【华南理工考研 有机化学】仪分实验-实验 13- -原子发射光谱法
原子发射光谱法精讲
3.3.6.3 单道扫描光谱仪
图3-16 单道扫描光谱仪示意图
特点：波长范围宽，但速度慢。
3.3.6.4 全谱直读光谱仪
图3-17 全谱直读等离子体发射光谱仪示意图
特点：克服多道和单道光谱仪缺点，并 且波长稳定。
3.4 干扰及消除方法
光谱干扰（spectral interference） 非光谱干扰（non-spectral interference）
第3章 原子发射光谱法
（Atomic emission spectroscopy，AES）
现代直读ICP-AES仪器
3.1 概论
原子发射光谱法是根据待测元素的激 发态原子所辐射的特征谱线的波长和强度， 对元素进行定性和定量测定的分析方法。
1. 原子发射光谱法过程 光源提供能量使试样蒸发形成气态原子 并激发产生辐射分光形成光谱检测 谱线波长和强度
3.4.2.2 基体效应的抑制 ➢基体效应：由标准样品与试样的基体组成
差别较大引起的测定误差。
➢解决方法： ①尽量采用与试样基体一致的标准样品； ②添加光谱缓冲剂和光谱载体以减小基体效
应。
3.5 光谱分析方法
3..5.1 光谱定性分析 一般多采用摄谱法。
3.5.1.1 元素的分析线与最后线
分析线：进行分析时所使用的谱线。 灵敏线：元素激发能低、强度较大的谱线，
ICP
很高
6000～8000 最好
溶液的定量分析
3.3.2 试样引入激发光源方式 3.3.2.1 溶液试样
气动雾化 形成气溶胶 超声雾化 电热蒸发
图3-9 几种典型的雾化器 a. 同心雾化器；b. 交叉型雾化器； c. 烧结玻璃雾化器；d. Babington雾化器。
原子发射光谱法原理
原子发射光谱法原理原子发射光谱法是一种常用的分析化学方法，它利用原子在高温条件下激发产生的特征光谱来分析物质的成分。
该方法具有灵敏度高、选择性好、分辨率高等优点，被广泛应用于金属材料、环境监测、生物医学等领域。
本文将介绍原子发射光谱法的基本原理及其应用。
首先，我们来了解一下原子发射光谱法的基本原理。
在原子发射光谱法中，样品首先被加热至高温，使得其中的原子处于激发态。
当原子返回基态时，会释放出特定波长的光子，形成特征光谱。
通过检测和分析这些特征光谱，就可以确定样品中各种元素的含量。
这一过程基于原子的能级结构和光谱学原理，因此能够实现对元素的高灵敏度分析。
原子发射光谱法具有很高的灵敏度，这是因为原子在高温条件下能够被有效激发，产生大量的特征光谱。
同时，该方法还具有很好的选择性，不同元素的特征光谱具有明显的区分度，可以准确地识别不同元素。
此外，原子发射光谱法的分辨率也很高，能够实现对元素含量的精确测定。
在实际应用中，原子发射光谱法被广泛应用于金属材料分析领域。
例如，对于钢铁行业来说，原子发射光谱法可以用于快速准确地检测各种合金中的元素含量，保证产品质量。
此外，该方法还可以应用于环境监测，例如对水质中重金属元素的检测。
在生物医学领域，原子发射光谱法也被用于对生物样品中微量元素的分析，为临床诊断提供支持。
总的来说，原子发射光谱法是一种重要的分析化学方法，具有高灵敏度、良好的选择性和高分辨率等优点。
通过对样品中的原子激发特征光谱的检测和分析，可以实现对元素含量的准确测定。
该方法在金属材料、环境监测、生物医学等领域都有着重要的应用价值，为相关领域的研究和生产提供了有力支持。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解原子发射光谱法的原理及其应用。
光学分析法---原子发射光谱法
原子发射光谱分析仪器
光源
原子发射的检测
光源
光源的作用： 提供能量将试样离解为气态原子（原子化），再 进一步使气态原子形成激发态。 光源的要求： 可以提供足够的能量，稳定 光源的种类有很多，常用的有：电弧及高压火花， 电感耦合高频等离子体焰炬，火焰，其他一些光源 如：激光，微波等离子体,直流等离子体，辉光放电 等，需要根据分析的需要进行选择：
赛伯-罗马金公式
lg I = b lg c + lg a I = ac
b
公式中：a与试样的蒸发、 激发过程及试样组成有关； b与试样的含量，谱线的自 吸有关，称为自吸系数 由于自吸现象容易发生在组 分浓度较高时，只是在低浓 度时，lgI和lgc才成线性， 因此光谱定量分析主要适用 于痕量分析
内标法
原子发射的检测
看谱法
摄谱法
光电法
摄谱法
在同一照相底片上，借助哈特曼光阑的作 用，同时得到铁的光谱和其他待测样品的 光谱，底片冲洗后，再使用光谱投影仪或 测微光度计进行定性和定量分析
哈特曼光阑
光谱投影仪
测微光度计
光电法
光电法
光谱定性分析
分析线，灵敏线和最后线 只要检查出某种元素两条以上的灵敏线， 就可判断该元素的存在与否。 须注意自吸现象的影响 用光电直读光谱法可直接确定元素的含 量和存在
直流电弧
样品置于电极头 上，电弧产生高 温激发样品 温度高：4000 7000K，检测灵 敏度高 不稳定，弧光游 移不定，重现性 差，只适用于定 性分析，电极头 温度高，不适用 于低熔点金属
150-380V，5-30A
电极头的形状
一般用固体样品进 行分析，溶液虚线 浓缩为固体样品
交流电弧
稳定性高， 操作安全 可用于定 性和定量 分析 脉冲电弧， 灵敏度较 差
原子发射光谱实验
实验五原子发射光谱实验（一）－－光谱拍摄光波是一种电磁波，令dIλ代表波长在λ到dλλ+之间光的强度，则()dIidλλλ=代表单位波长区间的光强。
()iλ随波长的分布，叫做光谱。
物质的发射光谱有三种：线状光谱、带状光谱及连续光谱。
线状光谱由原子或离子被激发而发射；带状光谱由分子被激发而发射；连续光谱由固体或液体所发射。
本实验主要原子发射光谱。
原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析。
这种方法常用于定性、半定量和定量分析。
在一般情况下，原子发射光谱用于1%以下含量的组份测定，检出限可达百万分之一。
光谱技术不仅是人们认识原子、分子结构的重要手段之一，而且它在现代科学技术的各个领域和国民经济的许多部门获得了广泛应用。
例如在半导体材料科学方面，人们应用一种叫做光热电离光谱的技术，可以检测出材料中亿亿分子一含量（1610-）的杂质原子。
一、实验目的1、了解光谱的基本知识。
2、学会用平面光栅摄谱仪拍摄原子发射光谱。
二、实验原理一般情况下，原子处于基态，通过电致激发、热致激发或光致激发等激发光源作用下，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10-8s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能量的发射可得到一条光谱线。
每种原子都有其特征谱线，根据这个道理，我们通过仪器使分析试样中所含的原子得到激发，然后将产生的光谱分光，使其按波长顺序呈现出有规则的线条记录下来，即称为光谱图，将之与标准谱图对照，由特征谱线是否存在，从而决定出该样品是否含有某种元素，从而完成定性分析。
进一步的分析还可测定所含元素的含量。
三、实验装置原子发射光谱法仪器分为三部分：光源、分光仪和探测器。
1.光源光源使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。
光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。
目前常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花及电感耦合高频等离子体。
原子发射光谱法
試樣之注入 試樣溶液可以經由噴霧器與氬氣混合霧化， 再由圖8-5內軸的石英管將試樣帶入電漿火 炬中；或利用電熱蒸發(electrothermal vaporization)的方式，將液體或固體試樣直 接蒸發，再利用氬氣帶入電漿火炬中進行原 子化與激發。
上之應用。
儀器分析(二版) 梁哲豪 編著
第一節 原子發射光譜法之原理
原子發射光譜法之分析流程（圖8-1）。試 樣經適當前處理後進行原子化與激發，激態 原子自激態能階回到較低能階時，會發射出 紫外光或可見光之譜線，而構成原子之發射 光譜。由於原子中電子之能階是量子化的， 對特定原子而言，其能階間的能量差是特定 值，當原子自不同激態能階回到基態時，可 得到一些特定波長的譜線。
儀器分析(二版) 梁哲豪 編著
儀器 感應偶合電漿原子發射光譜儀（圖8-3）之 主要構造包括：氬氣電漿火炬、單光器或多 色儀、偵測器、及數據處理裝置等。配備多 色儀之同步直讀式ICP-AES之基本構造（圖 8-4）。
儀器分析(二版) 梁哲豪 編著
儀器分析(二版) 梁哲豪 編著
儀器分析(二版) 梁哲豪 編著 儀器分析(二版) 梁哲豪 編著
儀器分析(二版) 梁哲豪 編著
這些氬離子和電子會再與更多的氬氣碰撞， 產生更高的熱量並游離出更多的氬離子，形 成含高濃度氬離子與電子的電漿(plasma)， 其溫度可高達8,000~10,000 K。
霧化試樣由最內層的石英管吸入後進入電漿 中，試樣在電漿的高溫中進行原子化與激發 ，此時氬氣的惰性環境能有效防止原子化過 程中氧化物之生成，避免化學之干擾。來自 氬氣游離產生的電子，則能抑制試樣之游離 反應，降低離子化之干擾。
原子發射光譜法
第一節 第二節 第三節 第四節
原子发射光谱实验
仪器分析原子发射光谱实验【目的】1 掌握原子发射光谱法的基本原理；2 了解原子发射光谱仪的操作，了解数据采集及处理软件的使用；3掌握溶液残渣法分析液体样品和用固体粉末法分析固体样品；4 掌握电感耦合等离子体发射光谱仪的工作原理，了解头发样品的消解处理过程，学习电感耦合等离子体发射光谱法测头发中的几种微量元素。
【原理】原子发射光谱法是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征光谱线，依据特征光谱线的波长和强度确定物质的元素种类及其含量而进行元素的定性与定量分析的方法。
原子发射光谱法的仪器主要分为两大部分：光源与光谱仪。
光谱仪中包括分光系统和检测系统。
光源的作用是提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发，产生发射光谱。
光源的特性在很大程度上影响分析方法的灵敏度、准确度及精密度。
理想的光源应满足高灵敏度、高稳定性、背景小、线性范围宽、结构简单、操作方便、使用安全等要求。
目前可用的激发光源有火焰、电弧、火花、等离子体、辉光、激光光源等。
直流电弧光源是通过两个电极（上电极和下电极）间产生的电弧，将下电极上的样品蒸发、原子化、激发。
直流电弧设备简单，电极温度较高，蒸发能力强，灵敏度高，但电弧温度较低，激发能力差，因此适用于易激发、熔点较高的元素的定性分析。
由于其产生的谱线容易发生自吸和自蚀，故不适于高含量元素的分析。
而且直流电弧的稳定性较差，不适于定量分析。
交流电弧电流具有脉冲性，其电流密度比直流电弧大，弧温较高，激发能力较强，甚至可产生一些离子线。
但交流电弧放电的间歇性使电极温度比直流电弧略低，因而蒸发能力较差，适用于金属和合金中低含量元素的分析。
由于交流电弧的电极上无高温斑点，温度分布较均匀，蒸发和激发的稳定性比直流电弧好，分析的精密度较高，有利于定量分析。
电感耦合高频等离子体（ICP）是二十世纪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、中性原子和分子所组成，其正负电荷密度几乎相等。
《原子发射光谱分析》课件
食品安全
原子发射光谱分析可用于食 品中微元素的检测，确保 食品安全和质量。
发展历程和趋势
历史
原子发射光谱分析起源于19世纪，经过多年的发展 和改进，成为现代化的分析技术。
未来
随着技术的进步，原子发射光谱分析将在元素分析 领域发挥更重要的作用，实现更高的灵敏度和准确 性。
总结和结束语
通过本课件的学习，您了解了《原子发射光谱分析》的重要性和原理，以及 其在化学分析、环境监测和食品安全等领域的应用。随着技术的不断发展， 原子发射光谱分析将在未来产生更大的应用前景。
3
样品进样
将样品注入原子发射光谱仪中，加热或
光谱分析
4
电离样品以激发原子。
测量样品发射的特定波长光线，并根据 光谱曲线确定元素含量。
技术应用场景和优势
化学分析
原子发射光谱分析被广泛应 用于化学分析领域，用于分 析金属元素的含量。
环境监测
该技术可用于检测土壤、水 体和大气中的污染物，为环 境保护提供重要数据。
《原子发射光谱分析》 PPT课件
本课件将介绍《原子发射光谱分析》的重要性、原理和实验过程，并展示该 技术的应用场景、优势以及发展历程和趋势，最后进行总结和结束。
什么是原子发射光谱分析?
原子发射光谱分析是一种用于分析物质元素组成的重要技术。通过激发样品 中的原子，测量其发射的特定波长光线，可以确定样品中各种元素的含量。
原理和原理说明
原子发射光谱分析基于原子在能级跃迁时释放特定的光线的原理。通过将样品加热或电离，使其原子激发到高 能级并发射光线，测量光线的波长和强度来分析元素含量。
实验过程和图示
1
样品准备
将待测样品制备成适合分析的形式，如
光谱仪设置
仪分实验AES
3. 原子发射光谱法的半定量分析（摄谱法）
谱线强度（黑度）比较法
I = AC
b
H = I t
标样-1：0.001% 标样-2：0.003% 标样-3：0.01% 标样-4：0.03% 标样-5：0.1% 未知样-1 未知样-2
2833.1
Pb
9
S log H log H i log H i
• 将试样与已知不同含量的系列标
• •
准样品在一定条件下摄谱于同一 光谱感光板上。 在光谱投影仪上用目视法直接比 较被测试样与标样光谱中分析线 黑度。 根据黑度，估计欲测元素的近似 含量。
4.原子发射光谱法的定量分析（光电法）
定量分析的基本关系式：
I = AC
求对数，得：
b
log I = b log C + log A
光谱定性分析的相对灵敏度
元 素 C、Se As、Ge、Ir、Os、Sm、Te、Th、U、W Au、B、Bi、Co、Dy、Er、Eu、Hg、Gd、Ho、La、 Mn、Mo、Nb、 P、Pb、Pr、Pt、Rb、Rn、Ru、S、 Sb、Sn、Si、Ta、Tb、Ti、Tl、V、Zn、Zr Al、Cd、Cr、Cs、F、Fe、Ga、Ge、In、Mg、Ni、Pb、 Sc、Y、Yb Ag、Be、Cu、Ba、Sr、Ca Cs、K、Li、Na、Rb 相对灵敏度(%) 1~10-1 10-1~ 10-2 10-2~ 10-3
1. 摄谱前的准备 (1) 熟悉AES的方法原理与仪器的使用方法
(2) 安装光谱干板到暗盒
在暗室里，将干板盒里的干板取出，小心辨认干板的乳剂 面，乳剂面朝下装入暗盒，用手指查摸干板四周，放妥后 盖上暗盒后盖，旋紧盖钮，检查暗盒挡板是否严密。把暗 盒装在摄谱仪上。
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二.原子发射谱线强度与试样中元素浓度的关系
Ei
1. 谱线强度及其影响因素
谱线强度的基本公式:
Ii =[ gi/g0 e-Ei/kTAihυi (1-)k/ ] C E0
gi 、g0—激发态和基态的统计权重
Ei —激发电位 K — Boltzmann常数
以证实试样中含有该元素。
❖ 否则不含有该元素。
B.标准铁光谱图比较法 标准铁光谱图（一级）
Cr 5
12.3
❖ 2300~3500埃/15张，80埃/张。 ❖ 以铁光谱作为波长标尺。 ❖ 标有68种元素的480多条特征谱线。
Li
5
47.3
❖ 上标：谱线的强度级（1~10级）。 ❖ 下标：原子线(Ⅰ)与离子线(Ⅱ→ +、 Ⅲ→ 2+、Ⅳ→ 3+ )。 ❖ 底标：波长十位后尾数，12.3→2712.3埃、47.3→ 2747.3埃。
S log H log Hi
log H i
感光板γ：0.4~1.8
定量分析:采用γ较高的感光板---紫外 型感光板。
定性分析:采用Hi较小即灵敏度较高的 感光板---紫外型感光板。
i
i0
雾翳
γ =S/ log H
感光板的反衬 度(对比度)
γ
Hi---为感光板的惰延量
B. 光电直读光谱仪的类型
Au、B、Bi、Co、Dy、Er、Eu、Hg、Gd、Ho、La、 Mn、Mo、Nb、 P、Pb、Pr、Pt、Rb、Rn、Ru、S、 Sb、Sn、Si、Ta、Tb、Ti、Tl、V、Zn、Zr
Al、Cd、Cr、Cs、F、Fe、Ga、Ge、In、Mg、Ni、 Pb、Sc、Y、Yb
Ag、Be、Cu、Ba、Sr、Ca
Cs、K、Li、Na、Rb
相对灵敏度(%) 1~10-1
10-1~ 10-2 10-2~ 10-3
10-3~ 10-4
10-4~ 10-5 10-5~ 10-6
2.定性分析的方法(摄谱法)
A．标准样品与试样光谱比较法
❖ 用标准样品与试样在相同的条件下摄谱。 ❖ 比较标准样品与试样所出现的特征谱线。 ❖ 若试样光谱中出现标准样品所含元素的2~3条特征谱线，就可
T
—温度K
Ai —蒸发出的原子数 K —蒸发速率常数
—逸出速率常数
C —试样中浓度
—电离度
当以上的影响因素恒定时：
Ii =[ A] C
2. 谱线的自吸与自蚀
A. 自吸
I = I0e-ad
I0 为弧焰中心发射的谱线 强度;
a 为吸收系数; B. 自d蚀为弧层厚度
在谱线上，常用r表示自吸，R表示自蚀。在共振线上，自吸严 重时谱线变宽， 称为共振变宽。
C. 谱线的强度级（1~10级）
等级 1 2 3 4 5 6 7
8
含量 10 10~3 3~1 1~ 0.3~0. 0.1~0. 0.03~0. 0.01~
%
0.3 1 03 01 0.003
9
10
0.003~ 0.001
0.001
谱线消失法：随元素含量减少，低级谱线消失
真空紫外直读光谱仪：170~340nm 氦气、氮气保护 测定C、S、P etc
非真空直读光谱仪：200~900nm
❖ 扫描型直读光谱仪
C：全谱直读ICP-OES光谱仪
波长
O
A
转动光栅扫描
、 五 AES的定性定量分析方法
1.定性分析的基本原理(摄谱法、光电法)
n
i
hC
n
i 1
Ei
i 1
m
n
ji m
玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂(AgBr+明胶+增感剂)
感光：
显影： 对苯二酚
（海德洛）
2AgX+2hυ→
OH
Ag(O形成潜影中心)+X2
+2AgBr
+ Ag + 2MBr
OH
对甲氨基苯酚 HO （米吐尔）
+2AgBr NHCH3
定影： AgBr +Na2S2O3 → NaAgS2O3 硫代硫酸钠（海波）
厦门大学精品课程 仪器分析(含实验)
《仪器分析实验》
实验13 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectroscopy
For Short：AES
第一部分 基本原理
一. 原子发射光谱的产生
E3 电能、热能、
光能等激发气态 E2 基态原子、离子
的核外电子受激 跃迁至高能态。
E1
气态、激发态原子、离子的 核外电子，迅速回到低能态时以 光辐射的形式释放能量。原子发 射光谱
B. 电感耦合等离子体 ICP（Inductively coupled plasma）
三、 单色器(摄谱仪)
A. 平面光栅摄谱仪的色散系统
平面光栅衍射的线色散率、分辨率、聚光本领
四、 检测器
A. 摄谱法 ⑴ 摄谱步骤 ⑵ 感光板
❖安装感光板在摄谱仪的焦面上 ❖激发试样，产生光谱而感光 ❖显影，定影，制成谱板 ❖特征波长，定性分析 ❖特征波长下的谱线强度，定量分析
O
O
+ 2Ag+2HBr
NCH3
Na3Ag(S2O3)2 Na5Ag3(S2O3)4
⑶ 感光板乳剂特性曲线
A．曝光量(H) 与照度(E)的关系
B. 黑度(S)
t
H S
0 Edt
log
Edt i0
i
i0 未曝光部分的透光强度
i 曝光部分的透光强度
C．黑度(S)与曝光量(H) 的关系
黑度(S)与曝光量(H) 的关系 难以用一般的数学公式描述。
考虑到自吸作用的影响时：
Ii =[ A] C b
第二部分 原子发射光谱仪
一、原子发射光谱法的分析过程
激发源(光源 )
单色器
检测器
数据处理与显示
二、 激发源(光源)
A. 低压交流电弧
10KV 4000~7000K
高频高压引火线路
2.5~3KV A 低频低压燃弧线路
220V 50Hz
电极放电较稳定 特点与应用 适用于矿物、低含量金属的测定、只能测定固体粉末。
hC
n
j 1 i 1
E ji
j 1 i 1
原子的核外电子能级不同时，跃迁产生不同波长的光谱线， 通过检测特征光谱线存在否，确证某元素可否存在。
一般利用2~3根原子线、离子线的第一共振线、最灵敏线、 最后线、分析线进行定性分析。
光谱定性分析的相对灵敏度
元
素
C、Se
As、Ge、Ir、Os、Sm、Te、Th、U、W
(寿命小于10-8s)
hi
E0ห้องสมุดไป่ตู้
1. 激发电位 2. 共振线、第一共振线 3. 最灵敏线、最后线、分析线
4.原子线(Ⅰ)：M* M (I); 离子线(Ⅱ,Ⅲ) ：M* + M + (Ⅱ) M*2+ M2+ (Ⅲ)
能级图
把原子中所可能存在的 光谱项--能级及能级跃迁用 平面图解的形式表示出来, 称为能级图。