原子发射光谱.ppt

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1、第五章原子发射光谱法（AtomicEmissionSpectrometry，AES）5.1概述5.2AES仪器5.3定性定量分析方法5.1概述定义：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。原子发射光谱的产生过程：1）能量（电或热、光）基态原子2）外层电子（低能态E1高能态E2）3）外层电子（低能态E1高能态E2）4）发出特征频率()的光子:E=E2-E1=h=hc/3.几个概念激发电位(Excitedpotential)：由低能态--高能态所需要的能量，以eV表示。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)电离

2、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电位；离子的外层电子跃迁—离子线。以II，III，IV等表示。4.AES特点1）多元素检测(multi-element);2）分析速度快:3）选择性好：Nb与Ta；Zr与Hf，Rare-elements;4）检出限低：10-0.1g/g(g/mL);ICP-AES可达ng/mL级;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:无法检测非金属元素：O、S、N、X(处于远紫外)；P、Se、T

3、e-----难激发，常以原子荧光法测定。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）5.2AES仪器AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此节重点介绍光源、相板检测器及相关特性。光源反射镜准直镜三透镜照明系统转台入射狭缝光栅物镜焦面AES仪器略图光源电弧电感耦合等离子体inductivelycoupledplasma,ICP现代光源经典光源火花直流电弧交流电弧火焰激光光源一、AES光源作用：提供分析物蒸发、原子化和激发的能量，以产生辐射信号。1.光源种类及特点电感耦合等离子体电感耦合等离子体光源是20世纪60年代提出，在70年代得到迅

4、速发展的一种新光源。等离子体是指含有一定浓度阴、阳离子能导电的气体混合物。在等离子体中，阴、阳离子的浓度相等，正负电荷相等，净电荷为零。通常用氩等离子进行发射光谱分析。在等离子体中形成的氩离子能够从外光源吸收足够的能量，并将温度保持在支撑电导等离子体进一步离子化，一般温度可达10000K。高温等离子体主要有三种类型：电感耦合等离子体（inductivelycoupledplasma，简称ICP）;直流等离子体（directcurrentplasma,简称DCP）;微波感生等离子体（microwaveinducedplasma,简称MIP）。ICP焰炬形成过程:形成稳定的ICP焰炬，应有3个条

5、件：高频电场、工作气体、石英管（维持气体稳定放电）。ICP光源由三个同心石英管组成，三股氩气流分别进入炬管。最外层等离子体气流的作用是把焰炬和石英管隔开，防止烧熔石英炬管。中间管引入辅助气流的作用是保护中心管口。内管的载气流主要作用是在等离子体中打通一条通道，并载带试样气溶胶进入等离子体。管子上部环绕一水冷感应线圈，当高频发生器供电时，线圈轴线方向上产生强烈振荡的磁场。用高频火花等方法使中间流动的工作气体电离，产生的离子和电子再与感应线圈所产生的起伏磁场作用。这一相互作用使线圈内的离子和电子沿图中所示的封闭环路流动；它们对这一运动的阻力则导致欧姆加热作用。由于强大的电流产生的高温，使气体加热

6、，从而形成火炬状的等离子体。ICP光源特点1）低检测限：蒸发和激发温度高；2）稳定，精度高；3）基体效应小(matrixeffect)；4）背景小；5）自吸效应小；6）分析线性范围宽；7）众多元素同时测定：激发温度高（70多种）；不足：对非金属测定的灵敏度低；仪器昂贵；维持费高。直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电VAELG220~380V5~30AR电源E可由直流发电机或整流器供给，镇流电阻R用以调节和稳定电流。直流电弧的引燃通常系把两个电极相触（或用碳棒短路）然后拉开来实现。在两极相触的瞬间，由于接触点电阻的加热引起热阴极电子发射；当两电极拉开后，电子被电场加速并奔向阳极，电极间的空气（

7、或样品蒸气）将因电子的撞击而电离导电，离子再冲击阴极，引起二次电子发射。电弧温度（这里指电极间隙中蒸气的温度）阴极附近最高，阳极附近次之，中间部分较低，但由于后者放电较稳定，常是光谱观测的主要区域。电弧温度一般为4000~7000K。电弧电极温度（蒸发温度）一般比电弧温度低，一般为3000~4000K。在直流电弧中，由于电子受到极间电场的加速不断以高速轰击阳极，使阳极白热，产生温度很高的“阳极斑”，故阳极温度