环境监测方法原理习题课(光学分析部分).ppt

环境监测方法原理习题课（光学分析部分）1．摄谱仪由哪几部分组成?各组成部分的主要作用是什 么?答:摄谱仪的组成及作用如下:照明系统:使光源产生的辐射均匀的照明于狭缝,并使感光 板的谱线均匀;准光系统:将光源照射于狭缝的光平衡,均匀的照射于棱镜 或光栅之上;分光系统:棱镜或光栅,作用是把光源发射的复合电磁辐射 分解为按波长排列的光谱;投影系统:将色散后的单色光聚焦于感光板,而形成光谱第五章 发射光谱分析作业 2．简述ICP的形成原理及其特点 答: ICP是感耦高频等离子焰炬的英文简写，是一种等离子体光源 ICP的形成原理： 由高频发生器提供高频交变电流(5～30MHZ, 2-4kW)给高频感应线圈 (2-5匝 空心铜管，空心水冷) ，在炬管的内外形成强烈的振荡磁场炬管内磁力线沿轴 线方向，炬管外磁力线成椭圆闭合回路工作气体Ar持续由石英炬管内通过， 一旦炬管内气体开始电离（如用点火器），电子和离子则在高频磁场的作用下高 速运动，与其它气体分子持续碰撞，使之迅速大量电离，形成“雪崩”式放电，电 离的气体在垂直于磁场的截面上形成闭合环状的涡流这个高频感应电流，产生 大量的热能，瞬间可将气体加热到10000K高温，并在石英炬管的上部形成火炬 状等离子体焰炬（外观与火焰相似）。

由于趋肤效应的影响，离子体焰炬为环状 结构，样品在雾化器内被雾化为雾滴，被载气Ar携带由内管进入高温等离子体 内部的环状样品通道，完成样品的蒸发、原子化、激发 ICP光源的特点：v工作温度高，检测限低，灵敏度高；v光源稳定、自吸及自蚀效应小、线性范围宽；v基体效应小；v无电极污染；v电离干扰小；化学干扰小； 不足：对非金属测定的灵敏度低；仪器昂贵；维持费高3．何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线?它们之间有何联系？答:共振线:由激发态直接跃迁到基态而发射出的谱线;灵敏线:指各元素谱线中最易激发或激发电位数低的谱线;最后线:随着元素含量的降低，谱线数量逐渐减少,最后消 失的谱线称最后线;分析线:光谱分析中所选择的灵敏线称分析线关系:分析线应为灵敏线,一般选最后线灵敏线一定是共振线，最后线一定是灵敏线，一般应为第 一共振线，也是最灵敏线.4．何谓自吸收，它对光谱分析一什么影响？答: 自吸收：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 自蚀: 在自吸严重时，谱线中心强度几乎完全被吸收，这种现象称为自蚀在发射光谱分析中，当使用电弧或火花光源时，光源中心温度高，原子在光源中心激发，产生原子的发射光谱，谱线向四周空间发射，由于光源外围较中心温度低，故外围原子多数处于基态或低能态，因而产生自吸收。

自吸效应将使谱线的中心强度减弱，严重自吸时，发生自蚀，谱线中心强度几乎完全被吸收，形成双线光谱定性分析中，发生自吸使谱线的中心强度减弱，自蚀时谱线中心强度几乎完全被吸收，还可能形成双线，从而影响定性分析的准确性光谱定量分析中，自吸现象将严重影响谱线的强度，谱线强度与元素浓度的关系将偏离罗马金公式，从而限制分析的含量范围5．光谱定性分析的基本原理是什么？进行光谱定性分析时可以有哪几种方法?说明各个方法的基本原理及适用场合答:原子光谱定性分析原理:由于不同元素的原子结构不同,在光源的激发作用下,可以产生许多按一定波长顺序排列的谱线组---特征光谱,其波长由各元素原子结构(性质)不同所决定的.每一元素均有自己对应的特征光谱,通过检查试样光谱中的特征谱线来确定元素的存在,此即为元素的光谱定性分析.光谱定性主要有简记分析 (指定元素分析)和全分析铁光谱比较法:把试样与铁并列摄谱,由元素标准光谱图中各元素的波长位置进行元素的定性分析;标样比较法:试样与被测元素的标样并列摄谱;波长测定法:由比长仪测出谱线波长,查谱线波长表.7.光谱分析中元素标准光谱图起什么作用？答: 元素标准光谱图是以铁的光谱为波长标尺，标明各元素的灵敏线相应位置及波长的一种标准图册。

在光谱定性分析中，常采用铁光谱比较法以铁的光谱为参比，将试样与纯铁在完全相同条件下并列紧挨着摄谱摄得的谱片置于映谱仪上，与元素标准光谱图比较当两个谱图上的铁光谱完全对准重叠后，若试样中未知元素的谱线与已标明的某元素谱线相重合，则该元素有存在的可能通常可在光谱图 中选择2~3条预测元素的特征灵敏线或线组进行比较，通过比较可判断出未知试样中存在的元素故元素标准光谱图起到对照作用，可用来与试样谱图相比较，以判断未知元素是否存在铁光谱比较法可同时进行多元素定性鉴定11.某合金中Pb的光谱谱定量测测定，以Mg作为为内标标，实验测实验测 得数据如下：黑度计读数溶液MgPbPb浓浓度/(mg·mL-1) 17.317.50.151 28.718.50.201 37.311.00.301 410.312.00.402 511.610.40.502 A7.815.5 B9.22.5 C10.712.2根据上述数据，(1)绘制工作曲线，(2)求溶液A、B，C的浓度解：本题为AES内标法测定Pb，内标元素为Mg由已知数据列表如 下：溶液S(Mg)S(Pb)ΔSC(Pb)/(mg·mL-1)lgC 17.317.510.20.151-0.821 28.718.59.80.201-0.697 37.311.03.70.301-0.521 410.312.01.70.402-0.396 511.610.4-1.20.502-0.299 A7.815.56.7 B9.22.53.3 C10.712.21.5其中：ΔS= S(Pb)-S(Mg) 绘制lgC～ΔS曲线：由lgC～ΔS曲线查得：溶液A：lgC(A)=-0.62 C(A)=0.240mg·mL-1溶液B：lgC(B)=-0.48 C(B)=0.331mg·mL-1溶液C：lgC(C)=-0.41 C(C)=0.389mg·mL-112.用内标标法测测定试试液中镁镁的含量。

用蒸馏馏水溶解MgCl2以配制标标准镁镁溶液系列在每一标标准溶液和待测测溶液中均含有25.0ng·mL-1的钼钼钼钼溶液用溶解钼钼酸铵铵而得测测定时时吸取50μL的溶液于铜电铜电 极上，溶液蒸发发至干后摄谱摄谱 ，测测量279.8nm处处的镁谱线镁谱线 强度和281.6nm处处的钼谱钼谱线线强度，得下列数据试试据此确定试试液中镁镁的浓浓度镁镁的浓浓度 /ng·mL-1相对对强度镁镁的浓浓度 /ng·mL-1相对对强度 279.8nm281.6nm279.8nm281.6nm 1.050.671.86105001151.7 10.53.41.610507391.9 100.518l.5分析样样品2.51.8解：由已知数据列表如下： 其中：C(Mg)/ng·mL-1I(Mg)I(Mo)lgClgR 1.050.671.860.0201-0.429 10.53.41.61.0020.327 100.518l.52.0021.079 105001151.73.0211.830 10507391.91.0212.590 分析样样品2.51.80.143由内标法定量分析公式： lgR = klgC + A 做lgC～lgR曲线线：由lgC～lgR曲线查线查 得：当试试液的 lgR=0.143时时，试试液中镁镁的浓浓度C(Mg) ：lgC(Mg)=0.75 C(Mg)=5.62 ng·mL-1第六章：原子吸收分光光度分析 1.简述原子吸收分光光度分析的基本原理，并从原理上比较发射光谱法和原子吸收分光光度法的区别？答：原子吸收分光光度分析中，被测试样在原子化中经雾化、蒸发、干燥、离解、原子化过程后，被测元素被转化为基态原子，由锐线光源辐射的锐线为被测元素所吸收而减弱，透过光线经单色器分光后而为检测器所接收，被测元素的吸光度与试样中的浓度成正比，此既为原子吸收分光光度分析的基本原理。

发射光谱与原子吸收光谱分析的比较：共同点：两者都是基于原子光谱现象进行分析的方法， 都只能对元素（主要为金属元素）进行分析，两者都需破坏 试样的结构，使试样转化为原子进行分析不同点：发射光谱是基于原子发射光谱现象进行分析的 方法，而原子吸收是基于原子吸收现象进行分析的方法，发 射光谱测定的是激发态原子的总数，而原子吸收光谱测定的 是基态原子的总数因此，一般发射光谱分析的原子化条件 要比原子吸收分析温度高些，原子吸收光谱要比发射光谱的 谱线简单，干扰也较少，且较易克服优点：分析速度快，灵敏度高，选择性好，检测限低， AAS较AES受原子化温度影响小，设备也较便宜，AES适合 于多元素同时分析 2．何谓锐线光源，AAS为何使用锐线光源？答：锐线光源是指能辐射出半宽度很窄的发射线的光源原子吸收光谱由于受谱线变宽的影响，谱线具有一定的轮廓，而试样中被测元素的基态原子总数是与积分吸收成正比的，但是由于谱线的半宽度太小，其积分吸收是不能直接测定的但若使用锐线光源，由于其发射线宽度远小于吸收线宽度，而两者的中心频率是重合的，峰值吸收和积分吸收成正比，因此，可利用测量峰值吸收来代替积分吸收，此时峰值吸收与被测元素浓度成正比。

3．在原子吸收分光光度计中，为什么不采用连续光源（例如钨丝 灯或氘灯），而在分光光度计中则需要采用连续光源？答：原子吸收光谱为线状光谱，其半宽度很小，仅10-2—10-3nm，如要测量其积分吸收，则要求入射光的通带宽度应远小于原子吸收线 的半宽度,若采用连续光源，则要求单色器的分辨率很高，至少应在五十万分之一，这在当前技术条件下难以作到一般分光光度计的通带宽度 均大于0.1nm，若直接测量原子吸收，则由于其通带宽度远大于原子吸收线的半宽度，由待测元素原子产生的吸收占通带内的入射光的比例很小 （约1%以内），导致测量的误差太大，因此原子吸收分光光度法中，不采用连续光源，而采用空心阴极灯等锐线光源作光源，测量原子的峰值 吸收分子光谱为带状光谱，其谱带的半宽度较大，一般可达几十纳米 ，而分光光度计的光谱通带一般在0.1—5nm，远小于分子光谱的宽度，相对于分子光谱而言，其单色性很好采用连续光源为光源，在分析光 域范围内，其发射光强稳定，使用一般的单色器，即可很方便的选择入 射光波长，便于制作光谱及分析波长进行定性及定量分析 4．在原子吸收分析中，若产生下列情况而导致误差，此时应采取什 么措施来减免之： ⑴光源强度变化引起基线漂移，⑵火焰发射的辐射进入检测器，⑶待测元素吸收线和试样中共存元素的吸收线重叠。

答：（1）光源强度变化引起基线漂移，可对仪器重新调零（即在空 白条件下，调整吸光度等于零）使用前对仪器充分预热，选择适宜的 灯电流，并保持灯电流稳定均有利于基线的稳定 （2）火焰发射的辐射进入检测器，可采取对光源进行调制供电，或 采取机械斩光器调制光源，使得光源辐射信号与火焰发射相区别如果 火焰背景发射过大，可采取适当增加灯电流提高光源发射强度来改善信 噪比 （3）待测元素吸收线和试样中共存元素的吸收线重叠，可选择待测 元素的其它吸收灵敏线作分析线，若其它吸收灵敏线的测定灵敏度过低 ，可采取分离干扰元素的方法解决l5.原子吸收分析中若采用火焰原子化的方法，是否火焰温度越高，测定灵敏度越高？l答：原子吸收分析中若采用火焰原子化方法，试样将在火焰中完成原子化的过程，火焰温度过高，则可能使试样中的被测元素激发，反而使被测元素的基态原子数减少，使得测定的灵敏度下降，因此，实际操作中，应选择适宜的火焰温度，对提高测定的灵敏度有益特别是那些易挥发或电离电位较低的元素，应使用低温火焰6. 石墨炉原子化法的工作原理是什么？与火焰原子化法比较，有什么优缺点？为什么？答：石墨炉原子化器是常用的无火焰原子化器，它是利用电加热石 墨炉（8～12V的低电压和300～600A的大电流），使石墨炉2～4秒内迅 速加热，温度可达到3000C，从而实现元素的原子化。