原子发射光谱分析法.pptVIP

第十章 原子发射光谱分析 一、原子发射光谱分析的基本原理 二、原子发射光谱仪 三、光谱定性分析及半定量分析 四、光谱定量分析 五、原子发射光谱的特点及应用 教学目的和要求 1、掌握原子发射光谱法的基本原理。 2、掌握原子发射光谱仪光源及光谱仪（摄谱仪）的工作原理和主要作用。 3、掌握光谱定性分析、光谱半定量分 析、光谱定量分析。 4、了解原子发射光谱的特点及应用。 第三章 原子发射光谱法 定义：原子发射光谱法(Atomic Emission Spectrometry，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。 历史：1859年德国学者Kirchhoff Bensen——分光镜； 随后30年——定性分析; 1930年以后——定量分析 AES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，可用于70多种元素的分析。因此，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广泛应用，成为现代仪器分析中重要的方法之一。 第一节 基本原理 1. 几个概念 1）激发电位(Excited potential)：将原子中的一个外层电子从基态跃迁至激发态所需的能量，通常以电子伏特来（ 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(Resonance line)：由激发态直接跃迁至基态时所辐射的谱线 ，激发电位最小、最易激发、谱线最强。 4）电离电位(Ionization potential)和离子线：原子受激后得到足够能量而失去电子，成为离子 ——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。 2. 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/? 从上式可见，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。 量子力学基本理论告诉我们： 1）原子或离子可处于不连续的能量状态（量子化），该状态可以光谱项来描述； 2）当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时，其核外电子就从一种能量状态（基态）跃迁至另一能量状态（激发态）； 3）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，并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来； 4）将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱（线光谱）； 5）由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的，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鉴别元素的存在——定性分析；而这些光谱线的强度又与试样中该元素的含量有关，因此又可利用这些谱线的强度来测定元素的含量——定量分析。 AES根据物质中不同原子的能级跃迁所产生的光谱线来研究物质的化学组成的。 原子发射光谱分析的过程：使试样在外界能量的作用下转变成气态原子，并使气态原子的外层电子激发至高能态。当从较高的能级跃迁到较低的能级时，原子将释放出多余的能量而发射出特征谱线。对所产生的辐射经过摄谱仪器进行色散分光，按波长顺序记录在感光板上，就可呈现出有规则的谱线条，即光谱图。然后根据所得光谱图进行定性鉴定或定量分析。 第二节 原子发射光谱仪器 1、直流电弧 （1）直流电弧发生器工作原理 在一定电压下，两电极间依靠等离子体导电产生的弧光放电称为电弧。 接触引燃，二次电子发射放电 （2）直流电弧的分析性能 a）样品蒸发能力强（阳极斑）---进入电弧的待测物多---绝对灵敏度高---尤其适于定性分析；同时也适于部分矿物、岩石等难熔样品及稀土难熔元素定量； b）电弧不稳----分析重现性差； c）弧层厚，自吸严重； d）安全性差。 2、低压交流电弧 （1）低压交流电弧发生器工作原理 发生器由高频高压引燃电路和低压电弧放电电路组成。 （2）低压交流电弧分析性能 1）蒸发温度比直流电弧略低；电弧温度比直流电弧略高； 2）电弧稳定，重现性好，适于大多数元素的定量分析； 3）放电温度较高，激发能力较强； 4）电极温度相对较低，样品蒸发能力比直流电弧差，故对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧； 5）该激发光源广泛用于金属、合金中低含量元素的定量分析和定性