原子发射光谱分析 (2)讲稿.ppt

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1、关于原子发射光谱分析(2)第一页，讲稿共二十七页哦2-1 2-1 2-1 2-1 分析方法原理分析方法原理分析方法原理分析方法原理一、原子发射光谱的产生一、原子发射光谱的产生一、原子发射光谱的产生一、原子发射光谱的产生激激激激 态态态态激发态激发态激发态激发态E E1 1E E0 0E E2 2E Ei i hu u第二页，讲稿共二十七页哦基本概念基本概念基本概念基本概念基态基态基态基态激发态激发态激发态激发态激发电位（激发能）激发电位（激发能）激发电位（激发能）激发电位（激发能）电离电位电离电位电离电位电离电位原子线原子线原子线原子线离子线离子线离子线离子线共振线共振线共振线共振线NaI59

2、8.59 nm CaII396.20 nmNaI598.59 nm CaII396.20 nmNaI598.59 nm CaII396.20 nmNaI598.59 nm CaII396.20 nmMgII280.27 nm MgII280.27 nm MgII280.27 nm MgII280.27 nm CaI426.70 nm CaI426.70 nm CaI426.70 nm CaI426.70 nm 第三页，讲稿共二十七页哦二、谱线强度二、谱线强度二、谱线强度二、谱线强度 发射光谱分析是通过测量发射光谱分析是通过测量发射光谱分析是通过测量发射光谱分析是通过测量 某元素的特征谱线的发射

3、强度，某元素的特征谱线的发射强度，某元素的特征谱线的发射强度，某元素的特征谱线的发射强度，从而定性或定量该元素。从而定性或定量该元素。从而定性或定量该元素。从而定性或定量该元素。N Nij ij 单位体积内高能级单位体积内高能级单位体积内高能级单位体积内高能级 i i 的原子数密度的原子数密度的原子数密度的原子数密度 A Aij ij i,ji,j 能级间的跃迁几率能级间的跃迁几率能级间的跃迁几率能级间的跃迁几率 h hn n n nij ij 能量能量能量能量ijhn n第四页，讲稿共二十七页哦谱线强度谱线强度谱线强度谱线强度g g g g 统计权重统计权重统计权重统计权重N N N N0

4、0 0 0 基态原子数密度基态原子数密度基态原子数密度基态原子数密度E E E Ei i i i 激发态原子数密度激发态原子数密度激发态原子数密度激发态原子数密度k k k k 波尔兹曼常数波尔兹曼常数波尔兹曼常数波尔兹曼常数T T T T 激发温度激发温度激发温度激发温度 第五页，讲稿共二十七页哦影响谱线强度的因素影响谱线强度的因素影响谱线强度的因素影响谱线强度的因素1 1 1 1）激发电位）激发电位）激发电位）激发电位2 2 2 2）跃迁几率）跃迁几率）跃迁几率）跃迁几率3 3 3 3）统计权重）统计权重）统计权重）统计权重4 4 4 4）激发温度）激发温度）激发温度）激发温度5 5 5

5、5）基态原子数密度）基态原子数密度）基态原子数密度）基态原子数密度第六页，讲稿共二十七页哦2-22-22-22-2 原子发射光谱仪器原子发射光谱仪器原子发射光谱仪器原子发射光谱仪器 1.1.1.1.仪器组成仪器组成仪器组成仪器组成 2.2.2.2.光源光源光源光源 电弧电弧电弧电弧 (Arc)(Arc)(Arc)(Arc)火花火花火花火花 (Spark)(Spark)(Spark)(Spark)电感耦合等离子体电感耦合等离子体电感耦合等离子体电感耦合等离子体 (Inductively Coupled Plasma,ICP)(Inductively Coupled Plasma,ICP)(Ind

6、uctively Coupled Plasma,ICP)(Inductively Coupled Plasma,ICP)3.3.3.3.光谱仪光谱仪光谱仪光谱仪 棱镜光谱仪棱镜光谱仪棱镜光谱仪棱镜光谱仪 光栅光谱仪光栅光谱仪光栅光谱仪光栅光谱仪第七页，讲稿共二十七页哦 一一一一.仪器组成仪器组成仪器组成仪器组成 光源（激发源）光源（激发源）光源（激发源）光源（激发源）光谱仪光谱仪光谱仪光谱仪 检测和记录系统检测和记录系统检测和记录系统检测和记录系统 光光 源源光光 源源分光系统分光系统检测、记录控制系统检测、记录控制系统进样系统进样系统第八页，讲稿共二十七页哦 二二二二.光源光源光源光源 光源

7、的作用：提供能量于待测元素的原子光源的作用：提供能量于待测元素的原子光源的作用：提供能量于待测元素的原子光源的作用：提供能量于待测元素的原子,使其激发后发使其激发后发使其激发后发使其激发后发 射特征谱线射特征谱线射特征谱线射特征谱线(分析线分析线分析线分析线)1.1.1.1.电学基础电学基础电学基础电学基础 电阻、电流、电压电阻、电流、电压电阻、电流、电压电阻、电流、电压 电容电容电容电容 电感电感电感电感 电容充电电容充电电容充电电容充电 电容放电电容放电电容放电电容放电 (阻尼放电、振荡放电阻尼放电、振荡放电阻尼放电、振荡放电阻尼放电、振荡放电)第九页，讲稿共二十七页哦 2.2.2.2.气

8、体放电气体放电气体放电气体放电 气体导电条件气体导电条件气体导电条件气体导电条件:1):1):1):1)带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子(火种火种火种火种);2);2);2);2)电场作用电场作用电场作用电场作用 电弧放电电弧放电电弧放电电弧放电 击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压:使气体放电的最小电压使气体放电的最小电压使气体放电的最小电压使气体放电的最小电压 影响击穿电压的因素影响击穿电压的因素影响击穿电压的因素影响击穿电压的因素:1)1)1)1)间隙距离间隙距离间隙距离间隙距离 2)2)2)2)电极材料电极材料电极材料电极材料 3)3)3)3)气体种类和压强气体种类和压强气体种类和压强气体

9、种类和压强 电极形状电极形状电极形状电极形状 放电方式：放电方式：放电方式：放电方式：1)1)1)1)交流放电；交流放电；交流放电；交流放电；2)2)2)2)直流放电直流放电直流放电直流放电第十页，讲稿共二十七页哦 3 3.电弧电弧电弧电弧 直流电弧直流电弧直流电弧直流电弧:1):1):1):1)电极温度高电极温度高电极温度高电极温度高,蒸发能力强蒸发能力强蒸发能力强蒸发能力强,灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高;定性分析定性分析定性分析定性分析 2)2)2)2)放电不稳定放电不稳定放电不稳定放电不稳定,分析重现性差分析重现性差分析重现性差分析重现性差;自吸较严重自吸较严重自吸较严重自吸较严重

10、交流电弧交流电弧交流电弧交流电弧:1):1):1):1)电极温度低电极温度低电极温度低电极温度低,适合所有元素适合所有元素适合所有元素适合所有元素 2)2)2)2)电流密度大电流密度大电流密度大电流密度大,激发能力强激发能力强激发能力强激发能力强 3)3)3)3)电弧稳定性好电弧稳定性好电弧稳定性好电弧稳定性好,分析重现性好分析重现性好分析重现性好分析重现性好,定量分析定量分析定量分析定量分析 交流电弧基本电交流电弧基本电交流电弧基本电交流电弧基本电路路路路T1:T1:T1:T1:升压变压器升压变压器升压变压器升压变压器;L1,L2:;L1,L2:;L1,L2:;L1,L2:高频变压器高频变压

11、器高频变压器高频变压器;R1,R2:;R1,R2:;R1,R2:;R1,R2:可变电阻可变电阻可变电阻可变电阻G1:G1:G1:G1:放电盘放电盘放电盘放电盘;G2:;G2:;G2:;G2:分析间隙分析间隙分析间隙分析间隙;C1,C2:;C1,C2:;C1,C2:;C1,C2:电容电容电容电容第十一页，讲稿共二十七页哦 4.4.4.4.火火火火 花花花花 高压火花高压火花高压火花高压火花 低压火花低压火花低压火花低压火花 基本电路基本电路基本电路基本电路i ii iG 2 G 2 G 2 G 2=i=i=i=i高频高频高频高频 +i+i+i+i 低频低频低频低频若若若若i ii i高频高频高频

12、高频 i i i i 低频低频低频低频 火花性质火花性质火花性质火花性质若若若若i ii i高频高频高频高频 i i i i 低频低频低频低频 电弧性质电弧性质电弧性质电弧性质火花火花火花火花:增大增大增大增大 C C C C2 2 2 2+C+C+C+C4444;减小减小减小减小LLLL2 2 2 2 电弧电弧电弧电弧:减小减小减小减小 C C C C2 2 2 2+C+C+C+C4444;增大增大增大增大LLLL2 2 2 2第十二页，讲稿共二十七页哦 电弧和火花光源的特点电弧和火花光源的特点电弧和火花光源的特点电弧和火花光源的特点:1)1)电弧比火花电极温度低。电弧的蒸发能力比火花强电弧

13、比火花电极温度低。电弧的蒸发能力比火花强电弧比火花电极温度低。电弧的蒸发能力比火花强电弧比火花电极温度低。电弧的蒸发能力比火花强,更适合于做难熔更适合于做难熔更适合于做难熔更适合于做难熔 样品样品样品样品和难熔元素分析和难熔元素分析和难熔元素分析和难熔元素分析;2)2)火花比电弧放电电流密度高火花比电弧放电电流密度高火花比电弧放电电流密度高火花比电弧放电电流密度高,激发能力强激发能力强激发能力强激发能力强,适合于难激发元素的分析适合于难激发元素的分析适合于难激发元素的分析适合于难激发元素的分析;3)3)放电重现性好。定量分析。放电重现性好。定量分析。放电重现性好。定量分析。放电重现性好。定量分

14、析。第十三页，讲稿共二十七页哦 5.5.电感耦合等离子体电感耦合等离子体电感耦合等离子体电感耦合等离子体 (Inductively Coupled Plasma,ICP)(Inductively Coupled Plasma,ICP)ICP ICP形成形成形成形成:射频射频射频射频(27 MHz,40 MHz)(27 MHz,40 MHz)Argon Argon 气气气气 功率功率功率功率:0.8 1.5 Kw:0.8 1.5 Kw ICP ICP光源的特点光源的特点光源的特点光源的特点:1)1)温度高。温度高。温度高。温度高。6000 10000 K6000 10000 K 2)2)稳定性好

15、。稳定性好。稳定性好。稳定性好。RSD 1%RSD l l l l2 2 2 2 l l l l3 3 3 3 l l l l4 4 4 4 则则则则 g g g g1 1 1 1 g g g g2 2 2 2 g g g g3 3 3 3 g g g g4 4 4 4 第十八页，讲稿共二十七页哦 2.2.光栅色散原理光栅色散原理光栅色散原理光栅色散原理 透射光栅透射光栅透射光栅透射光栅 反射光栅（平面反射光栅、凹面反射光栅）反射光栅（平面反射光栅、凹面反射光栅）反射光栅（平面反射光栅、凹面反射光栅）反射光栅（平面反射光栅、凹面反射光栅）第十九页，讲稿共二十七页哦3.3.检测和记录系统检测和记

16、录系统检测和记录系统检测和记录系统 检测器检测器检测器检测器1)1)光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管 (PMT)(PMT)2)2)二极管阵列检测器二极管阵列检测器二极管阵列检测器二极管阵列检测器 (PDA)(PDA)3)3)电荷耦合检测器电荷耦合检测器电荷耦合检测器电荷耦合检测器 (CCD)(CCD)4)4)电荷注入检测器电荷注入检测器电荷注入检测器电荷注入检测器 (CID)(CID)*眼睛眼睛眼睛眼睛 记录系统记录系统记录系统记录系统1 1）记录仪）记录仪）记录仪）记录仪2 2）照相干板）照相干板）照相干板）照相干板3 3）计算机）计算机）计算机）计算机 第二十页，讲稿共二十七页哦2

17、-3 2-3 2-3 2-3 原子发射光谱分析方法原子发射光谱分析方法原子发射光谱分析方法原子发射光谱分析方法 一一一一.光谱定性分析光谱定性分析光谱定性分析光谱定性分析原理：元素原子结构不同，激发时产生的光谱也不同，各元素的原理：元素原子结构不同，激发时产生的光谱也不同，各元素的原理：元素原子结构不同，激发时产生的光谱也不同，各元素的原理：元素原子结构不同，激发时产生的光谱也不同，各元素的 原子具有自己独特的特征谱线，此即光谱定性分析基础原子具有自己独特的特征谱线，此即光谱定性分析基础原子具有自己独特的特征谱线，此即光谱定性分析基础原子具有自己独特的特征谱线，此即光谱定性分析基础 分析线分析

18、线分析线分析线 灵敏线灵敏线灵敏线灵敏线 最后线最后线最后线最后线 标准谱（铁谱）标准谱（铁谱）标准谱（铁谱）标准谱（铁谱）定性分析方法定性分析方法定性分析方法定性分析方法 1 1 1 1）铁谱（标准谱）比较法）铁谱（标准谱）比较法）铁谱（标准谱）比较法）铁谱（标准谱）比较法 2 2 2 2）标准试样光谱比较法）标准试样光谱比较法）标准试样光谱比较法）标准试样光谱比较法 二二二二.光谱半定量分析光谱半定量分析光谱半定量分析光谱半定量分析第二十一页，讲稿共二十七页哦 三三三三.光谱定量分析光谱定量分析光谱定量分析光谱定量分析 原理：发射光谱分析光源中，选定谱线的强度与待测元素在样原理：发射光谱分

19、析光源中，选定谱线的强度与待测元素在样原理：发射光谱分析光源中，选定谱线的强度与待测元素在样原理：发射光谱分析光源中，选定谱线的强度与待测元素在样 品中的含量成正比品中的含量成正比品中的含量成正比品中的含量成正比 I=k C I=k C I=k C I=k C 如果考虑谱线在光源中的自吸现象，则如果考虑谱线在光源中的自吸现象，则如果考虑谱线在光源中的自吸现象，则如果考虑谱线在光源中的自吸现象，则 I=k C I=k C I=k C I=k Cb b b b 在稀薄光源中，在稀薄光源中，在稀薄光源中，在稀薄光源中，自吸很小，自吸很小，自吸很小，自吸很小，b=1b=1b=1b=1 内标法（相对强度

20、法）内标法（相对强度法）内标法（相对强度法）内标法（相对强度法）分析线、内标线分析线、内标线分析线、内标线分析线、内标线 I=k CI=k CI=k CI=k Cbbbb IIII0000=k=k=k=k0000 C C C C0000a a a a R R R R =I/I=I/I=I/I=I/I0000=k/k=k/k=k/k=k/k0000cccc0000aaaa C C C Cbbbb=A =A =A =A C C C Cbbbb 第二十二页，讲稿共二十七页哦 分析线和内标线的选择：分析线和内标线的选择：分析线和内标线的选择：分析线和内标线的选择：1 1 1 1）内标元素与分析元素的蒸

21、发行为尽量一致；内标元素与分析元素的蒸发行为尽量一致；内标元素与分析元素的蒸发行为尽量一致；内标元素与分析元素的蒸发行为尽量一致；2 2 2 2）试样中试样中试样中试样中 不含内标元素或含量很低；不含内标元素或含量很低；不含内标元素或含量很低；不含内标元素或含量很低；3 3 3 3）分析线和内标线的激发电位、电离电位尽量一致或接近；分析线和内标线的激发电位、电离电位尽量一致或接近；分析线和内标线的激发电位、电离电位尽量一致或接近；分析线和内标线的激发电位、电离电位尽量一致或接近；4 4 4 4）分析线和内标线波长接近，无自吸或很小，无光谱干扰。分析线和内标线波长接近，无自吸或很小，无光谱干扰。

22、分析线和内标线波长接近，无自吸或很小，无光谱干扰。分析线和内标线波长接近，无自吸或很小，无光谱干扰。进样过程进样过程进样过程进样过程 光源（蒸发、解离、电离、激发、发射）光源（蒸发、解离、电离、激发、发射）光源（蒸发、解离、电离、激发、发射）光源（蒸发、解离、电离、激发、发射）第二十三页，讲稿共二十七页哦 光谱定量分析方法光谱定量分析方法光谱定量分析方法光谱定量分析方法 1 1 1 1）标准曲线法）标准曲线法）标准曲线法）标准曲线法 2 2 2 2）标准加入法）标准加入法）标准加入法）标准加入法 发射光谱分析的背景发射光谱分析的背景发射光谱分析的背景发射光谱分析的背景 背景产生：背景产生：背景

23、产生：背景产生：1 1 1 1）分子带状光谱）分子带状光谱）分子带状光谱）分子带状光谱 2 2 2 2）固体连续发射）固体连续发射）固体连续发射）固体连续发射 3 3 3 3）光谱干扰）光谱干扰）光谱干扰）光谱干扰 背景扣除：背景扣除：背景扣除：背景扣除：1 1 1 1）选择合适的分析线（避免带状光谱的影响和光谱干扰）选择合适的分析线（避免带状光谱的影响和光谱干扰）选择合适的分析线（避免带状光谱的影响和光谱干扰）选择合适的分析线（避免带状光谱的影响和光谱干扰）2 2 2 2）直接扣除连续背景直接扣除连续背景直接扣除连续背景直接扣除连续背景 第二十四页，讲稿共二十七页哦本章参考书本章参考书本章参

24、考书本章参考书1.“1.“发射光谱分析发射光谱分析发射光谱分析发射光谱分析”编写组，编写组，编写组，编写组，“发射光谱分析发射光谱分析发射光谱分析发射光谱分析”，冶金工业出版社，北京，冶金工业出版社，北京，冶金工业出版社，北京，冶金工业出版社，北京，1979 1979 2.2.寿曼立等编，寿曼立等编，寿曼立等编，寿曼立等编，“发射光谱分析发射光谱分析发射光谱分析发射光谱分析”，地质出版社，北京，地质出版社，北京，地质出版社，北京，地质出版社，北京，198019803.D.A.Skoog,F.J.Holler,T.A.Nieman,Principles of Instrumental 3.D.A

25、.Skoog,F.J.Holler,T.A.Nieman,Principles of Instrumental Analysis,Saunders College,1998(5 Analysis,Saunders College,1998(5thth Edition)Edition)4.4.赵藻藩，周性尧，张悟铭，赵文宽编，赵藻藩，周性尧，张悟铭，赵文宽编，赵藻藩，周性尧，张悟铭，赵文宽编，赵藻藩，周性尧，张悟铭，赵文宽编，“仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析”，高等教育出版社，北京，高等教育出版社，北京，高等教育出版社，北京，高等教育出版社，北京 19901990第二十五页，讲稿共二十七页哦作

26、作作作 业业业业1.1.简述发射光谱中几种常用光源的特点及适用范围。简述发射光谱中几种常用光源的特点及适用范围。简述发射光谱中几种常用光源的特点及适用范围。简述发射光谱中几种常用光源的特点及适用范围。2.2.简述简述简述简述ICPICP原子发射光谱分析中影响谱线强度的因素。原子发射光谱分析中影响谱线强度的因素。原子发射光谱分析中影响谱线强度的因素。原子发射光谱分析中影响谱线强度的因素。3.3.解释下列名词：解释下列名词：解释下列名词：解释下列名词：1 1）分析线；）分析线；）分析线；）分析线；2 2）共振线；）共振线；）共振线；）共振线；3 3）灵敏线；）灵敏线；）灵敏线；）灵敏线；4 4）最

27、后线；）最后线；）最后线；）最后线；5 5）原子线；）原子线；）原子线；）原子线；6 6）离子线；）离子线；）离子线；）离子线；7 7）内标线。）内标线。）内标线。）内标线。4.4.光谱定量分析为什么用内标法？简述其原理，并说明如何选择内标元素和光谱定量分析为什么用内标法？简述其原理，并说明如何选择内标元素和光谱定量分析为什么用内标法？简述其原理，并说明如何选择内标元素和光谱定量分析为什么用内标法？简述其原理，并说明如何选择内标元素和 内标线，写出内标法基本关系式。内标线，写出内标法基本关系式。内标线，写出内标法基本关系式。内标线，写出内标法基本关系式。5.5.画图并证明光栅方程。画图并证明光栅方程。画图并证明光栅方程。画图并证明光栅方程。第二十六页，讲稿共二十七页哦感谢大家观看第二十七页，讲稿共二十七页哦