材料近代测试方法 第六章：原子发射光谱法

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1、材料检测方法材料科学与工程专业主干专业课程2021年6月19日第六章原子发射光谱法第一节原子光谱法概述原子发射光谱法（AES）是根据待测物质的气态原子或离子受激发后所发射的特征光谱的波长及其强度来测定物质中元素组成和含量的分析方法。原子发射光谱法具有许多优点：选择性好，灵敏度高，分析速度快，能进行多元素同时测定。原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。在一般情况下，用于1%以下含量的组份测定，检出限可

2、达ppm，精密度为±10%左右，线性范围约2个数量级。但如采用电感耦合等离子体（ICP）作为光源，则可使某些元素的检出限降低至10-3~10-4ppm，精密度达到±1%以下，线性范围可延长至7个数量级。这种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。原子发射光谱法在地质、冶金、机械、环境、材料、能源、生命及医学等领域得到了广泛应用，成为现代仪器分析中重要的方法之一。第二节原子发射光谱法的基本原理一、原子发射光谱的产生基态激发态电能、热能hv原子发射定性分析的依据：原子发射光谱是由原子外层电子在不同能级间

3、的跃迁而产生的。不同的元素其原子结构不同，原子的能级状态不同，因此，原子发射谱线的波长也不同，每种元素都有其特征光谱。使电子由低能级激发到高能级所需要的能量叫作激发电位，常以电子伏特为单位。原子发射光谱中的各条谱线都有相应的激发电位，其数值均标示在元素谱线表中。激发电位的高低反映了产生该条谱线所需能量的大小。共振发射线的激发电位叫作共振电位。第一共振电位是元素最低的激发电位。基态激发态hc非共振线123456hc1—6全是共振线1和4是主振线7如果给予原子足够大的能量，则可使原子发生电离。失去一个电子

4、为一级电离，失去两个电子为二级电离。元素电离所需的最低能量称作该元素的电离电位，以电子伏特为单位表示。离子能级跃迁所产生的发射线称为离子线，每条离子线也都有相应的激发电位。发射光谱中往往既有原子谱线，也有离子谱线，这两种谱线都可以用于光谱分析。光谱谱线表中，以元素符号后面的罗马数字区别原子谱线和离子谱线。Ⅰ表示原子线，Ⅱ表示一级离子线，Ⅲ表示二级离子线。MgⅠ285.213nm原子线MgⅡ279.553nm一级离子线MgⅢ182.897nm二级离子线谱线的表示方法原子谱线并不是单一波长的谱线，而是具有

5、一定的波长范围。谱线的强度随波长的分布称为谱线轮廓（图4-1）。二、谱线强度在光谱分析中，分析物在光源中先蒸发为气体，形成蒸气云。在一般的光源条件下，蒸气云中带正电荷微粒与带负电荷微粒的密度几乎相等，物质处于等离子状态，称之为等离子体。—+分子原子离子电子——————++++++近代物理学中，把电离度大于0.1%。其正负电荷相等的电离气体称为等离子体。在光谱分析中，被测定物质在激发光源中被蒸发、原子化、电离，基态原子或离子被高速运动的各种粒子碰撞激发，这样物质处于等离子状态。一、光源光源的作用：光源具

6、有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。光源的要求：激发能力强，灵敏度高，稳定性好，结构简单，使用安全。常用的光源：直流电弧、低压交流电弧、高压火花及电感耦合等离子体（ICP）。激发光源直流电弧光源低压交流电弧光源高压火花光源电感偶合等离子体光源在电光源中，两个电极之间是空气（或其它气体）。放电是在有气体的电极之间发生。由于在常压下，空气几乎没有电子或离子，不能导电，所以要借助于外界的力量，才能使气体产生离子变成导体。使电离的方法有

7、：紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子碰撞以及金属灼热时发射电子等。当气体电离后，还需在电极间加以足够的电压，才能维持放电。通常，当电极间的电压增大，电流也随之增大，当电极间的电压增大到某一定值时，电流突然增大到差不多只受外电路中电阻的限制，即电极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿。在电极间的气体被击穿后，即使没有外界电离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种放电称为自持放电。光谱分析用的电光源（电弧和电火花），都属于自持放电类型。使电极间击穿而发生自持放电的最小电压称为“击穿电压”。要使

8、空气中通过电流，必须要有很高的电压，在1atm压力下，若使1mm的间隙中发生放电，必须具有3300V的电压。如果电极间采用低压（220V）供电，为了使电极间持续地放电，必须采用其它方法使电极间的气体电离。通常使用一个小功率的高频振荡放电器使气体电离，称为“引燃”。自持放电发生后，为了维持放电所必需的电压，称为“燃烧电压”。燃烧电压总是小于击穿电压，并和放电电流有关。气体中通过电流时，电极间的电压和电流的关系不遵循欧姆定律，其相应的关系如下图：气体放电中电