原子发射光谱详解PPT课件

2020年9月28日
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直流电弧特点：
优点：样品蒸发能力强（阳极斑）---进入电弧的待测物多--绝对灵敏度高---适于定性分析及低含量杂质的测定，以及部 分矿物、岩石等难熔样品及稀土难熔元素定量； 缺点： 1）电弧不稳----分析重现性差； 2）弧层厚，自吸严重； 3）安全性差； 4）电极头温度比较高 因此不宜用于定量分析及低熔点元素测定
过程：接触短路引燃（或高频引燃）；阴极发出电子流，冲击阳极，产生 高热，使试样蒸发，又与电子碰撞，电离成离子，再冲击阴极，引起二次电子 发射……电子再撞击阳极，产生高温阳极斑（4000 K）；产生的电弧温度： 4000~7000K，因此在分析间隙各种电子原子粒子相互碰撞，能量交换，引起试 样激发，发射出一定波长的谱线。
而对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧。
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高压火花：高频高压引燃并放电。
B
L
R1
220V
V~
D C
D
G 分析间隙
220V 10~25kV (B) C充电 击穿分析隙 G 放电;
回路 L-C-G 中高压高频振荡电流, G 放电中断； 下一回合充放电开始 火花不灭。 火花特点： 1）放电稳定，分析重现性好； 2）放电间隙长，电极温度（蒸发温度）低，检出现低，多适于分析易熔金
2. 历史：
• 1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W)
研
制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验；
• 随后30年——定性分析;
• 1930年以后，建立了光谱定量分析方法；
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10.2 基本原理
一. 原子发射光谱的产生
1、过程：
1）光源提供能量（电或热、光） 试样蒸发基态原子
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交流电弧：高频高压引燃、低压放电。
B1
B2 变压器
~ 220V
R1
l1
l2 G1 L1
C1
L2 C2
R2
A
G2 电极间隙
110~220V（低压） 2~3kV(B1) C1充电(R2控制充电速度)；
C1 达到一定能量时，G1 击穿 高频振荡（回路为C1-L1-G1，G1的间距可调 节振荡速度，并使每半周只振荡一次）；
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一 、AES常用光源
光源
经典光源 现代光源
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火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
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直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L 电感——减小电流波动
直流电源
E
V
150~380V
5~30A
G 放电间隙
R
A
镇流电阻——稳定和调节电流
放电间隙——两个碳电极做阴阳电极，试样装在下电极凹孔内
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3、 AES 定性原理
量子力学基本理论告诉我们： 1）原子或离子可处于不连续的能量状态，该状态可以光谱项来描述； 2）当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时，其核外电
子就从一种能量状态（基态）跃迁至另一能量状态（激发态）； 3）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8秒便跃迁返回到基态，
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10.3 AES仪器
AES仪器由激发光源、光谱仪（或光源、单色系统、检 测系统三部分）组成。
物镜
准直镜
反射镜
光栅 转台
入射狭缝
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AES仪器略图
光源
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一 、AES光源
1. 光源——对试样的蒸发和激发提供所需的能量。
2. 使电极之间气体电离方法：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。
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2充电， G2击穿 荡，引燃分析间隙（L2-C2-G2）; G2 被击穿瞬间，低压电流使 G2 放电（通过R1和电流表）
不断引燃 电弧不灭。
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产生高压高频振 电弧；

低压交流电弧特点：
1）蒸发温度比直流电弧略低；电弧温度比直流电弧略高； 2）电弧稳定，重现性好，适于大多数元素的定量分析； 3）放电温度较高，激发能力较强； 4）电极温度相对较低，样品蒸发能力比直流电弧差，因
并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来； 4）将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱（线状光谱）； 5）由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的，因此对
特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱，通过识别 待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析—定性原理。
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2）外层电子(outer electron) （低能态E1 3）外层电子（低能态E1 高能态E2） 4）发出特征频率()的光子:
高能态E2）
E = E2-E1 = h =hc/
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2、几个概念 激发电位(Excited potential)：由低能态跃迁到高能态所 需要的能量，以eV表示。每条谱线对应一激发电位。 原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，以I表示,
如Na(I) 共振线(Resonance line)：以基态(Ground state)为跃迁低 能级（第一激发态）的光谱。激发电位最小—最易激发— 谱线最强。 电离电位(Ionization potential):原子受激后得到足够能量 而失去电子—电离；所需的能量称为电离电位； 离子线：离子的外层电子跃迁所发射的谱线，以II，III ，IV等表示。
3. 气体电离后，还需在电极之间加电压，维持放电。
4. 击穿：电极间电压增，电流随着增，当电压到达一定值， 电流增大到差不多只受外电路中电阻的限制，即电极间电 阻突然变得很小，这种现象称为击穿，此时电压，称为击 穿电压（100kPa空气，1mm间隙，需要3300V）。
5. 击穿后，即使无外界电离作用，仍然继续电离，使放电持 续，称为自持放电，如电光源（电弧，电火花）
第十章 原子发射光谱分析
（Atomic Emission Spectroscopy，AES）
10.1 概述 10.2 基本原理 10.3 AES 仪器 10.4 定性和半定量分析方法 10.5 定量分析方法 10.6 AES的特点和应用
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10.1 概述
1. 定义：
• AES是据每种原子或离子在热或电激发下，发射出 特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分析的方法。