第07章_原子發(fā)射光譜分析

1、2022-5-82022-5-8 概概 述述原子發(fā)射光譜法的基本原理原子發(fā)射光譜法的基本原理原原 子子 發(fā)發(fā) 射射 光光 譜譜 儀儀 器器光譜定性分析和半定量分析光譜定性分析和半定量分析光光 譜譜 定定 量量 分分 析析原子發(fā)射光譜的特點(diǎn)和應(yīng)用原子發(fā)射光譜的特點(diǎn)和應(yīng)用2022-5-81 1定義：定義： 光學(xué)分析法主要根據(jù)物質(zhì)發(fā)射、吸收電磁輻射以及物光學(xué)分析法主要根據(jù)物質(zhì)發(fā)射、吸收電磁輻射以及物質(zhì)與電磁輻射的相互作用來進(jìn)行分析的。質(zhì)與電磁輻射的相互作用來進(jìn)行分析的。2 2電磁波譜：電磁波譜： r射線射線 5140pm X射線射線 10310nm 光學(xué)區(qū)光學(xué)區(qū) 101000m： 遠(yuǎn)紫外區(qū)遠(yuǎn)紫外區(qū)

2、10200nm 近紫外區(qū)近紫外區(qū) 200380nm 可見區(qū)可見區(qū) 380780nm 近紅外區(qū)近紅外區(qū) 0.782.5m 中紅外區(qū)中紅外區(qū) 2.550m 遠(yuǎn)紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū) 501000m 微波微波 0.1mm1m 無線電波無線電波 1m 2022-5-83 3光學(xué)分析法分類光學(xué)分析法分類（1 1）光譜分析方法：）光譜分析方法： 根據(jù)測量輻射的波長及強(qiáng)度根據(jù)測量輻射的波長及強(qiáng)度 a：原子光譜法、分子光譜法：原子光譜法、分子光譜法 b：發(fā)射光譜、吸收光譜、熒光光譜、拉：發(fā)射光譜、吸收光譜、熒光光譜、拉曼光譜等等。曼光譜等等。（2 2）非光譜分析法：）非光譜分析法： 折射、散射、干涉、衍射、偏振折射、

3、散射、干涉、衍射、偏振 2022-5-8一、原子光譜的產(chǎn)生一、原子光譜的產(chǎn)生(formation of atomic emission spectra) 1.1.基態(tài)：基態(tài)：2.2.激發(fā)態(tài)：激發(fā)態(tài)：3.激發(fā)電位：激發(fā)電位：4.電離：電離：一級(jí)電離電位一級(jí)電離電位 離子的激發(fā)電位離子的激發(fā)電位 。2022-5-8激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定（壽命激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定（壽命10-8s）要恢復(fù)原狀，躍遷回基態(tài)要恢復(fù)原狀，躍遷回基態(tài)E1E0E2E1E0E2提供能量提供能量激發(fā)激發(fā)發(fā)射發(fā)射hn2022-5-8二、定性、定量原理能量是以一定波長的電磁波形式輻射出去：能量是以一定波長的電磁波形式輻射出去：hc/(E2-E1)hc/

4、E； 不同元素原子的結(jié)構(gòu)不同，原子的不同元素原子的結(jié)構(gòu)不同，原子的能級(jí)狀態(tài)能級(jí)狀態(tài)不不同，因此發(fā)射譜線的波長也不同，每種元素都有同，因此發(fā)射譜線的波長也不同，每種元素都有其特征譜線，其特征譜線，可定性?？啥ㄐ?。 光譜選律：光譜選律：對(duì)特定原子可產(chǎn)生一系列不同波長對(duì)特定原子可產(chǎn)生一系列不同波長的特征光譜線（光譜線組），這些譜線按一定的的特征光譜線（光譜線組），這些譜線按一定的順序排列，并保持一定的強(qiáng)度比例。順序排列，并保持一定的強(qiáng)度比例。 2022-5-82022-5-8 譜線的強(qiáng)度與試樣中元素的量有關(guān)，譜線的強(qiáng)度與試樣中元素的量有關(guān)，可定可定量。量。2022-5-8三、發(fā)射光譜分析的過程三、發(fā)

5、射光譜分析的過程2022-5-8第三節(jié)第三節(jié) 原子發(fā)射光譜儀器原子發(fā)射光譜儀器激發(fā)光源激發(fā)光源元素在光源中被激發(fā)并在躍元素在光源中被激發(fā)并在躍遷回基態(tài)時(shí)產(chǎn)生光輻射遷回基態(tài)時(shí)產(chǎn)生光輻射分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)光輻射光輻射檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)2022-5-8一、激發(fā)光源一、激發(fā)光源1 1、作用：試樣的蒸發(fā)，解離，原子化，激發(fā)，躍遷、作用：試樣的蒸發(fā)，解離，原子化，激發(fā)，躍遷如：如：CaClCaCl2 2（l)l)CaClCaCl2 2（s s）CaClCaCl2 2（g g）解解離、原子化離、原子化CaCa（g g）ClCl（g g）激發(fā)激發(fā)CaCa* * 電離電離 CaCa2 2、理想光源的要求：（、理想光

6、源的要求：（1 1）激發(fā)能量強(qiáng)；（）激發(fā)能量強(qiáng)；（2 2）靈敏度）靈敏度高；（高；（3 3）穩(wěn)定性好；（）穩(wěn)定性好；（4 4）結(jié)構(gòu)簡單，使用安全，操）結(jié)構(gòu)簡單，使用安全，操 作方便。作方便。2022-5-83 3、主要的光源種類、主要的光源種類過去：過去：一般采用火焰作為激發(fā)光源，但激發(fā)溫度低一般采用火焰作為激發(fā)光源，但激發(fā)溫度低（激發(fā)能力差，靈敏度低）；（激發(fā)能力差，靈敏度低）；現(xiàn)在采用：現(xiàn)在采用：直流電弧，交流電??；電火花；直流電弧，交流電??；電火花；ICP ICP （Inductively Inductively coupled plasmacoupled plasma，電感耦合等離子體

7、），電感耦合等離子體）2022-5-8（1 1）直流電?。海┲绷麟娀。夯揪€路基本線路A電感電感鎭流電阻鎭流電阻G分析間隙分析間隙E2022-5-8工作原理：工作原理：高頻高壓引燃，低壓直流燃弧高頻高壓引燃，低壓直流燃弧特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）弧焰溫度：）弧焰溫度：4000-70004000-7000K K，激發(fā)能力一般；，激發(fā)能力一般；（2 2）電極溫度：陽極（可達(dá)）電極溫度：陽極（可達(dá)38003800K K） 陰極，蒸發(fā)能力強(qiáng)，陰極，蒸發(fā)能力強(qiáng)，試樣進(jìn)入間隙的量多，靈敏度高，檢出險(xiǎn)低。這是直流試樣進(jìn)入間隙的量多，靈敏度高，檢出險(xiǎn)低。這是直流電弧的最大優(yōu)點(diǎn)。電弧的最大優(yōu)點(diǎn)。2022-5-8陽極

8、斑陽極斑缺點(diǎn)：放電不穩(wěn)定，精密度差缺點(diǎn)：放電不穩(wěn)定，精密度差應(yīng)用：礦物，難揮發(fā)試樣，定性分析，半定量應(yīng)用：礦物，難揮發(fā)試樣，定性分析，半定量樣品2022-5-8（2 2）交流電?。海┙涣麟娀。夯揪€路基本線路220VT1T2C1C2G2A2022-5-8工作原理：工作原理：高頻高壓引燃，低壓低頻燃弧高頻高壓引燃，低壓低頻燃弧特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）弧焰溫度：）弧焰溫度：4000-80004000-8000K K，激發(fā)能力強(qiáng)；，激發(fā)能力強(qiáng)；（2 2）電極溫度：每半周內(nèi)有燃燒時(shí)間和熄滅時(shí)間，放電）電極溫度：每半周內(nèi)有燃燒時(shí)間和熄滅時(shí)間，放電間歇性，電極頭溫度低，蒸發(fā)能力差；間歇性，電極頭溫度低，蒸發(fā)

9、能力差；（3 3）光源穩(wěn)定性好，精密度高。）光源穩(wěn)定性好，精密度高。適用：金屬，合金，低含量元素的定量分析適用：金屬，合金，低含量元素的定量分析2022-5-8（3 3）高壓電火花：）高壓電火花：電極間不連續(xù)的氣體放電稱為電火花電極間不連續(xù)的氣體放電稱為電火花基本線路基本線路RLCGV220V工作原理：高壓充電，放電打火工作原理：高壓充電，放電打火2022-5-8特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）弧焰溫度：可達(dá)）弧焰溫度：可達(dá)1000010000K K，激發(fā)能力很強(qiáng)，且譜線主，激發(fā)能力很強(qiáng)，且譜線主要是離子線；要是離子線；（2 2）電極溫度：電極間歇放電，而且時(shí)間比交流電弧要）電極溫度：電極間歇放電，而且

10、時(shí)間比交流電弧要長，電極頭溫度低，蒸發(fā)能力差；長，電極頭溫度低，蒸發(fā)能力差；（3 3）光源穩(wěn)定性好，精密度高。）光源穩(wěn)定性好，精密度高。適用：低熔點(diǎn)金屬，合金，高含量組分的測定適用：低熔點(diǎn)金屬，合金，高含量組分的測定以上三類光源主要用于固體物質(zhì)的分析以上三類光源主要用于固體物質(zhì)的分析2022-5-8* *（4 4）ICPICP（電感耦合等離子體）（電感耦合等離子體）* *什么叫等離子體（什么叫等離子體（PlasmaPlasma）？）？物理學(xué)：電離度大于物理學(xué)：電離度大于0.10.1的氣體。（等離子體由離子、電的氣體。（等離子體由離子、電子和不帶電的粒子組成的電中性的、高度離子化的氣體，子和不帶

11、電的粒子組成的電中性的、高度離子化的氣體，它是與固體、液體和正常氣體相區(qū)別的一種物質(zhì)狀態(tài)）它是與固體、液體和正常氣體相區(qū)別的一種物質(zhì)狀態(tài)）光譜學(xué)：由非化學(xué)方法獲得的放電的類似火焰的氣體。光譜學(xué)：由非化學(xué)方法獲得的放電的類似火焰的氣體。氣體氣體包含高比例的正、負(fù)電荷，形狀類火焰包含高比例的正、負(fù)電荷，形狀類火焰2022-5-8ICP焰炬的形成焰炬的形成硬件構(gòu)成：三元素硬件構(gòu)成：三元素1、高頻電磁場、高頻電磁場2、工作氣體、工作氣體3、石英炬管、石英炬管2022-5-8炬管的構(gòu)造：炬管的構(gòu)造：三層同心石英管三層同心石英管外層：通入工作氣或冷卻氣外層：通入工作氣或冷卻氣中層：輔助氣中層：輔助氣內(nèi)層：

12、載氣，引入樣品內(nèi)層：載氣，引入樣品2022-5-8工作原理：工作原理：（1 1）通氣）通氣ArAr（等離子氣體）（等離子氣體）（2 2）接通高頻發(fā)生器，產(chǎn)生高頻振蕩電流，形成交變磁）接通高頻發(fā)生器，產(chǎn)生高頻振蕩電流，形成交變磁場，方向在管內(nèi)為軸向；場，方向在管內(nèi)為軸向；（3 3）引燃）引燃ArAr氣（用高頻火花點(diǎn)火），氣（用高頻火花點(diǎn)火），ArAr被電離，產(chǎn)生被電離，產(chǎn)生ArAr+ +及電子；及電子；（4 4）離子在磁場中被加速，從而與中性的）離子在磁場中被加速，從而與中性的ArAr碰撞，產(chǎn)生碰撞，產(chǎn)生更多的電離氣體更多的電離氣體形成等離子體形成等離子體2022-5-8（5 5）離子在磁場中定

13、向運(yùn)動(dòng)，形成感應(yīng)區(qū)，并感生出環(huán)）離子在磁場中定向運(yùn)動(dòng)，形成感應(yīng)區(qū)，并感生出環(huán)形的電流（渦流電流），高達(dá)幾百安培；形的電流（渦流電流），高達(dá)幾百安培；（6 6）感生電流產(chǎn)生巨大的歐姆熱，加熱）感生電流產(chǎn)生巨大的歐姆熱，加熱PlasmaPlasma，達(dá)，達(dá)1000010000K K高溫，在石英炬管口處形成火焰狀的。高溫，在石英炬管口處形成火焰狀的。概括一下：概括一下：點(diǎn)火引燃工作氣，磁場加速等離子，點(diǎn)火引燃工作氣，磁場加速等離子，感應(yīng)渦流產(chǎn)高熱，氣體受熱成焰炬。感應(yīng)渦流產(chǎn)高熱，氣體受熱成焰炬。2022-5-82022-5-8ICPICP光源的特點(diǎn)光源的特點(diǎn)（1 1）ICPICP光源具有環(huán)形的感應(yīng)區(qū)

14、，中間形成一通道，類似光源具有環(huán)形的感應(yīng)區(qū)，中間形成一通道，類似面包圈，有利于試樣從囪道引入面包圈，有利于試樣從囪道引入ICPICP焰炬中，試樣在光源焰炬中，試樣在光源中停留的時(shí)間長，有利于原子化，電離和激發(fā)；中停留的時(shí)間長，有利于原子化，電離和激發(fā)；（2 2）焰炬溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)，可測）焰炬溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)，可測7070多種元素；多種元素；（3 3）放電穩(wěn)定性極好，精密度高，）放電穩(wěn)定性極好，精密度高，RSD1RSDFe437.593nm 用目視觀察既可判斷元素的大致含量。用目視觀察既可判斷元素的大致含量。 這些線都是勻稱線對(duì)，即激發(fā)電位接近。這些線都是勻稱線對(duì)，即激發(fā)電位接近。2022-5-8一、原子發(fā)射光譜法的特點(diǎn)及應(yīng)用一、原子發(fā)射光譜法的特點(diǎn)及應(yīng)用 1.多元素同時(shí)測定多元素同時(shí)測定2.分析速度快；分析速度快；3.選擇性好；選擇性好；4.檢出限低；檢出限低；5.用用ICP光源時(shí)，準(zhǔn)確度高，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍寬，可達(dá)光源時(shí)，準(zhǔn)確度高，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍寬，可達(dá) 46個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí)6.樣品消耗少，適于整批樣品的多組分測定，尤其是定性分析更顯示出獨(dú)樣品消耗少，適于整批