辐射的特征谱线的波长和强度，对元素进行定性和定量测定的分析方法。基尔霍夫G.R.GustavRobertKirchhoff(1824～1887)德国物理学家、化学家和天文学家1824年3月12日生于普鲁士的柯尼斯堡(今苏联加里宁格勒)，1887年10月17日卒于柏林。1847年毕业于柯尼斯堡大学。基尔霍夫主要从事光谱、辐射和电学方面的研究。他1845年提出基尔霍夫电流定律、基

2、尔霍夫电压定律和基尔霍夫电路定律,发展了欧姆定律,对电路理论有重大贡献。1858年提出基尔霍夫辐射定律。1859年发明分光仪，与化学家R.W.本生共同创立了光谱分析法，并用此法发现了元素铯(1860)和铷(1861)。他并将光谱分析应用于太阳的组成上。他将太阳光谱与地球上的几十种元素的光谱加以比较，从而发现太阳上有许多地球上常见的元素，如钠、镁、铜、锌、钡、镍等。基尔霍夫著有《理论物理学讲义》(1876～1894)和《光谱化学分析》（1895年与R.W.本生合著）等。1.2原子发射光谱的产生在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火

3、焰）或电（电火花）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（线状光谱）特征辐射基态元素M激发态M*热能、电能E原子的共振线与离子的电离线激发电位：从低能级到高能级需要的能量（eV）共振线：具有最低激发电位的谱线电离电位：使原子电离所需要的最低能量离子线：离子外层电子跃迁时发射的谱线离子线激发电位的大小与电离电位的高低无关原子谱线表：I表示原子发射的谱线；II表示一次电离离子发射的谱线；III表示二次电离离子发射的谱线；Mg：I285.21nm；II280.27nm；原子线(I)离子线(II、III)相似谱线NaI、

4、MgII、AlIII1.3谱线强度在i，j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：Iij=NiAijhυij（1）式中Ni为激发态原子数，Aij两个能级间的跃迁几率；h为Plank常数；ij发射谱线的频率。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=N0(gi/g0)e-Ei/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。谱线强度Iij=(gi/g0)AijhυijN0e-Ei/kT影响谱线强度的因素：激发电位激发温度基态原子Iij∝C定量分析

5、的依据不同温度(T)下的原子发射光谱(nm)1.4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。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辐射的现象。I=I0e-adI0为弧焰中心发射的谱线强度，a为吸收系数，d为弧层厚度自蚀：当自吸现象非常严重时，谱线中心的辐射完全被吸收的现象。谱线表中，r：自吸；R：自蚀ab弧焰示意图第二节仪器装置原子发射光谱仪光源分光仪检测器2.1光源光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析

6、的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。功能：提供使试样中被测元素原子化和原子激发发光所需要的能量要求：灵敏度高、稳定性好、结构简单、操作安全类型：直流电弧、交流电弧、电火花、电感耦合高频等离子体（ICP）自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的电离作用，仍能继续保持电离，使放电持续。击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。燃烧电压：自持放电发生后，为了维持放电所必需的电压。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)的凹槽内燃弧产生热电子撞击阳极，产生阳极

7、斑(3800K)试样蒸发、原子化蒸汽中的气体分子和原子电离，产生正离子正离子撞击阴极，发射电子原子与电弧中其它粒子碰撞受到激发，发射光谱电极头温度高，蒸发能力强放电不稳定，弧层较厚，自吸现象严重交流电弧与直流电弧相比，其电极头温度稍低，但由于有控制放电装置，故电弧较为稳定电火花激发温度高（瞬间可达10000K），适于难激发元素分析电极温度低，多适于分析易熔金属、合金样品及高含量元素分析电感耦合高频等离子体（ICP）ICP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

8、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