第七章 原子发射光谱分析.ppt

第七章 原子发射光谱分析 (Atomic Emission Spectrometry, AES) §7-1 光学分析概述 三、发射光谱与吸收光谱 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M*，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M* ?? M + hv 通过测量物质的激发态原子或分子发射光谱线的波长和强度进行定性和定量分析的方法叫发射光谱分析法。 一般情况下，原子处于基态，在激发光源作用下，原子获得能量，外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态，约经10-8 s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能量的发射可得到一条光谱线。 原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要的能量称为激发电位(Excitation potential)。 原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位。由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。共振线具有最小的激发电位，最容易被激发，为该元素最强的谱线。 §7-3 原子发射光谱分析仪器 光源是提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发，产生光谱。 目前常用的光源有高温火焰、直流电弧(DC arc)、交流电弧(AC arc)、电火花(electric spark)及电感耦合高频等离子体（ICP）。 1. 直流电弧 直流电弧的最大优点是电极头温度相对比较高（4000至7000K，与其它光源比），蒸发能力强、绝对灵敏度高、背景小；缺点是放电不稳定，且弧较厚，自吸现象严重，故不适宜用于高含量定量分析，但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。 在一般光源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有一定的厚度，弧焰中心a的温度最高，边缘b的温度较低。 由弧焰中心发射出来的辐射光，必须通过整个弧焰才能射出，由于弧层边缘的温度较低，因而这里处于基态的同类原子较多。这些低能态的同类原子能吸收高能态原子发射出来的光而产生吸收光谱。 原子在高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射，这种现象称为自吸现象。当自吸现象非常严重时，谱线中心的辐射将完全被吸收，这种现象称为自蚀。 2. 交流电弧 与直流相比，交流电弧的电极头温度稍低一些，但弧温较高，出现的离子线比支流电弧中多。由于有控制放电装置，故电弧较稳定。广泛用于定性、定量分析中，但灵敏度稍差。这种电源常用于金属、合金中低含量元素的定量分析。 4. 等离子体光源 等离子体是一种电离度大于0.1%的电离气体，由电子、离子、原子和分子所组成，其中电子数目和离子数目基本相等，整体呈现中性。 最常用的等离子体光源是直流等离子焰（DCP）、感耦高频等离子炬（ICP）、容耦微波等离子炬（CMP）和微波诱导等离子体（MIP）等。 电感耦高频等离子炬用电感耦合传递功率，是应用较广的一种等离子光源。电感耦高频等离子炬的装置，由高频发生器、进样系统（包括供气系统）和等离子炬管三部分组成。 ICP的分析性能： （1）检出限低（10-9-10-11g/L）； （2）稳定性好，精密度、准确度高（0.5%-2%)； （3）线性范围极宽4-5个数量级。 （4）自吸效应、基体效应小； （5）选择合适的观测高度光谱背景小。 ICP局限性： 对非金属测定灵敏度低，仪器价格昂贵，维持费用较高（耗用大量Ar气）。 二、光谱仪（摄谱仪 Spectrograph） 3. 谱线记录 一、实验步骤： 1、样品处理 2、光谱摄取 1、灵敏线法： 一般元素谱线的强度会随浓度的下降而消失其总数量也会同时减少，所有谱线中最后消失的谱线称“最后线”也是最灵敏线。若以此线为分析线就可以定性分析某元素。 2、特征谱线法： 每个元素的原子发射谱线有很多，但不同元素有不同的谱线特征，所以可以借助特征谱对元素进行定性分析。例如： §7-5 原子发射光谱定量分析 由于系数a受测定实验条件的影响极大，所以一般在被测元素的谱线中选一条线作为分析线，在基体元素(或定量加入的其它元素)的谱线中选一条与分析线匀称的谱线作为内标线(internal standard line,或称比较线)，这两条谱线组成所谓分析线对（分析线和比较线）。 分析线与内标线的绝对强度的比值称为相对强度。 内标法就是借测量分折线对的相对强度来进行定量分析的。这样可以使谱线强度由于光源的波动而引起的变化得到补偿。 分析线对选择的要求： 若谱线的记录方式为感光板显影记录时，实验测量到的参数为谱线黑度值S，此黑度与光谱线强度之间的关系与感光板的性质有