2011版原子光谱课件.ppt

第三章 原子光谱分析法 概述 原子发射光谱法 原子吸收光谱法 元素的定性、定量分析 §3.1概述 3.1.1原子或离子光谱的特性 原子核被电子环绕着，电子在不连续轨道中绕原子核运转。每个原子有大量的电子可绕行的轨道。每个电子轨道有一个与之有关的能级。大体上，离原子核越远的轨道，能级越高。 基态 当一个原子的电子处于最靠近原子核的轨道，则具有最低的能量，原子处于它的最佳的稳定状态。 激发态 当原子吸收了电磁辐射或与其它粒子（如电子，原子，离子或分子）相碰撞，原子的能量增加，这个能量可以是用于增加原子的动能，也可以是原子吸收能量被激发，后者称为激发态。 离子化 若原子吸收足够高的能量，电子可以完全脱离原子，留下一个带正电荷的离子。 电离能 离子化过程需要的能量。 能量和波长的关系 E = h? = hc/λ（ Planck方程） 这个方程表示能量与波长成反比，即当能量增加，波长减小，反之亦然。例如，上图中，f的发射波长大于g的发射波长，由于f的能差小于g。 每个元素有它自己的一系列特征能级，和它自己一套独有的吸收和发射波长。正是这种特征使原子光谱用于元素分析技术。 3.1.2以原子光谱为基础的分析技术 §3.2原子发射光谱法（AES） 3.2.1特点 优点 1.可同时测定多种元素----可对约70种元素进行分析。 2.分析速度快、准确度高。 3.选择性好、检出限低。 4.试样消耗少 5. ICP光源校准曲线线性范围可达7个数量级，可测定元素各种不同含量（高、中、微含量）。 缺点 1.无法检测常见的非金属元素：O、N、S、卤素等谱线在远紫外区； 2.非金属元素：Se、Te，激发电位高，灵敏度低，无法检测。 原子发射光谱是原子的光学电子在原子内能级之间跃迁产生的线状光谱，反映的是原子及其离子的性质，与原子或离子来源的分子状态无关，因此，原子发射光谱只能用来确定物质的元素组成与含量，不能给出物质分子的有关信息。 3.2.2 原理 原子发射光谱的产生 气态原子或离子的核外层电子当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命10-8s)迅速回到低能态时，就要释放出能量，若以光辐射的形式释放能量，既得到原子发射光谱。 原子发射谱线强度与试样中元素浓度的关系 对一定的分析物质，当光源温度恒定时: 3.2.3仪器结构 原子发射光谱法的分析过程 由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气态原子激发而产生光辐射； 将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱； 用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。 仪器的外观图与示意图 光源 电感耦合等离子体  ICP（Inductively coupled plasma） ICP装置组成 高频发生器和感应圈 炬管和供气系统 试样引入系统 A－氩气漩涡状通过炬管 B－RF功率作用到线圈上 C－火花在氩气中产生一些自由电子 D-自由电子被RF场加速，引起进一步的离子化，形成等离子体 E－载有样品气溶胶的喷雾气流在等离子体中穿出一个洞 样品滴进入到ICP时发生的过程 单色器 因为等离子体中激发物种在几个不同的波长处发射光，所以来自于等离子体的发射为多波长的辐射。而这种多波长的辐射必须被分离成单独的波长，以便于每个受激物种的发射都能被检测，并且它们的强度也能被检测，而不受来自于其它波长的干扰。通常用单色仪或多色仪来完成对光的分离。 检测器 检测光谱中谱线的波长和强度 常见的检测器类型 光电倍增管（PMT） 电荷注入器件（CID） 电荷耦合器件（CCD） §3.3 原子吸收光谱法 （AAS） 3.3.1特点 优点 1.检出限低、灵敏度高: 火焰原子法: 10-6级--10-9级； 石墨炉: 10-9--10-14级。 2.选择性好、分析速度快 3.精密度高、光谱干扰少 4.应用范围广、测定范围广 5.仪器简单、价格低廉 缺点 1.一次测定一个元素 2.样品成分复杂时干扰严重 3.对某些高温元素灵敏度较低，如稀土元素, 钨,硼,铀