發(fā)射光譜分析

1、發(fā)射光譜分析班級：物理112 姓名：白新源 學(xué)號：11121102281 光譜定性分析【實驗背景】 光譜（spectrum）是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。光譜的發(fā)現(xiàn)可追溯至牛頓時期，1666年，牛頓通過棱鏡將太陽光分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色，并把這種現(xiàn)象叫做光譜。 1802年,英國科學(xué)家握拉斯頓( Wollaston ) 改進(jìn)了實驗條件,重做了牛頓實驗,發(fā)現(xiàn)太陽光不是一道完美無缺的彩虹,而是被一些黑線所割裂。繼而1814年, 德國光學(xué)專家, 物理學(xué)家夫瑯和費( Fruahnofer ),光柵的發(fā)明

2、者,他繼續(xù)研究了太陽光譜，他發(fā)現(xiàn)了太陽光譜中有700多條黑線, 并對這些黑線的相對位置進(jìn)行了排列。后人為了紀(jì)念他,把太陽光譜的黑線叫做夫瑯和費線。而后展開了對光譜的研究。需要特別注意的是，光譜歷史上發(fā)生的最重要事件之一，1859年10月, 克?；舴颍↘irchhoff）自和本生（Bunsen）,首先將分光鏡用于化學(xué)分析,他們細(xì)致研究了金屬在蒸發(fā)到火焰中或放電中就會發(fā)出同樣的光譜。他們指出在某礦水中的光譜中發(fā)現(xiàn)兩條不知來源的藍(lán)線,他們宣布發(fā)現(xiàn)了新的堿金屬元素,這就是銫。一年以后,他們又研究了鋰云母礦,根據(jù)出現(xiàn)了兩根紅色譜線而發(fā)現(xiàn)了新元素銣。光譜分析法自此被開創(chuàng)。這一時期，通過光譜分析, 相繼發(fā)現(xiàn)

3、了許多新元素?！緦嶒?zāi)康摹?. 學(xué)習(xí)攝譜所使用的儀器2. 了解光譜定性分析的一般方法【實驗儀器】低壓交流電弧發(fā)生器， NC-28中型石英梭鏡攝譜儀【實驗原理】原子通常處于基態(tài)，但當(dāng)受到外部激勵時，可從基態(tài)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)十分不穩(wěn)定，在非常短的時間內(nèi)便會向低能級躍遷，同時輻射光子，由于各元素原子都有其特定的能級結(jié)構(gòu)，故輻射出的光子包含不同頻率，這些光經(jīng)光譜儀分光形成按波長排列的光譜，通過識別這些特征光譜，可確定樣品中所含元素。要得到原子的發(fā)射光譜必須使樣品變?yōu)槠麘B(tài)，并激發(fā)，最常用的是熱激發(fā)，即用電弧或電火花等光源激發(fā)。得到譜線后與波長標(biāo)尺鐵譜進(jìn)行比對，由于各元素的譜線互不相同，所以

4、只需確定三條以上譜線，就可以判斷某元素的存在。一般光譜分析是利用元素的最后線作為分析線。最后線是當(dāng)樣品中某元素百分含量減小時，最后仍能拍攝到的一些譜線，故也是最靈敏線。如圖1. 所示。被分析樣品經(jīng)電弧激發(fā)形成光源，光源1經(jīng)2,3聚光到狹縫4，相當(dāng)于新的光源射到準(zhǔn)直鏡5,經(jīng)5反射到棱鏡6，經(jīng)散射、聚焦后投射到照相底板8形成光譜。Hartman光欄，如圖2. 所示。光欄上有9借助光欄上階梯排列的小方孔個孔截取狹縫的不同部位，可在一片底片上并列排攝9張譜圖而不需要移動底片，可減少移動帶來的機械誤差。圖中2,5,8號用來拍鐵譜，其他用于拍樣品，ab口用于重疊拍攝。87641325圖1. NC-28中型

5、石英梭鏡攝譜儀光路示意圖 1-光源 2,3-聚光系統(tǒng) 4-狹縫 5-球面反射鏡6-分光鏡 7-照相物鏡 8-照相底板97856a b3421 圖2. Hartman 光欄的形狀【數(shù)據(jù)記錄】Si(硅）/Fe(鐵)/Mn(錳)/Fe/Zn(鋅）/Fe/2528.52529.82798.32799.23302.93302.63306.42527.32797.93298.42524.12524.32794.82795.12771.02770.92772.22523.72794.92770.72519.22519.72605.72607.02569.02570.62518.82604.72569.025

6、16.12516.72593.72594.12684.22684.82514.92593.62682.12514.32514.42576.12576.72608.62609.22513.42575.82607.02506.892507.92506.6表1. 指定元素靈敏線波長及臨近鐵波長表【學(xué)習(xí)與收獲】鐵譜波長標(biāo)尺：為什么要以鐵譜作為譜線標(biāo)尺？1. 除少數(shù)原子光譜外，大部分原子光譜都比較復(fù)雜，鐵光譜已被人們精確測量，可作為波長 標(biāo)尺使用2. 鐵譜的譜線非常多，在210nm660nm波長范圍內(nèi)有4600條譜線3. 鐵譜線分布均勻，容易與其它譜線進(jìn)行比對影響譜線強度的因素根據(jù)譜線強度經(jīng)驗公式導(dǎo)出式

7、A k j - 躍遷幾率Hkj - 光子輻射能量Gk - 統(tǒng)計權(quán)重Z - 配分函數(shù) - 電離度p - 解離度T - 絕對溫度K - 波爾茲曼常數(shù)K - 激發(fā)能量N - 元素的總濃度, 在全激發(fā)的情況下就是元素的含量c，則若想建立譜線強度I與含量c之間的單值關(guān)系, 必須在樣品分析工作中有確定的a值。影響a的因素有很多，如樣品本身的躍遷幾率，弧燃中的化學(xué)反應(yīng)，有效電離電位及電弧溫度等；光源的選擇：一般對光源的要求是分析的靈敏度要高, 對微量痕量元素含量反應(yīng)要靈敏, 穩(wěn)定性、再現(xiàn)性要好，同時光譜背景要小, 適應(yīng)分析的范圍寬。在光源選定之后,還要要求電壓、電流等參數(shù)都要穩(wěn)定。共振線（resonance

8、 line）：原子受到外界能量激發(fā)時，其外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所吸收或外層電子由激發(fā)態(tài)直接躍遷到基態(tài)時所輻射的譜線，其吸收譜線具有最小激發(fā)電位，最易被激發(fā)，但也最強。其中躍遷到較低能級的激發(fā)態(tài)的譜線稱為第一共振線，一般也是元素的最靈敏線。最后線（persistent line）：當(dāng)樣品中某元素百分含量減小時，最后仍能拍攝到的一些譜線。元素的最后線就是其第一共振線，也是最靈敏線。靈敏線（sensitive line）：在發(fā)射光譜分析中，一般指激發(fā)電位較低，強度較大的譜線。多是共振線。分析線（analytical line）：靈敏線、共振線和最后線的通稱。在進(jìn)行光譜分析時所指定的某一特征波長的譜線，一般是從第一激發(fā)態(tài)狀態(tài)下躍遷到基態(tài)時，所發(fā)射的譜線。該譜線的靈敏度高，選擇性強。本實驗主要學(xué)會了鐵譜的辨識，再利用鐵譜比對待測樣品的光譜，定出樣品中的元素。