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
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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
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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。
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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。
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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
目的：（1） 检测元素的特征谱线——定性 （2）测量谱线的强度——定量。
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。
a. 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生 的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子 发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧 光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。
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b. 分子光谱法：是由 分子中电子能级、振动和转动能级 的 变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫 外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子 荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。
另根据辐射能量传递的方式，光谱方法又可分为发射光谱、 吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱等等。
（2）非光谱分析法： 不涉及光谱的测定，即不涉及能级的跃迁，而主要是利
用电磁辐射与物质的相互作用。引起电磁辐射在方向上的改 变或物理性质的变化，而利用这些改变可以进行分析。如折 射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。
原子失去一个电子成为离子时所需要的能量称为一 级电离电位。离子中的外层电子也能被激发，其所需的 能量即为相应离子的激发电位 。
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基态元素M
热能、电能 E
激发态M*
特征辐射
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处于激发态的原子是十分不稳定的，在极短的时间内 便跃迁至基态或其它较低的能级上。当原子从较高能级跃 迁到基态或其它较低的能级的过程中，将释放出多余的能 量，这种能量是以一定波长的电磁波的形式辐射出去的， 其辐射的能量可用下式表示：
在正常的情况下，原子处于稳定状态，它的能量是最 低的，这种状态称为基态。
当原子受到能量(如热能、电能等)的作用时，原子由 于与高速运动的气态粒子和电子相互碰撞而获得了能量， 使原子中外层的电子从基态跃迁到更高的能级上，处在 这种状态的原子称激发态。
电子从基态跃迁至激发态所需的能量称为激发电位， 当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子核的束 缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。
3．根据所得光谱图进行定性鉴定或定量分析。 由于不同元素的原子结构不同，当被激发后发射光谱线的波长不尽相同，
即每种元素都有其特征的波长，故根据这些元素的特征光谱就可以准确无 误的鉴别元素的存在(定性分析)，而这些光谱线的强度又与试样中该元素 的含量有关，因此又可利用这些谱线的强度来测定元素的含量(定量分析)。
1．把试样在能量的作用下蒸发、原子化（转变成气态原子），并使气态 原子的外层电子激发至高能态。当从较高的能级跃迁到较低的能级时， 原子将释放出多余的能量而发射出特征谱线。这一过程称为蒸发、原子 化和激发，需借助于激发光源来实现。
2．把原子所产生的辐射进行色散分光，按波长顺序记录在感光板上，就 可呈现出有规则的光谱线条，即光谱图。系借助于摄谱仪器的分光和检测 装置来实现。
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3、原子发射光谱定义:
根据物质原子外层电子跃迁所发射的光谱来测定物 质的化学组成（定性定量）的分析方法，称为原子发射 光谱分析法，简称发射光谱分析或光谱分析法。
主要用于元素的分析： 谱线波长（λ）—— 定性分析 谱线强度（I）—— 定量分析
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一、原子光谱分析的基本原理
新型光源： 电感耦合等离子炬、直流等离子体喷焰、 微波+ 浅红
K+ 紫色
Na+
1860Bunson和Kirechhoff设计并制造了第一台光谱分析使
用的分光镜。
1926年，盖尔拉赫提出了“内标法”才为光谱的定量分析
奠定了基础。
第七章原子发射光谱分析法
第七章原子发射光谱分析法
（1）光谱分析方法：
基于测量辐射的波长及强度。这些光谱是由于物质的 原子或分子的特定能级的跃迁所产生的，根据其特征光谱 的波长可进行定性分析；而光谱的强度与物质的含量有关， 可进行定量分析。
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3、光源的种类
由于光谱分析任务的复杂性（如样品的种类不同，状 态的差别和待测元素的激发电位不同等各种情况），要想 使用一种光源满足各种不同的分析要求是困难的，因此， 光谱分析中常用的光源有很多种，且仍在不断地革新发展， 目前，光谱分析中的光源主要有：
火焰光源（最早使用）； 电弧激发光源：直流电弧光 源（DCA)；交流电弧光源（ACA)； 高压火花光源