第3章节原子发射光谱分析幻灯片.pptVIP

第3章 原子发射光谱分析法 atomic emission spectrometry,AES 3-1 概述 原子发射光谱分析法（AES）：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。 一 发射光谱分析的过程 （一）在激发光源中，将待测物质蒸发、解 离、电离、激发，产生光辐射 （二）将待测物质发射的复合光经分光装置色 散成光谱 （三）检测记录光谱 （四）通过检测器检测待测物质中元素光谱线 的波长和强度，进行元素的定性和定量分析 原子发射光谱分析的特点和应用 选择性好 灵敏度高 可直接分析固体、液体和气体样品 一、原子发射光谱的产生 Formation of atomic emission spectra 在正常状态下，原子处于基态，在受到外界能量（热能或电能）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. 3.2 基本原理 电能、热能、光能等激发气态原子、离子的核外层电子跃迁至高能态。 E2 E0 E1 E3 气态激发态原子、离子的核外层电子，迅速回到低能态时以光辐射的形式释放能量。原子发射光谱 1.基态：在正常的情况下，原子处于稳定状态，它的能量是最低的，这种状态称为基态。 2.激发态：当原子受到能量(如热能、电能等)的作用时，原子由于与高速运动的的气态粒子和电子相互碰撞而获得了能量，使原子中外层的电子从基态跃迁到更高的能级上，处在这种状态的原子称激发态。 3.激发电位： 电子从基态跃迁至激发态所需的能量称为激发电位. 4.电离： 当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子核的束缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。原子失去一个电子成为离子时所需要的能量称为一级电离电位。离子中的外层电子也能被激发，其所需的能量即为相应离子的激发电位 。 原子发射光谱特点 发射谱线的波长取决于跃迁前后能级之差 原子的各能级是不连续的,跃迁也是不连续的,因此原子光谱是线状光谱. 每种元素的特征光谱皆不同-定性分析. 谱线强度与样品中该元素的含量有关-定量分析. * 谱线强度与样品浓度的关系 发生谱线自吸时 谱线自吸原因 从光源发光区域的中心发射,通过周围空间向四周发射.发光层四周的蒸气原子,一般比中心原子处于更低的能级. 3.3 原子发射光谱分析仪器 激发光源、分光系统、检测器及数据处理与显示系统； 激发源(光源) 单色器 检测器 数据处理与显示 * 一、激发光源 作为光谱分析用的光源对试样都具有两个作用过程。首先，把试样中的组分蒸发离解为气态原子，然后使这些气态原子激发，使之产生特征光谱。因此光源的主要作用是对试样的蒸发、解离和激发提供所需的能量。最常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花和ICP等. * 1. 直流电弧（DC) 直流电作为激发能源，电压220 ～380V，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； 优点：a 可达3800K,阴极温度＜3000K，与其它光源比较，其蒸发能力强，分析的绝对灵敏度高，适用于难挥发试样的分析；b.电弧温度（激发温度），一般可达4000—7000K，激发温度不高，尚难以激发电离电位高的元素。 缺点：a.放电不稳定，弧光游移不定，再现性差；b.弧层较厚，自吸现象严重。 应用：可很好地应用于矿石等的定性、半定量及痕量元素的定量分析。 ICP光源是高频 感应电流产生的类 似火焰的激发光 源。 由高频发生 器、等离子体炬管 和雾化器组成。 * 2.电感耦合等离子体光源 （ inductively coupled plasma， ICP) 工作原理 A 当高频发生器接通电源后，高频电流I通过感应线圈产生高频磁场. B 将石墨棒插入炬管内，使其在高频交变电磁场作用下产生焦耳热发射热电子。 C 带电粒子在高频交变电磁场作用下高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，形成“雪崩”式放电。 D 电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流，形成于相当于变压器的次级线圈。 E 次级线圈与初级线圈耦合，产生的高频感应电流产生高温，将气体加热、电离并在管口形成火炬状的等离子体焰炬。 ICP 的特点与应用 * 特点： (1)温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，有很高的灵敏度和稳定性； (2) 表面温度高，轴心温度低. (3) Ar气体产生的背景干扰小； (4) 无电极