3原子发射光谱汇编.pptx

第3章 原子发射光谱分析（Atomic Emission Spectroscopy，AES） 3.1 概述 3.2 基本原理 3.3 AES 仪器 3.4 发射光谱的分析方法（定性和半定量、定量分析方法） 3.5 AES的特点和应用 关键词： 1）分析对象为大多数金属原子； 2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）； 3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。 6.1 概述定义：AES是据每种原子或离子在热或电激发下，发射出特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分析的方法。3. 一般分析步骤:试样激发产生辐射 分光形成光谱检测谱线波长和强度3. AES特点1）多元素检测(multi-element);2）分析速度快: 多元素检测; 可直接进样; 固、液样品均可3）选择性好：Nb与Ta；Zr与Ha，Rare-elements;4）检出限低：10-0.1?g/g(?g/mL); ICP-AES可达ng/mL级;5）准确度高：一般5-10%，ICP可达1%以下;6） 所需试样量少；7） 线性范围宽(linear range)，4~6个数量级;8）无法检测非金属元素：O、S、N、X(处于远紫外)；P、 Se、Te-----难激发，常以原子荧光法测定） ICP-AES对周期表中元素的检测能力（阴影面积表示使用的谱线数目；背景深浅表示检测限大小）3.2 基本原理原子发射光谱的产生 1）能量（电或热、光） 基态原子 2）外层电子(outer electron) （低能态E1 高能态E2） 3）外层电子（高能态E2低能态E1 ） 4）发出特征频率(?)的光子:?E = E2-E1 = h? =hc/? 样品激发样品样品蒸发ArcSparkICPFlameEiE0激发态原子(Ni)光源基态原子(N0)从整体上看，处于热力学平衡状态 ！等离子体(原子+离子+电子)二、谱线的强度[ AES定量原理（Quantification）]1、Boltzmann分布与谱线强度(Intensity) AES分析进行定量测量的基础就是谱线的强度特性。那么，谱线强度与待测物浓度之间到底有什么样的关系呢？? 当 Plasm 处于热力学平衡状态时，位于基态的原子数 N0 与位于激发态原子数 Ni 之间满足 Boltzmann 分布：其中，g 为统计权重(2J+1)；k为Boltzmann常数(1.38?10-23J/oC)：电子在 i, j 能级间跃迁产生的谱线强度 I 与跃迁几率 A 及处于激发态的原子数 Ni 成正比，即 由于激发态原子数目较少，因此基态原子数 N0 可以近似代替原子总数 N总，并以浓度 c 代替N总:简单地，I ? c，此式为光谱定量分析的依据。 更进一步，考虑到谱线的自吸效应系数 b：I = acb（Schiebe-Lomarkin公式）取对数，上式变为： logI = blogc + loga此式为 AES 分析的最基本的关系式。 以 logI 对 logc 作图，得校正曲线。当试样浓度高时，b1，工作曲线发生弯曲。 2、影响谱线强度 I 因素: 统计权重 g (weight)； 跃迁几率(probability)； 激发电位或激发能?E； 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)；e) 激发温度 T；f) 基态原子数 N0 或浓度 c； 前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数、外层电子、轨道状态等。 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！3、谱线的自吸和自蚀自吸：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。弧层越厚，弧焰中被测元素的原子浓度越大，则自吸现象越严重。自蚀：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。 1，无自吸；2，自吸；3，自蚀3.3 AES仪器 AES仪器由激发光源、光谱仪（或光源、分光系统、检测系统三部分）组成。物镜焦面光栅准直镜转台反射镜三透镜照明系统入射狭缝光源AES仪器略图火焰直流电弧经典光源电弧交流电弧电火花光源电感耦合等离子体，ICP现代光源激光光源一 、AES光源1. 光源种类及特点直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电 L5~30AGV220~380VERA 接触短路引燃（或高频引燃）；阴极电子与气体分子和离子相撞产生的离子再冲击阴极，引起二次电子发射……电子再撞击阳极，产生高温阳极斑（4000 K）；产生的电弧温度：4000~7000K直流电弧特点：a）样品蒸发能力强（阳极斑）---进入电弧的待测物多---绝对灵敏度高---尤其适 于定性分析；同时也适于部分矿物、岩石等难熔样品及稀土难熔元素定量；b）电弧不稳----分析重