第7章 原子发射2011.ppt

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1、第七章原子发射光谱分析*AES原子发射光谱分析AtomicEmissionSpectrometry一、AES的基本原理*二、电弧、火花和等离子体光源*三、光谱仪*四、定性及定量分析*五、AES的特点和应用六、ICP-MS法简介一、AES的基本原理*1.历史2.有关术语3.原子光谱的产生*4.谱线的强度*5.光谱分析的基础与过程*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。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

2、特征光谱进行定性、定量的分析方法。1.历史1672年牛顿首次使用Spectrum1855～1856年本生/克希霍夫发明了本生灯,奠定了光谱化学分析的基础1859年本生/克希霍夫研制出第一台实用的光谱仪1861年起本生/克希霍夫指出：每一种元素的光谱是独特的，并且只需极少的样品便可得到;一些新元素的发现,如:Rb,Cs20世纪30年代建立了光谱定量分析法60年代新型光源和现代电子技术的应用AES获的发展,如ICP-AES80年代ICP-MS2.有关术语基态激发态激发电位电离电离电位等离子体:指电离了的，但宏观上呈电中

3、性的物质。等离子体中包含电子、离子、原子、分子等各种粒子。它具有电中性和导电性。2021/9/8击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的电离作用，仍能继续保持电离，使放电持续。燃烧电压：自持放电发生后，为了维持放电所必需的电压。3.原子光谱的产生*处于激发态的原子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10-8S）便跃迁至基态或其它较低的能级上。在这个过程中将释放出多余的能量，这种能量是以一定波长的电磁波的形式辐射出来的，其辐射的能量可用下式表示：△E=E2-E1=h

4、γ=hc/λ或λ=hc/（E2-E1）=hc/△E能量形式波长2热能、电能引起的撞击激发—原子发射光谱光激发—原子吸收、原子荧光光谱基态波长1激发态从上式可以知道：每一条所发射的谱线的波长，取决于跃迁前后两个能级之差。由于这些跃迁应遵循“光谱选律”，因此对特定元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线。原子的各个能级是不连续的（量子化）。电子的跃迁也是不连续的，因此原子光谱是线状光谱。定性依据：每种元素都有其特征光谱原子线和离子线习惯上统称为原子光谱例:MgⅠ  285.213nm镁的原子线MgⅡ  279.553

5、nm镁的一级离子线MgⅢ  182.897nm镁的二级离子线4.谱线的强度*（1）谱线强度的表达式谱线的强度常用辐射强度I（J·S-1·M-3）表示，即单位体积的辐射功率，它是群体光子辐射总能量的反映。2021/9/8在i，j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：Iij=NiAijhυij（1）式中：Aij为跃迁几率，Ni为激发态原子数目在高温下，处于热力学平衡状态时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni之间遵守Boltzmann分布定律。Boltzman分布定律：2021/9/8式中：gi，g0为激发态和基态的统

6、计权重；Ei为激发电位；K为Boltzmann常数；T为激发温度。将（2）代入（1）得：Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT-----谱线强度公式结论：Iij正比于基态原子密度N0Ni与原子总密度及电离度的关系：Ni=gi(1-α)Nexp(-Ei/kt)/Z故：Iij=giAij/Z×hc/λij×(1-α)Nexp(-Ei/kt)——Einstein-Boltzmann-Saha方程(式中Z为配分函数)即Iij∝C，这就是定量分析依据（2）影响谱线强度的因素谱线的性质Iij与Ei是负指数关系，Ei

7、越低，谱线强度越大。Iij与Aij（106～109S-1）成正比。Iij与gi成正比。原子总密度Iij与原子总密度成正比，N与试样中被测元素的含量成正比。激发温度不同元素的不同谱线各有其最佳激发温度。（3）谱线的自吸和自蚀＊AES的激发光源都有一定的体积，在光源中，粒子密度与温度在各部位的分布并不均匀，中心部位的温度高，边缘部位的温度低。元素的原子或离子从光源中心部位的辐射被光源边缘处于较低温度状态的同类原子吸收，使发射线强度减弱，这种现象称为谱线的自吸。AES光谱分析中，由于自吸现象影响谱线的强度和形状，使光谱定

8、量分析的灵敏度和准确度都下降。自吸现象与元素含量有关。谱线的峰值强度完全被吸收时，称为谱线的自蚀。因此，应该注意控制被测定元素的含量范围，并且尽量避免选择自吸线为元素的分析线。5.光谱分析的基础与过程＊基本依据：定性与定量分析AES分析的过程如下：a.在激发光源中，将被测定物质蒸发，解离，电离，激发，产生光辐射；b.将被测定物质发射的复合光经分光装置色散成光