仪器分析 第6章 原子发射光谱分析法

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1、2021/10/6第6章原子发射光谱分析法第二节基本原理atomicemissionspectrometry,AES第一节概述第三节激发光源与试样引入方法第五节定性和半定量分析方法第六节原子发射光谱定量分析2021/10/6第一节、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。建立于19C：1859年，基尔霍夫(KirchhoffGR)、本生(BunsenR

2、W)研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验；2021/10/6原子光谱原子结构原子结构理论新元素20C.30a迅速发展：1930年以后，建立了光谱定量分析方法；20C.60a获得新发展。原子发射光谱分析法的特点:(1)选择性高，可多元素同时检测各元素同时发射各自的特征光谱，不干扰；(2)取样少，分析速度快几毫克，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)；2021/10/6(3)灵敏度高可检测出0.001%的含量，绝度灵敏度10-8～10-9g，相对灵敏度10-7～10-5(4)准确度较高0.1%～1%(一般光源）

3、<0.1%(新光源)；(5)应用范围广地质、冶金、医学、机械等缺点：高含量元素准确度差；一些非金属元素不能检测或灵敏度低；其分析方法是相对分析法，需要有标准试样，由于试样组成变化及标准试样不宜配制；仪器价格昂贵。2021/10/6第二节基本原理basicprincipleofAES正常状态下，原子处于基态。原子在受到热(火焰)或电(电火花)激发时，外层电子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一、原子光谱的产生2021/10/6原子的共振线与离子的电离线第一共振线(最强的谱

4、线)：原子由最低激发态到基态的跃迁，最易发生，能量最小；电离线：离子由最低激发态到基态的跃迁，其与电离能大小无关，离子的特征共振线。原子谱线表示：I表示原子发射的谱线；II表示一级离子线；III表示二级离子线；Mg：I285.21nm；II280.27nm；2021/10/6二、谱线强度spectrumlineintensity在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Nj的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律gj、g0——激发态与基态能级的统计权重；Ej——为激发态能量；k——玻兹曼常数；T——激发温度；2021/10/6设电子

5、在i,j两个能级间跃迁，其发射谱线强度：Iij=NjAijhijAij——两个能级间的跃迁几率；ij——发射谱线的频率；h——Plank常数。将代入得2021/10/6影响谱线强度的因素：(1)跃迁几率：成正比(2)激发能越小，谱线强度越强(3)能级统计权重：成正比(4)基态原子数：成正比(5)激发温度第三节激发光源与试样的引入方法2021/10/6作用：提供试样蒸发、原子化和激发所需能量一、激发光源要求：提供试样蒸发、原子化和激发所需能量；灵敏度高、光谱背景小、线性范围宽、安全、广泛等种类：直流电弧、低压交流电弧、高压火花、电感耦

6、合高频等离子体焰炬ICP2021/10/6直流电作为激发能源，电压220V，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；使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通电，电极尖端被烧热，点燃电弧，再使电极相距4～6mm；1.直流电弧光源电弧点燃后，阴极产生的热电子流高速通过分析间隔冲击阳极，产生高热，试样蒸发并原子化，电子与原子碰撞电离出的正离子又冲向阴极。电子、原子、离子间的相互碰撞，使原子跃迁到激发态，返回基态时发射出该原子的光谱。弧焰温度：3800K,可使约70多种元素激发；特点：绝对灵敏度高，背景小，适合定

7、性分析；缺点：弧光不稳，再现性差;不适合定量分析。2021/10/62.低压交流电弧光源工作电压：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；2021/10/6工作原理(1)接通电源，由变压器B1升压至2.5～3kV，电容器C1充电；达到一定值时，放电盘G1击穿；G1-C1-L1构成振荡回路，产生高频振荡(2)振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器C2将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电(3)当G被击穿时，电源的低压部分沿着已造成的电离气体通道，通过G进行电弧放电；(4)在放电的短

8、暂瞬间，电压降低直至电弧熄灭，在下半周高频再次点燃，重复进行；2021/10/6特点：（1）电弧温度高，激发能力强；（2）电极温度稍低，蒸发能力稍低；（3）电弧稳定性好，使分析重现性好，适用于定量分析。20