原子发射光谱分析法2009.ppt

第五章原子发射光谱分析法 §3—1概述 一．原子发射光谱的产生： （一）原子能级与能级图 （二）原子发射光谱的产生： 原子由激发态回到基态（或跃迁到较低能级）时，若以光的形式放出能量，就得到了发射光谱。其谱线的波长决定于跃迁时的两个能级的能量差，即： （三）几个概念： 激发电位（或激发能） ：原子由基态跃迁到激发态时所需要的能量 主共振线：具有最低激发电位的谱线叫主共振线。主共振线一般是由最低激发态回到基态时发射的谱线。 原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，以I表示, 如Mg Ⅰ285.21nm为原子线。 离子线 ：离子的外层电子跃迁—离子线。以II，III，IV等表 示。如MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。 2. 共振线、第一共振线 由激发态直接跃迁至基态时辐射的谱线称为共振线。由第一激发态直接跃迁至基态的谱线称为第一共振线。 二．谱线的自吸和自蚀 等离子体：宏观上是中性的电离的气体，称为等离子体。 自吸:由弧焰中心发射出来的辐射光，被外围的基态原子所吸收，从而降低了谱线的强度。此现象叫自吸。 自蚀：自吸严重时，中心部分的谱线 将被吸收很多，从而使原来的一条谱线分裂成两条谱线，这个现象叫自蚀 。 三．光谱分析的特点： 1．相当高的灵敏度：10-8-10-9g 2．有较好的选择性： 3．准确度较高： 4．能同时测定多种元素，分析速度快。 5．用样量少：mg §3—2 光谱分析的 仪器装置 光源、分光系统、检测系统三部分组成。 原子发射光谱仪 1、光源的作用 提供能量，使试样蒸发、解离、原子化和激发跃迁而产生电磁辐射。 2、对光源的要求 光源常常对光谱分析的检出限、灵敏度及准确度有很大影响，因此，光源必须满足如下要求 A、有足够的激发温度，适合不同含量的元素分析。高灵敏度的保证； B、有良好的稳定性和重现性。准确度的保证； C、光谱背景浅，构造简单、操作方便，安全耐用，适应性强。 光源的种类： ①火焰光源（最早使用） ②电弧激发光源：直流电弧光源（DCA)；交流电弧光源（ACA) ③高压火花光源 ④新型光源：电感耦合等离子炬、直流等离子体喷焰、微波感生等离子炬、空心阴极灯、辉光放电、激光探针等。 1、直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电 缺点 ① 电弧漂移较严重，稳定性差，定量分析的精密度不高； ② 电弧温度还不足以使磷、硫等高电离电位的元素激发； ③ 电弧弧柱的径向温度梯度较大，弧柱中心温度高而外侧温度低，存在着严重的自吸现象。 b）安全性差。 应用: 常用于矿物和金属材料样品中痕量元素的定性和半定量分析，特别是难熔物质的分析。 2、交流电弧：高频高压引燃、低压放电 典型的高频火花引燃低压交流电弧发生器的电路如图所示。它由低压电弧电路Ⅰ和高压高频引燃电路Ⅱ两部分组成。工作时，220V电源电压经R1适当降低电压后，由变压器T1升压至3000V，并向电容器C1充电。当C1两极板间的电压升到放电盘G1的击穿电压时，G1被击穿、形成C1-L1-G1高频振荡回路。振荡电压经高压变压器T2升至10000V左右，经旁路电容C2使分析间隙G2击穿，电弧点燃。 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，因而对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧。 3、高压火花：高频高压引燃并放电。 4、电感耦合等离子炬（ICP） 光谱分析传统光源的主要缺点在于①检测能力差，大多数元素的检出限在1～l0μg·g-1；②精密度不好，金属与合金样品测定的相对标准偏差为5～7％，岩石矿物为10～20％。长期以来，这些缺点阻碍着发射光谱分析的发展。新型光源ICP的应用，标志着发射光谱分析进入了一个新的阶段。 在有气体的石英管外套装一个高频感应线圈，感应线圈与高频发生器连接。当高频电流通过线圈时，在管的内外形成强烈的振荡磁场。管内磁力线沿轴线方向，管外磁力线成椭圆闭合回路。 一旦管内气体开始电离（如用点火器），电子和离子则受到高频磁场所加速，产生碰撞电离，电子和离子急剧增加，此时在气体中感应产生涡流。 这个高频感应电流，产生大量的热能，又促进气体电离，维持气体的高温，从而形成等离子炬。 为了使所形成的等离子炬稳定，通常采用三层同轴炬管，等离子气沿着外管内壁的切线方向引入，迫使等离子体收缩（离开管壁大约一毫米），并在其中心形成低气压区。这样一来，不仅能提高等离子体的温度（电流密度增大），而且能冷却炬管内壁，从而保证等离子炬具有良好的稳定性。 等离子炬管分为三层