原子发射光谱原理及应用

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1、一、基本原理原子发射光谱分析法二、装置与仪器三、等离子体发射光谱atomicemission仪spectrometry,AES四、定性定量分析方法2009-10-23第一节基本原理一、概述generalization原子发射光谱分析法（atomicemissionspectroscopy，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。2009-10-23•1859年，基尔霍夫(KirchhoffGR)、本生(BunsenRW)•研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验；2009-10-

2、23•1930年以后，建立了光谱定量分析方法；•原子光谱＜＞原子结构＜＞原子结构理论＜＞新元素•在原子吸收光谱分析法建立后，其在分析化学中的作用下降，新光源(ICP)、新仪器的出现，作用加强。2009-10-23原子发射光谱分析法的特点:(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；2009-10-23•(4)检出限较低10～0.1µg⋅g-1(一般光源)；ng⋅g-1(ICP）•(5)准确度较高5%～10%(一般光源）；<1%(ICP)；•(6)

3、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。2009-10-23二、原子发射光谱的产生formationofatomicemissionspectra在正常状态下，元素处于基态，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，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）；热能、电能基态元素M∆E激发态M*特征辐射2009-10-23原子的共振线与离子的电离线原子由第一激发态到基态的跃迁：第一共振线，最易发生，能量最小；原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一个电子，一次电离。离子由第一激

4、发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)：电离线，其与电离能大小无关，离子的特征共振线。2009-10-23•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；2009-10-23三、谱线强度三、谱线强度spectrumlineintensity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。发射谱线强度：Iij=NiAijhνijh为Plank常数；Aij两个能级间的跃迁几率；νij发射谱线的频率。将Ni代入上式，得：2009-10-23四、谱

5、线的自吸与自蚀self-absorptionandselfreversalofspectrumline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。•谱线表，r：自吸；R：自蚀；2009-10-23第二节装置与仪器一、仪器类型与流程仪器类型与流程typesandprocessofAES原子发射光谱分析仪器的类型有多种，如：火焰发射光谱、微波等离子体光谱仪、感耦等离子体光谱仪、光电光谱仪、摄谱仪等；2009-10-23•原子发射

6、光谱仪通常由三部分构成：•光源、分光、检测；2009-10-23二、光源（光源的作用：为试样的气化原子化和激发提供能源；））11、火焰光度计、火焰光度计flamespectrometer利用火焰作为激发光源，仪器装置简单，稳定性高。该仪器通常采用滤光片、光电池检测器等元件，价格低廉，又称火焰光度计。2009-10-23常用于碱金属、钙等谱线简单的几种元素的测定，在硅酸盐、血浆等样品的分析中应用较多。对钠、钾测定困难，仪器的选择性差。2009-10-232.直流电弧（4000—7000K）直流电作为激发能源，电压150～380V，电流5～30A；2009-10-232

7、.低压交流电弧（40004000——7000K7000K）工作电压：110～220V。采用高频引燃装置点燃电弧，在每一交流半周时引燃一次，保持电弧不灭；2009-10-23３.　高压火花（10000K）2009-10-23第三节等离子体发射光谱一、概述generalizationgeneralization原子发射光谱在50年代发展缓慢；1960年，工程热物理学家Reed，设计了环形放电感耦等离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；2009-10-23•1960年，工程热物理学家Reed设计了环形放电感耦等离子体炬；•指出可用于原子发射光谱分析中的激发