3第三章原子发射光谱分析法
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第三、四章：原子发射、吸收光谱法
灯电流:空心阴极灯的发射特性取决于工作电流。灯电流过 小，放电不稳定，光输出的强度小；灯电流过大，发射谱线 变宽，导致灵敏度下降，灯寿命缩短。选择灯电流时，应在 保持稳定和有合适的光强输出的情况下，尽量选用较低的工 作电流。一般商品的空极阴极灯都标有允许使用的最大电流 与可使用的电流范围，通常选用最大电流的1/2 ~ 2/3为工 作电流。实际工作中，最合适的电流应通过实验确定。空极 阴极灯使用前一般须预热10 ~ 30 min。
分析线:用来进行定性或定量分析的特征谱线. 灵敏线:每种元素的原子光谱线中,凡是具有一定强 度,能标记某元素存在的特征谱线. 最后线:即元素含量降低或减少到最大限度时,仍能 坚持到最后的谱线.
分类：纯样光谱比较法、铁光谱比较法
铁原子光谱
3.4.2 光谱定量分析
一、原理:根据试样光谱中待测元素的谱线 强度来确定元素浓度。
4.1 概 述
定义：基于测量待测元素的基态原子对其特征谱
线的吸收程度而建立起来的分析方法。 优点：灵敏度高，10-15-10-13g ；选择性好；测量 元素多；需样量少，分析速度快 。 缺点：测定不同元素需要换灯（传统）；多数非 金属元素不可测
4.2 原理
4.2.1基本原理：在通常情况下，原子处于基态， 当通过基态原子的某辐射线所具有的能量或频 率恰好符合该原子从基态跃迁到激发态所需的 能量或频率时，该基态原子就会从入射辐射中 吸收能量，产生原子吸收光谱。 △ E=h=hc/
峰值吸收测量示意图
4.3 原子吸收分光光度计
定义:用于测量待测物质在一定条件下形成的基 态原子蒸汽对其特征光谱线的吸收程度并进行 分析测定的仪器.
分类条件 类型 按原子化方式 火焰离子化 非火焰离子化 按入射光束 单光束 多光束 按通道分 单通道 多通道
第三章--原子发射光谱法含样题
试样的引入
电弧和火花光源主要应用于固体试样的分析，而液体和 气体试样采用等离子体光源。
金属或合金
非金属固体材料，试样需放在一个其发射光谱不会干扰 分析物的电极上。
理想的电极材料：碳。
引入方式：电极是一极呈圆柱形，一端钻有一个凹孔。 分析时，将粉碎的试样填塞在顶端的凹孔中。它是引 入试样最常用的方法。另一电极（即对电极）是稍具 圆形顶端的圆锥形碳棒，这种形状可以产生最稳定的 及重现的电弧和火花。
（三）几个概念
激发电位（或激发能） ：原子由基态跃迁到激发态时 所需要的能量
主共振线：具有最低激发电位的谱线叫主共振线。一 般是由最低激发态回到基态时发射的谱线。
原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，以I表示, 如MgⅠ285.21nm为原子线。
离子线 ：离子的外层电子跃迁—离子线。以II，III，IV 等表示。如MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。
压通道，以利于进样；第三，参与放电过程。 2、中层管通入辅助气体Ar气，用于点燃等离子体。 3、内层石英管以Ar为载气，试样溶液以气溶胶形式引入
等离子体中。
用Ar做工作气体的优点：Ar为单原子惰性气体，不与 试样组份形成难离解的稳定化合物，也不象分子那样 因离解而消耗能量，有良好的激发性能，本身光谱简 单。
2) 摄谱法
摄谱步骤
由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振线。
由较低级的激发态（第一激发态）直接跃迁至基态的 谱线称为第一共振线，一般也是元素的最灵敏线。
当该元素在被测物质里降低到一定含量时，出现的最 后一条谱线，这是最后线，也是最灵敏线。用来测量 该元素的谱线称分析线。
二、谱线的强度
谱线的强度特性是原子发射光谱法 进行定量测定的基础。谱线强度是单位 时间内从光源辐射出某波长光能的多少， 也即某波长的光辐射功率的大小。
原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析法
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
第3讲 原子发射光谱法
最灵敏线、最后线、分析线进行定性分析。
2.定性分析的方法
A．标准样品与试样光谱比较法
相同条件下摄谱 比较特征谱线
样品（指定元素） 纯物质（指定元素）
若试样光谱中出现标准样品所含元素的2~3条 特征谱线（一般看最后线），就可以证实试样
中含有该元素，否则不含有该元素。
只适合于少数指定元素的定性分析,即判断样品中 是否含有某种或某几种指定元素时,可用此种方法
温度：6000－8000K 稳定性：很好 温度：10000K
稳定性：很好
温度：10000K，稳定性：好
交流电弧
直流电弧
温度：4000－7000K，稳定性：好
温度：4000－7000K，稳定性：差
火焰
温度：2000－3000K，稳定性：很好
如何选择光源？
• • • • • 易激发易电离元素，碱金属等——火焰光源 难挥发——直流电弧光源 难激发——交流,火花电弧 低含量——交流电弧 高含量——电弧
类型：
a、棱镜分光系统（折射） b、光栅分光系统（衍射和干涉）
1. 平面衍射光栅摄谱仪
感光板的乳剂面 物镜 凹面反射镜
平面光栅 三透镜
准光镜 反射镜 狭缝 光源
2.IRIS Advantage 中阶梯 光栅分光系统（实物图）
（三）检测器
1. 摄谱检测系统
1.1 摄谱步骤：
a.安装感光板在摄谱仪的焦面上 b.激发试样，产生光谱而感光 c.显影，定影，制成谱板 d.特征波长，定性分析 e.特征波长下的谱线强度，定量分析
谱线强度的基本公式
Iqp ：谱线强度； Aqp ：原子由q能态向p能态跃迁的概率 N0：基态原子数 hυqp：光子的能量；
gq 、g0：激发态和基态的统计权重（粒子在某一能级下可能 具有的几种不同的状态数） Eq ：激发电位； T ：温度K k ：Boltzmann常数
第03章 原子吸收光谱分析
7
• 各种元素的基态至第一激发态跃迁最易发生，吸收最强，最灵 敏线——主共振吸收线。 • 各种元素的原子结构和外层电子排布不同，由基态至第一激发 态跃迁吸收能量不同，共振线不同——具有特征性。
• 利用基态的原子蒸气对光源辐射的特征谱线（共振线）的吸收
可以进行定量分析。 • 光谱位于光谱的紫外区和可见区。
• 准确度高，分析速度快；
• 应用广泛。 • 局限：不能对多元素同时测定（需更换光源）、对难 熔元素测定灵敏度和精密度较低、对于成分复杂样品 干扰较严重、对多数非金属元素不能直接测定。
5
元素周期表中可用原子吸收光谱法分析的元素
6
3.2 原子吸收光谱法的基本原理
3.2.1 原子吸收光谱的产生
• 基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态 而产生原子吸收光谱。
收定律，有:
I I 0e
Kvl
• 或
I0 A lg 0.434 K v l I
21
• 采用锐线光源进行测量，则Δv发< < Δv
吸
，在辐射线宽度范围内，Kν可近似
发射线
认为不变，并近似等于峰值时的吸收 系数K0，则：
I0 A lg 0.434 K 0l I
22
• 峰值吸收系数K0与谱线的宽度有关，在通常原子吸收测定条
• 由于原子在空间作无规则热运动所导致的，故也称为热变宽。
2v0 vD c
2(ln 2) RT T 7 7.1610 v0 Ar Ar
• Doppler 变宽随温度升高、谱线频率升高和相对原子质量减小而 变宽。
11
3.压力变宽（ 10-3nm）
• 当原子吸收区气体压力变大时，相互碰撞引起的变宽是 不可忽略的。原子之间的相互碰撞导致能级变化，激发 态原子平均寿命缩短，引起谱线变宽。 • 劳伦兹（Lorentz）变宽：待测元素原子和其他粒子碰撞。
原子发射光谱法
第3章原子发射光谱法教学时数：8学时教学要求：1．较好掌握原子光谱的产生原理；掌握原子发射光谱强度的影响因素。
2．基本掌握仪器的各部分基本工作原理、工作流程；掌握ICP形成过程及其特性。
3．较好掌握光谱定性、半定量、定量分析4．了解光谱法的干扰效应及消除方法教学重点与难点1. 原子发射光谱分析法的基本原理：原子发射光谱的产生。
掌握原子发射光谱强度的影响因素；谱线强度与分析元素的关系(塞伯一罗马金公式)。
2．原子发射光谱仪器：激发光源及其选择，光谱仪的结构及组成。
棱镜光谱仪及光栅光谱仪的色散率和分辩率。
感光板及乳剂特性曲线。
3. 光谱定性分析。
灵敏线、最后线、分析线。
半定量分析：谱线黑度比较法和谱线呈现法。
光谱定量分析：基本定量关系式，内标法原理，光谱定量分析方法和工作条件。
3-1 概述一、定义原子发射光谱法(atomic emission spectrometry, AES)是根据待测物质的气态原子被激发时所发射的特征线状光谱的波长及其强度来测定物质的元素组成和含量的一种分析技术，一般简称发射光谱分析或光谱(化学)分析。
二、原子发射光谱的分析过程原子发射光谱是原子的特征，在进行发射光谱分析时，必须经过下列过程。
1、试样蒸发、激发产生辐射首先将试样引入激发光源中，给以足够的能量，使试样中待测成分蒸发、离解成气态原子，再激发气态原子使之产生特征辐射。
蒸发和激发过程是在激发光源中完成的，所需的能量由光源发生器供给。
2、色散分光形成光谱从光源发出的光是包含有多种波长单色光的复合光，需要进行分光才能获得便于观察和测量的光谱．这个过程是通过分光系统完成的，分光系统的主要部件是光栅(或棱镜)，其作用就是分光。
3、检测记录光谱,根据光谱进行定性或定量分析三、原子发射光谱法的特点优点：1. 应用范围广2. 具有一定的精密度和准确度3. 检出限低。
4. 样品消耗少5. 多元素同时检出能力。
6. 分析速度快。
7. 选择性好。
第三章原子发射光谱法习题答案
习题1 简述常用光源的工作原理及特点，在实际工作中应如何正确选择所需光源。
2 试从色散率、分辨率等诸方面比较棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪的特点。
3 阐述光谱定性分析的基本原理，并结合实验说明光谱定性分析过程。
4 光谱定量分析的依据是什么？内标法的原理是什么？如何选择内标元素和内标线？5 分析下列试样应选用什么激发光源？什么类型的光谱仪？ （1）矿石矿物的定性和半定量分析；（2）钢中锰（0.0X% ～ 0.X%）的测定； （3）高纯氧化镧中铈、镨、钕的测定；（4）污水中Ti V Fe Cu Mn Cr ,,,,,等（含量为10-6数量级）的测定解：（1）直流电弧；一米光栅摄谱仪 （2）低压交流电弧；中型摄谱仪 （3）高压火花光源；大型摄谱仪（4）高频电感耦合等离子体（ICP ）光源；选ICP —AES 光电直读光谱仪6 平面反射光栅的宽度为50 mm ，刻线为600条/ mm ，求一级光谱的分辨率和在600.0 nm 处能分辨的最近的两条谱线的波长差为多少？当用棱镜为色散元件时，该棱镜材料的色散率λd dn为120 (mm -1)，试求要达到上述光栅同样分辨率时，该棱镜的底边应为多长？ 解：分辨率为： N k R ⋅=∆=λλ300000.506001=⨯⨯=R nm R02.030000.600===∆λλ由公式λd dnmbR =，得 mm d dn m R b 250120130000=⨯==λ7 一平面反射光栅，当入射角为400，衍射角为100时，为了得到波长为400 nm 的一级光谱，光栅上每毫米的刻线为多少？解：由光栅方程公式 (sin sin )d k αβλ+=，得0610sin 40sin 104001sin sin +⨯⨯=+=-βαλk d mm mm d 4410896.4174.0643.0104--⨯=+⨯=刻线数为204210896.414=⨯-条8 若光栅的宽度为50.0 mm ， 每毫米有650条刻线，则该光栅的一级光谱的理论分辨率是多少？一级光谱中波长为310.030 nm 和310.066 nm 的双线能否分开？ 解：分辨率为： N k R ⋅=∆=λλ325000.506501=⨯⨯=Rnm R 0095.032500048.31032500)066.310030.310(21==+==∆λλ即理论分辨率为32500的光栅能够分开波长差为0.0095 nm 的谱线，310.030 nm 和310.066nm 的双线波长差为0.036 nm ，所以能够分开。
第三章原子发射光谱法
一 原子发射光谱的产生
二 原子发射光谱线
第二节 三 谱线强度 原子发射光谱法的 四 谱线的自吸和自蚀 基本原理
3/21/2019
一 原子发射光谱的产生
在通常情况下，原子处于稳定状态，电子在能量最低的轨 道能级上运动，这种状态称之为基态。当受到外界能量（ 光能、热能或电能）激发时，原子中的最外层电子就被激 发而从基态跃迁到较高能级，即激发态，处于激发态的原 子或离子是很不稳定的，在极短的时间内，就要从激发态 返回到基态或较低能级的激发态。此时，电子以电磁辐射 的形式将多余的能量释放出来。由于每一种元素都有其特 有的电子构型，即特定的能级层次，所以各元素的原子只 能发射出它特有的那些波长的光，经分光系统得到各元素 发射的互不相同的光谱，即各种元素的特征光谱（线状光 谱）；
Iqp Aqp Nq h qp
gi I ij Aij h ij N 0 e g0
3/21/2019
Ei kT
gi I ij Aij h ij N 0 线强度与激发能量的关系： 激发电位越小，谱线强度越强。 2.谱线强度与气体温度的关系：较复杂 既影响原子的激发过程，又影响原子的电离过程 在一定范围内，激发温度升高谱线强度增大，但超过某一 温度，温度越高，原子发生电离的数目越多，原子谱线强 度降低，离子线谱线强度升高。 每一条谱线都有一个最合适的温度，在这个温度下谱线 强度最大。 激发温度与所使用的光源和工作条件有关
I a cb lg I b lg c lg a
3/21/2019
四 谱线的自吸与自蚀
1.自吸：原子在高温区发射 某一波长的辐射，被处在 边缘低温状态的同种原子 所吸收的现象。 2.自蚀：当元素浓度低时， 不表现自吸现象。当浓度 大时，自吸增强。当达到 一定含量时，由于自吸严 重，谱线中心的辐射完全 被吸收。
第三章 原子发射光谱
第三章 原子发射光谱分 析法
第一节 原子发射光谱 分析基本原理
一、概述 二、原子发射光谱的产生 三、谱线强度 四、谱线自吸与自蚀
2018/11/30
Varian 710—ES全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪
2018/11/30
一、概述
原子发射光谱分析法（AES）： 依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下,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。
缺点：
第二节 原子发射光谱分析 仪器类型与结构流 程
一、光源
二、分光系统
三、检测器
2018/11/30
原子发射光谱分析的三个主要过程:
样品蒸发、原子化，原子激发并产生光辐射。 分光，形成按波长顺序排列的光谱。 检测光谱中谱线的波长和强度。
光源
分光系统
原子发射光谱仪方框图
检测器
2018/11/30
ห้องสมุดไป่ตู้
基态元素M
E 特征辐射
激发态M*
2018/11/30
二、原子发射光谱的产生
必须明确如下几个问题： （1）原子中外层电子能级分布是量子化的，△E不是连续的 ，则λ或ν也是不连续的，原子光谱是线光谱； （2）同一原子中，电子能级很多，有各种不同的能级跃迁， 所以有各种△E不同的值，即可以发射出许多不同 λ或 ν 的辐射线。但跃迁要遵循“光谱选律”，不是任何能
1. 电弧光源
电弧光源：
直流电弧发生器
（a）直流电弧；
（b）交流电弧。
（1）直流电弧：
直流电源作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A
；石墨作电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内；使
第一节 原子发射光谱 分析基本原理
一、概述 二、原子发射光谱的产生 三、谱线强度 四、谱线自吸与自蚀
2018/11/30
Varian 710—ES全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪
2018/11/30
一、概述
原子发射光谱分析法（AES）： 依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下,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。
缺点：
第二节 原子发射光谱分析 仪器类型与结构流 程
一、光源
二、分光系统
三、检测器
2018/11/30
原子发射光谱分析的三个主要过程:
样品蒸发、原子化，原子激发并产生光辐射。 分光，形成按波长顺序排列的光谱。 检测光谱中谱线的波长和强度。
光源
分光系统
原子发射光谱仪方框图
检测器
2018/11/30
ห้องสมุดไป่ตู้
基态元素M
E 特征辐射
激发态M*
2018/11/30
二、原子发射光谱的产生
必须明确如下几个问题： （1）原子中外层电子能级分布是量子化的，△E不是连续的 ，则λ或ν也是不连续的，原子光谱是线光谱； （2）同一原子中，电子能级很多，有各种不同的能级跃迁， 所以有各种△E不同的值，即可以发射出许多不同 λ或 ν 的辐射线。但跃迁要遵循“光谱选律”，不是任何能
1. 电弧光源
电弧光源：
直流电弧发生器
（a）直流电弧；
（b）交流电弧。
（1）直流电弧：
直流电源作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A
；石墨作电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内；使
《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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闽北职业技术学院食品与生物工程系
仪器分析
第三章 原子发射光谱分析法
到了二十世纪三十年代，人们已经注意了到浓度很 低的物质，对改变金属、半导体的性质，对生物生理作 用是极为显著的，而且地质、矿物质的发展，对痕量分 析有了迫切的需求，促使AES迅速的发展，成为仪器分 析中一种很重要的、应用很广的方法。 五十年代末、六十年代初，由于原子吸收分析法 （AAS）的崛起，AES中的一些缺点，使它显得比AAS 有所逊色，出现一种AAS欲取代AES的趋势。但是到了 七十年代以后，由于新的激发光源如ICP、激光等的应 用，及新的进样方式的出现，先进的电子技术的应用， 使古老的AES分析技术得到复苏，注入新的活力，使它 仍然是仪器分析中的重要分析方法之一。
第三章 原子发射光谱分析法
激发光源的作用 使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射。 对激发光源的要求 足够的蒸发、原子化、激发能力；放电稳定；不与被测物 质反应；光谱背景小；结果简单、操作安全、适用性强。 几种常用的激发光源介绍 经典光源：交直流电弧、电火花 近代光源：激光、电感耦合等离子体焰炬（ICP）
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仪器分析
第三章 原子发射光谱分析法
第二节 原子发射光谱分析的特点和应用 一、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 10～0.1ug/g (一般光源)；ng/g (ICP）； 5、准确度较高 5%～20% (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。
magnetic field 磁场
plasma 等离子 argon 氩气
aerosol 气雾
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仪器分析 ICP光源工作原理
在有气体的石英管外套 装一个高频感应线圈， 感应线圈与高频发生器 连接。当高频电流通过 线圈时，在管的内外形 成强烈的振荡磁场。管 内磁力线沿轴线方向， 管外磁力线成椭圆闭合 回路。
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低压交流电弧光源
第三章 原子发射光谱分析法
工作电压：110～220 V。 采用高频引燃装臵点燃电弧，在每一交流半周时引燃一 次，保持电弧不灭；
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工作原理
第三章 原子发射光谱分析法
（1）接通电源，由变压器B1升压至2.5～3kV，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10kV，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；
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仪器分析
（1） 直流电弧光源
第三章 原子发射光谱分析法
接触引燃，二次电子发射放电
这种弧焰温度（激发温度）约为4000－7000K，可使约 70多种元素激发。 直流电弧的电极温度高，蒸发能力强， 分析的绝对灵敏度高。常用于定性分析及矿石难熔物中 低含量组分的定量测定。缺点是弧焰不稳定，谱线容易 发生自吸现象。 L
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第三章 原子发射光谱分析法
2、影响谱线强度的因素
①激发电位（激发能） 原子的外层电子由低能级激发到高能级所需要的能量。 若某元素的原子激发电位高，则在低电位时处于激发态 的原子数将减少。激发能越小，谱线强度越强。 ②跃迁几率 跃迁几率大，产生的谱线强度大。 ③激发温度 光源的激发温度越高，就有越多的电子跃迁，辐射的强 度就大。温度过高会导致原子电离而造成辐射减弱。 ④基态原子数 试样中被测元素含量越高，进入光源的基态原子数就越 多，发射的谱线就越强。������
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自吸收的产生
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。当自吸现象 非常严重时，谱线中心的辐 射将被吸收很多，从而使原 来的一条谱线分裂成两条谱 线，这个现象叫自蚀。
第三章 原子发射光谱分析法
仪器分析
第三章 原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析法
（atomic emission spectrometry ，AES） 元素的原子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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第三章 原子发射光谱分析法
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第三章 原子发射光谱分析法
（3）电感耦合高频等离子体焰炬（ICP）光源 (inductively coupled plasma， ICP)
等离子体：宏观上是中性的电离的气体，称为等离子体。
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第三章 原子发射光谱分析法
小词典
学习目标
掌握：原子发射光谱分析法的基本原理、特点、应 用；相应的实验测定技术、定量测定方法及有关术 语。
了解：原子发射光谱仪的结构、使用、维护和保养 方法。
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第三章 原子发射光谱分析法
一般认为原子发射光谱是1860年德国学者基尔霍夫 （Kirchhoff GR）和本生（Bunsen RW）首先发现的， 他们利用分光镜研究盐和盐溶液在火焰中加热时所产生 的特征光辐射，从而发现了Rb和Cs两元素。 其实在更早时候，1826年泰尔博（Talbot）就说明 某些波长的光线是表征某些元素的特征。从此以后，原 子发射光谱就为人们所注视。由于当时对有关物质痕量 分析技术的要求并不迫切，在发射原子发射光谱以后的 许多年中，发展很缓慢。
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（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；
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（2）高压电火花光源
弧焰的瞬间温度高 达10000K，激发 能量大。高压火花 光源主要用于难激 发易熔金属、合金 以及高含量元素的 定量分析。
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二、应用
第三章 原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析在鉴定金属元素方面（定性分 析）具有较大的优越性，不需分离、多元素同时测定、 灵敏、快捷，可鉴定周期表中约70多种元素，长期在 钢铁工业（炉前快速分析）、地矿等方面发挥重要作 用； 80年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪 发展迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。 冶金、机械、轻工、化工；地质勘探、普查；电 子工业、农业、医疗、石油、环保、食品工业。 在定量分析方面，原子吸收分析有着优越性。
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第三节
第三章 原子发射光谱分析法
原子发射光谱仪
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第三章 原子发射光谱分析法
主要由激发光源、分光系统和检测系统三部分组成。
产生光 辐射
记录信号 得到光谱 定性分析 定量分析
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一、激发光源
第三章 原子发射光谱分析法 高频高压引燃并放电
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第三章 原子发射光谱分析法
（1）交流电压经变压器T后，产生10～25kV的高压，然 后通过扼流圈D向电容器C充电，达到C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； （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；
第三章 原子发射光谱分析法
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仪器分析
一旦管内气体开始电离 （如用点火器），电子和离 子则受到高频磁场所加速， 产生碰撞电离，电子和离子 急剧增加，此时在气体中感 应产生涡流。 这个高频感应电流，产 生大量的热能，又促进气体 电离，维持气体的高温，从 而形成等离子炬。
第三章 原子发射光谱分析法
E
特征辐射
激发态M*
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第三章 原子发射光谱分析法
一般情况下，原子处于基态，在激发光源作用下， 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10-8 s，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。原子的能级是量子化的，电子的跃迁 也就不连续，这导致原子光谱为线状。
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第三章 原子发射光谱分析法
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第三章 原子发射光谱分析法
根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发 射光谱法有许多技术，我们仅讨论常规的方法：用火焰、 电弧、等离子炬等作为激发源，使被测物质原子化并激 发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐 射，利用光谱技术记录后进行分析（原子发射光谱分析 法），波长范围一般在190~900nm。
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仪器分析 化学名家
第三章 原子发射光谱分析法
G.R.Gustav Robert Kirchhoff (1824～1887)德国物理学家、化学家和天文学 家。1824年 3月12日生于普鲁士的柯尼斯堡(今苏 联加里宁格勒)，1887年10月17日卒于柏林。 1847年毕业于柯尼斯堡大学。 基尔霍夫主要从 事光谱、辐射和电学方面的研究。他1845年提出 基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律和基尔霍 夫电路定律，发展了欧姆定律，对电路理论有重 大贡献。1858年提出基尔霍夫辐射定律。1859年 发明分光仪，与化学家R.W.本生共同创立了光 谱分析法，并用此法发现了元素铯(1860)和铷 (1861)。他并将光谱分析应用于太阳的组成上。 他将太阳光谱与地球上的几十种元素的光谱加以 比较，从而发现太阳上有许多地球上常见的元素， 如钠、镁、铜、锌、钡、镍等。基尔霍夫著有 《理论物理学讲义》(1876～1894)和《光谱化学 分析》（1895年与R.W.本生合著）等。