第三章AES第二節(jié)原子發(fā)射光譜儀器2023/7/17第1頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子發(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。第2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在正常狀態(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3頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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。試樣

E氣態(tài)原子

E

激發(fā)態(tài)

低能態(tài)+hν

基態(tài)檢測(cè)

原子發(fā)射光譜儀通常由三部分構(gòu)成：光源、分光、檢測(cè)；第4頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、光源光源的作用：把試樣中的組分蒸發(fā)離解為氣態(tài)原子使氣態(tài)原子激發(fā)，產(chǎn)生特征光譜（氣化而不能電離）光譜分析用的光源應(yīng)該適合于各種要求目的，根據(jù)分析試樣有所選擇。常用的光源有直流電弧、交流電弧、電火花、近年來(lái)常見(jiàn)的有電感耦合等離子體ICP光源第5頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.直流電弧

直流電作為激發(fā)能源，電壓150～380V，電流5～30A；兩支石墨電極，試樣放置在一支電極(下電極)的凹槽內(nèi)；使分析間隙的兩電極接觸或用導(dǎo)體接觸兩電極，通電，電極尖端被燒熱，點(diǎn)燃電弧，再使電極相距4～6mm；第6頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)射光譜的產(chǎn)生

電弧點(diǎn)燃后，熱電子流高速通過(guò)分析間隔沖擊陽(yáng)極，產(chǎn)生高熱，試樣蒸發(fā)并原子化，電子與原子碰撞電離出正離子沖向陰極。電子、原子、離子間的相互碰撞，使原子躍遷到激發(fā)態(tài)，返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出該原子的光譜。

弧焰溫度：4000～7000K可使約70多種元素激發(fā)；

特點(diǎn)：絕對(duì)靈敏度高，背景小，適合定性分析；

缺點(diǎn)：弧光不穩(wěn)，再現(xiàn)性差；電極頭（蒸發(fā)）溫度高，不適合定量分析。第7頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.低壓交流電弧

工作電壓：110～220V。

采用高頻引燃裝置點(diǎn)燃電弧，在每一交流半周時(shí)引燃一次，保持電弧不滅；第8頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作原理（1）接通電源，由變壓器B1升壓至2.5～3kV，電容器C1充電；達(dá)到一定值時(shí)，放電盤G1擊穿；G1-C1-L1構(gòu)成振蕩回路，產(chǎn)生高頻振蕩；（2）振蕩電壓經(jīng)B2的次級(jí)線圈升壓到10kV，通過(guò)電容器C2將電極間隙G的空氣擊穿，產(chǎn)生高頻振蕩放電；（3）當(dāng)G被擊穿時(shí)，電源的低壓部分沿著已造成的電離氣體通道，通過(guò)G進(jìn)行電弧放電；（4）在放電的短暫瞬間，電壓降低直至電弧熄滅，在下半周高頻再次點(diǎn)燃，重復(fù)進(jìn)行；第9頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：

（1）電弧溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)；（2）電極溫度稍低，蒸發(fā)能力稍低；（3）電弧穩(wěn)定性好，使分析重現(xiàn)性好，適用于定量分析。第10頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月３.高壓火花（1）交流電壓經(jīng)變壓器T后，產(chǎn)生10～25kV的高壓，然后通過(guò)扼流圈D向電容器C充電，達(dá)到G的擊穿電壓時(shí)，通過(guò)電感L向G放電，產(chǎn)生振蕩性的火花放電；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)續(xù)斷器M，2,3為鎢電極，每轉(zhuǎn)動(dòng)180度，對(duì)接一次，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(50轉(zhuǎn)/s)，接通100次/s，保證每半周電流最大值瞬間放電一次；第11頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高壓火花的特點(diǎn)：

（1）放電瞬間能量很大，產(chǎn)生的溫度高，激發(fā)能力強(qiáng)，某些難激發(fā)元素可被激發(fā)，且多為離子線；

（2）放電間隔長(zhǎng)，使得電極溫度低，蒸發(fā)能力稍低，適于低熔點(diǎn)金屬與合金的分析；

（3）穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好，適用定量分析；缺點(diǎn)：

（1）靈敏度較差，但可做較高含量的分析；

（2）噪音較大；第12頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、電感耦合高頻等離子體光源（inductivecoupledhighfrequencyplasma,ICP)主要部分：1.高頻發(fā)生器2.等離子體炬管三層同心石英玻璃管3.試樣霧化器等離子體：電離了的但在宏觀上呈電中性的物質(zhì)第13頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月炬管與霧化器三層同心石英玻璃炬管置于高頻感應(yīng)線圈中，等離子體工作氣體從管內(nèi)通過(guò)，試樣在霧化器中霧化后，由中心管進(jìn)入火焰；外層Ar從切線方向進(jìn)入，保護(hù)石英管不被燒熔，中層Ar用來(lái)點(diǎn)燃等離子體；第14頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原理當(dāng)高頻發(fā)生器接通電源后，高頻電流I通過(guò)感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)(綠色)。開(kāi)始時(shí)，管內(nèi)為Ar氣，不導(dǎo)電，需要用高壓電火花觸發(fā)，使氣體電離后，在高頻交流電場(chǎng)的作用下，帶電粒子高速運(yùn)動(dòng)，碰撞，形成“雪崩”式放電，產(chǎn)生等離子體氣流。在垂直于磁場(chǎng)方向?qū)a(chǎn)生感應(yīng)電流（渦電流，粉色），其電阻很小，電流很大(數(shù)百安)，產(chǎn)生高溫。又將氣體加熱、電離，在管口形成穩(wěn)定的等離子體焰炬。第15頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)(1)溫度高，惰性氣氛，原子化條件好，有利于難熔化合物的分解和元素激發(fā)，有很高的靈敏度和穩(wěn)定性；(2)“趨膚效應(yīng)”，渦電流在外表面處密度大，使表面溫度高，軸心溫度低，中心通道進(jìn)樣對(duì)等離子的穩(wěn)定性影響小。也有效消除自吸現(xiàn)象，線性范圍寬（4～5個(gè)數(shù)量級(jí)）；(3)

Ar氣體產(chǎn)生的背景干擾小；(4)無(wú)電極放電，無(wú)電極污染；

ICP焰炬外型像火焰，但不是化學(xué)燃燒火焰，氣體放電；缺點(diǎn)：對(duì)非金屬測(cè)定的靈敏度低，儀器昂貴，操作費(fèi)用高。第16頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)比(幾種光源的比較）光源蒸發(fā)溫度激發(fā)溫度/K放電穩(wěn)定性應(yīng)用范圍直流電弧高4000-7000稍差定性分析，礦物、純物質(zhì)、難揮發(fā)元素的定量分析交流電弧中4000-7000較好試樣中低含量組分的定量分析高壓火花低瞬間10000好金屬與合金、難激發(fā)元素的定量分析ICP很高6000-8000很好線性范圍寬，溶液定量分析第17頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、試樣的引入1、液體和氣體原子化器——試樣轉(zhuǎn)變成原子蒸汽的場(chǎng)所。氣動(dòng)霧化進(jìn)樣：將試樣變成氣溶膠并傳輸?shù)皆踊鞯姆椒ā７譃槿箢悾和男?、直角型和特殊型超聲霧化進(jìn)樣：根據(jù)超聲波的空化作用把溶液霧化成氣溶膠后再進(jìn)樣的方法。電熱蒸汽進(jìn)樣：蒸發(fā)器將試樣蒸發(fā)并由惰性氣體攜帶進(jìn)入霧化器。氫化物發(fā)生法：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成氣體進(jìn)入霧化器。第18頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、固體試樣的引入試樣直接插入進(jìn)樣電弧和火花熔融法電熱蒸發(fā)進(jìn)樣激光熔融法第19頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、檢測(cè)器根據(jù)記錄方式：看譜儀——看譜法：定性、半定量攝譜儀——攝譜法：準(zhǔn)確度、精密度高、設(shè)備費(fèi)用不高，適應(yīng)性強(qiáng)光電光譜儀——光電光譜法：準(zhǔn)確度高、精密度高，但價(jià)格昂貴。第20頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.看譜法又稱為目視法:用眼睛來(lái)觀測(cè)譜線強(qiáng)度的方法。僅適用于可見(jiàn)光波。主要用于定性和半定量分析第21頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.攝譜儀（1）光譜投影儀（映譜儀），光譜定性分析時(shí)將光譜圖放大，放大20倍。（2）測(cè)微光度計(jì)（黑度計(jì)）；定量分析時(shí)，測(cè)定接受到的光譜線強(qiáng)度；光線越強(qiáng)，感光板上譜線越黑。S=lg(1/T)=lg(I0/I)第22頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)感光板：由片層和感光層（乳劑）組成，感光板起著記錄映象的作用。乳劑特性：譜線在感光板上感光，其黑度與輻射強(qiáng)度、濃度、曝光時(shí)間、感光板的乳劑性質(zhì)及顯影條件等有關(guān)。在其他條件不變下，感光板上譜線的黑度S僅與照射在感光板上的輻射強(qiáng)度有關(guān)。譜線的黑度S與照射在感光板上的曝光量H關(guān)系可以用乳劑特性曲線來(lái)表示光譜干板第23頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月乳劑特性曲線AB——曝光不足部分BC——曝光正常部分