POWERPOINT 演示文稿 - 原子发射光谱分析

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1、第3章原子发射光谱分析（AtomicEmissionSpectroscopy，AES）3.1概述3.2基本原理3.3AES仪器3.4定性定量分析方法关键词：1）分析对象为大多数金属原子；2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）；3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。3.1概述1.定义：AES是根据每种原子或离子在热或电激发下，发射出特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分析的方法。2.能级和光谱图示例：氢3.AES特点优点：1）多元素检测(multi-element);2）分析速度快:多元素检测;可直接进样;固、液样品均可3）选择性好：Nb与Ta；Zr与Ha，Rare-ele

2、ments;4）检出限低：5）准确度高：一般5-10%，ICP可达1%以下;6）所需试样量少；7）线性范围宽(linearrange)，4~6个数量级;不足之处：是一种相对分析法1）需要内标样进行对照，且内标样的组分要求高；2）只能测元素浓度，不能测元素存在形态；3）对一些非金属，难以得到灵敏的光谱线。4.主要应用★地、矿、冶金、机械等领域★可进行炉前分析★测定微痕量元素，绝大部分是金属、非金属、RE及某些气体元素进行准确测定ICP-AES对周期表中元素的检测能力（阴影面积表示使用的谱线数目；背景深浅表示检测限大小）1）能量（电或热、光）基态原子2）外层电子(outerelectron):低能

3、态E1高能态E23）外层电子:高能态E2低能态E14）发出特征频率()的光子:E=E2-E1=h=hc/3.2基本原理1.原子发射光谱的产生过程：2.几个概念①激发电位(Excitedpotential)：由低能态向高能态跃迁所需要的能量，以eV表示。每条谱线对应一激发电位。②原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，以I表示,如Na(I)③共振线(Resonanceline)：由激发态到基态(Groundstate)跃迁所产生的谱线，激发电位最小—最易激发—谱线最强。④电离电位(Ionizationpotential)和离子线：原子受激后得到足够能量而失去电子—电离；所需的能量称为电离

4、电位；离子的外层电子跃迁也发射光谱—离子线。以II，III，IV等表示。3）由于原子或离子的能级很多并且不同元素结构不同，因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱，通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析—定性原理。3.AES定性原理量子力学基本理论告诉我们：1）基态的气态原子或离子吸收了能量时，其核外电子基态跃迁至某一激发态；2）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8秒便跃迁返回到基态，若将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来并将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子发射光谱（线状光谱）；4.AES定量原理（Quantification）样品光源样品蒸发基态原子(N

5、0)等离子体(原子+离子+电子)从整体上看，处于热力学平衡状态！ArcSparkICPFlame激发态原子(Ni)样品激发E0Ei1）Boltzmann分布与谱线强度(Intensity)AES分析进行定量测量的基础就是谱线的强度特性。那么，谱线强度与待测物浓度之间到底有什么样的关系呢？当Plasma处于热力学平衡状态时，位于基态的原子数N0与位于激发态原子数Ni之间满足Boltzmann分布：电子在i,j能级间跃迁产生的谱线强度I与跃迁几率A（两能级间跃迁在所有可能发生的跃迁中的几率）及处于激发态的原子数Ni成正比，即由于激发态原子数目较少，因此基态原子数N0可以近似代替原子总数N总，并以浓

6、度c代替N总:简单地，Ic，此式为光谱定量分析的依据。其中，g为统计权重(2J+1)；k为Boltzmann常数(1.3810-23J/K)：Ei为激发电位；T为激发温度更进一步，考虑到谱线的自吸效应系数b：I=acb（赛伯Schiebe-罗马金Lomarkin公式）取对数，上式变为：logI=blogc+loga此式为AES分析的最基本的关系式。以logI对logc作图，得校正曲线。当试样浓度高时，b<1，工作曲线发生弯曲。2）影响谱线强度I因素:统计权重g(weight)：I∝gi/g0，g=2J+1跃迁几率(probability)：I∝A激发电位或激发能：Ei↑I↓激发温度：T↑I

7、↑，再高时原子线I↓，离子线I↑基态原子数N0或浓度c：c↑I↑前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数、外层电子、轨道状态等。影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！3）谱线的自吸和自蚀原子在高温发射某一波长的辐射，被处于边缘低温状态的同种原子所吸收的现象称为自吸，自吸对谱线中心处的强度影响较大由于自吸严重，谱线中心的辐射被强烈的吸收，致使谱线中心的强度比边缘更低，似乎变成两条谱线，这