原子发射光谱仪原理
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
原子发射光谱分析概述、基本原理和定性定量分析方法
物镜
准直镜
反射镜 入射狭缝
光栅 转台
AES仪器略图
光源
一 、AES光源 1. 光源种类及特点
光源
经典光源 现代光源
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
直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
d) 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)； e)e) 激发温度 T； f)f) 基态原子数 N0 或浓度 c； g) 前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数 、外层电子、轨道状态等。 h) 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！
5.3 AES仪器 AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2击穿 高压高频振荡 引燃分析 间隙（L2-C2-G2）;
G 被击穿瞬间，低压电流使 G2 放电（通过R1和电流表） 电弧； 不断引燃 电弧不灭。
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
原子发射光谱分析 概述、基本原理和 定性定量分析方法
5.1 概述 5.2 基本原理 5.3 AES 仪器 5.4 定性定量分析方法
1）分析对象为大多数金属原子； 2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）； 3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。
E = E2-E1 = h =hc/
高能态E2）
2. 几个概念 激发电位(Excited potential)：由低能态--高能态所需要的
(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。
第五章原子发射光谱
• 处于高能级的电子经过几个中间能级跃 迁回到原能级，可产生几种不同波长的 光，在光谱中形成几条谱线。一种元素 可以产生不同波长的谱线，它们组成该 元素的原子光谱。 • 不同元素的电子结构不同，其原子光谱 也不同，具有明显的特征。
原子发射光谱技术的发展历程
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦等 离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；
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；
高压火花的特点：
（1）放电瞬间能量很大，产生的温度高，激发能力强， 某些难激发元素可被激发，且多为离子线； （2）放电间隔长，使得电极温度低，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；
原子发射光谱仪通常由三部分构成： 光源、分光、检测；
原子发射光谱激发光源
• 激发光源的基本功能是提供使试样中被 测元素原子化和原子激发发光所需要的 能量。对激发光源的要求是： 灵敏度高，稳定性好，光谱背景小，结 构简单，操作安全。
常用的激发光源： • 电弧光源。（交流电弧、直流电弧） • 电火花光源。 • 电感耦合高频等离子体光源（ICP光源） 等。
检测器
ICP形成原理
ICP火焰温度分布
缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；
改进型： n+1型ICP光谱仪
在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个 可变通道；
2. 全谱直读等离子体光谱仪
采用CID阵列检测器，可同时检测165 ～800nm波长范围内出现的全部谱线； 中阶梯光栅分光系统，仪器结 构紧凑，体积大大缩小； 兼具多道型和扫描型特点； CID ：电荷注入式检测器 (charge injection detector,CID), 28×28mm半导体芯片上，26万个感 光点点阵( 每个相当于一个光电倍 增管)；
发射光谱原理
发射光谱原理
发射光谱是一种用于分析物质成分和结构的方法。
其原理是将待测物质激发至高能态后，通过从高能态返回基态所释放出的光进行分析。
这些光通过光谱仪分散成各个波长的光线，在光散射板上形成色散图谱。
这些光线的波长和强度提供了关于元素或分子的信息。
发射光谱的原理基于原子和分子的能级结构。
当一个原子或分子被激发时，其电子从基态跃迁到高能态。
激发可以通过不同的方法实现，例如电子碰撞、热激发或光激发。
在高能态，电子处于不稳定状态，会迅速返回到低能态。
这个过程中，电子会释放出能量，形成一系列特定波长的光。
光谱仪是用来测量发射光谱的仪器。
光谱仪包括一个入射口，用于接收发出的光，并将其通过一个光栅或晶体进行色散，使光线分散成不同波长的光。
然后，光线通过一个检测器进行测量和记录。
测量得到的发射光谱通常以图谱的形式展示。
图谱上的峰表示特定波长的光线的强度。
不同元素或分子的发射光谱具有不同的峰值位置和强度分布，因此可以通过比对已知标准光谱或参考波长表来确定物质的成分和结构。
发射光谱广泛应用于化学、物理、天文学等领域。
它可以用于分析金属合金中的成分、检测环境中的污染物、研究星系中的元素组成等。
此外，发射光谱还被用于开发新材料、优化工业
生产过程等。
其非侵入性和快速分析的特点使其成为一种重要的分析方法。
原子发射光谱仪的组成及作用
原子发射光谱仪的组成及作用
原子发射光谱仪是一种重要的化学分析仪器。
它主要由以下几部分组成：
一、能量源和样品处理部分
该部分主要包括放电源和样品处理部分。
放电源可以产生高温等条件，以激发样品中原子的电子跃迁，使其发出特定的光谱线；而样品处理
则可将未经处理的样品进行转化和富集，以提高分析的准确性和敏感度。
二、光学系统
该部分主要由光束分离器、单色仪、检测器和数据处理系统组成。
它
可以将不同波长的光线进行分离、过滤和聚焦，使它们进入单色仪，
产生单色光，再通过检测器进行检测和记录。
而数据处理系统可以对
检测结果进行处理、分析和显示，以获得需要的分析数据。
三、控制系统
该部分主要由计算机和控制器组成。
它可以对仪器进行自动化控制和
调节，实时显示和存储分析结果，并进行数据处理、分析和管理。
原子发射光谱仪的主要作用是对物质中的元素成分进行分析和检测。
它可用于多种样品类型的分析，如污染环境、食品、医药、冶金等领域的元素分析，同时也可以用于质量控制和研究等方面。
总之，原子发射光谱仪是化学分析领域中的一种重要的分析仪器，它具有准确、快速、敏感等特点，并且可适用于多种领域的元素分析。
原子发射光谱法
最后线 是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最 后仍能观察到的几条谱线。
谱线强度
I = A CB
赛伯－罗马金公式
影响谱线强度的因素：
激发电位 统计权重 原子密度
跃迁几率 光源温度 其他因素
仪器
光源
单色器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测器 检测
围要大，对于ICP而言准确性也较高。有些元素原子吸收是无 法测定的，但发射可测，如P、S 等；（3）AAS比较普遍，其
价格相对AES便宜，操作也比较简单。
AES理论基础
❖ 原子结构及原子光谱的产生 ❖ 原子的激发和电离 ❖ 谱线强度
原子结构及原子光谱的产生
❖ 原子结构 ❖ 原子光谱的产生
原子结构及原子光谱的产生
激发光源。 ❖ 在一定频率的外部辐射光能激发下，原子的外层电子在由一个
较低能态跃迁到一个较高能态的过程中产生的光谱就是原子吸
收光谱 （AAS)。 ❖ （1）一般来说AES在多元素测定能力上优于AAS，但是AES在
操作上比AAS来的复杂；还有就是AES由谱线重叠引起的光谱
干扰较严重，而AAS就小的多 ；（2）原子发射比吸收测定范
AES的发展简史
❖ 定量分析阶段 20世纪30年代，罗马金(Lomakin)和赛伯(Scheibe) 通过实验方法建立了谱线强度(I)与分析物浓度(c) 之间的经验式--- I = A CB 从而建立了AES的定量分析法。
❖ 等离子光谱技术时代
20世纪60年代，电感耦合等离子体(ICP)光源的 引入，大大推动了AES的发展。
激发光源
激发光源的作用及理想光源 光源 光源选择
光谱的实验原理
光谱的实验原理
光谱实验是通过分析物质在不同波长的电磁波中吸收、发射或散射的特性，来研究物质的成分和性质的一种方法。
其原理基于以下几个基本概念：
1. 原子吸收光谱：当物质受到外部能量的激发后，处于激发态的原子会吸收特定波长的光，产生吸收线。
每种化学元素都有其特定的吸收光谱，可以用来确定物质中的元素种类和浓度。
实验时会通过将样品置于光源前方，测量透射光的强度，然后将透射光通过光栅或光纤进行衍射或耦合，最后用光谱仪或光电二极管测量各个波长的光强，得到吸收光谱。
2. 原子发射光谱：当物质中的原子受到能量激发后，会从激发态跃迁到基态，同时释放出特定波长的光，形成发射光谱。
每种元素都有其特定的发射光谱，可以用来鉴别物质中的元素种类。
实验中，物质样品会通过加热、电激发或光激发等方式激发原子，然后用光谱仪或光电二极管测量发射出的光的波长和强度，得到发射光谱。
3. 分子吸收光谱：与原子吸收光谱类似，分子吸收光谱是指分析物质所吸收特定波长的光，用来研究分子结构和浓度。
分子比原子复杂得多，因此吸收光谱的波长范围更广，可以提供更多的信息。
实验中会利用特定波长的光照射样品，然后测量透射光的强度变化，得到吸收光谱。
4. 散射光谱：当光束与物质中的微粒或分子相互作用时，会发生散射现象，部分光会沿不同方向散射出去。
散射光谱可以提
供物质的粒子大小和形状等信息。
实验中，会利用散射光谱仪或光电二极管测量样品散射出的光的强度和角度，得到散射光谱。
总之，光谱实验的原理在于分析物质对不同波长的光的相互作用，通过测量光的强度和波长的变化，从而获得相关物质的信息。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原子发射光谱仪原理
原子发射光谱仪（Atomic Emission Spectrometer）是一种用于分析元素组成的仪器，其原理基于原子的激发态和发射光谱。
其工作原理可以简要概括为以下几个步骤：
1. 原子化：将样品加热至高温状态，将样品中的固体或液体物质转化为气态原子或离子。
2. 激发：通过电流、火焰或等离子体等激发源将气体中的原子或离子激发至高能级。
3. 发射：激发的原子或离子会由高能态跃迁到低能态时发射特定波长的光线。
4. 分离和检测：通过光学元件如光栅或干涉仪将不同波长的光线分离，然后使用光电二极管或光电倍增管等光电探测器将分离后的光线转换为电信号。
5. 分析和检测：通过电信号的强度和波长信息，可以确定原子或离子在样品中的浓度和组成。
原子发射光谱仪的优点在于提供准确的元素定性和定量分析，并且可以同时分析多个元素。
它广泛应用于化学、材料科学、环境保护等领域中的元素分析和质量控制。