原子發(fā)射光譜秋

原子發(fā)射光譜秋第1頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四學歷及研究歷Ⅰ.學歷

1997.7中國四川師范大學物理系畢業(yè)

2003.3日本千葉大學教育學研究科

畢業(yè)（取得教育學碩士學位）

2006.3日本千葉大學自然科學研究科畢業(yè)（取得理學博士學位）Ⅱ.研究歷

2006.4～2008.3

日本千葉大學自然科學研究科（主要從事與離子液體的熱測定相關(guān)的研究）

2008.3

～今

四川大學分析測試中心

（主要從事與量熱計的開發(fā)和應(yīng)用相關(guān)的研究）2012.10～2014.3悉尼大學化學與生物分子工程學院

（主要從事固體氧化型燃料電池陽極相關(guān)的研究）第2頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四講義內(nèi)容1.原子發(fā)射光譜2.原子吸收光譜3.質(zhì)譜4.色譜5.紅外光譜6.核磁共振

第3頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四原子發(fā)射光譜法

（AtomicEmissionSpectrometry）第4頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

1概述

2基本原理

3原子發(fā)射光譜儀

4

ICP-AES

5定性分析

6半定量分析

7定量分析

8特點和應(yīng)用內(nèi)容第5頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四1概述

AES:

通過對各元素的原子或離子在熱或電激發(fā)下，發(fā)射出的特征電磁輻射的檢測而進行元素定性和定量分析的方法。1859年，基爾霍夫(KirchhoffGR)、本生(BunsenRW)研制第一臺用于光譜分析的分光鏡，實現(xiàn)了光譜檢驗；1930年以后，建立了光譜定量分析方法；化學史上特殊地位：發(fā)現(xiàn)自然元素中1/7。第6頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四2基本原理2.1產(chǎn)生過程：1）能量（電或熱、光）基態(tài)原子2）外層電子(outerelectron):低能態(tài)E1

高能態(tài)E23）外層電子:高能態(tài)E2低能態(tài)E1

4）發(fā)出特征頻率()的光子:E=E2-E1=h=hc/第7頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定（壽命10-8s），很快躍遷回到基態(tài)E1EEEE0E2提供能量激發(fā)發(fā)射hnA基→A*→A+hA+→A+*→A++h第8頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四2.2幾個基本概念激發(fā)電位(Excitedpotential)：由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)所需要的能量，以eV表示。每條譜線對應(yīng)一激發(fā)電位。共振線(Resonanceline)：以基態(tài)(Groundstate)為躍遷低能級的光譜。激發(fā)電位最小—最易激發(fā)—譜線最強。原子線：原子外層電子的躍遷所發(fā)射的譜線，以I表示,

如Na(I)。電離電位(Ionizationpotential)和離子線：原子受激后得到足夠能量而失去電子—電離；所需的能量稱為電離電位；離子的外層電子躍遷—離子線。以II，III等表示。

第9頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四原子在高溫發(fā)射某一波長的輻射，被處于邊緣低溫狀態(tài)的同種原子所吸收的現(xiàn)象稱為自吸，自吸對譜線中心處的強度影響較大

由于自吸嚴重，譜線中心的輻射被強烈的吸收，致使譜線中心的強度比邊緣更低，似乎變成兩條譜線，這種現(xiàn)象成為自蝕。如圖所示。

2.3

譜線的自吸與自蝕第10頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四3原子發(fā)射光譜儀圖示原子發(fā)射光譜儀將光源發(fā)射的電磁輻射經(jīng)色散后，得到按波長順序排列的光譜，并對不同波長的輻射進行檢測與記錄。第11頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

3.1

激發(fā)光源作用：

提供足夠的能量使樣品蒸發(fā)、解離、原子化、激發(fā)、躍遷。影響：檢出限、精密度和準確度。要求：①必須具有足夠的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)能力；②靈敏度高，穩(wěn)定性好，光譜背景??；③結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用安全。原理：兩片靠的很近（譬如1mm)的金屬分別連接在高壓電源的正負極，這兩片金屬稱為電極。兩電極間的間隙通常為空氣或其他不導電的氣體，借助于紫外線照射、電子轟擊等外界作用提供能量，使氣體電離，出現(xiàn)放電現(xiàn)象。E第12頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四光源電弧電感耦合等離子體，ICP現(xiàn)代光源經(jīng)典光源火花直流電弧交流電弧火焰激光光源分類光

源

蒸發(fā)溫度K激發(fā)溫度K

穩(wěn)定性

分析對象

直流電弧

800~4000(高)

4000~7000

較差

定性、難熔樣品及元素定量、導體、礦物純物質(zhì)

交流電弧

中

較好

礦物、低含量金屬定量分析

火花

低

~10000

好

難激發(fā)元素、高含量金屬定量分析

ICP

~10000

6000~8000

很好

溶液、難激發(fā)元素、大多數(shù)元素

火焰

2000~3000

2000~3000

很好溶液、堿金屬、堿土金屬

激光

~10000

~10000

很好

固體、液體

4000~7000第13頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四光源的選擇依據(jù)：試樣的性質(zhì)：如揮發(fā)性、電離電位等；試樣形狀：如塊狀、粉末、溶液；含量高低；光源特性：蒸發(fā)特性、激發(fā)特性、放電穩(wěn)定性。試樣的引入方式：電極多由石墨（Graphite）制成：高溶點、易提純、易導電、光譜簡單；固體試樣：金屬或合金直接做成電極(固體自電極)；粉末試樣可與石墨粉混合裝樣；溶液試樣：滴在電極上，低溫烘干；使用ICP可直接溶液進樣；

氣體試樣通常將其充入放電管內(nèi)。對電極（上電極）樣品電極（下電極）第14頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四3.2分光系統(tǒng)分類：按分光原理分：棱鏡、光柵光譜儀按色散率分：大型、中型、小型光譜儀按記錄方式分：看譜、攝譜、直讀光譜儀按焦距分：一米光柵二米光柵光譜儀棱鏡和光柵的區(qū)別：

①兩者分光原理不同：棱鏡-折射；光柵-單縫衍射，多縫干涉；②光柵具有較高的色散與分辨能力,使用的波長范圍寬,譜線按波長均勻排列，棱鏡的波長不均勻排列；③光柵的譜級重疊，有干擾，要考慮消除；而棱鏡不存在這種情況。第15頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四SchematicOpticalDiagram光譜儀光學系統(tǒng)示意圖光源照明透鏡入射狹縫準光鏡色散系統(tǒng)投影物鏡焦面第16頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

棱鏡的原理圖第17頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四階梯光柵分光系統(tǒng)（實物圖）第18頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四3.3檢測系統(tǒng)分類：1、目視法（看譜法）：眼睛直接觀測譜線強度的方法。僅適用于可見光波段。常用的儀器為看譜鏡（小型光譜儀，專門用于鋼鐵及有色金屬的半定量分析）2、攝譜法（照相法）3、光電法：將輻射能轉(zhuǎn)化成為電信號，信號正比于入射光強度，如PMT（光電倍增管），CCD（電荷耦合器），CID（電荷注射器）

，光電二極管陣列等第19頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四攝譜法把經(jīng)過分光系統(tǒng)分光后得到的光譜記錄在感光板上，感光板由照相乳劑均勻地涂布在玻璃板上而成。感光板感光、顯影、定影、得到許多距離不等、黑度不同的光譜線；在映譜儀上觀察譜線的位置及大致強度，進行光譜定性、半定量分析；感光板上的照相乳劑感光后變黑的黑度，在測微光度計上測量譜線強（黑）度進行光譜定量分析。第20頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點：①可同時記錄整個波長范圍的譜線②分辨能力強③可用增加曝光時間的方法來增加譜線的黑度缺點：操作繁瑣,檢測速度慢攝譜步驟：

A．安裝感光板在攝譜儀的焦面上。

B．激發(fā)試樣，產(chǎn)生光譜而感光。

C．顯影，定影，制成譜板。

D．測量黑度，計算分析結(jié)果。第21頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四光電直讀法多元素同時檢測入射狹縫出射狹縫凹面光柵R第22頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點：寬波長范圍；多元素快速分析；準確度高；線性范圍寬，可分析高含量缺點：定性較困難，測定受限制價格昂貴類型：按照出射狹縫的工作方式，可分為順序掃描式和多通道固定狹縫式兩類。順序掃描式只有一個通道，轉(zhuǎn)動光柵在不同的時間檢測不同波長的譜線；目前常用的多通道固定狹縫式光電直讀儀。第23頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四光電倍增管第24頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四電荷注射檢測器（CID）電荷耦合檢測器（CCD）半導體固體檢測器具有比傳統(tǒng)檢測器（光電倍增管PMT）更高的靈敏度和信噪比，耐過度曝光能力強，且體積小，功耗低，集成度高，易和計算機相聯(lián)，已在等離子體發(fā)射光譜上得到了成功而廣泛的應(yīng)用。第25頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四4

ICP-AES等離子體：是一種電離度大于0.1%的電離氣體，由電子、離子、原子和激發(fā)態(tài)原子、離子所組成，其中電子數(shù)目和離子數(shù)目基本相等，整體呈現(xiàn)中性，包括電中性和化學中性。性質(zhì)：氣態(tài)物質(zhì)在溫度進一步升高到一定程度后發(fā)生電離而形成的。是物質(zhì)除了在常溫下的固態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)之外的物質(zhì)第四種存在狀態(tài)。分類：直流等離子焰（DCP）容耦微波等離子炬（CMP）微波誘導等離子體（MIP）等。

電感耦合等離子炬（ICP）（最具有發(fā)展前途的激發(fā)光源）第26頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四4.1發(fā)展歷史

原子發(fā)射光譜在50年代發(fā)展緩慢；

1960年，工程熱物理學家Reed設(shè)計了環(huán)形放電感耦等離子體炬；指出可用于原子發(fā)射光譜分析中的激發(fā)光源；光譜學家法塞爾和格倫菲爾德用于發(fā)射光譜分析，建立了電感耦合等離子體光譜儀(ICP-AES);70年代獲ICP-AES應(yīng)用廣泛。ICP光源的出現(xiàn)為原子發(fā)射光譜帶來了革命性的變化，ICP幾乎成為了原子發(fā)射光譜的代名詞。第27頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

4.2

ICP-AES的結(jié)構(gòu)ICP-AES由高頻發(fā)生器、試樣霧化器、光譜系統(tǒng)和等離子體炬管組成。第28頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四石英晶體作為振源，經(jīng)電壓和功率放大，產(chǎn)生具有一定頻率和功率的高頻信號，用來產(chǎn)生和維持等離子體放電。

高頻發(fā)生器第29頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四等離子體炬管

三層同心石英玻璃炬管，置于高頻感應(yīng)線圈中，感應(yīng)線圈與高頻發(fā)生器連接。當高頻電流通過線圈時，在管的內(nèi)外形成強烈的振蕩磁場。管內(nèi)磁力線沿軸線方向，管外磁力線成橢圓閉合回路。等離子體工作氣體從管內(nèi)通過，試樣在霧化器中霧化后，由中心管進入火焰；

第30頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點：Ar為單原子惰性氣體，不與試樣組份形成難離解的穩(wěn)定化合物，也不易因離解而消耗能量，有良好的激發(fā)性能，本身光譜簡單。外管—冷卻氣，沿切線引入，保護石英管不被燒毀，產(chǎn)生低氣壓通道利于進樣，參與放電；中管—輔助氣，點燃ICP(點燃后切斷)；內(nèi)管—載氣，樣品引入。載氣（Ar）輔助氣冷卻氣絕緣屏蔽載氣Ar+樣品樣品溶液廢液工作氣體—Ar第31頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四4.3工作原理（1）通氣Ar（等離子氣體）；（2）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；（3）引燃Ar氣（用高頻火花－點火），Ar被電離，產(chǎn)生Ar+及電子；（4）離子和電子在磁場中被加速，從而與中性的Ar碰撞，產(chǎn)生更多的電離氣體——形成等離子體；（5）離子在磁場中定向運動，形成感應(yīng)區(qū)，并感生出環(huán)形的電流（渦流電流），高達幾百安培；（6）感生電流產(chǎn)生巨大的歐姆熱，加熱等離子體，達10000K高溫，在石英炬管口處形成了火焰。點火引燃工作氣，磁場加速等離子，感應(yīng)渦流產(chǎn)高熱，氣體受熱成焰炬。第32頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四ICP炬形成過程:1）Tesla線圈高頻交變電流交變感應(yīng)磁場（同管矩軸線）；2）火花氬氣

氣體電離少量電荷相互碰撞雪崩現(xiàn)象大量載流子；3）數(shù)百安極高感應(yīng)電流（渦電流，Eddycurrent）瞬間加熱到10000K

等離子炬內(nèi)管通入Ar

形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)樣品通道樣品蒸發(fā)、原子化、激發(fā)。

第33頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四4.4環(huán)形結(jié)構(gòu)

趨膚效應(yīng)：ICP中高頻感應(yīng)電流絕大部分流經(jīng)導體外圍，越接近導體表面，電流密度就越大。渦流主要集中在等離子體的表面層內(nèi)，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，造成一個環(huán)形加熱區(qū)。環(huán)形的中心是一個進樣中心通道，氣溶膠能順利進入到等離子體內(nèi)，使得等離子體焰炬有很高的穩(wěn)定性。試樣氣溶膠在高溫焰心區(qū)經(jīng)歷較長時間加熱，在測光區(qū)平均停留時間長。環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以分為若干區(qū)，各區(qū)的溫度不同，性狀不同，輻射也不同。第34頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四焰心區(qū)：感應(yīng)線圈區(qū)域內(nèi)，白色不透明的焰心，高頻電流形成的渦流區(qū)，溫度最高達10000K，電子密度高。它發(fā)射很強的連續(xù)光譜，光譜分析應(yīng)避開這個區(qū)域。試樣氣溶膠在此區(qū)域被預熱、蒸發(fā)，又叫預熱區(qū)。內(nèi)焰區(qū)：在感應(yīng)圈上1020mm左右處，淡藍色半透明的炬焰，溫度約為60008000K。試樣在此原子化、激發(fā)，然后發(fā)射很強的原子線和離子線。這是光譜分析所利用的區(qū)域，稱為測光區(qū)。測光時在感應(yīng)線圈上的高度稱為觀測高度。尾焰區(qū)：在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度低于6000K，只能發(fā)射激發(fā)電位較低的譜線。

第35頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四不同的樣品和基體導致等離子體的結(jié)構(gòu)會有一些變化，所以常常需要根據(jù)樣品來調(diào)整觀測的最佳位置，以獲得最大的靈敏度，避免背景干擾。預熱區(qū)在電感線圈上方進行觀測InductionZone初始發(fā)射區(qū)正常分析區(qū)等離子體尾焰

第36頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點：1）低檢測限：蒸發(fā)和激發(fā)溫度高；2）穩(wěn)定，精度高：高頻電流----趨膚效應(yīng)(skineffect)---渦流表面電流密度大---環(huán)狀結(jié)構(gòu)---樣品引入通道---火焰不受樣品引入影響----高穩(wěn)定性。3）基體效應(yīng)小(matrixeffect):樣品處于化學隋性環(huán)境的高溫分析區(qū)---待測物難生成氧化物-----停留時間長(ms級)、化學干擾??；樣品處于中心通道，其加熱是間接的----樣品性質(zhì)（基體性質(zhì)，如樣品組成、溶液粘度樣品分散度等）對ICP影響小。4）背景?。和ㄟ^選擇分析高度，避開渦流區(qū)。5）分析線性范圍寬，自吸，自蝕效應(yīng)?。涸嚇硬粩U散到ICP周圍的冷氣層，只處于中心通道，即是處于非局部熱力學平衡。6）眾多元素同時測定：可以實現(xiàn)主，次，痕和超痕量的多元素分析。7）安全：沒有電極玷污，也不使用有毒和可燃氣體。4.5特點和應(yīng)用第37頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四不足：對非金屬測定的靈敏度低；儀器昂貴；維持費高。

應(yīng)用：ICP

是原子發(fā)射光譜分析理想的激發(fā)光源。ICP原子發(fā)射光譜分析（ICP-AES）的應(yīng)用十分廣泛并已成為當今環(huán)境科學、材料科學及生命科學等重要領(lǐng)域中各種材料的元素分析的有效方法之一。另外，ICP為原子化器與原子吸收、原子熒光分析聯(lián)用ICP-AFS，也與質(zhì)譜，與色譜聯(lián)用。第38頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四4.6等離子體發(fā)射光譜儀

1.光電直讀等離子體發(fā)射光譜儀

光電直讀是利用光電法直接獲得光譜線的強度；兩種類型：多道固定狹縫式和單道掃描式；

一個出射狹縫和一個光電倍增管，可接受一條譜線，構(gòu)成一個測量通道；單道掃描式是轉(zhuǎn)動光柵進行掃描，在不同時間檢測不同譜線；

多道固定狹縫式則是安裝多個（多達70個），同時測定多個元素的譜線；第39頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點:(1)多達70個通道可選擇設(shè)置，同時進行多元素分析，這是其他金屬分析方法所不具備的；(2)分析速度快，準確度高；(3)線性范圍寬，4～5個數(shù)量級，高、中、低濃度都可分析；缺點：出射狹縫固定，各通道檢測的元素譜線一定；改進型：n+1型ICP光譜儀在多道儀器的基礎(chǔ)上，設(shè)置一個掃描單色器，增加一個可變通道；第40頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四2.全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀第41頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四特點:(1)測定每個元素可同時選用多條譜線；(2)可在一分鐘內(nèi)完成70個元素的定量測定；(3)可在一分鐘內(nèi)完成對未知樣品中多達70多元素的定性；(4)1mL的樣品可檢測所有可分析元素；(5)扣除基體光譜干擾；(6)全自動操作；(7)分析精度：CV0.5%。第42頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四《我》望山2015.05.28

雖然你的世界里沒有我的角落但我卻真實地在那里走過雖然我的愛情不能開花結(jié)果但你的名字已經(jīng)銘刻在我的心窩沒有山峰那樣雄偉巍峨沒有大海那樣浩瀚磅礴沒有樹木那樣高大挺拔沒有花朵那樣嬌艷婀娜在蒼茫的大地上我僅僅是塵埃一顆如此渺小，如此微弱卻依然是世界上獨一無二的我狂風暴雨中我起起落落笑容卻依舊在陽光下閃爍任人生坎坷，任歲月蹉跎我都用生命去熱情歡歌不管道路再泥濘，空氣再污濁我都要超越生活中的激流和漩渦為了心中那份對愛和幸福的承諾在風雨飄搖中無怨無悔堅貞執(zhí)著雖然總是在茫茫人海奔波穿梭但每天都將真誠和善良傳播雖然沒有名利上豐碩的收獲但每天都擁有感動，擁有快樂不奢求生命圓滿無缺只呵護心靈的坦蕩快樂做一個簡單干凈的自我熱愛這平凡真實的生活第43頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四5

定性分析5.1

定性原理1）原子或離子處于不連續(xù)的能量狀態(tài)，該狀態(tài)可以光譜項來描述；2）當處于基態(tài)的氣態(tài)原子或離子吸收了一定的外界能量時，其核外電子就從一種能量狀態(tài)（基態(tài)）躍遷至另一能量狀態(tài)（激發(fā)態(tài)）；3）處于激發(fā)態(tài)的原子或離子很不穩(wěn)定，經(jīng)約10-8秒便躍遷返回到基態(tài)，并將激發(fā)所吸收的能量以一定的電磁波輻射出來；4）將這些電磁波按一定波長順序排列即為原子光譜（線狀光譜）；5）由于原子或離子的能級很多并且不同元素的結(jié)構(gòu)是不同的，因此對特定元素的原子或離子可產(chǎn)生一系不同波長的特征光譜，通過識別待測元素的特征譜線存在與否進行定性分析。元素不同→電子結(jié)構(gòu)不同→光譜不同→特征光譜第44頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四5.2幾個基本概念最后線：濃度逐漸減小，譜線強度減小，最后消失的譜線；靈敏線：最易激發(fā)的能級所產(chǎn)生的譜線，每種元素都有一條或幾條譜線最強的線，即靈敏線。最后線也是最靈敏線；共振線：由第一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)所產(chǎn)生的譜線；通常也是最靈敏線、最后線；特征線組：元素的最容易辨認的多重線組；自吸線：當輻射能通過發(fā)光層周圍的蒸汽原子時，將為其自身原子所吸收，而使譜線強度中心強度減弱的現(xiàn)象；自蝕線：自吸最強的譜線的稱為自蝕線。第45頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四元素分析線的選擇標準:(1)是元素的靈敏線，具有足夠的強度和靈敏度;(2)是元素的特征線組；(3)是無自吸的共振線；(4)不應(yīng)與其它干擾譜線重疊。分析線：復雜元素的譜線可能多至數(shù)千條，只選擇其中幾條特征譜線檢驗，稱其為分析線；第46頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四注意：1)原子和離子的外層電子相同時，具有相似的譜線：如NaI，MgII，AlIII2)同族元素具有類似的光譜。3)原子在激發(fā)過程中，部分原子可能發(fā)生電離，成為離子，然后離子再被激發(fā)。同一元素的原子線和離子線都是該元素的特征光譜，都可以用來定性或者定量分析。第47頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四5.3

定性方法一般多采用攝譜法。攝譜法是用感光板來記錄光譜，經(jīng)過顯影、定影等過程后，制得光譜底片，其上有許許多多黑度不同的光譜線；然后用映譜儀觀察譜線的位置及大致強度，進行光譜定性分析及半定量分析；采用測微光度計測量譜線的黑度，進行光譜定量分析。攝譜法操作，價格便宜，快速。它是目前進行元素定性檢出的最好方法。

(1)

標準光譜圖比較法（鐵光譜比較法）：

目前最通用的定性方法。采用鐵的光譜作為波長的標尺，來判斷其他元素的譜線。第48頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四選擇鐵譜為標準的原因譜線豐富：210-660nm范圍內(nèi)有幾千條譜線。譜線均勻：在上述波長范圍內(nèi)譜線分布均勻，譜線間距離都很近，容易比對。

譜線已知：對每一條譜線波長都已進行了精確測量，有標準光譜圖可供對照分析。第49頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四樣品純鐵樣在相同條件下樣品光譜鐵光譜

分析時，將樣品和Fe（直接以鐵棒作電極）并列攝于同一譜板上。在映譜儀下放大20倍，使Fe光譜與標準鐵光譜圖對齊，然后查找待測元素的特征譜線，若試樣中有譜線與標準圖譜標明的某元素譜線出現(xiàn)的波長位置相同，則試樣中含有該元素。注意：判斷某元素是否存在，必須檢查該元素2條以上不受干擾的最后線或靈敏線。該方法可同時進行全樣品多元素的檢測。

對于光譜定性分析，除了要給出試樣中存在哪些元素外，還應(yīng)根據(jù)譜線強弱來判斷樣品中元素的主要成分和微量成分。第50頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

例：Mg有三條靈敏線：279.5539nm、280.26959nm、285.212910nma．若三條線都出現(xiàn)，且285.2129nm比另外兩條略強，即可以認為有Mg存在。b．285.2129nm出現(xiàn)且很淡，而279.553nm、280.2695nm不出現(xiàn)，通?？纱_定有微量Mg存在(～0.001%)。c．若279.553nm出現(xiàn)，且很強，而280.2695nm和285.2129nm根本不出現(xiàn)，那么可以確信出現(xiàn)的那一條279.553nm不是真正的Mg產(chǎn)生的譜線，而是干擾元素的譜線重疊的結(jié)果，因279.553nm出現(xiàn)的話，285.2129nm更應(yīng)出現(xiàn)，且280.2695nm也應(yīng)同時出現(xiàn)。d．如果有2條Mg的靈敏線受干擾，這時就要檢測另一條Mg的靈敏線，而且還可以找一些次靈敏線來最后確定。一般情況下，不可能所有靈敏線和次靈敏線都被干擾，如果這種情況出現(xiàn)了，就需用化學方法把干擾物分離后再測定。第51頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四（2）標準試樣光譜比較法：樣品（指定元素）純物質(zhì)（指定元素）在相同條件下一般適用于判斷樣品中是否含有少數(shù)某種或某幾種指定元素，且該幾種元素的純物質(zhì)又比較容易得到時使用。分析時，將要檢出元素的純物質(zhì)或純化合物與試樣并列攝譜于同一感光板上（此時不用鐵譜），在映譜儀上檢查試樣光譜與純物質(zhì)光譜。若兩者譜線出現(xiàn)在同一波長位置上，即可說明某一元素的某條譜線存在。第52頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

>

-=a

b

-=b

a是已知的為未知的樣品光譜鐵光譜（3）譜線波長測定法：用比長儀準確測出a、b，根據(jù)公式求出該譜線的波長λx,查光譜手冊找與已知譜線相對應(yīng)的元素！對于棱鏡攝譜，因儀器的色散率隨波長的改變而改變，故在選擇λ1、λ2時應(yīng)盡量使λx與λ1、λ2接近，也即λ1、λ2的波長差要小，一般在1-2nm范圍內(nèi)，才能消除因色散率不同引起的誤差。第53頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

AES定性分析工作條件的選擇1.光譜儀(中型攝譜儀)激發(fā)光源(直流電弧)電流控制逐步提高(520A)狹縫（57m)運用哈特曼光柵感光板及曝光時間的選擇注意避免污染第54頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四3．感光板及曝光時間的選擇定性分析——一般采用靈敏度高的紫外Ⅱ型感光板。曝光時間適當4.狹縫為了減少譜線的重疊干擾和提高分辨率，攝譜時狹縫宜小一些，5~7m為宜第55頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四在實際工作中常常需對試樣中組成元素的含量作粗略估計。比如在鋼材、合金的分類，礦石品級的評定中，除需要給出試樣中存在哪些元素外，還需要給出元素的大致含量。特別是分析大批樣品時，這時可用半定量分析法快速、簡便的解決問題；半定量分析法的準確度較差；光譜半定量分析的依據(jù)是：譜線的強度和譜線的出現(xiàn)情況與元素含量有關(guān)；常用的半定量分析法是譜線黑度比較法和譜線呈現(xiàn)法。6

半定量分析第56頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四（1）譜線黑度比較法：（1）把被測元素的標準試樣配成標準系列（濃度相差2～3個數(shù)量級）；（2）將試樣與標準系列在相同條件下并列攝于同一感光板上；（3）在映譜儀上用目視法直接比較樣品和標準系列中被測元素分析線的黑度，從而估計試樣中待測元素的含量。若與某標樣黑度相等，表明待測元素與此標樣的含量近似相等。該法的準確度取決于被測試樣與標樣基體組成的相似程度！試樣標準系列或標樣在相同條件下第57頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四（2）譜線呈現(xiàn)法（顯現(xiàn)法）：譜線的數(shù)目隨著元素含量的增加，靈敏線、次靈敏線和其它較弱的譜線也會依次出現(xiàn)。預先配制一系列濃度不同的標樣，在一定條件下攝譜。根據(jù)不同濃度下出現(xiàn)譜線及強度情況繪成關(guān)系表——譜線與含量關(guān)系表——譜線呈現(xiàn)表。以后根據(jù)某一譜線是否出現(xiàn)來估計試樣中該元素的大致含量。

優(yōu)點：不需要每次配制標樣，方法簡便快速。舉例：若試樣光譜中Pb的分析線僅283.31nm、261.42nm、280.20nm三條譜線清晰可見，根據(jù)譜線呈現(xiàn)表判斷試樣中Pb的質(zhì)量分數(shù)為？第58頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四Pb的譜線呈現(xiàn)表Pb/%譜線及其特性0.001283.31nm清晰可見，261.42nm和280.20譜線很弱0.003283.31nm，261.42nm譜線增強，280.20nm譜線清晰0.01上述譜線均增強，266.32nm和287.33nm譜線不太明顯0.03266.32nm和287.33nm譜線逐漸增強至清晰0.1上述譜線均增強，不出現(xiàn)新譜線0.3顯出239.38nm淺灰色寬線，在譜線背景上257.73nm，不太清晰1上述譜線均增強，出現(xiàn)240.20nm，244.38nm，244.62nm譜線，241.17nm模糊可見3上述各線均增強，出現(xiàn)322.05nm譜線，233.24nm模糊可見10上述各線均增強，244.66nm和239.96nm模糊可見30上述各線均增強，出現(xiàn)311.89nm和淺灰色背景中的269.75nm第59頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

通常，把譜線的靈敏度分為10個級，以“10”級為最靈敏，“9”級次之。那么，如果譜線的級次與被測元素含量有定量關(guān)系，則可以通過級次進行半定量分析。譜線強度級次與樣品含量一般有下列關(guān)系：第60頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四7

定量分析7.1定量關(guān)系式的導出及影響因素樣品光源樣品蒸發(fā)基態(tài)原子(N0)等離子體(原子+離子+電子)從整體上看，處于熱力學平衡狀態(tài)！ArcSparkICPFlame激發(fā)態(tài)原子(Ni)樣品激發(fā)E0Ei第61頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四

當Plasma處于熱力學平衡狀態(tài)時，位于基態(tài)的原子數(shù)N0與位于激發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni之間滿足Boltzmann分布：電子在i,j能級間躍遷產(chǎn)生的譜線強度I

與躍遷幾率A（兩能級間躍遷在所有可能發(fā)生的躍遷中的幾率）及處于激發(fā)態(tài)的原子數(shù)Ni成正比，即由于激發(fā)態(tài)原子數(shù)目較少，因此基態(tài)原子數(shù)N0可以近似代替原子總數(shù)N總，并以濃度c代替N總:簡單地，在一定的條件下，Ic，此式為光譜定量分析的依據(jù)。其中，g為統(tǒng)計權(quán)重(2J+1)；k為Boltzmann常數(shù)(1.3810-23J/K)；Ei為激發(fā)電位；T為激發(fā)溫度第62頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四更進一步，考慮到發(fā)射光譜存在自吸現(xiàn)象，需要引入譜線的自吸效應(yīng)系數(shù)b：

I

=acb（賽伯Schiebe-羅馬金Lomarkin公式）取對數(shù)，上式變?yōu)椋?/p>

logI=blogc+loga此式為AES定量分析最基本的關(guān)系式。

以logI

對logc作圖，得校正曲線。當試樣濃度高時，b<1，工作曲線發(fā)生彎曲。第63頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四7.2

影響譜線強度I

的因素統(tǒng)計權(quán)重g(weight)：I∝gi/g0

，g=2J+1躍遷幾率(probability)：I∝A激發(fā)電位或激發(fā)能：Ei↑

I

↓激發(fā)溫度：T↑

I

↑

，再高時原子線I↓，離子線I↑基態(tài)原子數(shù)N0或濃度c：c↑

I

↑

前三項由待測物原子自身的性質(zhì)決定，如核電荷數(shù)、外層電子、軌道狀態(tài)等。

影響譜線強度及其穩(wěn)定性最重要的的因素是溫度T！第64頁，共72頁，2023年，2月20日，星期四7.3使用定量關(guān)系式的實際困難

AES定量分析關(guān)系式：I=acb

或logI=blogc+loga其中：自吸系數(shù)b隨濃度c增加而減小，當濃度很小無自吸時，b=1。

a是與試樣組成和實驗條件(蒸發(fā)、激發(fā)、試樣組成、感光板特性、顯影條件等)有關(guān)的參數(shù)，它與樣品處理過程和樣品基底密切相關(guān)。

要使

a保持常數(shù)需嚴格控制實驗條件

而外界影響因素多而復雜，各次測量的儀器操作條件無法完全控制一致，這些影響很難完全避免，故以譜線絕對強度來定量往往帶來很大誤差，實際應(yīng)用較少。第65頁，共72頁，2023年，2月20