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尚辅网 / 第九章 原子发射光谱分析法简介 概 述 发射光谱分析仪器 发射光谱分析的应用 火焰光度分析法 教学指导 教学目标 了解发射光谱分析的原理及特点 认识发射光谱分析仪器 掌握发射光谱定性分析、定量分析及半定量分析方法 学习火焰光度分析方法 重点与难点 发射光谱分析仪器 发射光谱定性分析、定量分析及半定量分析方法 火焰光度分析方法 概述　　一、 发射光谱分析的基本原理　　原子光谱是由于原子的外层电子在不同能级之间的跃迁而产生的。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。在正常情况下组成物质的原子是处于稳定状态，这种状态称为基态，它的能量是最低的。但是，当原子受到外界能量，如电能、热能或光能的作用时，致使原子的外层电子从基态跃迁到更高能级上，处于这种状态的原子称为激发态。使原子从基态激发到激发态时所需的能量称为激发电位，以eV(电子伏特)为单位。处于激发态的原子很不稳定，约经10-8 s后，原子即恢复到正常状态，这时它便跃迁到基态或其它较低的能级，在电子从离原子核较远的轨道跃迁到 离核较近的轨道过程中，就释放出多余的能量，这部分能量以光的形式辐射出来，因此产生发射光谱。发射光谱的能量可用下式表示： 式中：E2为高能级的能量；E1为低能级的能量；h为普朗克常量；ν及λ分别为发射光的频率和波长；c为光速。　　从上式可知，每一条发射光谱的谱线的波长，和跃迁前后的两个能级能量之差成反比。由于原子内的电子轨道是不连续的(量子化的)，故得到的光谱是线光谱。因为组成物质的各种元素的原子结构不同，所产生的光谱也不同， 这就是说，每一种元素的原子都有它自己的特征光谱线。发射光谱分析就是根据这些特征谱线是否出现，鉴别某种元素是否存在，这是光谱定性分析的基本依据。同时，在一定条件下，这些特征谱线的强弱与试样中待测元素的含量有关，通过测量元素特征光谱线的强度，可以测定元素的含量，这是光谱定量分析及半定量分析的依据。　　所以，发射光谱分析的主要过程是在外加能量的作用下，使试样变成激发态气态原子，继之将激发态原子所产生的辐射经过摄谱仪器进行色散分光，形成光谱图，最后根据所得光谱图进行光谱定性分析或定量分析。 二、 发射光谱分析的特点 由于发射光谱分析法具有许多特点，所以在科学研究和生产的各个领域中得到广泛应用。例如在冶金、机械、轻工、化工方面，对原材料、半成品及成品进行检验。对于地质勘探、普查起着重要作用。此外，发射光谱分析在电子工业、农业、医疗、石油、环保和食品工业等方面也占有重要地位，并广泛应用于微量和痕量元素的分析。但发射光谱分析也有不足之处，首先是仪器设备昂贵，且试样含量超过10%时，其分析准确度差；在进行定量分析时，对标准试样、感光板、显影条件等要求很严格；再者发射光谱分析法不能用于分析非金属元素和有机物。 　　发射光谱分析仪器　　发射光谱分析所使用的仪器，主要由光源、分光系统、检测系统三部分所组成。 看谱法、光电法、摄谱法 　　一、 光源　　光源的主要作用是对试样的蒸发和激发提供所需的能量。显然，光源本身的特性对光谱分析的灵敏度和准确度等有很大的影响，为此，应该根据分析试样的要求选择光源，常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花以及电感耦合等离子体光源。 ICP光源 在选择光源时一般应考虑待测元素的特性、含量，电离电位的高低，试样的形状和性质，是作定性分析或是定量分析等等，以提高光谱分析的灵敏度和准确度。 二、 分光系统(摄谱仪)　　光谱仪是能把复合光分解成单色光并记录光谱辐射的仪器。用照相法记录光谱的仪器称为摄谱仪。摄谱仪根据所用色散元件的不同，可分为棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪。　　1. 棱镜摄谱仪　　根据棱镜色散能力大小不同而分为大、中、小型摄谱仪。大型的色散力强，可分析具有复杂光谱的元素；中型的适用于一般元素的分析；小型的可用于简单的分析。若按棱镜材料不同，可分为：玻璃棱镜摄谱仪，适用于可见光区；石英棱镜摄谱仪，适用于紫外区；萤石棱镜光电直读式光谱仪，适用于远紫外区。　　棱镜摄谱仪主要是由照明系统、准光系统、色散系统(棱镜)以及摄影系统(暗箱)四个部分组成。 　 棱镜摄谱仪的光学特性，是以色散率、分辨率和集光本领三个方面来体现的。色散率是对不同波长的光分散开的能力。分辨率是摄谱仪的光学系统能够正确分辨出紧邻两条谱线的能力。集光本领是摄谱仪所能获得的有效光强的大小，这一性能对光谱分析的灵敏度有直接的影响。　　2. 光栅摄谱仪　　用衍射光栅作为色散元件。在发射光谱分析中，大多数采用平面光栅摄谱仪。光栅摄谱仪与棱镜摄谱仪比较，其特点是：适用波