仪器分析原子发射光谱仪(精)
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大学《仪器分析》课件：第3章 原子光谱
10
例：钠原子，一个外层电子， S =1/2；因此： 2S +1 = 2；双重线； 碱土金属：两个外层电子， 自旋方向相同时， S =1/2 + 1/2 =1， M = 3；三重线； 自旋方向相反时， S =1/2 － 1/2 =0， M = 1；单重线；
11
一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产生的， 可用两个光谱项符号表示这种跃迁或跃迁谱线：
第3章 原子光谱法基础
原子发射光谱法--依据每种化学元素的 原子或离子在热激发或电激发下，发射 特征的电磁辐射，进行元素定性、定量 分析的方法。 它是光学分析中产生与发展最早的一种 分析方法
1
❖ 原子发射光谱法包括三个主要的过程: 1.由光源提供能量使试样蒸发，形成气态原子，并进一步
使气态原子激发而产生光辐射；
14
四、谱线的自吸与自蚀
❖ 自吸：中心发射的辐射被 边缘的同种基态原子吸收， 使辐射强度降低的现象。
❖ 元素浓度低时，不出现自 吸。随浓度增加，自吸越 严重，当达到一定值时， 谱线中心完全吸收，如同 出现两条线，这种现象称 为自蚀。
❖ 基态原子对共振线的吸收 最严重。
15
第三节 原子发射光谱仪
❖ 光源、分光仪和检测器
的谱线，III表示二次电离离子发射的谱线。
3
二、能级与能级图
➢ 能级：电子在稳定状态所具有的能量称为能级。 ➢ 能级图：把原子系统内所有可能存在的能量为
零，高于基态的所有能量状态为激发态。
➢ 原子的能级通常用光谱项符号表示：n2S+1Lj n：主量子数；M(2S+1)：谱线多重性符号； L：总角量子数； j：内量子数
例 钠原子的双重线 Na 588.996nm ; 32S1/ 2 — 32P3/ 2； Na 589.593nm ; 32S1/ 2 — 32P1/ 2；
例：钠原子，一个外层电子， S =1/2；因此： 2S +1 = 2；双重线； 碱土金属：两个外层电子， 自旋方向相同时， S =1/2 + 1/2 =1， M = 3；三重线； 自旋方向相反时， S =1/2 － 1/2 =0， M = 1；单重线；
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一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产生的， 可用两个光谱项符号表示这种跃迁或跃迁谱线：
第3章 原子光谱法基础
原子发射光谱法--依据每种化学元素的 原子或离子在热激发或电激发下，发射 特征的电磁辐射，进行元素定性、定量 分析的方法。 它是光学分析中产生与发展最早的一种 分析方法
1
❖ 原子发射光谱法包括三个主要的过程: 1.由光源提供能量使试样蒸发，形成气态原子，并进一步
使气态原子激发而产生光辐射；
14
四、谱线的自吸与自蚀
❖ 自吸：中心发射的辐射被 边缘的同种基态原子吸收， 使辐射强度降低的现象。
❖ 元素浓度低时，不出现自 吸。随浓度增加，自吸越 严重，当达到一定值时， 谱线中心完全吸收，如同 出现两条线，这种现象称 为自蚀。
❖ 基态原子对共振线的吸收 最严重。
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第三节 原子发射光谱仪
❖ 光源、分光仪和检测器
的谱线，III表示二次电离离子发射的谱线。
3
二、能级与能级图
➢ 能级：电子在稳定状态所具有的能量称为能级。 ➢ 能级图：把原子系统内所有可能存在的能量为
零，高于基态的所有能量状态为激发态。
➢ 原子的能级通常用光谱项符号表示：n2S+1Lj n：主量子数；M(2S+1)：谱线多重性符号； L：总角量子数； j：内量子数
例 钠原子的双重线 Na 588.996nm ; 32S1/ 2 — 32P3/ 2； Na 589.593nm ; 32S1/ 2 — 32P1/ 2；
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。
(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。
清华大学化学系2 仪器分析-发射光谱
1、火焰光源
2、电弧光源 分为直流光源和交流光源两种
（1）直流光源 L 阳极
220V E DC < 30A
V R A
G
阴极
分析特性 •电极温度高，弧焰中心温度为 5000-7000， 有利于试 样的蒸发 •除石墨电极产生的氰带光谱外，背景比较浅 •电弧在电极表面无常游动，且有分馏效应，重现性比 较差 •谱线容易发生自吸收现象
4、基体效应 基体效应指试样组成对谱线强度的影响。这种影 响主要发生在试样的蒸发和激发过程中。 （1）光源蒸发温度与试样成分有关 基体含大量低沸点物质——电极由低沸点物质控制， 蒸发温度低 基体含大量高沸点物质——电极由高沸点物质控制， 蒸发温度高 基体含不同沸点物质—— 出现不同的蒸发顺序，影 响谱线强度 （2）光源激发温度与试样主体成分的电离电位有关 电离电位越高，光源激发温度越高，影响谱线 强度。
S为总自旋量子数，多个价电子的总自旋量 子数是单个价电子自旋量子数的矢量和，取值为：
1 3 0, , 1, , 2,......... 2 2
J为内量子数，是原子的各价电子总轨道角动量L与 总自旋角动量S相耦合得出的，取值为：
J ( L S ), ( L S 1), ( L S 2),...... L S
冷却气（10-19 l/min） 辅助气（0-1 l/min） 气溶胶 载气（0.5-3.5 l/min）
ICP的工作原理：
当有高频电流通过线圈时，产生轴向磁场， 这时若用高频点火装置产生火花，形成的载流子（ 离子与电子）在电磁场作用下，与原子碰撞并使之 电离，形成更多的载流子，当载流子多到足以使气 体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上 就会感生出流经闭合圆形路径的涡流，强大的电流 产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度 可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦 合给等离子体，并维持等离子炬。当载气载带试样 气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000-7000K ，并被原子化和激发产生发射光谱。
仪器分析笔记 《原子发射光谱分析》
第三章原子发射光谱分析§3.1 光化学分析法概述3.1.1 光化学分析法概述1、光学分析法的分类光学分析法分为光谱法和非光谱法两类。
✓光谱法：基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。
✓非光谱法：不涉及物质内部能级的跃迁，是基于物质与辐射相互作用时，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法（即测量辐射的这些性质）。
属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。
2、电磁波谱电磁辐射按照波长（或频率、波数、能量）大小的顺序排列就得到电磁波谱。
表3-1-1 各光谱区的光谱分析方法3、各种光分析法简介A、发射光谱法∙γ射线光谱法∙x射线荧光分析法∙ 原子发射光谱分析 ∙ 原子荧光分析法 ∙ 分子荧光分析法 ∙ 分子磷光分析法 ∙ 化学发光分析 B 、吸收光谱法 ∙ 莫斯堡谱法∙ 紫外可见分光光度法 ∙ 原子吸收光谱法 ∙ 红外光谱法∙ 顺磁共振波谱法 ∙ 核磁共振波谱法 C 、散射∙ Roman 散射4、原子发射光谱分析法的特点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：10～0.1μg ⋅g -1(一般光源)；ng ⋅g -1(ICP ） ⑤准确度较高：5%～10% (一般光源）； <1% (ICP)；⑥ICP-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； ⑦非金属元素不能检测或灵敏度低。
3.1.2 原子光谱与原子光谱分析法直接相关的原子光谱理论，主要指原子光谱的产生和谱线强度理论，这就是光谱定性、定量分析的理论依据。
1、原子光谱的产生量子力学认为，原子光谱的产生，是原子发生能级跃迁的结果，而跃迁几率的大小则影响谱线的强度，并决定了跃迁规则。
仪器分析 第7章 原子发射光谱分析
摄谱法原理 ⑴ 摄谱步骤
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
⑵ 感光板 玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂(AgBr+明胶+增感剂) 感光：
2AgX+2hυ→ Ag(形成潜影中心)+X2
OH
O
显影： 对苯二酚
乳剂特性曲线：
感光板的反衬度
以黑度S与曝光量的对数lgH作图 在正常曝光部分：
γ
S lg H lg H i lg H i
α
乳 剂 特 性 曲 线
S lg( It ) i
Hi为感光板的惰延量
谱线黑度与辐射强度的关系：
S lg( It ) i
定量分析中，更主要是采用 内标法，测量分析线对的相 对强度
磁辐射，通过测定其波长或强度进行分析的方法
不涉及能级跃迁，物质与辐射作用，使其传播方 向等物理性质发生变化，利用这些改变进行分析 的方法
光分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 旋 光 法
X 射 线 荧 光 光 谱
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
e. 波长尽可能靠近
（3） 摄谱法中的内标法基本关系式
• 摄谱法中谱线黑度S与辐射强度、浓度、曝光时间 、感光板的乳剂性质及显影条件有关，固定其他 条件不变，则感光板上谱线的黑度仅与照射在感 光板上的辐射强度有关
i0 S lg i
i0 未曝光部分的透光强度 i 曝光部分的透光强度
第七章 原子发射光谱分析
1 、电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、不需要 任何物质作为传播媒介的一种能量1Βιβλιοθήκη 仪器分析-原子发射光谱分析
2、电磁辐射的性质：具有波、粒二象性
（1)波动性
（2)粒子性
c
E h h
c
c：光速；：波长；ν：频率；E ：能量； h：普朗克常数 （6.6262×10-34 J ·s） 3、电磁波谱：电磁辐射按波长的顺序排列
3．光谱法与非光谱法的区别：
光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁 非光谱法：内部能级不发生变化 仅测定电磁辐射性质改变
6
仪器分析-原子发射光谱分析
§ 7-2 原子发射光谱分析的基本原理
一、定义 根据待测物质的气态原子或离子受激发后所发射的
31
仪器分析-原子发射光谱分析
三、摄谱法的观测设备
1、光谱投影仪（映谱仪）——放大投影谱片 光谱定性分析，一般放大倍数为20倍 2、测微光度计（黑度计）——测量感光板上所记录的谱线的 黑度，用于光谱定量分析
(1)感光板
玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂 （AgBr+明胶+增感剂）。
激发态
基态
光
（3）散射：丁铎尔散射、拉曼散射 （4）折射和反射 （5）干涉和衍射 根据特征光谱的波长可进行定 性分析；根据光谱峰的强弱与 物质含量的关系进行定量分析。
4
仪器分析-原子发射光谱分析
三、光学分析法分类
1、光谱法：
光谱法与非光谱法
利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而 产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的 定性、定量分析方法。
2、电磁辐射的性质：具有波、粒二象性
（1)波动性
（2)粒子性
c
E h h
c
c：光速；：波长；ν：频率；E ：能量； h：普朗克常数 （6.6262×10-34 J ·s） 3、电磁波谱：电磁辐射按波长的顺序排列
3．光谱法与非光谱法的区别：
光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁 非光谱法：内部能级不发生变化 仅测定电磁辐射性质改变
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仪器分析-原子发射光谱分析
§ 7-2 原子发射光谱分析的基本原理
一、定义 根据待测物质的气态原子或离子受激发后所发射的
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仪器分析-原子发射光谱分析
三、摄谱法的观测设备
1、光谱投影仪（映谱仪）——放大投影谱片 光谱定性分析，一般放大倍数为20倍 2、测微光度计（黑度计）——测量感光板上所记录的谱线的 黑度，用于光谱定量分析
(1)感光板
玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂 （AgBr+明胶+增感剂）。
激发态
基态
光
（3）散射：丁铎尔散射、拉曼散射 （4）折射和反射 （5）干涉和衍射 根据特征光谱的波长可进行定 性分析；根据光谱峰的强弱与 物质含量的关系进行定量分析。
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仪器分析-原子发射光谱分析
三、光学分析法分类
1、光谱法：
光谱法与非光谱法
利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而 产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的 定性、定量分析方法。
《现代仪器分析教学》3.原子发射光谱分析法
整理课件
2、光谱定量分析
(1) 发射光谱定量分析的基本关系式
在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为： I=ac
a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱 中存在着自吸现象，需要引入自吸常数 b ，则：
I acb
（自吸：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整理）课件
3.激发电位：原子中的电子从基态跃迁至激发态所需的 能量称为激发电位。
整理课件
4、原子发射光谱的产生：气态原子或离子的核外层电 子当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发 态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速回 到低能态时，就要释放出能量，若以电磁辐射的形式
释放能量，即得到原子发射光谱。
（quantitative spectrometric analysis）
1.光谱半定量分析
与目视比色法相似；测量试样中元素的大致浓度范 围；
谱线强度比较法：将被测元素配制成质量分数分别 为1%,0.1%,0.01%,0.001%四个标准。将配好的标样 与试样同时摄谱，并控制相同条件。在摄得的谱线 上查出试样中被测元素的灵敏线，根据被测元素的 灵敏线的黑度和标准试样中该谱线的黑度，用目视 进行比较。
2）光栅摄谱仪
光栅摄谱仪采用衍射光栅代替棱镜作为色散元件。 特点：适用波长范围广，色散和分辨能力大
整理课件
3.4 发射光谱分析的应用
3.4.1 光谱定性分析
1、定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同 →特征光谱 2、定性分析基本概念 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：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的 谱线；
2、光谱定量分析
(1) 发射光谱定量分析的基本关系式
在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为： I=ac
a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱 中存在着自吸现象，需要引入自吸常数 b ，则：
I acb
（自吸：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整理）课件
3.激发电位：原子中的电子从基态跃迁至激发态所需的 能量称为激发电位。
整理课件
4、原子发射光谱的产生：气态原子或离子的核外层电 子当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发 态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速回 到低能态时，就要释放出能量，若以电磁辐射的形式
释放能量，即得到原子发射光谱。
（quantitative spectrometric analysis）
1.光谱半定量分析
与目视比色法相似；测量试样中元素的大致浓度范 围；
谱线强度比较法：将被测元素配制成质量分数分别 为1%,0.1%,0.01%,0.001%四个标准。将配好的标样 与试样同时摄谱，并控制相同条件。在摄得的谱线 上查出试样中被测元素的灵敏线，根据被测元素的 灵敏线的黑度和标准试样中该谱线的黑度，用目视 进行比较。
2）光栅摄谱仪
光栅摄谱仪采用衍射光栅代替棱镜作为色散元件。 特点：适用波长范围广，色散和分辨能力大
整理课件
3.4 发射光谱分析的应用
3.4.1 光谱定性分析
1、定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同 →特征光谱 2、定性分析基本概念 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：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的 谱线；
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18:02:15
特点
（1）电弧温度高（6000-8000 K） 激发能力强
（2）电极头温度稍低
蒸发能力稍低
（3）电弧稳定性好，使分析重现性好 适用于定量分析
18:02:15
2.高压火花
(high voltage spark)
（1）交流电压经变压器T后，产生10～25 kV的 高压，然后通过扼流圈D向电容器C充电，达到G的 击穿电压时，通过电感L向G放电，产生振荡性的火 花放电；
18:02:15
例如，激光微探针
（二）激发光源
电光源
补充相关知识
在电光源中，两个电极之间是空气（或其它 气体）。放电是在有气体的电极之间发生。 由于在常压下，空气几乎没有电子或离子， 不能导电，所以要借助于外界的力量，才能使气 体产生离子变成导体。
使气体电离的方法有：
紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子 碰撞以及金属灼热时发射电子等。 当气体电离后，还需在电极间加以足够的电 压，才能维持放电。
（2）转动续断器M， 2, 3为钨电极，每转动 180度，对接一次，转 动频率(50转/s)，接通 100次/s，保证每半周 电流最大值瞬间放电 一次；
18:02:15
特点
（1）放电瞬间能量很大，温度高达10000K以上 激发能力强 （2）放电间隔长，使得电极头温度低(约1500k) 蒸发能力稍低，适于低熔点金属与合金的分析 （3）稳定性好，重现性好 适用定量分析
光源的作用：为试样的气化、解
离、原子化和激发提供能量
(一) 激发方式
（1）热激发 当物质处于高温状态时，就会变成 一种等离子状态，在这种状态下，气态的分子、 原子、离子及电子等粒子，因高温而产生快速的 热运动，碰撞中进行能量交换。 （2）电激发 带电粒子在电场作用下，受到吸引力 而加速，运动过程中与原子发生碰撞而将其动能传 给原子。 （3）光激发
缺点：
（1）灵敏度较差，但可做较高含量的分析； （2）噪音较大；
18:02:15
18:02:15
18:02:15
3.电感耦合等离子体光源
ICP ，Inductively Coupled Plasma
“等离子体”概念
等离子态是物质存在的第四种形态。导电
气体，电子可自由运动，总体呈电中性。 含一定重量的带电粒子，动力学行为受电 磁力支配，电子和正离子浓度处于平衡状 态的气体称等离子体。
18:02:15
（2）低压交流电弧
(low voltage alternating current arc) 工作电压：110～220 V 采用高频引燃装置点燃电弧，在每一交流半周时 引燃一次，保持电弧不灭； 注意：交流电的脉冲性
18:02:15
工作原理
（1）接通电源，由变压器B1升压至2.5～3 kV， 电容器C1充电；达到一定值时，放电盘G1击穿； G1-C1-L1构成振荡回路，产生高频振荡； （2）振荡电压经B2的次级线圈升压到10 kV， 通过电容器C2将电极间隙G的空气击穿，产生高频 振荡放电； （3）当G被击穿时，电源的低压部分沿着已造 成的电离气体通道，通过G进行电弧放电； （4）在放电的短暂瞬间，电压降低直至电弧熄 灭，在下半周高频再次点燃，重复进行；
使电极间击穿而发生自持放电的最小电压称 为“击穿电压”。
18:02:15
要使空气中通过电流，必须要有很高的电压， 在1 atm 压力下，若使1 mm的间隙中发生放电，必 须具有3300 V的电压。 如果电极间采用低压（220 V）供电，为了 使电极间持续地放电，必须采用其它方法使电极 间的气体电离。通常使用一个小功率的高频振荡 放电器使气体电离，称为“引燃”。 注意：气体中通过电流时，电极间的电压和电流 的关系不遵循欧姆定律。
18:02:15
通常，当电极间的电压增大，电流也随之增 大，当电极间的电压增大到某一定值时，电流突 然增大到差不多只受外电路中电阻的限制，即电 极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿。 在电极间的气体被击穿后，即使没有外界电 离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种 放电称为自持放电。 光谱分析用的电光源（电弧和点火花），都 属于自持放电类型。
电极
电极材料：采用光谱纯的碳或石墨，特殊情况采用 铜电极； 电极：直径约6mm，长3～4 cm； 试样槽：直径约3～4 mm，
深3～6 mm；
试样量：10 ～20 mg ； 放电时，碳+氮产生氰 (CN)， 氰分子在358.4～ 421.6 nm产生 带状光谱，干扰其他元素出现 在该区域的光谱线，需要该区 域时，可采用铜电极，但灵敏 度低。
第四节
原子发射光谱仪
atom emission spectrometer
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一.仪器类型
types of AES
原子发射光谱分析仪器的类型有多种，如： 火焰发射光谱、微波等离子体光谱仪、电感耦 合等离子体光谱仪等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
AES仪的组成
激发光源
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分光系统
检测系统
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二.光源
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发射光谱的产生
电弧点燃后，热电子流高速通过分析间隔冲击阳 极，产生高热(产生阳极斑），试样蒸发并原子化， 电子与原子碰撞电离出正离子冲向阴极。电子、原 子、离子间的相互碰撞，使原子跃迁到激发态，返 回基态时发射出该原子的光谱。 电极头温度：3800 K 弧焰温度：4000～7000 K ，可使约70多种元素激发； 特点：绝对灵敏度高，背景小，适合定性分析； 缺点： 弧光不稳，再现性差；不适合定量分析。
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电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）
电感偶合等离子体光源基本构造
ICP仪器采用 高频电流（10 千Hz）产生高 频磁场从而诱 导产生感应电 流 包括：高频发 生器、等离子 炬管、雾化器 （气动雾化、 超声波雾化）
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1.电弧
（1）直流电弧 (direct current arc) 电压150 ～380 V，电流5～30 A； 两支石墨电极，试样放置在下电极的凹槽内； 使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通 电，电极尖端被烧热（阳极斑），点燃电弧，再使 电极相距4 ～ 6 mm；
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特点
（1）电弧温度高（6000-8000 K） 激发能力强
（2）电极头温度稍低
蒸发能力稍低
（3）电弧稳定性好，使分析重现性好 适用于定量分析
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2.高压火花
(high voltage spark)
（1）交流电压经变压器T后，产生10～25 kV的 高压，然后通过扼流圈D向电容器C充电，达到G的 击穿电压时，通过电感L向G放电，产生振荡性的火 花放电；
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例如，激光微探针
（二）激发光源
电光源
补充相关知识
在电光源中，两个电极之间是空气（或其它 气体）。放电是在有气体的电极之间发生。 由于在常压下，空气几乎没有电子或离子， 不能导电，所以要借助于外界的力量，才能使气 体产生离子变成导体。
使气体电离的方法有：
紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子 碰撞以及金属灼热时发射电子等。 当气体电离后，还需在电极间加以足够的电 压，才能维持放电。
（2）转动续断器M， 2, 3为钨电极，每转动 180度，对接一次，转 动频率(50转/s)，接通 100次/s，保证每半周 电流最大值瞬间放电 一次；
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特点
（1）放电瞬间能量很大，温度高达10000K以上 激发能力强 （2）放电间隔长，使得电极头温度低(约1500k) 蒸发能力稍低，适于低熔点金属与合金的分析 （3）稳定性好，重现性好 适用定量分析
光源的作用：为试样的气化、解
离、原子化和激发提供能量
(一) 激发方式
（1）热激发 当物质处于高温状态时，就会变成 一种等离子状态，在这种状态下，气态的分子、 原子、离子及电子等粒子，因高温而产生快速的 热运动，碰撞中进行能量交换。 （2）电激发 带电粒子在电场作用下，受到吸引力 而加速，运动过程中与原子发生碰撞而将其动能传 给原子。 （3）光激发
缺点：
（1）灵敏度较差，但可做较高含量的分析； （2）噪音较大；
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3.电感耦合等离子体光源
ICP ，Inductively Coupled Plasma
“等离子体”概念
等离子态是物质存在的第四种形态。导电
气体，电子可自由运动，总体呈电中性。 含一定重量的带电粒子，动力学行为受电 磁力支配，电子和正离子浓度处于平衡状 态的气体称等离子体。
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（2）低压交流电弧
(low voltage alternating current arc) 工作电压：110～220 V 采用高频引燃装置点燃电弧，在每一交流半周时 引燃一次，保持电弧不灭； 注意：交流电的脉冲性
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工作原理
（1）接通电源，由变压器B1升压至2.5～3 kV， 电容器C1充电；达到一定值时，放电盘G1击穿； G1-C1-L1构成振荡回路，产生高频振荡； （2）振荡电压经B2的次级线圈升压到10 kV， 通过电容器C2将电极间隙G的空气击穿，产生高频 振荡放电； （3）当G被击穿时，电源的低压部分沿着已造 成的电离气体通道，通过G进行电弧放电； （4）在放电的短暂瞬间，电压降低直至电弧熄 灭，在下半周高频再次点燃，重复进行；
使电极间击穿而发生自持放电的最小电压称 为“击穿电压”。
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要使空气中通过电流，必须要有很高的电压， 在1 atm 压力下，若使1 mm的间隙中发生放电，必 须具有3300 V的电压。 如果电极间采用低压（220 V）供电，为了 使电极间持续地放电，必须采用其它方法使电极 间的气体电离。通常使用一个小功率的高频振荡 放电器使气体电离，称为“引燃”。 注意：气体中通过电流时，电极间的电压和电流 的关系不遵循欧姆定律。
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通常，当电极间的电压增大，电流也随之增 大，当电极间的电压增大到某一定值时，电流突 然增大到差不多只受外电路中电阻的限制，即电 极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿。 在电极间的气体被击穿后，即使没有外界电 离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种 放电称为自持放电。 光谱分析用的电光源（电弧和点火花），都 属于自持放电类型。
电极
电极材料：采用光谱纯的碳或石墨，特殊情况采用 铜电极； 电极：直径约6mm，长3～4 cm； 试样槽：直径约3～4 mm，
深3～6 mm；
试样量：10 ～20 mg ； 放电时，碳+氮产生氰 (CN)， 氰分子在358.4～ 421.6 nm产生 带状光谱，干扰其他元素出现 在该区域的光谱线，需要该区 域时，可采用铜电极，但灵敏 度低。
第四节
原子发射光谱仪
atom emission spectrometer
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一.仪器类型
types of AES
原子发射光谱分析仪器的类型有多种，如： 火焰发射光谱、微波等离子体光谱仪、电感耦 合等离子体光谱仪等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
AES仪的组成
激发光源
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分光系统
检测系统
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二.光源
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发射光谱的产生
电弧点燃后，热电子流高速通过分析间隔冲击阳 极，产生高热(产生阳极斑），试样蒸发并原子化， 电子与原子碰撞电离出正离子冲向阴极。电子、原 子、离子间的相互碰撞，使原子跃迁到激发态，返 回基态时发射出该原子的光谱。 电极头温度：3800 K 弧焰温度：4000～7000 K ，可使约70多种元素激发； 特点：绝对灵敏度高，背景小，适合定性分析； 缺点： 弧光不稳，再现性差；不适合定量分析。
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电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）
电感偶合等离子体光源基本构造
ICP仪器采用 高频电流（10 千Hz）产生高 频磁场从而诱 导产生感应电 流 包括：高频发 生器、等离子 炬管、雾化器 （气动雾化、 超声波雾化）
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1.电弧
（1）直流电弧 (direct current arc) 电压150 ～380 V，电流5～30 A； 两支石墨电极，试样放置在下电极的凹槽内； 使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通 电，电极尖端被烧热（阳极斑），点燃电弧，再使 电极相距4 ～ 6 mm；
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