原子發(fā)射光譜分析基本原理

關(guān)于原子發(fā)射光譜分析基本原理2023/6/29第1頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29一、概述

generalization原子發(fā)射光譜分析法（atomicemissionspectroscopy，AES）：元素在受到熱或電激發(fā)時(shí)，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出特征光譜，依據(jù)特征光譜進(jìn)行定性、定量的分析方法。1859年，基爾霍夫(KirchhoffGR)、本生(BunsenRW)研制第一臺(tái)用于光譜分析的分光鏡，實(shí)現(xiàn)了光譜檢驗(yàn)；1930年以后，建立了光譜定量分析方法；原子光譜＜＞原子結(jié)構(gòu)＜＞原子結(jié)構(gòu)理論＜＞新元素在原子吸收光譜分析法建立后，其在分析化學(xué)中的作用下降，新光源(ICP)、新儀器的出現(xiàn)，作用加強(qiáng)。第2頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29原子發(fā)射光譜分析法的特點(diǎn):(1)可多元素同時(shí)檢測(cè)各元素同時(shí)發(fā)射各自的特征光譜；

(2)分析速度快試樣不需處理，同時(shí)對(duì)幾十種元素進(jìn)行定量分析(光電直讀儀)；

(3)選擇性高各元素具有不同的特征光譜；

(4)檢出限較低10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP）

(5)準(zhǔn)確度較高5%～10%(一般光源）；<1%(ICP)；

(6)ICP-AES性能優(yōu)越線性范圍4～6數(shù)量級(jí)，可測(cè)高、中、低不同含量試樣；缺點(diǎn)：非金屬元素不能檢測(cè)或靈敏度低。第3頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29二、原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生

formationofatomicemissionspectra

在正常狀態(tài)下，元素處于基態(tài)，元素在受到熱（火焰）或電（電火花）激發(fā)時(shí)，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出特征光譜（線狀光譜）；特征輻射基態(tài)元素M激發(fā)態(tài)M*熱能、電能E第4頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29原子的共振線與離子的電離線原子由第一激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷：

第一共振線，最易發(fā)生，能量最小；原子獲得足夠的能量(電離能)產(chǎn)生電離,失去一個(gè)電子，一次電離。離子由第一激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷(離子發(fā)射的譜線)：

電離線，其與電離能大小無關(guān)，離子的特征共振線。

原子譜線表：I表示原子發(fā)射的譜線；

II表示一次電離離子發(fā)射的譜線；

III表示二次電離離子發(fā)射的譜線；

Mg：I285.21nm；II280.27nm；第5頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29

Na能級(jí)圖

由各種高能級(jí)躍遷到同一低能級(jí)時(shí)發(fā)射的一系列光譜線；第6頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29

K元素的能級(jí)圖

第7頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29

Mg元素的能級(jí)圖第8頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29三、譜線強(qiáng)度spectrumlineintensity原子由某一激發(fā)態(tài)i

向低能級(jí)j

躍遷，所發(fā)射的譜線強(qiáng)度與激發(fā)態(tài)原子數(shù)成正比。在熱力學(xué)平衡時(shí)，單位體積的基態(tài)原子數(shù)N0與激發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni的之間的分布遵守玻耳茲曼分布定律：gi、g0為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重；Ei：為激發(fā)能；k為玻耳茲曼常數(shù)；T為激發(fā)溫度；發(fā)射譜線強(qiáng)度：Iij=Ni

Aijhijh為Plank常數(shù)；Aij兩個(gè)能級(jí)間的躍遷幾率；ij發(fā)射譜線的頻率。將Ni代入上式，得：第9頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29譜線強(qiáng)度影響譜線強(qiáng)度的因素：（1）激發(fā)能越小，譜線強(qiáng)度越強(qiáng)；（2）溫度升高，譜線強(qiáng)度增大，但易電離。第10頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29四、譜線的自吸與自蝕

self-absorptionandselfreversalofspectrumline

等離子體：以氣態(tài)形式存在的包含分子、離子、電子等粒子的整體電中性集合體。等離子體內(nèi)溫度和原子濃度的分布不均勻，中間的溫度、激發(fā)態(tài)原子濃度高，邊緣反之。自吸：中心發(fā)射的輻射被邊緣的同種基態(tài)原子吸收，使輻射強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。元素濃度低時(shí)，不出現(xiàn)自吸。隨濃度增加，自吸越嚴(yán)重，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，譜線中心完全吸收，如同出現(xiàn)兩條線，這種現(xiàn)象稱為自蝕。譜線表，r：自吸；R：自蝕；第11頁，講稿共13頁，2023年5月2日，星期三2023/6/29內(nèi)容選擇第一節(jié)原子發(fā)射光譜分析基本原理basicprincipleofAtomicemissionspectrometry第二節(jié)發(fā)射光譜分析裝置與儀器deviceandinstrumentofAES第三節(jié)等離子體發(fā)射光譜儀plasma

emissionspectrometry第四節(jié)定性、定量分析方