原子发射光谱分析法
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仪器分析第4章 原子发射光谱分析法
第四章原子发射光谱分析法光谱的产生主要由分析试样的蒸发过程(把样品首先挥发为气态原子或离子)及气体原子和离子的激发过程两部分组成。
发射光谱的分类：(一)线光谱：由物质的气态原子（或者离子）被激发而产生的具有一定波长的不连续的线条，又称为原子（或离子）光谱。
(二)带光谱：气态分子被激发而产生的，由一些波长非常相近的光带和暗区相间而组成，也叫分子光谱。
(三)连续光谱：固态或者液态物质激发后产生的连续的无法分辨出明显谱线的光谱。
比如炽热的碳电极发射的光谱极为连续光谱。
原子发射光谱的研究对象是被分析物质发出的线光谱，利用特征谱线的波长和强度来进行定量和定性分析。
1原理、特点和应用范围1.1原理把样品首先挥发为气态原子或离子，这些原子或离子受到高温激发或电激发会产生外层电子的跃迁，外层电子跃迁到高能态（激发态）。
处于激发态不稳定（寿命小于10-8s），迅速回到基态时，就要释放出多余的能量，若此能量以光的形式出显，既得到发射光谱。
ΔE=E2-E1=hc/λ=hυ=hσch为普朗克常数（6.626×10-34J·s），c为光速(2.997925×108m·s-1)1.2光谱分析法的特点和应用范围①分析速度快，能同时测定多种元素。
②选择性好。
③灵敏度高。
④准确度较好。
⑤另外测定试样消耗少，一般只需几毫克～几十毫克，且可在基本不损坏试样的情况下进行分析。
1.3光谱分析法的局限性➢光谱分析是一种相对的分析方法，一般需要用一套已知准确含量的标准样品对照测定，而标准样品的标定却需要用化学分析方法作基础➢理论上，所有元素都有它特征的发射光谱，但对于惰性气体和一些非金属元素，如硫、硒、碲、卤素等，因很难得到他们的测量条件，这些元素的测定灵敏度很低，或根本无法测定➢对于高含量的元素，光谱分析的准确度较差（5％～10％）➢发射光谱法只能用于元素分析，而不能确定这些元素在样品中的化合物状态2光谱分析的仪器设备2.1光源➢作用:提供足够的能量使得试样蒸发、解离、原子化、激发产生光谱会使价电子脱离原子核的束缚，使得原子成为离子，这个过程为电离。
原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析法
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
(仪器分析)11.1原子发射光谱分析法
11.1.3 原子发射光谱分析的应用
1. 元素的分析线、最后线、灵敏线
分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几 条特征谱线检验，称其为分析线； 最后线：浓度减小，谱线强度减小，最后消失的谱线； 灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素有一条 或几条谱线最强的线，即灵敏线。最后线也是最灵敏线； 共振线：由第一激发态回到基态所产生的谱线；通常也是 最灵敏线、最后线。
nmgmex pE(m/kT)
N
Z
2020/10/24
nmgmex pE(m/kT)
N
Z
Z 为温度 T 的函数，分析中的温度通常在2000～7000 K ，Z 变化很小，谱线强度为
I hc4g πm Z AN exE pm(/kT )
式中：Φ 是考虑在 4 球面角度上发射各向同性的常数。 Z 可视为常数，对于某待测元素，选定分析线后，T一定
2020/10/24
原子发射光谱分析法的特点:
(1) 可多元素同时检测:发射各自的特征光谱； (2) 分析速度快:试样不需处理，同时对几十种元素进行定 量分析。 (3) 选择性高 各元素具有不同的特征光谱； (4) 检出限较低：10～0.1gg-1(一般)； ngg-1(ICP）。 (5) 准确度较高：5%～10% (一般光源)；<1% (ICP) 。 (6) ICP-AES性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中 、低不同含量试样。 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
常见光源的种类和特点是什么？
2020/10/24
（1）直流电弧
电弧是指在两个电极间施加高电流密度和低燃点电压 的稳定放电。
石墨电极，试样放置凹槽内。试样量10～20mg。
两电极接触通电后，尖端被烧热，点 燃电弧，再使电极相距4 ～ 6mm。
第七章原子发射光谱分析法
第七章 原子发射光谱分析法 （Atomic Emission Spectroscopy, AES)
光学分析概论：
光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物 质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。
光学分析法分类： 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
1854年，阿尔特提出光谱定性分析的概念。
焰色反应及离子的鉴定： Cu2+Ba2+ Sr2+ 猩红
辐射跃迁：
X * X E(h ) : 光谱的记录
E＝E2 E1 h h c 或＝ hc
E
h 为普朗克常数（6.626×10-34 J.s） c 为光速(2.997925×1010cm/s)
① 量子化———— 线光谱 ② 光谱选律———— 元素的特征性
第七章原子发射光谱分析法
二、发射光谱分析的过程
方法：（1）看谱分析法 （2） 摄谱分析法 （3）光电直读光谱法
第七章原子发射光谱分析法
4、仪器装置
光谱分析仪组成：激发光源、（分光系统）摄谱仪、检测系 统。
第七章原子发射光谱分析法
一、光源
1、光源的作用：提供能量，使试样蒸发、解离、原子化和 激发跃迁而产生电磁辐射。
2、对光源的要求：光源常常对光谱分析的检出限、灵敏度 及准确度有很大影响，因此，光源必须满足如下要求： A、有足够的激发温度，适合不同含量的元素分析。高灵敏 度的保证； B、有良好的稳定性和重现性。准确度的保证； C、光谱背景浅，构造简单、操作方便，安全耐用，适应性 强。
第七章原子发射光谱分析法
二、 分析过程
1、 样品的蒸发（原子化）与激发 2、 光谱的获得和记录 （1)分光: 将激发态原子所产生的光辐射经过色散，得到
按波长排列的光谱。 （2) 摄谱: 将获得的光谱记录在相谱上。 3、 光谱的检测
光学分析概论：
光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物 质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。
光学分析法分类： 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
1854年，阿尔特提出光谱定性分析的概念。
焰色反应及离子的鉴定： Cu2+Ba2+ Sr2+ 猩红
辐射跃迁：
X * X E(h ) : 光谱的记录
E＝E2 E1 h h c 或＝ hc
E
h 为普朗克常数（6.626×10-34 J.s） c 为光速(2.997925×1010cm/s)
① 量子化———— 线光谱 ② 光谱选律———— 元素的特征性
第七章原子发射光谱分析法
二、发射光谱分析的过程
方法：（1）看谱分析法 （2） 摄谱分析法 （3）光电直读光谱法
第七章原子发射光谱分析法
4、仪器装置
光谱分析仪组成：激发光源、（分光系统）摄谱仪、检测系 统。
第七章原子发射光谱分析法
一、光源
1、光源的作用：提供能量，使试样蒸发、解离、原子化和 激发跃迁而产生电磁辐射。
2、对光源的要求：光源常常对光谱分析的检出限、灵敏度 及准确度有很大影响，因此，光源必须满足如下要求： A、有足够的激发温度，适合不同含量的元素分析。高灵敏 度的保证； B、有良好的稳定性和重现性。准确度的保证； C、光谱背景浅，构造简单、操作方便，安全耐用，适应性 强。
第七章原子发射光谱分析法
二、 分析过程
1、 样品的蒸发（原子化）与激发 2、 光谱的获得和记录 （1)分光: 将激发态原子所产生的光辐射经过色散，得到
按波长排列的光谱。 （2) 摄谱: 将获得的光谱记录在相谱上。 3、 光谱的检测
原子发射光谱分析法
（1）样品的组成对分析结果的影响比较显著。因此， 进行定量分析时，常常需要配制一套与试样组成相仿 的标准样品，这就限制了该分析方法的灵敏度、准确 度和分析速度等的提高。
(2）发射光谱法，一般只用于元素分析，而不能用来 确定元素在样品中存在的化合物状态，更不能用来测 定有机化合物的基团；对一些非金属，如惰性气体、 卤素等元素几乎无法分析。
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到外界能量（热能或电能）激发时 ，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）。
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
2020/10/13
特征辐射
激发电位：原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要 的能量称为激发电位(Excitation potential)（or激发 能）。
1.玻耳兹曼分布定律 原子由某一激发态 i 向基态或较低能级 j 跃迁
，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。
在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni的之
间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei ：为激发能；k为玻耳兹曼常数；T为
Self-absorption and self reversal of spectrum line
2020/10/13
• 定量分析阶段
• 19世纪20年代至50年代，罗马金和赛伯分别提出定 量分析的经验公式，把光谱线强度和物质浓度联系 了起来。
• 罗马金进一步提出了罗马金-赛伯公式的物理意义， 完善了定量分析的基础。使AES成为广泛应用的成 分分析手段。
• 现代阶段
• 开始于20世纪60年代，由于光电谱仪在工业中广泛 应用，Fassel and Greefield 把电感耦合等离子体电 源（ICP）应用于发射光谱的手段，使分析性能有了 显著的提高，成为分析分析中最能用的多元素分析
(2）发射光谱法，一般只用于元素分析，而不能用来 确定元素在样品中存在的化合物状态，更不能用来测 定有机化合物的基团；对一些非金属，如惰性气体、 卤素等元素几乎无法分析。
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到外界能量（热能或电能）激发时 ，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）。
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
2020/10/13
特征辐射
激发电位：原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要 的能量称为激发电位(Excitation potential)（or激发 能）。
1.玻耳兹曼分布定律 原子由某一激发态 i 向基态或较低能级 j 跃迁
，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。
在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni的之
间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei ：为激发能；k为玻耳兹曼常数；T为
Self-absorption and self reversal of spectrum line
2020/10/13
• 定量分析阶段
• 19世纪20年代至50年代，罗马金和赛伯分别提出定 量分析的经验公式，把光谱线强度和物质浓度联系 了起来。
• 罗马金进一步提出了罗马金-赛伯公式的物理意义， 完善了定量分析的基础。使AES成为广泛应用的成 分分析手段。
• 现代阶段
• 开始于20世纪60年代，由于光电谱仪在工业中广泛 应用，Fassel and Greefield 把电感耦合等离子体电 源（ICP）应用于发射光谱的手段，使分析性能有了 显著的提高，成为分析分析中最能用的多元素分析
原子发射光谱法(aes)
谱线强度法
通过测量待测样品中某一元素的特征谱线强度，与已知浓度的标准样品进行比 较，大致确定待测样品中该元素的含量范围。
定性分析
谱线识别法
通过对比已知元素的标准谱线与待测样品的谱线，确定待测样品中存在的元素种 类。
特征光谱法
利用不同元素具有独特的特征光谱，通过比对特征光谱的差异，确定待测样品中 存在的元素种类。
电热原子化器利用电热丝加热 ，使样品中的元素原子化。
化学原子化器利用化学反应将 样品中的元素转化为气态原子
。
光源
01 光源用于提供能量，使样品中的元素原子 化并产生光谱信号。
02 光源类型有多种，如电弧灯、火花放电灯 等。
03
电弧灯利用电弧放电产生高温，使样品中 的元素原子化。
04
火花放电灯利用高压电场使气体放电，产 生高温，使样品中的元素原子化。
原子发射光谱法(AES)
目 录
• 原子发射光谱法(AES)概述 • AES的仪器与设备 • AES的样品制备与处理 • AES的分析方法与技术 • AES的优缺点与挑战 • AES的未来发展与展望
01 原子发射光谱法(AES)概 述
定义与原理
定义
原子发射光谱法(AES)是一种通过测量物质原子在受激发态跃迁时发射的特定波长的光来分析物质成分的方法。
02
发射光谱仪通常包括电 子激发源、真空系统、 光学系统、检测器等部 分。
03
电子激发源用于产生高 能电子，激发原子或离 子，使其跃迁至激发态。
04
真空系统用于维持仪器 内部的高真空环境，减 少空气对光谱信号的干 扰。
原子化器
01
02
03
04
原子化器是将样品转化为原子 蒸气的装置。
通过测量待测样品中某一元素的特征谱线强度，与已知浓度的标准样品进行比 较，大致确定待测样品中该元素的含量范围。
定性分析
谱线识别法
通过对比已知元素的标准谱线与待测样品的谱线，确定待测样品中存在的元素种 类。
特征光谱法
利用不同元素具有独特的特征光谱，通过比对特征光谱的差异，确定待测样品中 存在的元素种类。
电热原子化器利用电热丝加热 ，使样品中的元素原子化。
化学原子化器利用化学反应将 样品中的元素转化为气态原子
。
光源
01 光源用于提供能量，使样品中的元素原子 化并产生光谱信号。
02 光源类型有多种，如电弧灯、火花放电灯 等。
03
电弧灯利用电弧放电产生高温，使样品中 的元素原子化。
04
火花放电灯利用高压电场使气体放电，产 生高温，使样品中的元素原子化。
原子发射光谱法(AES)
目 录
• 原子发射光谱法(AES)概述 • AES的仪器与设备 • AES的样品制备与处理 • AES的分析方法与技术 • AES的优缺点与挑战 • AES的未来发展与展望
01 原子发射光谱法(AES)概 述
定义与原理
定义
原子发射光谱法(AES)是一种通过测量物质原子在受激发态跃迁时发射的特定波长的光来分析物质成分的方法。
02
发射光谱仪通常包括电 子激发源、真空系统、 光学系统、检测器等部 分。
03
电子激发源用于产生高 能电子，激发原子或离 子，使其跃迁至激发态。
04
真空系统用于维持仪器 内部的高真空环境，减 少空气对光谱信号的干 扰。
原子化器
01
02
03
04
原子化器是将样品转化为原子 蒸气的装置。
原子发射光谱分析法
f
入 射 狭缝 准 直 镜
棱 镜
物 镜 焦 面
出 射 狭缝
棱镜特性
色散率：分辨率R：
色散率：指对不同波长的光被棱
镜分开的能力。它又分为角色散
率和线色散率
角色散率 dθ/dλ
：两条波长相
差 dλ 的光被棱镜色散后所分开 的角度为dθ ，则棱镜的角色散
用Ar做工作气体的优点：Ar 为单原子惰性气体，不与试样组份形 成难离解的稳定化合物，也不象分子 那样因离解而消耗能量，有良好的激 发性能，本身光谱简单。
环状结构可以分为若干区，各区 的温度不同，性状不同，辐射也
不同。
尾焰区
内焰区 焰心区
ICP光源特点 1）低检测限：蒸发和激发温度高；
2）稳定，精度高： 3）基体效应小
4、电感耦合等离子体：
组成： ICP 高频发生器 + 炬管 + 样品引入系统
绝缘屏蔽冷Leabharlann 气辅助气载气（Ar）
载气Ar + 样品
废液
样品溶液
在有气体的石英管外套装一个 高频感应线圈，感应线圈与高频 发生器连接。当高频电流通过线 圈时，在管的内外形成强烈的振 荡磁场。管内磁力线沿轴线方向， 管外磁力线成椭圆闭合回路。
第三章原子发射光 谱分析法
利用物质在被外能激发后所
产生的原子发射光谱来进行 分析的方法。
§3—1概述 一．原子发射光谱的产生： （一）原子能级与能级图
原 子 的 能 级 图：
（二）原子发射光谱的产生： 原子由激发态回到基态（或 跃迁到较低能级）时，若此以光
的形式放出能量，就得到了发射
光谱。其谱线的波长决定于跃迁 时的两个能级的能量差，即：
三．光谱分析的特点： 1．相当高的灵敏度：
第二章+原子发射光谱分析法
J 的取值范围： L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
(2) 钠原子的第一激发态 ：(3p)1 n=3 L=l=1 S = 1/2 (2S+1) = 2 J = 3/2，1/2
光谱项：32P
光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2
由于轨道运动和自旋运动的相互作用, 这两个光 谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。
J 的取值范围：
L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
谱线多重性符号：2S+1(M)
钠原子由第一激发态向基态跃迁发射两条谱线
第一激发态光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2 基态光谱项：32S1/2
589.593 nm ，588.996 nm
能量 原子能级图 实际光谱项
主量子数 n: 1,2,3…
电子运动状态的描述
原子轨道描述： n、l、m
角量子数 l : 0,1,2, …n-1 磁量子数 ml(m): l～-l 自旋量子数 ms(s): 1/2
基态Na原子的核外电子排布： (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
单价电子原 子电子能级
5
（二）原子能级和能级图
单、多价电子 原子电子能级
光谱定量公式推导：
激发光源中的电离
气体（等离子体）
离解
MX
M+ X
试样
元素浓度: C
M + e 电离 M+ + 2e
NMX NM NM +
NM = N0 + N2 + ···+ Ni + ···
(2) 钠原子的第一激发态 ：(3p)1 n=3 L=l=1 S = 1/2 (2S+1) = 2 J = 3/2，1/2
光谱项：32P
光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2
由于轨道运动和自旋运动的相互作用, 这两个光 谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。
J 的取值范围：
L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
谱线多重性符号：2S+1(M)
钠原子由第一激发态向基态跃迁发射两条谱线
第一激发态光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2 基态光谱项：32S1/2
589.593 nm ，588.996 nm
能量 原子能级图 实际光谱项
主量子数 n: 1,2,3…
电子运动状态的描述
原子轨道描述： n、l、m
角量子数 l : 0,1,2, …n-1 磁量子数 ml(m): l～-l 自旋量子数 ms(s): 1/2
基态Na原子的核外电子排布： (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
单价电子原 子电子能级
5
（二）原子能级和能级图
单、多价电子 原子电子能级
光谱定量公式推导：
激发光源中的电离
气体（等离子体）
离解
MX
M+ X
试样
元素浓度: C
M + e 电离 M+ + 2e
NMX NM NM +
NM = N0 + N2 + ···+ Ni + ···
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E
特征辐射
激发态M*
正常状态下，元素处于基态，
元素在受到热（火焰）或电（电火
花）激发时，原子获得能量，外层 电子从基态跃迁到较高能态变为激 发态 ，约经10-8 s，外层电子就从 高能级向较低能级或基态跃迁，多 余能量以光子的形式发射即得一条 光谱线。
hc hc E2 E1 E
必须明确如下几个问题： 原子中外层电子（称为价电子或光电子）的能量分布（能 级）是量子化的，所以△E的值不是连续的，原子光谱是 线光谱； 同一原子中，电子能级很多，有各种不同的能级跃迁，即 可以发射出许多不同辐射线（谱线数量巨大）。但跃迁要 遵循“光谱选律”，不是任何能级之间都能发生跃迁（禁 阻并非完全不可能发生；可观测到的谱线数量比理论值小 很多）；
熔金属合金试样的分析及高含量元素的定量分析。
4.电感耦合高频等离子体（ICP)
电感耦合高频等离子体（ICP） 是本世纪60年代提出，70年代获 得迅速发展的一种新型的激发光 源。等离子体在总体上是一种呈 中性的气体，由离子、电子、中 心原子和分子所组成，其正负电 荷密度几乎相等。通常，它是由 高频发生器、等离子炬管和工作 气体等三部分组成。
（2）光栅的色散原理
光栅公式： d (sinα±sinβ ) = nλ
2、平面光栅摄谱仪的结构
摄谱仪的作用 是将样品在激发光 源中受激发而发射 出来的含各种波长 谱线的复合光，经 色散后得到按波长 顺序排列的光谱， 并进行光谱的记录 或检测。
四、原子发射光谱仪
主要由激发光源、分光系统和检测系统三部分组成。
产生光 辐射
记录信号 得到光谱
定性分析 定量分析
（一）激发光源
激发光源的作用 使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射。 对激发光源的要求 足够的蒸发、原子化、激发能力；放电稳定；不与被测物 质反应；光谱背景小；结果简单、操作安全、适用性强。 几种常用的激发光源 经典光源：交直流电弧、电火花 近代光源：激光、电感耦合等离子体焰炬（ICP）
等离子炬管分为三层：
●最外层通Ar气作为冷却气，沿切线方向引 入，并螺旋上升，其作用： 第一，将等离子体吹离外层石英管的内壁， 可保护石英管不被烧毁； 第二，是利用离心作用，在炬管中心产生低 气压通道，以利于进样；
第三，这部分Ar气流同时也参与放电过程。
●中层管通人辅助气体Ar气，用于点燃等离 子体。
三、原子发射光谱分析的特点和应用 1、特点
（1）可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征光谱； （2）分析速度快 试样不需处理，同时对几十种元素进行定 量分析(光电直读仪)； （3）选择性高 各元素具有不同的特征光谱； （4）检出限较低 10～0.1ug/g (一般光源)；ng/g (ICP）； （5）准确度较高 5%～20% (一般光源）； <1% (ICP) ； （6）ICP-AES性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中、 低不同含量试样； 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
3.高压火花
高压电火花通常使用 10KV以上的高压交流电
通过间隙放电，产生电
火花。 由于高压火花放电时间极短，故在这一瞬间内通过分析间隙的电 流密度很大（高达10000 -50000A/cm2)，因此弧焰瞬间温度很高， 可达10000K以上，故激发能量大，可激发电离电位高的元素。 由于电火花是以间隙方式进行工作的，平均电流密度并不高， 所以电极头温度较低，且弧焰半径较小。这种光源主要用于易
花光源。标志性事件是1971年Fassel 在第19届国际光谱学会议
上做了74页的专题报告。
原子发射光谱分析的优点： 多元素同时检测能力：各元素同时发射各自的特征光谱 分析速度快：试样不需处理，同时对几十种元素进行定量分析 选择性好：各元素具有不同的特征光谱
检出限低： 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP）
2、应用
原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面（定性分析）
具有较大的优越性，不需分离、多元素同时测定、灵敏、
快捷，可鉴定周期表中约70多种元素，长期在钢铁工业 （炉前快速分析）、地矿等方面发挥重要作用；
80年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展
迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。 冶金、机械、轻工、化工；地质勘探、普查；电子工 业、农业、医疗、石油、环保、食品工业。 在定量分析方面，原子吸收分析有着优越性。
自吸收的产生 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。当自吸现象 非常严重时，谱线中心的辐 射将被吸收很多，从而使原 来的一条谱线分裂成两条谱 线，这个现象叫自蚀。
(2) 影响谱线强度的因素
①激发电位（激发能） 原子的外层电子由低能级激发到高能级所需要的能量。 若某元素的原子激发电位高，则在低电位时处于激发态 的原子数将减少。激发能越小，谱线强度越强。 ②跃迁几率 跃迁几率大，产生的谱线强度大。 ③激发温度 光源的激发温度越高，就有越多的电子跃迁，辐射的强 度就大。温度过高会导致原子电离而造成辐射减弱。 ④基态原子数 试样中被测元素含量越高，进入光源的基态原子数就越 多，发射的谱线就越强。������
更高激发态
第一激发态 共振 发射线 共振
吸收线
基态能级
2、谱线强度及其影响因素
(1)谱线强度 I = Acb---------赛伯-罗马金公式
I—谱线强度 A — 发射系数，与试样的蒸发、激发过程和试样组成 有关的参数，它与样品处理过程和样品基底密切相关。 b —与自吸收有关的参数，称为自吸系数，理想值为1。 C—元素含量（浓度）
尾焰区 内焰区
焰心区
ICP的分析性能： （1）检出限低（10-9~10-11g/L）； （2）稳定性好，精密度、准确度高 （0.5%~2%)； （3）线性范围极宽4~5个数量级。 （4）自吸效应、基体效应小； （5）选择合适的观测高度光谱背景小。 ICP局限性： 对非金属和部分金属元素测定灵敏度低，只能测定溶 液样品，抗干扰能力稍嫌不足，仪器价格昂贵，维持 费用较高（耗用大量Ar气）。
原子发射光谱分析法 (Atomic Emission Spectrometry, AES)
一、原子发射光谱分析概述 二、原子发射光谱分析的基本原理 三、原子发射光谱分析的特点和应用 四、原子发射光谱仪 五、光谱分析
一、原子发射光谱分析概述
原子发射光谱分析法（AES）：习惯上简称原 子光谱分析。它是根据待测物质的气态原子被激发
溶液试样
ICP光源，直接用雾化器将 试样溶液引入等离子体内。
ICP光源工作原理
在有气体的石英管外套 装一个高频感应线圈， 感应线圈与高频发生器 连接。当高频电流通过 线圈时，在管的内外形 成强烈的振荡磁场。管 内磁力线沿轴线方向， 管外磁力线成椭圆闭合 回路。
一旦管内气体开始电离 （如用点火器），电子和离 子则受到高频磁场所加速， 产生碰撞电离，电子和离子 急剧增加，此时在气体中感 应产生涡流。 这个高频感应电流，产 生大量的热能，又促进气体 电离，维持气体的高温，从 而形成等离子炬。
必须明确如下几个问题：
不同元素的原子（离子）具有不同的能级构成，△E不一样，各种元素 都有其特征的光谱线，从识别各元素的特征光谱线可以鉴定样品中元素 的存在，这就是光谱定性分析； 第一共振线: 原子由第一激发态到基态的跃迁最易发生，能量最小； 电离线: 原子获得足够的能量(电离能)产生电离，失去一个电子，一 次电离。离子由第一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)，其与电离 能大小无关，离子的特征共振线。 原子谱线表：I表示原子发射的谱线；II表示一次电离离子发射的谱 线；III表示二次电离离子发射的谱线；Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm； 元素特征谱线的强度与样品中该元素的含量有确定的关系，所以可通过 测定谱线的绝对（相对）强度确定元素在样品中的含量，这就是光谱定 量分析。
1.直流电弧 电源一般为可控硅整流器。 常用高频电压引燃直流电弧。
固体试样
金属与合金本身能导电， 可直接做成电极，称为自电极。 其它固体样品常常粉碎后，置 于光谱纯的石墨电极中。主要 是利用了石墨的良好导电性、 高沸点（4000K）、谱线简单、 易加工成型等优点。
直流电弧工作时，阴极释放出来的电子不断轰击阳极，使 其表面上出现一个炽热的斑点。这个斑点称为阳极斑。阳极斑 的温度较高，有利于试样的蒸发。因此，一般均将试样置于阳 极碳棒孔穴中。在直流电弧中，弧焰温度取决于弧隙中气体的 电离电位，一般约4000 - 7000K;电压：150-380V，击穿（击穿 电压）；自持放电（燃烧电压）；电流：5-30A 直流电弧的最大优点: 电极头温度高（与其它光源比较），蒸发能力强； 缺点: 放电不稳定，且弧较厚，自吸现象严重，故不适宜用于 高含量定量分析，但可很好地应用于矿石等的定性、半定 量及痕量元素的定量分析。
准确度高： RE5%～10% (一般光源）； <1% (ICP) 实验消耗少：运行成本和维护费用低（相对）
ICP光源校准曲线线性范围宽：可达4-6个数量级
缺点： 常见的非金属元素无法检测；一些金属元素灵敏度低
二、原子发射光谱分析的基本原理
1、原子发射光谱的产生
物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程 获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态跃迁 到低能态或基态时产生发射光谱。 M* M + hv 热能、电能 基态元素M
2.低压交流电弧
低压交流电弧的工作 电压为110－220V，设备简 单，操作安全，应用较多。 低压交流电弧发生器由高 频引弧电路（Ⅰ）和低压 电弧电路（Ⅱ）组成。 交流电弧是介于直流电弧和电火花之间的一种光源，与直 流相比，交流电弧的电极头温度稍低一些，但由于有控制放电 装置，故电弧较稳定。这种电源常用于金属、合金中低含量元 素的定量分析。
时所发射的特征线状光谱的波长及其强度来测定物