1、1,原子發(fā) 射 光 譜實 驗 講座 宛 壽 康 2004年4月24日,2,原子發(fā)射光譜概述,原子發(fā)射光譜法，是利用物質(zhì)在熱激發(fā)或電激發(fā)下，每種元素的原子或離子發(fā)射特征光譜來判斷物質(zhì)的組成，而進(jìn)行元素的定性與定量分析的方法。 原子發(fā)射光譜法是光學(xué)分析法中產(chǎn)生與發(fā)展最早的一種。在近代各種材料的定性、定量分析中，原子發(fā)射光譜法發(fā)揮了重要作用。特別是新型光源的研制與電子技術(shù)的不斷更新和應(yīng)用，使原子發(fā)射光譜分析獲得了新的發(fā)展，成為儀器分析中最重要的方法之一。,3,原子發(fā)射光譜概述,（1）原子發(fā)射光譜分析的優(yōu)點(diǎn)： 具有多元素同時檢測能力?？赏瑫r測定一個樣品中的多種元素。 分析速度快。若利用光電直讀光譜儀，

2、可在幾分鐘內(nèi)同時對幾十種元素進(jìn)行定量分析。分析試樣不經(jīng)化學(xué)處理，固體、液體樣品都可直接測定(電弧火花法）。,4,原子發(fā)射光譜概述, 檢出限低。 一般光源可達(dá)100.1mg/mL， 絕對值可達(dá)10.01mg。 電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）檢出限可達(dá)ng/mL級。 準(zhǔn)確度較高。一般光源相對誤差約為510，ICP-AES相對誤差可達(dá)l以下。,5,原子發(fā)射光譜概述,試樣消耗少。 ICP光源校準(zhǔn)曲線線性范圍寬可達(dá)46個數(shù)量級。 （2）原子發(fā)射光譜分析的缺點(diǎn)： 高含量分析的準(zhǔn)確度較差；常見的非金屬元素如氧、硫、氮、鹵素等譜線在遠(yuǎn)紫外區(qū)一般的光譜儀尚無法檢測；還有一些非金屬元素，如P、

3、Se、Te等，由于其激發(fā)電位高，靈敏度較低。,6,原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生,通常情況下，原子處于基態(tài)，在激發(fā)光作用下，原子獲得足夠的能量，外層電子由基態(tài)躍遷到較高的能級狀態(tài)即激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，其壽命小于10-8s，外層電子就從高能級向較低能級或基態(tài)躍遷。多余能量以電磁輻射的形式發(fā)射出去，這樣就得到了發(fā)射光譜。原子發(fā)射光譜是線狀光譜。,7,原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生,譜線波長與能量的關(guān)系如下： h c = E2 E1 式中E2、E1分別為高能級與低能級的能量， 為波長，h為Planck常數(shù)，c為光速。,8,原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生,處于高能級的電子經(jīng)過幾個中間能級躍遷回到原能級，可產(chǎn)生幾種不同波長

4、的光，在光譜中形成幾條譜線。一種元素可以產(chǎn)生不同波長的譜線，它們組成該元素的原子光譜。 不同元素的電子結(jié)構(gòu)不同，其原子光譜也不同，具有明顯的特征。,9,原子發(fā)射光譜概述,由于待測元素原子的能級結(jié)構(gòu)不同，因此發(fā)射譜線的特征不同，據(jù)此可對樣品進(jìn)行定性分析； 而根據(jù)待測元素原子的濃度不同，因此發(fā)射強(qiáng)度不同，可實現(xiàn)元素的定量測定。,10,原子發(fā)射光譜法包括了三個主要的過程:,由光源提供能量使樣品蒸發(fā)、形成氣態(tài)原子、并進(jìn)一步使氣態(tài)原子激發(fā)而產(chǎn)生光輻射； 將光源發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)單色器分解成按波長順序排列的譜線，形成光譜； 用檢測器檢測光譜中譜線的波長和強(qiáng)度。,11,原子發(fā)射光譜激發(fā)光源,激發(fā)光源的基本功能是

5、提供使試樣中被測元素原子化和原子激發(fā)發(fā)光所需要的能量。對激發(fā)光源的要求是： 靈敏度高，穩(wěn)定性好，光譜背景小，結(jié)構(gòu)簡單，操作安全。,12,原子發(fā)射光譜激發(fā)光源,常用的激發(fā)光源： 電弧光源。（交流電弧、直流電?。?電火花光源。 電感耦合高頻等離子體光源（ICP光源）等。,13,幾種光源的比較,14,電感耦合高頻等離子體（ICP）光源,Inductive Coupled Plasma (ICP) 等離子體是一種由自由電子、離子、中性原子與分子所組成的在總體上呈中性的氣體，利用電感耦合高頻等離子體（ICP）作為原子發(fā)射光譜的激發(fā)光源始于上世紀(jì)60年代。,15,ICP形成原理,ICP裝置由: 高頻發(fā)生器

6、和感應(yīng)線圈。 炬管和供氣系統(tǒng)。 進(jìn)樣系統(tǒng)。 三部分組成,高頻發(fā)生器的作用是產(chǎn)生高頻磁場以供給等離子體能量。應(yīng)用最廣泛的是利用石英晶體壓電效應(yīng)產(chǎn)生高頻振蕩的他激式高頻發(fā)生器，其頻率和功率輸出穩(wěn)定性高。頻率多為27-50 MHz，最大輸出功率通常是2-4kW。,16,ICPAES結(jié)構(gòu)示意圖,17,高頻電感耦合等離子體震蕩電路,18,ICP形成原理,感應(yīng)線圈由高頻電源耦合供電，產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場。如果通過高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場作用下又會與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子，形成渦流。強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達(dá)10000k的等離子焰炬。,19,ICP形成原理,

7、20,ICP火焰,21,ICP火焰溫度分布,ICP焰明顯地分為三個區(qū)域： 焰心區(qū)呈白色，不透明，是高頻電流形成的渦流區(qū)，等離子體主要通過這一區(qū)域與高頻感應(yīng)線圈耦合而獲得能量。該區(qū)溫度高達(dá)10000K。 內(nèi)焰區(qū)位于焰心區(qū)上方，一般在感應(yīng)圈以上10-20mm左右，略帶淡藍(lán)色，呈半透明狀態(tài)。溫度約為6000-8000K，是分析物原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域。 尾焰區(qū)在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度較低，在6000K以下，只能激發(fā)低能級的譜線。,22,ICP形成原理,23,ICPAES的進(jìn)樣系統(tǒng),霧化裝置：利用載氣流將液體試樣霧化成細(xì)微氣溶膠狀態(tài)并輸入到等離子中。它有同芯玻璃霧化器和玻璃霧化室組成。

8、,24,用照相法在感光板上記錄譜線,25,單道順序掃描直讀光譜儀,光柵公式： k =(a+b)sin k為一級光譜時等于1，a+b為光柵常數(shù)。通過改變光柵閃耀 ，使光柵在不同閃耀時衍射出對應(yīng)的（波長）。,26,發(fā)射光譜儀（順序掃描儀內(nèi)部）,27,ICP光譜儀,28,發(fā)射光譜定量分析方法,光譜定量分析的依據(jù)是： I = ACb I：譜線強(qiáng)度。 C：待測元素的濃度。 A：常數(shù)。 b: 分析線的自吸系數(shù)，在ICP-AES中為1。,29,發(fā)射光譜定量分析方法,30,發(fā)射光譜定量分析方法,在順序掃描光譜儀中分析線的譜線強(qiáng)度是以譜線峰高值表示。,31,發(fā)射光譜定量分析方法,配制一組有濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次測量標(biāo)準(zhǔn)溶液的強(qiáng)度值，作出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。,32,發(fā)射光譜定量分析方法,測量樣品中待測元素的譜線強(qiáng)度值，利用已作出的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計算出樣品中該元素的濃度。,33,ICP-A