材料现代分析方法 11 原子光谱分析法.pdf

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材料现代分析方法 11 原子光谱分析法

第十一章 原子光谱分析法 本章简要介绍: 原子发射光谱法(atomic emission spectrometry,AES ) 原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry,AAS ) 原子荧光光谱法(atomic fluorescence spectrometry,AFS ) 第一节原子发射光谱法(AES ) 一、分析过程 二、谱线强度 三、分析仪器 四、分析方法 一、分析过程 图11-1 获得样品发射光谱的示意图 光谱分析的基本原理 每一种元素的原子及离子激发以后,都能辐射出一组表征该元素的特 征光谱线。其中有一条或数条辐射的强度最强,最容易被检出,所以 也常称做最灵敏线。 如果样品中有某些元素存在,那么只要在合适的激发条件下,样品就 会辐射出这些元素的特征谱线,在感光板的相应位置上就会出现这些 谱线。 一般根据元素灵敏线的出现与否就可以确定样品中是否有这些元素存 在,这就是光谱定性分析的基本原理。 光谱线的强度,反映在感光板上就是谱线的黑度。在一定条件下,元 素的特征谱线的强度或黑度随着元素在样品中的含量或浓度的增大而 增强。利用这一性质来测定元素的含量便是光谱半定量分析及定量分 析的依据。 光电光谱仪 如果用光电接收装置来代替感光板接收、测量和记录谱线的强度,这 种仪器便称为光电光谱仪。 利用一台光电光谱仪可以用多个光电接收装置同时接收一个样品中多 种元素的特征光谱线,经过电子计算机处理,可以给出多种元素的谱 线强度的信号以及被测元素的含量或浓度。 现代光电光谱仪把激发、测量、计算、记录等几个环节连结在起,分 析速度极快。 二、谱线强度 1.玻尔兹曼分布定律 2.谱线强度 3.影响谱线强度的主要因素 4.光谱背景 1 .玻尔兹曼分布定律 谱线的产生是由于电子从高能级向低能级跃迁的结果,即原子或离 子由激发态跃迁到基态或低能态时产生的。在热力学平衡条件下, 某元素的原子或离子的激发情况,即分配在各激发态和基态的原子 浓度遵守统计热力学中的麦克斯韦-玻尔兹曼(Maxwell-Boltzman ) 分布定律,即 (11-1) 式中,N 和N ——单位体积内处于第i个激发态和基态的原子数; i 0 g 和g ——第i个激发态和基态的统计权重,是和相应能级的 i 0 简并度有关的常数,其值为2J+1 ; E —— 由基态激发到第激发态所需要的能量(激发电位) ; i i K——波尔兹曼常数; T——光源温度(绝对温度) 。 玻尔兹曼分布定律 玻尔兹曼分布定律表明,处于不同激发态的原子数目的多少,主要与 温度和激发能量有关。 温度越高越容易把原子或离子激发到高能级,处于激发态的数目就越 多;而在同一温度下,激发电位越高的元素,激发到高能级的原子或 离子数越少;就是对同一种元素而言,激发到不同的高能级所需要的 能量也是不同的,能级越高所需能量越大,原子所在的能级越高,其 数目就越少。 2 .谱线强度 图11-2 能级跃迁示意图 谱线强度 电子在不同能级之间的跃迁,只要符合光谱选律就可能发生,而这种 跃迁发生可能性的大小称为跃迁几率。 设电子在某两个能级之间的跃迁几率为A ,这两个能级的能量分别为 E 和E ,发射的谱线频率为v ,则一个电子在这两个能级之间跃迁时 i 0 所放出的能量,即这两个能级之间的能量差Δ=E -E =hv 。因在热力 i 0 学平衡条件下,共有Ni个原子处在第i激发态,故产生的谱线强度(I) 为

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