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原子发 射 光 谱实 验 讲座 宛 寿 康 2004年4月24日1原子发射光谱概述n原子发射光谱法，是利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的方法n原子发射光谱法是光学分析法中产生与发展最早的一种在近代各种材料的定性、定量分析中，原子发射光谱法发挥了重要作用特别是新型光源的研制与电子技术的不断更新和应用，使原子发射光谱分析获得了新的发展，成为仪器分析中最重要的方法之一2原子发射光谱概述（1）原子发射光谱分析的优点： 具有多元素同时检测 能力可同时测定一个样品中的多种元素 分析速度快若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对 几十种元素进行定量分析分析试样 不经化学处理，固体、液体样品都可直接测定(电弧火花法）3原子发射光谱概述 试样消耗少 ICP光源校准曲线线性范围宽可达46个数量级2）原子发射光谱分析的缺点：高含量分析的准确度较差；常见的非金属元素如氧、硫、氮、卤素等谱线在远紫外区一般的光谱仪尚无法检测；还有一些非金属元素，如P、Se、Te等，由于其激发电位高，灵敏度较低5原子发射光谱的产生 通常情况下，原子处于基态，在激发光作用下，原子获得足够的能量，外层电子由基态跃迁到较高的能级状态即激发态。

处于激发态的原子是不稳定的，其寿命小于10-8s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁多余能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得到了发射光谱原子发射光谱是线状光谱6原子发射光谱的产生谱线 波长与能量的关系如下： h c= E2 E1式中E2、E1分别为 高能级与低能级的能量，为波长，h为Planck常数，c为光速7原子发射光谱的产生n处于高能级的电子经过几个中间能级跃迁回到原能级，可产生几种不同波长的光，在光谱中形成几条谱线一种元素可以产生不同波长的谱线，它们组成该元素的原子光谱n不同元素的电子结构不同，其原子光谱也不同，具有明显的特征8原子发射光谱概述n由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；n而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定9原子发发射光谱谱法包括了三个主要的过过程:n由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气态原子激发而产生光辐射；n将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱；n用检测器检测光谱中谱线的波长和强度10原子发发射光谱谱激发发光源n激发光源的基本功能是提供使试样 中被测元素原子化和原子激发发 光所需要的能量。

对激发光源的要求是： 灵敏度高，稳稳定性好，光谱谱背景小，结结构简单简单 ，操作安全11原子发发射光谱谱激发发光源常用的激发光源：n电弧光源交流电弧、直流电弧）n电火花光源n电感耦合高频等离子体光源（ICP光源）等 12几种光源的比较光 源蒸发温度激发温度/K放电稳定性应用范围直流电弧高40007000稍差定性分析，矿物、纯物质、难挥发 元素的定量分析交流电弧中40007000较好试样 中低含量组分的定量分析火化低瞬间10000好金属与合金、难激发元素的定量分析ICP很高60008000 最好溶液的定量分析13电感耦合高频等离子体（ICP）光源nInductive Coupled Plasma (ICP)n等离子体是一种由自由电子、离子、中性原子与分子所组成的在总体上呈中性的气体，利用电感耦合高频等离子体（ICP）作为原子发射光谱的激发光源始于上世纪60年代14ICP形成原理nICP装置由:n高频发生器和感应线圈n炬管和供气系统n进样系统 三部分组成,高频发生器的作用是产生高频磁场以供给等离子体能量应用最广泛的是利用石英晶体压电效应产生高频振荡的他激式高频发生器，其频率和功率输出稳定性高。

频率多为27-50 MHz，最大输出功率通常是2-4kW15ICPAES结构示意图16高频电感耦合等离子体震荡电路17ICP形成原理n感应线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场如果通过高频装置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流强大的电流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达10000k的等离子焰炬18ICP形成原理19ICP火焰20ICP火焰温度分布nICP焰明显地分为三个区域：焰心区呈白色，不透明，是高频电流形成的涡流区，等离子体主要通过这一区域与高频感应线圈耦合而获得能量该区温度高达10000K内焰区位于焰心区上方，一般在感应圈以上10-20mm左右，略带淡蓝色，呈半透明状态温度约为6000-8000K，是分析物原子化、激发、电离与辐射的主要区域尾焰区在内焰区上方，无色透明，温度较低，在6000K以下，只能激发低能级的谱线21ICP形成原理22ICPAES的进样系统n雾化装置：利用载气流将液体试样雾化成细微气溶胶状态并输入到等离子中它有同芯玻璃雾化器和玻璃雾化室组成23用照相法在感光板上记录谱线24单道顺序扫描直读光谱仪n光栅公式： k =(a+b)sin k为一级光谱时等于1，a+b为光栅常数。

通过改变光栅闪耀 ，使光栅在不同闪耀时衍射出对应的（波长）25发射光谱仪（顺序扫描仪内部）26ICP光谱仪27发射光谱定量分析方法n光谱定量分析的依据是： I = ACbnI：谱线强度nC：待测元素的浓度nA：常数nb: 分析线的自吸系数，在ICP-AES中为128发射光谱定量分析方法29发射光谱定量分析方法n在顺序扫描光谱仪中分析线的谱线强度是以谱线峰高值表示30发射光谱定量分析方法n配制一组有浓度梯度的标准溶液，依次测量标准溶液的强度值，作出标准工作曲线31发射光谱定量分析方法n测量样品中待测元素的谱线强度值，利用已作出的标准工作曲线，计算出样品中该元素的浓度32ICP-AES标准溶液配制：n 多元素的标准溶液，元素之间要注意光谱线 的相互干扰，尤其是基体或高含量元素对低含量元素的谱线 干扰n所用基准物质要有99.9以上的纯度n标准溶液中酸的含量与试样 溶液中酸的含量要相匹配，两种溶液的粘度、表面张力和密度大致相同33 谢谢！34。