原子发射光谱分析课件.ppt

1、原子发射光谱分析原子发射光谱分析 用适当的方法用适当的方法(电弧电弧,火花或等离子体火花或等离子体)提提供能量供能量,使样品蒸发使样品蒸发,汽化并激发发光汽化并激发发光,所发所发的光经棱镜或光栅构成的分光器分光的光经棱镜或光栅构成的分光器分光,得到得到按波长序列排列的按波长序列排列的原子光谱原子光谱.测定原子光谱测定原子光谱线的波长及强度线的波长及强度,确定元素的种类及其浓度确定元素的种类及其浓度的方法称为的方法称为原子发射光谱分析原子发射光谱分析(Atomic(Atomic emission emission spectroscopy,AESspectroscopy,AES)l同时进行数十种

2、元素的定性和定量分析同时进行数十种元素的定性和定量分析l样品使用量少（可以是固体，液体或气样品使用量少（可以是固体，液体或气体）体）l灵敏度高灵敏度高l可直接对固体样品进行分析可直接对固体样品进行分析l分析速度快，检测限低分析速度快，检测限低l分析成本低分析成本低在通常温度下，原子处于最低能量的基态，在通常温度下，原子处于最低能量的基态，在激发光源的作用下，原子获得足够的能量，在激发光源的作用下，原子获得足够的能量，外层电子由基态跃迁到不同能级的激发态，外层电子由基态跃迁到不同能级的激发态，处于激发态的原子极不稳定，其很快跃迁回处于激发态的原子极不稳定，其很快跃迁回基态或较低激发态，发射出不同

3、波长的辐基态或较低激发态，发射出不同波长的辐射由最低激发态跃迁回基态发射的谱线称射由最低激发态跃迁回基态发射的谱线称为为共振线共振线，一般为谱线强度最强线，一般为谱线强度最强线 每种元素都具有特征谱线，根据特征谱线每种元素都具有特征谱线，根据特征谱线进行进行定性分析定性分析 谱线的强度与基态原子数成正比在特定谱线的强度与基态原子数成正比在特定条件下，基态原子数与试样中被测元素的浓条件下，基态原子数与试样中被测元素的浓度成正比，可据此进行度成正比，可据此进行定量分析定量分析l光源（激发装置）：光源（激发装置）：电弧放电；火花放电弧放电；火花放电；电感耦合等离子体光源电；电感耦合等离子体光源l分光

4、系统：分光系统：棱镜；光栅棱镜；光栅l检测系统：检测系统：照相测光；光电倍增管测光；照相测光；光电倍增管测光；阵列检测器测光阵列检测器测光l数据处理系统数据处理系统 光谱定性分析是根据某元素的光谱定性分析是根据某元素的特特征谱线是否出现征谱线是否出现来判断试样中某元来判断试样中某元素的存在有些元素光谱比较简单，素的存在有些元素光谱比较简单，多数元素的光谱比较复杂每种元多数元素的光谱比较复杂每种元素可以发射多条谱线，谱线强度有素可以发射多条谱线，谱线强度有强有若，分析时一般选用最灵敏线强有若，分析时一般选用最灵敏线（谱线强度最大的谱线），另外（谱线强度最大的谱线），另外谱谱线的强度与被测试样中的

5、元素浓度线的强度与被测试样中的元素浓度有关有关 当元素浓度降低时，有些谱线将消失，最后当元素浓度降低时，有些谱线将消失，最后消失的谱线为消失的谱线为最灵敏线最灵敏线定性分析时，并不要定性分析时，并不要求对元素的每条谱线都进行鉴别，一般只需根求对元素的每条谱线都进行鉴别，一般只需根据条元素的灵敏线就可确定该元素的存据条元素的灵敏线就可确定该元素的存在与否在与否 当谱线之间存在干扰时，或被分析元素浓度当谱线之间存在干扰时，或被分析元素浓度足够高时，可以选用足够高时，可以选用次灵敏线次灵敏线l标准谱图比较法标准谱图比较法l波长测定法波长测定法l纯样品比较法纯样品比较法 定量的原理谱线的强度与试样中被

6、测元素的定量的原理谱线的强度与试样中被测元素的浓度有关，因此根据谱线的强度确定元素的含浓度有关，因此根据谱线的强度确定元素的含量在一定条件下，谱线强度和元素含量关系量在一定条件下，谱线强度和元素含量关系如下如下bIAC式中，被测元素谱线强度；常数；式中，被测元素谱线强度；常数；被测元素的含量；自吸系数被测元素的含量；自吸系数 常数与试样的组成，蒸发和激常数与试样的组成，蒸发和激发过程有关，自吸系数与谱线自发过程有关，自吸系数与谱线自吸收性质有关，自吸收越大越小，吸收性质有关，自吸收越大越小，当待测元素浓度很低时，谱线无自当待测元素浓度很低时，谱线无自吸时，吸时，l绝对强度法绝对强度法l相对强度

7、法（内标法）相对强度法（内标法）实验条件一定，被测元素浓度在实验条件一定，被测元素浓度在一定范围内，谱线的强度与待测元一定范围内，谱线的强度与待测元素的浓度成线性关系但此方法受素的浓度成线性关系但此方法受实验条件限制，如光源波动影响较实验条件限制，如光源波动影响较大，因此根据谱线的绝对强度进行大，因此根据谱线的绝对强度进行定量分析不能得到准确结果，在实定量分析不能得到准确结果，在实际工作中应用很少际工作中应用很少 为消除工作条件变化对实验结果为消除工作条件变化对实验结果的影响，常采用的影响，常采用内标法内标法根据待根据待测元素光谱线的强度与已知浓度测元素光谱线的强度与已知浓度的标准试样的光谱线

8、进行比较的的标准试样的光谱线进行比较的结果，可以测得未知试样中待测结果，可以测得未知试样中待测元素的浓度元素的浓度 在用摄谱法的实际定量分析中，在显影定影在用摄谱法的实际定量分析中，在显影定影后的感光板或胶片上，选定分析线与相应的内后的感光板或胶片上，选定分析线与相应的内标线，用测微光度计测定谱线的黑度通常采标线，用测微光度计测定谱线的黑度通常采用用黑度比较法黑度比较法进行测定，即在同一块感光板或进行测定，即在同一块感光板或胶片上摄取必要数量的标准系列，求得光谱线胶片上摄取必要数量的标准系列，求得光谱线对的黑度差对的黑度差S,S,黑度差黑度差S S与分析元素谱线强度与分析元素谱线强度关系为关系

9、为:lglg,lg,BGBAGSASSBGAIIISIIIIII式中，分别为分析线强度，内标分别为分析线强度，内标线强度及未曝光的背景强度线强度及未曝光的背景强度,lglgbSIA CbCA根 据则绘制绘制S SlgClgC的关系曲线，根据测定的谱线黑的关系曲线，根据测定的谱线黑度，求得待测元素的浓度度，求得待测元素的浓度 在光电测光法中，积分电容的充电电压比在光电测光法中，积分电容的充电电压比表现为记录仪的读数，只要求得记录仪的读数表现为记录仪的读数，只要求得记录仪的读数与已知含量的标准系列的元素浓度之间的关系，与已知含量的标准系列的元素浓度之间的关系，即标准曲线，用它即可进行定量分析即标准

10、曲线，用它即可进行定量分析/ASVV 发射光谱法利用标准样品采用发射光谱法利用标准样品采用校正曲线法校正曲线法和和标准加入法标准加入法进行定量分析进行定量分析 谱线的强度与试样的组成谱线的强度与试样的组成,蒸发蒸发,原子化原子化,激发激发,电极材料等条件有关电极材料等条件有关,而且共存元素也影响被测而且共存元素也影响被测元素的谱线强度元素的谱线强度,后者的干扰称为后者的干扰称为基体效应基体效应.实实验中主要考虑的干扰是基体效应验中主要考虑的干扰是基体效应.试样组成越复杂试样组成越复杂,基体效应越显著基体效应越显著,分析误差分析误差越大越大.主要原因是在激发过程中主要原因是在激发过程中,试样组成

11、的变试样组成的变化引起激发温度的变化化引起激发温度的变化.为消除干扰为消除干扰,通常在基通常在基体中加入光谱缓冲剂或光谱载体体中加入光谱缓冲剂或光谱载体.l固体电极法固体电极法l粉末法粉末法l溶液法溶液法 等离子体等离子体(plasma)(plasma)是物质的是物质的第四第四态态，等离子体是一种电离的气体，等离子体是一种电离的气体，它是电的导体，其中含有电子和正它是电的导体，其中含有电子和正离子，两者的浓度处于平衡状态，离子，两者的浓度处于平衡状态，且正负电荷相等，所以称为且正负电荷相等，所以称为等离子等离子体体 电感耦合等离子体电感耦合等离子体(inductive(inductive co

12、upled coupled plasma,ICPplasma,ICP)发射光谱实际上发射光谱实际上就是采用电感耦合等离子体炬为光源的就是采用电感耦合等离子体炬为光源的发射光谱它基于物质在高频电磁场所发射光谱它基于物质在高频电磁场所形成的高温等离子体中，有良好特征谱形成的高温等离子体中，有良好特征谱线发射，进而实现对不同元素的测线发射，进而实现对不同元素的测定它具有检测限低，重现性好，分析定它具有检测限低，重现性好，分析元素多，基体效应小等特点元素多，基体效应小等特点 电感耦合等离子体（电感耦合等离子体（ICP)ICP)光源主要由高频光源主要由高频发生器和等离子体炬管组成发生器和等离子体炬管组成

13、高频发生器对高频发生器的要求是：震高频发生器对高频发生器的要求是：震荡频率荡频率2750MHz2750MHz输出功率输出功率0.75kW,0.75kW,频率和功频率和功率具有足够高的稳定性率具有足够高的稳定性等离子体炬管一般由同心的三层石英管等离子体炬管一般由同心的三层石英管构成外管通入构成外管通入1020L/min1020L/min氩气，以维持等氩气，以维持等离子体并防止石英管受热熔化，称为冷却气，离子体并防止石英管受热熔化，称为冷却气，以切线方向引入以切线方向引入 中间管通入中间管通入0.51.5L/min0.51.5L/min氩气以形成等离子氩气以形成等离子体，称为辅助气内管通入体，称为

14、辅助气内管通入0.51L/min0.51L/min氩气作为氩气作为载气用于进样载气的流量，流速的大小对载气用于进样载气的流量，流速的大小对ICPICP的分析性能影响极大的分析性能影响极大 三层同心石英管放在感应线圈内，当高频电流三层同心石英管放在感应线圈内，当高频电流通过感应线圈时，在炬管的轴线方向形成高频磁通过感应线圈时，在炬管的轴线方向形成高频磁场此时若向炬管内导入气体，并用微电子火花场此时若向炬管内导入气体，并用微电子火花引燃，气体立即产生带电离子，这些带电离子达引燃，气体立即产生带电离子，这些带电离子达到气体导电时，产生一股垂直于炬管轴方向的环到气体导电时，产生一股垂直于炬管轴方向的环

15、形涡流，它在瞬间内使气体形涡流，它在瞬间内使气体达到达到10000K10000K高温，在管口形成高温，在管口形成火炬状等离子体，则试液雾化火炬状等离子体，则试液雾化后由载气带入等离子炬，蒸发后由载气带入等离子炬，蒸发激发产生光谱激发产生光谱l雾化器雾化器l雾化室雾化室l中阶梯光栅：中阶梯光栅：刻线数目少；光谱范围宽；色散刻线数目少；光谱范围宽；色散率大；分辨率高率大；分辨率高l阵列检测器：阵列检测器：二极管阵列检测器二极管阵列检测器 diode-array diode-array detector,DAD detector,DAD 以光电二极管阵列（或以光电二极管阵列（或CCDCCD阵阵列，硅

16、靶摄像管等）作为检测元件的检测器。列，硅靶摄像管等）作为检测元件的检测器。它可构成多通道并行工作，同时检测由光栅分它可构成多通道并行工作，同时检测由光栅分光，再入射到阵列式接受器上的全部波长的信光，再入射到阵列式接受器上的全部波长的信号，然后，对二极管阵列快速扫描采集数据，号，然后，对二极管阵列快速扫描采集数据，得到的是光强度和波长的谱图。得到的是光强度和波长的谱图。l高频功率：高频功率：0.71.2kW0.71.2kW（水溶液样（水溶液样品）品）,1.41.8kW,1.41.8kW（有机试液）（有机试液）;l载气流量；载气流量；0.51.0ml/min(Ar)0.51.0ml/min(Ar)

17、l冷却气：冷却气：815L/min815L/minl辅助气：辅助气：0.51.0L/min0.51.0L/minl试液提升量：试液提升量：0.52.0ml/min0.52.0ml/minl分析速度：分析速度：530530件件/h/h 样品在温度极高样品在温度极高(10000K(10000K以上以上)的等离子体中的等离子体中能得到较好的蒸发，原子化和激发，化学干扰能得到较好的蒸发，原子化和激发，化学干扰少，激发能力强，谱线强度大，对许多元素的少，激发能力强，谱线强度大，对许多元素的检测限都在检测限都在ngng级，检出限较低，且动态范围宽，级，检出限较低，且动态范围宽，精密度好，基体效应低，可同时测定多个元素，精密度好，基体效应低，可同时测定多个元素，可测元素达可测元素达7070多种多种缺点是工作气体氩气消耗量大，操作维持费缺点是工作气体氩气消耗量大，操作维持费用高，非金属元素分析灵敏度较低，不能用于用高，非金属元素分析灵敏度较低，不能用于固体样品的直接分析，存在光谱干扰，溶剂效固体样品的直接分析，存在光谱干扰，溶剂效应，易电离元素影响等应，易电离元素影响等问题讨论问题讨论