1、第七章 原子发射光谱法,Atomic Emission Spectrometry,本章要求, 掌握原子发射光谱法的基本原理。 了解原子发射光谱法的各种光源及仪器特点。 掌握原子发射光谱法的分析方法及适用范围。,原子发射光谱法是一种成分分析方法。具有快速、灵敏和选择性好等优点，应用广泛。原子发射光谱法是基于原子外层的电子跃迁所产生的线光谱，属原子光谱。原子发射光谱分析法的特点： 多元素同时检测能力； 分析速度快； 选择性好； 检出限低（ICP光源）； 线性范围宽（ICP光源）。,基本依据原子线光谱是元素特征，不同的元素具有不同的 特征光谱。原子发射光谱就是利用元素的发射的特征 谱线和元素的谱线强
2、度进行定性和定量分析。原子发 射光谱法是元素分析的重要方法之一。,7.1 基本原理,谱线强度公式为：I = Aji h v nj = Aji h v a c = a c 强度正比与浓度,原子发射光谱分析的仪器设备主要包括激发光 源、分光系统和检测系统。 一、激发光源 激发源中发生的各种过程： 试样融熔、蒸发并解离为气态原子； 气态原子被激发到激发态或被电离； 激发态原子自发辐射和辐射的自吸过程等。,7.2 仪器部件, 激发光源的类型： 电弧: 直流电弧和交流电弧 火花：高压和低压火花 电感耦合等离子体焰炬 激光 火焰,优点：阳极温度高（4000 K），蒸发温度高，灵敏度高。 缺点：稳定性差，只
3、能作定性分析或半定量分析，不适合 定量分析。, 交流电弧,优点：电极温度高，蒸发能力快，检出限低；电弧温度高，激发能力强；具有脉冲性；稳定性较好，可作定量分析。 缺点：有弧光漂移，影响分析精度；不宜分析低熔点的金属。,激发温度：40007000 K,T2 变压器可使电压上升至10000V，G2放电，形成 R2-L2-G2 低压电弧放电；,T1变压器 可使220V电压上升至3000V，G1放电，形成 C1-L1-G1高频震荡放电；,C2可将高频电流沿L2-G2-C2与低频电弧电流分开，高频电流不能进入低压电弧电路。,火花电极间不连续的气体放电称火花放电，火花放电间歇性比电弧放电长。,通过变压器T
4、使电压上升至1000025000 V，并使C充电，到一定电压，G 处放电。,激发温度：10000 K,优点：激发温度高，可分析固体，稳定性好。 缺点：蒸发温度低、检出限差，不宜分析微量元素，适宜高含量、难激发元素和低熔点元素分析。, 电感耦合等离子体（ICP）等离子体：物质的第四态，由离子、自由电子和中性原子或分子组成，其正负电荷密度几乎相等，在总体上是一种电中性的气体。等离子体与一般气体不同，能够导电。当电流通过时，可以达到很高温度（10000 K）。具有类似火焰的外形，实质是一个放电过程，而不是一个燃烧过程。具有和火焰一样或比火焰更好的在空间和时间上的稳定性，而温度要比火焰高得多，会增加更
5、多的激发态原子数。等离子体光源包括电感耦合等离子体（ICP）、直流等离子体（DCP）和微波等离子体（MIP）。,ICP光源的装置：由高频发生器、等离子炬管和雾化器三部分组成。 高频发生器：产生高频磁场，供给等离子体能量，利用石英晶体压电效应产生高频振荡的它激式高频发生器。产生的频率27.12和40.63 MHz，最大输出功率 24 kW。感应圈用中空紫铜管制成，通常26匝，中空可通水冷却，紫铜管外经56 mm，厚0.5 mm，线圈内径壁石英炬管外径达2 mm。, 等离子炬管：由一个三层同心石英管组成。外层管内通入冷却气体Ar螺旋上升，用以稳定等离子体，并保护外层石英管内壁；中层管引入气体Ar为
6、工作气体，用以点燃等离子体，工作气体只是开始时引入，待载气引入后即可停止；内层管引入气体Ar为载气，用以打通等离子体中心通道，携带样品进入等离子体通道。, 雾化器：气动雾化器或超声雾化器。,工作原理当有高频电流通过感应线圈时，产生轴向磁场，若用高压火花使管内气体电离，产生少量离子和电子，电子和离子受管内轴向磁场的作用，形成涡流。由于涡流的热效应，更多气体电离，形成高温等离子体。用气体吹出，即形成等离子体焰炬。等离子体沿径向聚集在石英管的中心，并使外管的内壁冷却，等离子焰炬即被稳定在同心管装置的出口端。ICP的焰炬一般具有环状结构，环状结构是ICP具有优良分析性能的根本保证。,ICP光源分析特点
7、 检出限低：由于ICP温度高，样品在中央通道受热而激发，谱线强度大。检出限10-7 10-9g。（ICP-MS可达10-9 10-12g） 精密度高： ICP光源稳定性好，RSD%10%。 准确度好：温度高，基体效应小，可得到低干扰水平和高准确度的分析结果。 线性范围宽：由于ICP光源呈环状结构，样品集中在中央通道，而外围温度高，不存在低温吸收层，自吸和自蚀效应小，导致分析校正曲线的线形范围宽（46个数量级）。 多元素测定：同时或顺序式多元素测定能力强，一般可同时测定5672种元素。,各种激发光源的比较：,二、光谱仪 光谱仪的基本结构, 光谱仪种类,(1) 根据分光原理分类棱镜光谱仪、光栅光谱
8、仪、晶体X射线衍射光谱仪、傅立叶干涉光谱仪,(2) 根据光谱仪色散率的大小分类小型光谱仪、中型光谱仪、大型光谱仪。 (3) 根据检测光谱的方式分类单色仪、摄谱仪、光电直读光谱仪,平行光管、色散元件、暗箱,三、检测系统 1. 感光板（干板） 光能化学能,玻璃板, 曝光, 显影,曝光时形成潜像中心，显影时曝光处AgBr还原快。,定影时曝光的一些AgBr被还原为Ag，不能被除去，在干板上呈黑色；另一些未被还原的AgBr被除去，其它和未被曝光的AgBr几乎全被除去。, 定影, 测量黑度,2. 光电倍增管,外壳由玻璃或石英材料制成，内部抽真空，具有光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、多个电子倍增极（打拿极
9、）、电子收集极（阳极）。阴极为涂有能发射电子的光敏物质的电极，由Cs、Sb等元素或其氧化物组成，被光子照射时释放出电子。阳极由金属网组成，收集、传送电子。在阴极和阳极之间装有一系列倍增极，即打拿极，可使电子数目放大。,一、定性分析不同元素的原子由于结构不同而发射各自不同的特征光谱，根据元素的特征谱线可以确定该元素是否存在于样品中。 灵敏线：信号强的谱线。 共振线：电子由高能态跃迁至基态所发射谱线。 第一（主）共振线：电子从最低高能态至基态所发射的谱线。 最后线（第一共振线）：被测元素含量逐渐降低时最后出现的谱线，即最灵敏线。,7.3 分析方法,二、定量分析 定量分析基本关系式-塞伯-罗马金公式
10、 得 lg I = b lg C + lg ab = 1 没有自吸； b1 有自吸, a 为与工作条件、试样组成有关的常数。由于谱线强度决定的系数a和b受到很多因数影响，在实验中很难保持为常数，故通常不采用谱线的绝对强度来进行光谱定量分析，而是采用内标法。,设分析线和内标线的强度分别为I1和I2，则 I1 = a1 C1b1， I2 = a2 C2b2， I1/ I2= a1 C1b1 /a2 C2b2,2. 内标法：按分析线与内标线强度比进行光谱定量分析的方法。分析线对：分析线与内标线的强度比。,内标元素含量一定时且内标线无自吸时， 分析线对的相对强度可表示为： R = I1 / I2 = a C b lg R = lg（I1/I2) = b lg C + lg a,3. 标准加入法当测定低浓度元素时，是克服基体效应的最佳方法。,4. 工作曲线法又称外标法。适用范围宽，是仪器分析常用的方法。,
