原子发射光谱原理及应用

原子发射光谱分析法一、

一、基本原理

基本原理

二、装置与仪器

三、等离子体发射光谱仪

四、

四、定性定量分析方法

定性定量分析方法

atomic emission spectrometry,AES

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第一节基本原理

一、概述

generalization

原子发射光谱分析法（atomic emission spectroscopy ，AES）：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。

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•1859年，基尔霍夫(Kirchhoff Kirchhoff G R)

G R)、本生(Bunsen R W 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；

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•1930年以后，建立了光谱定量分析方法；

•原子光谱 ＜＞ 原子结构 ＜＞ 原子结构理论＜＞ 新元素

•在原子吸收光谱分析法建立后，其在分析化学中的作用下降，新光源(ICP)、新仪器的出现，作用加强。

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；

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•(4)检出限较低 10～0.1µg ⋅g-1(一般光源)；n g ⋅g-1(ICP ）

•(5)准确度较高 5%～10% 10% ((一般光源）； < <1% (1% (1% (ICP)

ICP) ；•

(6)(6)ICP-AES

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。

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二、原子发射光谱的产生

formation of atomic emission spectra

在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，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）；

特征辐射基态元素M 激发态M *

热能、电能

∆E

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原子的共振线与离子的电离线

原子由第一激发态到基态的跃迁：

第一共振线，最易发生，能量最小；

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)：

电离线，其与电离能大小无关，离子的特征共振线。

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•

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 ；

2009-10-23三、谱线强度 spectrum line intensity

原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。

发射谱线强度： I ij ij

= N i A ij h νij h 为Plank 常数；A ij 两个能级间的跃迁几率； νij 发射谱线的频率。将N i 代入上式，得：

2009-10-23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。

•谱线表，r ：自吸；R

：自蚀；

四、谱线的自吸与自蚀

self-absorption and self reversal of

spectrum line

第二节装置与仪器

一、仪器类型与流程

types and process 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、感耦等离子体光谱仪、光电光谱仪、摄谱仪等；

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•原子发射光谱仪通常由三部分构成：•光源、分光、检测；

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二、光源

（光源的作用：为试样的气化原子化和激发提供能源； ）

1、火焰光度计 flame spectrometer

利用火焰作为激发光源

，仪器装置简单，稳定

性高。该仪器通常采用

滤光片、光电池检测器

等元件，价格低廉，又

称火焰光度计。

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常用于碱金属、钙等谱

线简单的几种元素的测定

，在硅酸盐、血浆等样品

的分析中应用较多。对钠

、钾测定困难，仪器的选

择性差。

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2. 2. 直流电弧（直流电弧（直流电弧（40004000—7000K 7000K）

） 直流电作为激发能源，电压150 ～380380V V ，电流5～ 30 30A A ；

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2. 低压交流电弧（40004000—

—7000K ） 工作电压：110～220 220 V

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；