第一章 材料成分分析-1 平均成分 X射線熒光光譜、原子發(fā)射及吸收光譜、等離子體發(fā)射光譜

1、 課程名稱：材料分析方法課程名稱：材料分析方法任課任課教師：魏大慶教師：魏大慶哈工大分析測(cè)試中心哈工大分析測(cè)試中心科學(xué)園科學(xué)園B1B1棟棟210210室室電話：電話：8641761786417617 E-mail: E-mail: 高能量粒子與原子高能量粒子與原子碰撞碰撞，將內(nèi)層電子逐出，產(chǎn)生，將內(nèi)層電子逐出，產(chǎn)生空穴空穴, 此空穴由外層此空穴由外層電子躍入電子躍入，同時(shí)，同時(shí)釋放出能量釋放出能量，就產(chǎn)生具有，就產(chǎn)生具有特征波長(zhǎng)的特征波長(zhǎng)的特征特征x光譜光譜。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析a. X射線熒光光譜

2、分析原理射線熒光光譜分析原理a.1 基本原理基本原理并不是對(duì)應(yīng)于所有能級(jí)并不是對(duì)應(yīng)于所有能級(jí)組合的譜線都能出現(xiàn)，而組合的譜線都能出現(xiàn)，而是是必須遵守電子躍遷的選必須遵守電子躍遷的選擇定則擇定則進(jìn)行躍遷，才能輻進(jìn)行躍遷，才能輻射出特征射出特征X射線。射線。 n=1的躍遷產(chǎn)生的線系的躍遷產(chǎn)生的線系命名為命名為線系，線系，n=2的躍的躍遷產(chǎn)生的線系命名為遷產(chǎn)生的線系命名為線線系系，依次類推。，依次類推。特征特征X射線線系射線線系第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析a. X射線熒光光譜分析原理射線熒光光譜分析原理a.2 譜

3、線命名譜線命名 能量與波長(zhǎng)關(guān)系服能量與波長(zhǎng)關(guān)系服從光譜躍遷公式：從光譜躍遷公式：特征特征X射線線系射線線系第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析a. X射線熒光光譜分析原理射線熒光光譜分析原理a.2 譜線命名譜線命名v試樣受試樣受X射線照射后，其中各元素原子的內(nèi)殼層射線照射后，其中各元素原子的內(nèi)殼層(K，L或或M層層)電子被激發(fā)逐出原子而引起電子電子被激發(fā)逐出原子而引起電子躍遷，并發(fā)射出該元素的躍遷，并發(fā)射出該元素的特征特征X射線熒光射線熒光。u X射線熒光光譜射線熒光光譜定性分析定性分析。u X射線熒光光譜射線熒光

4、光譜定量分析定量分析。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析a. X射線熒光光譜分析原理射線熒光光譜分析原理a.3 譜線及應(yīng)用分析譜線及應(yīng)用分析按色散方式分為按色散方式分為:波長(zhǎng)色散波長(zhǎng)色散型型 指采用指采用分析晶體分光分析晶體分光的的X射熒光射熒光 分分析儀，效率較低，一般采用大功率光析儀，效率較低，一般采用大功率光管激發(fā)。管激發(fā)。能量色散能量色散型型 采用采用半導(dǎo)體探測(cè)器和多道能量分析半導(dǎo)體探測(cè)器和多道能量分析器器對(duì)光譜直接分辨的方法。探測(cè)效率對(duì)光譜直接分辨的方法。探測(cè)效率高，一般采用放射源或小功率光管激高，一般

5、采用放射源或小功率光管激發(fā)。發(fā)。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.1 X射線熒光光譜儀分類射線熒光光譜儀分類能量色散型能量色散型XRFXRF工作原理圖工作原理圖amplifier andmulti-channelanalyserenergy (KeV)channelcountssampleX-ray tubedetector第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光

6、光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.1 X射線熒光光譜儀分類射線熒光光譜儀分類波長(zhǎng)色散型波長(zhǎng)色散型XRF工作原理圖工作原理圖第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.1 X射線熒光光譜儀分類射線熒光光譜儀分類激發(fā)激發(fā)-利用利用X射線管做激發(fā)源射線管做激發(fā)源分光分光-利用晶體做色散元件利用晶體做色散元件信號(hào)處理信號(hào)處理-利用能量多道分析器進(jìn)行計(jì)數(shù)利用能量多道分析器進(jìn)行計(jì)數(shù)探測(cè)探測(cè)-利用氣體探測(cè)器或閃爍探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)利用氣體探測(cè)器或閃爍探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成

7、電信號(hào)換成電信號(hào)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成( (1 1)X)X射線管射線管( (光源光源) )第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成 X光管本質(zhì)上是一個(gè)在高光管本質(zhì)上是一個(gè)在高電壓下工作的電壓下工作的二極管二極管，包括一個(gè)發(fā)射電子的包括一個(gè)

8、發(fā)射電子的陰陰極燈絲極燈絲和一個(gè)收集電子和一個(gè)收集電子的的陽極靶（即靶材陽極靶（即靶材），），鈹窗以及聚集柵極組成。鈹窗以及聚集柵極組成。發(fā)射電子的陰極，一般由發(fā)射電子的陰極，一般由螺旋狀的燈絲螺旋狀的燈絲組成，燈絲的材料是組成，燈絲的材料是鎢絲。燈絲在一穩(wěn)定的燈絲電流加熱下鎢絲。燈絲在一穩(wěn)定的燈絲電流加熱下發(fā)射電子發(fā)射電子，電子在陽，電子在陽極極高壓作用高壓作用，被，被加速加速飛向陽極，與陽極材料中飛向陽極，與陽極材料中原子相互作用，原子相互作用，發(fā)射發(fā)射X射線射線。分析重元素：鎢靶分析重元素：鎢靶分析輕元素：鉻靶分析輕元素：鉻靶靶材的原子序數(shù)越靶材的原子序數(shù)越大，大，X光管壓越高，光管壓越

9、高，連續(xù)譜強(qiáng)度越大。連續(xù)譜強(qiáng)度越大。( (1 1)X)X射線管射線管( (光源光源) )第一章第一章 材料成分分析材料成分分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析v 作用：利用金屬濾波片的吸收特性減少靶物質(zhì)的特征作用：利用金屬濾波片的吸收特性減少靶物質(zhì)的特征X X射射線、雜質(zhì)線和背景線、雜質(zhì)線和背景對(duì)分析譜線的干擾對(duì)分析譜線的干擾，降低很強(qiáng)譜線的強(qiáng)度。，降低很強(qiáng)譜線的強(qiáng)度。儀器配有儀器配有4 4塊濾波片塊濾波片200um Al 200um Al 測(cè)定能量范圍

10、在測(cè)定能量范圍在6-10keV6-10keV內(nèi)的譜線，降低背景和檢測(cè)限。內(nèi)的譜線，降低背景和檢測(cè)限。750um Al 750um Al 測(cè)定能量范圍在測(cè)定能量范圍在10-20keV10-20keV內(nèi)的譜線，降低背景和檢測(cè)限。內(nèi)的譜線，降低背景和檢測(cè)限。300um Cu 300um Cu 削弱削弱RhRh的的K K系線，用于能量在系線，用于能量在20keV20keV以上的譜線測(cè)定。以上的譜線測(cè)定。1000um Pb 1000um Pb 在停機(jī)狀態(tài)時(shí)使用，保護(hù)光管免受粉塵污染，還可避免檢在停機(jī)狀態(tài)時(shí)使用，保護(hù)光管免受粉塵污染，還可避免檢測(cè)器的消耗。測(cè)器的消耗。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析

11、1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成(2)(2)濾波片濾波片第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成(2)(2)濾波片濾波片第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀

12、的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成(2)(2)濾波片濾波片濾去無用的濾去無用的X射線射線晶體色散作用；晶體色散作用； =2dsin 平面晶體分光器平面晶體分光器彎面晶體分光器彎面晶體分光器第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成(3) 晶體分光器晶體分光器第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜

13、分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成有有8個(gè)供選擇的晶體可覆個(gè)供選擇的晶體可覆蓋所有波長(zhǎng)，分布在一蓋所有波長(zhǎng)，分布在一個(gè)滾筒周圍。個(gè)滾筒周圍。晶體的作用是通過衍射晶體的作用是通過衍射將從樣品發(fā)出的熒光按將從樣品發(fā)出的熒光按不同的波段分離，不同的波段分離，根據(jù)根據(jù)的原理是布拉格方程的原理是布拉格方程。(3) 晶體分光器晶體分光器 分光晶體是分光晶體是獲得待測(cè)元素特征獲得待測(cè)元素特征X射線譜的射線譜的核心部核心部件件，因此晶體的選擇是十分重要的。，因此晶體的選擇是十分重要的。 根據(jù)布拉格定律，根據(jù)布拉格定律，sin=n/2d，所選，所選晶體的晶體的2d(d為晶面間距為晶面間距)必須

14、大于待分析元素的波長(zhǎng)必須大于待分析元素的波長(zhǎng)。 在高在高2角度的條件下，譜峰的寬度增大，強(qiáng)度隨角度的條件下，譜峰的寬度增大，強(qiáng)度隨著下降。同時(shí)由于譜儀結(jié)構(gòu)的限制，不允許探測(cè)著下降。同時(shí)由于譜儀結(jié)構(gòu)的限制，不允許探測(cè)器的器的2接近于接近于180度。因此，一般度。因此，一般2小于小于148度度。(3) 晶體分光器晶體分光器第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成(3) 晶體分光器晶體分光器第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1

15、.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成影響晶體衍射強(qiáng)度的因素主要包括如下幾點(diǎn)：影響晶體衍射強(qiáng)度的因素主要包括如下幾點(diǎn)：（1 1）晶體和衍射率晶體和衍射率，這是由晶體本身結(jié)構(gòu)所決定的。，這是由晶體本身結(jié)構(gòu)所決定的。（2 2）理想晶體具有完全一致的晶面，會(huì)產(chǎn)生初級(jí)消光，理想晶體具有完全一致的晶面，會(huì)產(chǎn)生初級(jí)消光，使衍射強(qiáng)度降低使衍射強(qiáng)度降低。為此，。為此，需對(duì)晶體表面進(jìn)行必要的處理需對(duì)晶體表面進(jìn)行必要的處理，使其表面平整度、光潔度適合于測(cè)量波譜，并形成一些排使其表面

16、平整度、光潔度適合于測(cè)量波譜，并形成一些排列略有變化的鑲嵌塊。列略有變化的鑲嵌塊。（3 3）晶體的衍射效率隨波長(zhǎng)而變化晶體的衍射效率隨波長(zhǎng)而變化。對(duì)于同一元素，。對(duì)于同一元素，2d2d值越小，晶體衍射效率越低，分辨率越好。值越小，晶體衍射效率越低，分辨率越好。 準(zhǔn)直器是由平行金屬板材組成準(zhǔn)直器是由平行金屬板材組成，兩塊金屬片之間的兩塊金屬片之間的距離有距離有100、150、300、550、700和和4000m供選供選擇。擇。 在樣品和晶體之間的稱在樣品和晶體之間的稱一級(jí)準(zhǔn)直器一級(jí)準(zhǔn)直器，其作用是將樣，其作用是將樣品發(fā)射出的品發(fā)射出的X射線熒光通過準(zhǔn)直器變?yōu)槠叫泄馐丈渚€熒光通過準(zhǔn)直器變?yōu)槠叫泄?/p>

17、束照射到晶體射到晶體，該準(zhǔn)直器又稱為，該準(zhǔn)直器又稱為入射狹縫入射狹縫；第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成（4 4）準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器 二級(jí)準(zhǔn)直器二級(jí)準(zhǔn)直器在分光晶體之后，又稱為在分光晶體之后，又稱為出射狹縫出射狹縫，其，其作用是作用是將晶體分光后的光束變?yōu)槠叫泄馐M(jìn)入探測(cè)將晶體分光后的光束變?yōu)槠叫泄馐M(jìn)入探測(cè)器器。 二二級(jí)準(zhǔn)直器是固定的，不能選擇級(jí)準(zhǔn)直器是固定的，不能選擇。 X射線熒光經(jīng)入射線熒光經(jīng)入射和出射準(zhǔn)直器后，可確保

18、入射光束以射和出射準(zhǔn)直器后，可確保入射光束以角進(jìn)入晶角進(jìn)入晶體，出射光束以體，出射光束以2角射入探測(cè)器。一級(jí)準(zhǔn)直器對(duì)譜角射入探測(cè)器。一級(jí)準(zhǔn)直器對(duì)譜儀分辨率起著重要作用儀分辨率起著重要作用第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成（4 4）準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器它的作用是將它的作用是將X射線熒光光量子射線熒光光量子轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢〝?shù)量轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢〝?shù)量的的電脈沖電脈沖，表征，表征X射線熒光的能量和強(qiáng)度。射線熒光的能量和強(qiáng)度。檢測(cè)器的工作原理檢測(cè)器的

19、工作原理: 入射入射X射線的能量和輸出脈射線的能量和輸出脈沖的大小之間有正比關(guān)系沖的大小之間有正比關(guān)系，利用這個(gè)正比關(guān)系進(jìn)，利用這個(gè)正比關(guān)系進(jìn)行脈沖高度分析。行脈沖高度分析。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成（5）檢測(cè)器檢測(cè)器（5 5）檢測(cè)器檢測(cè)器第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b

20、.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成金屬圓筒負(fù)極和芯線正極組成流氣式正比計(jì)數(shù)器主要用于輕元素分析筒內(nèi)充氬（筒內(nèi)充氬（90%）和甲烷（）和甲烷（10%）的混合氣體，）的混合氣體，X射線射入管內(nèi)，使射線射入管內(nèi)，使Ar原子電離，原子電離，一脈沖信號(hào)，脈沖幅度與一脈沖信號(hào)，脈沖幅度與X射線能量成正比。射線能量成正比。（5 5）檢測(cè)器檢測(cè)器第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成閃爍計(jì)數(shù)器用于重元素測(cè)定閃爍晶體將入射閃爍晶體將入射

21、X射線光子轉(zhuǎn)變?yōu)殚W爍光子射到光電倍增管上射線光子轉(zhuǎn)變?yōu)殚W爍光子射到光電倍增管上（5 5）檢測(cè)器檢測(cè)器第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成能量分辨率較正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器好，在20世紀(jì)70年代中期已廣泛用作能量色散X射線熒光分析儀的探測(cè)器（6 6）記錄顯示記錄顯示記錄顯示：放大記錄顯示：放大器、脈沖高度分器、脈沖高度分析器、顯示；析器、顯示；三種檢測(cè)器給出三種檢測(cè)器給出脈沖信號(hào)；脈沖信號(hào)；脈沖高度分析器：脈沖高度分析器：

22、分離次級(jí)衍射線，分離次級(jí)衍射線，雜質(zhì)線，散射線雜質(zhì)線，散射線第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析b. X射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)射線熒光光譜分析儀的結(jié)構(gòu)b.2 儀器基本結(jié)構(gòu)組成儀器基本結(jié)構(gòu)組成 用用 Si(li)探測(cè)器同時(shí)測(cè)量和顯示所有元素的光譜探測(cè)器同時(shí)測(cè)量和顯示所有元素的光譜，適用于適用于Na(11)U(92)范圍元素范圍元素的快速定性定量分析；的快速定性定量分析； 用探測(cè)器的正比特性對(duì)光譜直接分辨，不需要使用分光晶體用探測(cè)器的正比特性對(duì)光譜直接分辨，不需要使用分光晶體，儀器造價(jià)低，價(jià)格便宜儀器造價(jià)低，價(jià)格便宜

23、。 激發(fā)的熒光強(qiáng)度低激發(fā)的熒光強(qiáng)度低，所有元素的最大計(jì)數(shù)率不超過所有元素的最大計(jì)數(shù)率不超過20000計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)/秒秒，儀器靈敏度差儀器靈敏度差； 高能端高能端(Ag/Sn/Sb K系光譜系光譜)，分辨率優(yōu)于波長(zhǎng)色散分辨率優(yōu)于波長(zhǎng)色散 ；中能中能端端(Fe/Mn/Cr K系光譜系光譜)，分辨率相同分辨率相同；低能端低能端 (Na/Mg/Al/Si K spectra)分辨率分辨率不如波長(zhǎng)散射不如波長(zhǎng)散射。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析c. X射線熒光光譜分析儀的特點(diǎn)射線熒光光譜分析儀的特點(diǎn)c.1 能量色散型光譜分

24、析特點(diǎn)能量色散型光譜分析特點(diǎn)n用單晶體或多層薄膜分光，使多色光譜色散成單用單晶體或多層薄膜分光，使多色光譜色散成單色譜線；使所選波長(zhǎng)進(jìn)入探測(cè)系統(tǒng)中經(jīng)光電轉(zhuǎn)換色譜線；使所選波長(zhǎng)進(jìn)入探測(cè)系統(tǒng)中經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和二次分光和二次分光，獲得高分辨率獲得高分辨率；n在在4 Z 92 (Be-U)范圍內(nèi)范圍內(nèi)所有元素的光譜均所有元素的光譜均具具有很高的分辨率有很高的分辨率；n定性與定量分析的精度和靈敏度定性與定量分析的精度和靈敏度高。高。n高能端高能端(Ag/Sn/Sb K系光譜系光譜)，分辨率不如能量色分辨率不如能量色散散 第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線

25、熒光光譜分析射線熒光光譜分析c.2 波長(zhǎng)色散型光譜分析特點(diǎn)波長(zhǎng)色散型光譜分析特點(diǎn)c. X射線熒光光譜分析儀的特點(diǎn)射線熒光光譜分析儀的特點(diǎn) 元素的熒光元素的熒光X射線的射線的波長(zhǎng)波長(zhǎng)( )隨元素的原子序數(shù)隨元素的原子序數(shù)( Z )增加增加，有規(guī)律地，有規(guī)律地向短波方向移動(dòng)向短波方向移動(dòng)。)(12/1SZK 式中，K，S常數(shù)，隨譜系(L，K，M，N)而定。 確定待測(cè)元素確定待測(cè)元素定性定性 X射線熒光強(qiáng)度射線熒光強(qiáng)度定量定量第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析d. X射線熒光光譜定性分析射線熒光光譜定性分析d.1 MO

26、SELEY 定律定律莫斯萊公式莫斯萊公式 X射線熒光分析中利用晶體對(duì)射線熒光分析中利用晶體對(duì)X射線分光，分光晶體起光射線分光，分光晶體起光柵的作用。晶體分光柵的作用。晶體分光X射線衍射的條件就是布拉格方程：射線衍射的條件就是布拉格方程： 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為的的X射線熒光入射到晶面間距為射線熒光入射到晶面間距為d的晶體上，只的晶體上，只有入射角有入射角滿足方程式的情況下，才能引起干涉。也就是說，滿足方程式的情況下，才能引起干涉。也就是說，測(cè)出角度測(cè)出角度，就知道，就知道，再按，再按莫斯萊公式莫斯萊公式便可確定被測(cè)元素。便可確定被測(cè)元素。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分

27、分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析2d sin= nd. X射線熒光光譜定性分析射線熒光光譜定性分析d.2 布拉格衍射布拉格衍射波長(zhǎng)與元素序數(shù)間的關(guān)系；特征譜線；波長(zhǎng)與元素序數(shù)間的關(guān)系；特征譜線； 查表：譜線2表； 例：以例：以LiF(200)作為分光晶體，在作為分光晶體，在2 =44. 59處有一強(qiáng)峰，處有一強(qiáng)峰， 譜線譜線2 表顯示為：表顯示為：Ir(K )，故試樣中含故試樣中含Ir；（1）每種元素具有一系列波長(zhǎng)、強(qiáng)度比確定的譜線；）每種元素具有一系列波長(zhǎng)、強(qiáng)度比確定的譜線； Mo(Z=42)的K系譜線K1、K2 、K1 、K2 、K3 強(qiáng)度比 100、 50、 14、 5

28、、 7（2）不同元素的同名譜線，其波長(zhǎng)隨原子序數(shù)增加而減小不同元素的同名譜線，其波長(zhǎng)隨原子序數(shù)增加而減小 Fe(Z=26) Cu(Z=29) Ag(Z=49) K1： 1.936 1.540 0.559 埃（A）第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析d. X射線熒光光譜定性分析射線熒光光譜定性分析d.3 應(yīng)用應(yīng)用第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析d. X射線熒光光譜定性分析射線熒光光譜定性分析d.3 應(yīng)用應(yīng)用(3) 判斷一個(gè)未知元素的存

29、在最好用幾條譜線判斷一個(gè)未知元素的存在最好用幾條譜線，如如K, K，以肯定元素的存在。，以肯定元素的存在。(4) 應(yīng)從峰的相對(duì)強(qiáng)度來判斷譜線的干擾情況。應(yīng)從峰的相對(duì)強(qiáng)度來判斷譜線的干擾情況。若若某一強(qiáng)峰是某一強(qiáng)峰是Cu K,則則Cu K的強(qiáng)度應(yīng)是的強(qiáng)度應(yīng)是K的的1/5，當(dāng)當(dāng)Cu K的強(qiáng)度很弱，不符合上述關(guān)系時(shí)，可能有的強(qiáng)度很弱，不符合上述關(guān)系時(shí)，可能有其它譜線重疊在其它譜線重疊在Cu K上。上。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析d. X射線熒光光譜定性分析射線熒光光譜定性分析d.3 應(yīng)用應(yīng)用 X射線熒光分析法基本

30、上就是一種測(cè)定出樣品射線熒光分析法基本上就是一種測(cè)定出樣品產(chǎn)生的產(chǎn)生的X射線熒光強(qiáng)度，然后跟射線熒光強(qiáng)度，然后跟標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)樣品的的X熒光熒光強(qiáng)度對(duì)比的比較方法。強(qiáng)度對(duì)比的比較方法。標(biāo)樣比較法標(biāo)樣比較法1 1 校正曲線法校正曲線法 2 2 數(shù)學(xué)校正法數(shù)學(xué)校正法 3 3 內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法 增量法增量法 沒有標(biāo)樣時(shí)也可利用增量法沒有標(biāo)樣時(shí)也可利用增量法。即在未知樣品中添。即在未知樣品中添加一定量的分析元素或含分析元素的物質(zhì)，根據(jù)含加一定量的分析元素或含分析元素的物質(zhì)，根據(jù)含量與量與X射線熒光強(qiáng)度變化求得分析值。射線熒光強(qiáng)度變化求得分析值。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成

31、分分析1.1.1 X射線熒光光譜分析射線熒光光譜分析e. X射線熒光光譜定量分析射線熒光光譜定量分析d.3 應(yīng)用應(yīng)用第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜一、一、 原子發(fā)射光譜概述原子發(fā)射光譜概述 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法(Atomic Emission (Atomic Emission SpectrometrySpectrometry，AES)AES)，是利用物質(zhì)在，是利用物質(zhì)在熱激發(fā)或熱激發(fā)或電激發(fā)電激發(fā)下，每種元素的下，每種元素的原子或離子原子或離子發(fā)射發(fā)射特征光特征光譜譜來判斷物質(zhì)的組成，而進(jìn)行元素的來判斷物質(zhì)的組

32、成，而進(jìn)行元素的定性與定定性與定量分析量分析的。的。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜二、二、 原子發(fā)射光譜基本原理原子發(fā)射光譜基本原理 在正常的情況下，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，它的能量在正常的情況下，原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，它的能量是最低的，這種狀態(tài)稱為是最低的，這種狀態(tài)稱為基態(tài)基態(tài)。但。但當(dāng)原子受到能量當(dāng)原子受到能量( (如熱能、電能等如熱能、電能等) )的作用時(shí)的作用時(shí)，原子由于與高速運(yùn)動(dòng)的，原子由于與高速運(yùn)動(dòng)的氣態(tài)粒子和電子相互碰撞而氣態(tài)粒子和電子相互碰撞而獲得了能量獲得了能量，使原子中外，使原子中外層的電子層的電子從基態(tài)躍遷

33、到更高的能級(jí)從基態(tài)躍遷到更高的能級(jí)上，處在這種狀態(tài)上，處在這種狀態(tài)的原子稱為的原子稱為激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜二、二、 原子發(fā)射光譜基本原理原子發(fā)射光譜基本原理 激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，平均壽命為激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，平均壽命為1010-10-101010-8-8秒，秒，容易發(fā)射出相應(yīng)特征頻率的光子返回到基態(tài)或低容易發(fā)射出相應(yīng)特征頻率的光子返回到基態(tài)或低( (亞亞) )激發(fā)態(tài)而激發(fā)態(tài)而呈現(xiàn)一系列特征光譜線呈現(xiàn)一系列特征光譜線。 根據(jù)特征譜線的根據(jù)特征譜線的波長(zhǎng)及強(qiáng)度波長(zhǎng)及強(qiáng)度對(duì)元素進(jìn)行定性或定量對(duì)元素進(jìn)行定性

34、或定量分析，這便是原子發(fā)射光譜法。分析，這便是原子發(fā)射光譜法。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜hcE (16-37) 式中h為普朗克常數(shù)；c為光速；為發(fā)射譜線的特征波長(zhǎng)。 隨后激發(fā)原子就要躍遷回到低能態(tài)或基態(tài)，同隨后激發(fā)原子就要躍遷回到低能態(tài)或基態(tài)，同時(shí)釋放出多余的能量，如果以輻射的形式釋放能量，時(shí)釋放出多余的能量，如果以輻射的形式釋放能量，該能量就是該能量就是釋放光子的能量釋放光子的能量。因?yàn)樵雍送怆娮幽?。因?yàn)樵雍送怆娮幽芰渴橇孔踊?，因此伴隨電子躍遷而釋放的量是量子化的，因此伴隨電子躍遷而釋放的光子能光子能量就等

35、于電子發(fā)生躍遷的兩能級(jí)的能量差量就等于電子發(fā)生躍遷的兩能級(jí)的能量差。 二、二、 原子發(fā)射光譜基本原理原子發(fā)射光譜基本原理第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜 原子發(fā)射光譜儀主要由原子發(fā)射光譜儀主要由激發(fā)光源激發(fā)光源、分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)和和檢測(cè)器檢測(cè)器三部分組成，如圖三部分組成，如圖16-3816-38所示。首先激發(fā)光源所示。首先激發(fā)光源對(duì)樣品作用，使得樣品元素的原子發(fā)生輻射，輻射對(duì)樣品作用，使得樣品元素的原子發(fā)生輻射，輻射的特征光經(jīng)過分光系統(tǒng)之后被檢測(cè)器接收，隨后送的特征光經(jīng)過分光系統(tǒng)之后被檢測(cè)器接收，隨后送入信號(hào)處理器及計(jì)算

36、機(jī)系統(tǒng)。這里分光系統(tǒng)包括各入信號(hào)處理器及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這里分光系統(tǒng)包括各類光路系統(tǒng)、狹縫、色散元件等。類光路系統(tǒng)、狹縫、色散元件等。 二、二、 原子發(fā)射光譜基本原理原子發(fā)射光譜基本原理第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜圖16-38原子發(fā)射光譜儀的工作原理圖二、二、 原子發(fā)射光譜基本原理原子發(fā)射光譜基本原理第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜(1) (1) 激發(fā)光源：激發(fā)光源：光源具有使試樣蒸發(fā)、解離、原子化、光源具有使試樣蒸發(fā)、解離、原子化、激發(fā)、躍遷產(chǎn)生

37、光輻射的作用激發(fā)、躍遷產(chǎn)生光輻射的作用。光源對(duì)光譜分析的檢。光源對(duì)光譜分析的檢出限、精密度和準(zhǔn)確度都有很大的影響。目前常用的出限、精密度和準(zhǔn)確度都有很大的影響。目前常用的光源光源有火焰、直流電弧、交流電弧、電火花、激光及有火焰、直流電弧、交流電弧、電火花、激光及電感耦合高頻等離子體電感耦合高頻等離子體(ICP)(ICP)。三、原子發(fā)射光譜儀器組成三、原子發(fā)射光譜儀器組成第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜火焰火焰是最早的原子發(fā)射光譜光源。顧名思義就是通過是最早的原子發(fā)射光譜光源。顧名思義就是通過燃?xì)馊紵a(chǎn)生熱量使得樣品發(fā)生激

38、發(fā)。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)燃?xì)馊紵a(chǎn)生熱量使得樣品發(fā)生激發(fā)。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，穩(wěn)定性好，但是單、操作方便，穩(wěn)定性好，但是火焰溫度火焰溫度一般只有一般只有20002000到到3000K3000K，不能滿足激發(fā)電位高的原子不能滿足激發(fā)電位高的原子。三、原子發(fā)射光譜儀器組成三、原子發(fā)射光譜儀器組成第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜 電弧激發(fā)光源電弧激發(fā)光源包括包括直流和交流電源直流和交流電源。原理是當(dāng)較大的。原理是當(dāng)較大的電流通過電極之間時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電流通過電極之間時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧放電電弧放電，能量高，能量高，當(dāng)樣品處于電弧放電區(qū)

39、域時(shí)，能使樣品激發(fā)，從而發(fā)當(dāng)樣品處于電弧放電區(qū)域時(shí)，能使樣品激發(fā)，從而發(fā)射線光譜。射線光譜。 直流電弧直流電弧光源溫度能夠達(dá)到光源溫度能夠達(dá)到40004000到到7000K7000K，優(yōu)點(diǎn)是分，優(yōu)點(diǎn)是分析靈敏度高，析靈敏度高，適合定性分析適合定性分析。但是弧光穩(wěn)定性差，不。但是弧光穩(wěn)定性差，不適合定量分析。適合定量分析。三、原子發(fā)射光譜儀器組成三、原子發(fā)射光譜儀器組成第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜 交流電弧交流電弧具有具有脈沖性脈沖性，電流密度比直流電弧大得多，電流密度比直流電弧大得多，溫度高，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，但靈敏度

40、稍差。溫度高，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，但靈敏度稍差。 電火花電火花是指利用變壓器把電壓升高后，是指利用變壓器把電壓升高后，向電容器充電向電容器充電，當(dāng)電容器的電壓達(dá)到一定值之后當(dāng)電容器的電壓達(dá)到一定值之后將空氣擊穿發(fā)生放電將空氣擊穿發(fā)生放電。優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，溫度高，缺點(diǎn)是靈敏度差。優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，溫度高，缺點(diǎn)是靈敏度差。 激光光源激光光源的單色性好，靈敏度高，焦點(diǎn)溫度高。的單色性好，靈敏度高，焦點(diǎn)溫度高。三、原子發(fā)射光譜儀器組成三、原子發(fā)射光譜儀器組成第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜(2) (2) 分光系統(tǒng)：分光系統(tǒng)：由一些由一

41、些棱鏡和光柵組合棱鏡和光柵組合而成。而成。不同波長(zhǎng)的復(fù)合光通過棱鏡后，光因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的復(fù)合光通過棱鏡后，光因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)不波長(zhǎng)不同而被分開同而被分開。光柵是用光柵是用玻璃或者金屬板玻璃或者金屬板做成，上面刻有做成，上面刻有大量大量寬度和距離都相等的平行線寬度和距離都相等的平行線。利用利用單縫衍射和多縫干涉單縫衍射和多縫干涉進(jìn)行分光。進(jìn)行分光。三、原子發(fā)射光譜儀器組成三、原子發(fā)射光譜儀器組成第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜(3) (3) 檢測(cè)器：檢測(cè)器：在原子發(fā)射光譜法中，常用的檢測(cè)方法有：在原子發(fā)射光譜法中，常用的檢測(cè)方法有：

42、u目視法目視法，顧名思義就是，顧名思義就是用眼看譜線用眼看譜線的強(qiáng)度，此方法僅的強(qiáng)度，此方法僅適合可見光波段。目前應(yīng)用較少。適合可見光波段。目前應(yīng)用較少。u攝譜法攝譜法是用是用感光板感光板來記錄光譜，通過對(duì)譜線的黑度來來記錄光譜，通過對(duì)譜線的黑度來進(jìn)行光譜定量分析。進(jìn)行光譜定量分析。u光電法光電法，以電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜的檢測(cè)系，以電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜的檢測(cè)系統(tǒng)為例，它的檢測(cè)器為統(tǒng)為例，它的檢測(cè)器為光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器，它是利用光電效，它是利用光電效應(yīng)將不同波長(zhǎng)光的輻射能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。應(yīng)將不同波長(zhǎng)光的輻射能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。三、原子發(fā)射光譜儀器組成三、原子發(fā)射光譜儀器組成第一章第一

43、章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn)四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn) (1) (1) 定性分析定性分析：每一種元素的原子都有它的特征光：每一種元素的原子都有它的特征光譜，根據(jù)原子光譜中的譜，根據(jù)原子光譜中的元素特征譜線元素特征譜線就可以確定試樣就可以確定試樣中是否存在被檢元素。中是否存在被檢元素。u通常將元素特征光譜中通常將元素特征光譜中強(qiáng)度較大的譜線稱為元素的靈強(qiáng)度較大的譜線稱為元素的靈敏線敏線。u反之，若在試樣中反之，若在試樣中未檢出某元素的靈敏線，就說明試未檢出某元素的靈敏線，就說明試樣中不存在被檢元素。

44、樣中不存在被檢元素。u光譜定性分析常采用光譜定性分析常采用攝譜法攝譜法，通過比較試樣光譜與純，通過比較試樣光譜與純物質(zhì)光譜或鐵光譜來確定元素的存在。物質(zhì)光譜或鐵光譜來確定元素的存在。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜(2) (2) 半定量分析半定量分析：攝譜法攝譜法是目前光譜半定量分析最是目前光譜半定量分析最重要的手段，它可以迅速地給出試樣中待測(cè)元素的大重要的手段，它可以迅速地給出試樣中待測(cè)元素的大致含量。致含量。(3) (3) 定量分析定量分析：通常采用：通常采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析。內(nèi)標(biāo)法是利用內(nèi)標(biāo)法是

45、利用分析線分析線和和比較線比較線強(qiáng)度比對(duì)元素含量強(qiáng)度比對(duì)元素含量的關(guān)系來進(jìn)行光譜定量分析的方法。的關(guān)系來進(jìn)行光譜定量分析的方法。所選用的所選用的比較線稱為內(nèi)標(biāo)比較線稱為內(nèi)標(biāo)線，提供線，提供內(nèi)標(biāo)線的元素內(nèi)標(biāo)線的元素稱為內(nèi)標(biāo)元素稱為內(nèi)標(biāo)元素。 四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn)四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜的特點(diǎn)原子發(fā)射光譜的特點(diǎn)：a)a)操作簡(jiǎn)單、分析快速操作簡(jiǎn)單、分析快速。通常無需對(duì)試樣進(jìn)行處理。通常無需對(duì)試樣進(jìn)行處理( (如：化學(xué)轉(zhuǎn)化等操作如：化學(xué)轉(zhuǎn)化等操作) )，而可直接測(cè)量。，而

46、可直接測(cè)量。b)b)靈敏度高靈敏度高。相對(duì)靈敏度可達(dá)。相對(duì)靈敏度可達(dá) 0.10.110g/g10g/g，絕對(duì)，絕對(duì)靈敏度可達(dá)靈敏度可達(dá)1010-9 -9 g g甚至更小。但對(duì)非金屬元素、鹵素、甚至更小。但對(duì)非金屬元素、鹵素、氧族等元素測(cè)定靈敏度稍差。氧族等元素測(cè)定靈敏度稍差。四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn)四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.2 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜c)c)選擇性好選擇性好。不需經(jīng)化學(xué)分離，只要選擇合適條件，。不需經(jīng)化學(xué)分離，只要選擇合適條件，可同時(shí)測(cè)定幾十種元素?？赏瑫r(shí)測(cè)定幾十種元素。d)d)試樣用量較少試

47、樣用量較少。一般只需幾毫克至數(shù)十毫克。有時(shí)。一般只需幾毫克至數(shù)十毫克。有時(shí)可在基本不損壞試樣的情況下作全分析?？稍诨静粨p壞試樣的情況下作全分析。e)e)微量分析準(zhǔn)確度高微量分析準(zhǔn)確度高。通常情況下相對(duì)誤差僅為。通常情況下相對(duì)誤差僅為5 52020，但在含量，但在含量0.10.1時(shí)，準(zhǔn)確度優(yōu)于化學(xué)分析法。時(shí)，準(zhǔn)確度優(yōu)于化學(xué)分析法。f)f)只能確定物質(zhì)的元素組成與含量只能確定物質(zhì)的元素組成與含量，不能給出物質(zhì)分，不能給出物質(zhì)分子及其結(jié)構(gòu)的信息。子及其結(jié)構(gòu)的信息。四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn)四、原子發(fā)射光譜的應(yīng)用及特點(diǎn)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3

48、 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜什么是等離子體？什么是等離子體？等離子體被稱作物質(zhì)的等離子體被稱作物質(zhì)的第四態(tài)第四態(tài)，固體，固體液體液體氣態(tài)氣態(tài)等離子態(tài)。等離子態(tài)。與普通氣體不同的是它與普通氣體不同的是它有一定的電離度有一定的電離度，它是電離，它是電離度度0.1%0.1%以上的氣體；以上的氣體；是是電的導(dǎo)體電的導(dǎo)體；通過電流加熱氣體或其它加熱方式獲得高溫；通過電流加熱氣體或其它加熱方式獲得高溫；與普通氣體不同的是它是由電子，離子，基態(tài)中性與普通氣體不同的是它是由電子，離子，基態(tài)中性原子和分子組成，其濃度與溫度有關(guān)。原子和分子組成，其濃度與溫度有關(guān)。一、等離子體發(fā)射光譜概述一、等離子體發(fā)射光譜

49、概述第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜ICPICP發(fā)射光譜分析過程主要分為三步發(fā)射光譜分析過程主要分為三步, , 即激發(fā)、分光和即激發(fā)、分光和檢測(cè)檢測(cè). .1.1. 利用等離子體激發(fā)光源（利用等離子體激發(fā)光源（ICPICP）使試樣蒸發(fā)汽化）使試樣蒸發(fā)汽化, , 離解或分解為離解或分解為原子狀態(tài)原子狀態(tài)，原子可能進(jìn)一步電離成離，原子可能進(jìn)一步電離成離子狀態(tài)，原子及離子在光源中子狀態(tài)，原子及離子在光源中激發(fā)發(fā)光激發(fā)發(fā)光。2.2. 利用光譜儀器將光源發(fā)射的利用光譜儀器將光源發(fā)射的光分解為按波長(zhǎng)排列的光分解為按波長(zhǎng)排列的光

50、譜光譜。3.3. 利用利用光電器件光電器件檢測(cè)光譜，按測(cè)定得到的光譜波長(zhǎng)對(duì)檢測(cè)光譜，按測(cè)定得到的光譜波長(zhǎng)對(duì)試樣進(jìn)行定性分析，按發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析試樣進(jìn)行定性分析，按發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析二、等離子體發(fā)射光譜原理二、等離子體發(fā)射光譜原理第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜ICPAES結(jié)構(gòu)示意圖三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜三部分組成，三部分組成，高頻發(fā)生器高頻發(fā)生器的作用是產(chǎn)生高頻

51、磁場(chǎng)以供給等離的作用是產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)以供給等離子體能量。應(yīng)用最廣泛的有自激發(fā)生器和利用石英晶體壓電子體能量。應(yīng)用最廣泛的有自激發(fā)生器和利用石英晶體壓電效應(yīng)產(chǎn)生高頻振蕩的他激式高頻發(fā)生器，其頻率和功率輸出效應(yīng)產(chǎn)生高頻振蕩的他激式高頻發(fā)生器，其頻率和功率輸出穩(wěn)定性高。頻率多為穩(wěn)定性高。頻率多為27-50MHz27-50MHz，最大輸出功率通常是，最大輸出功率通常是1-4kW1-4kW。等離子體磁力線高頻耦合線圈樣品粒子 ICPICP裝置由裝置由: :u高頻發(fā)生器和感應(yīng)線圈高頻發(fā)生器和感應(yīng)線圈; ;u炬管和供氣系統(tǒng)炬管和供氣系統(tǒng); ;u進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng); ;三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)三、等離子體發(fā)射光

52、譜儀結(jié)構(gòu)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜將樣品溶液霧化連續(xù)導(dǎo)入將樣品溶液霧化連續(xù)導(dǎo)入ICP中中ICPICP火焰火焰高頻線圈高頻線圈等離子等離子炬管炬管樣品溶液霧室霧室霧化器霧化器冷卻氣冷卻氣 (Ar)(Ar)等離子等離子（輔助輔助）氣氣 (Ar)(Ar)ICPICP等離子等離子炬管炬管三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜ICPICP焰明顯地分為三個(gè)區(qū)域：焰明顯地分為三個(gè)

53、區(qū)域：1 1）焰心區(qū)呈白色焰心區(qū)呈白色，不透明，是高，不透明，是高頻電流形成的渦流區(qū)，等離子體主頻電流形成的渦流區(qū)，等離子體主要通過這一區(qū)域與高頻感應(yīng)線圈耦要通過這一區(qū)域與高頻感應(yīng)線圈耦合而獲得能量。該區(qū)溫度高達(dá)合而獲得能量。該區(qū)溫度高達(dá)10000K10000K。2 2）內(nèi)焰區(qū)位于焰心區(qū)上方內(nèi)焰區(qū)位于焰心區(qū)上方，一般，一般在感應(yīng)圈以上在感應(yīng)圈以上10-20mm10-20mm左右，略帶左右，略帶淡藍(lán)色淡藍(lán)色，呈半透明狀態(tài)。溫度約為，呈半透明狀態(tài)。溫度約為6000-8000K6000-8000K，是，是分析物原子化、激分析物原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域。三、等離子體發(fā)

54、射光譜儀結(jié)構(gòu)三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu) 3 3）尾焰區(qū)在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度較低，在）尾焰區(qū)在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度較低，在6000K6000K以以下，只能激發(fā)低能級(jí)的譜線。下，只能激發(fā)低能級(jí)的譜線。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜ICPICP光源的氣流光源的氣流冷卻氣冷卻氣起冷卻作用，保護(hù)石英炬管免被高溫融化起冷卻作用，保護(hù)石英炬管免被高溫融化輔助氣輔助氣“點(diǎn)燃點(diǎn)燃”等離子體等離子體霧化氣霧化氣形成樣品氣溶膠形成樣品氣溶膠 將樣品氣溶膠引入將樣品氣溶膠引入ICPICP 對(duì)霧化器、霧化室、中心管起清洗作

55、用對(duì)霧化器、霧化室、中心管起清洗作用三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)三、等離子體發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜ICP-AESICP-AES可測(cè)定的元素及范圍可測(cè)定的元素及范圍四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜ICP-AESICP-AES不便測(cè)定的元素不便測(cè)定的元素 鹵族元素中鹵族元素中溴、碘溴、碘可測(cè)可測(cè), ,氟、氯氟、氯不能測(cè)定不能測(cè)定. . 惰性氣體惰性氣體可激發(fā)可激發(fā),

56、,靈敏度不高靈敏度不高, ,無應(yīng)用價(jià)值無應(yīng)用價(jià)值. . 碳碳元素可測(cè)定元素可測(cè)定, ,但空氣二氧化碳本底太高但空氣二氧化碳本底太高. . 氧氧, ,氮氮, ,氫氫可激發(fā)可激發(fā), ,但必須隔離空氣和水但必須隔離空氣和水. . 大量大量鈾鈾, ,釷釷, ,钚钚放射性元素可測(cè)放射性元素可測(cè), ,但要求防護(hù)條件但要求防護(hù)條件四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 常量分析常量分析0.X%-20%0.X%-20% 微量分析微量分析 0.00X%-0.X%0.00X%

57、-0.X% 痕量分析痕量分析:0.0000X%-0.000X%,:0.0000X%-0.000X%,一般需要分離和富集一般需要分離和富集, , 不宜用于測(cè)定不宜用于測(cè)定30%30%以上的以上的, ,準(zhǔn)確準(zhǔn)確度難于達(dá)到要求度難于達(dá)到要求. .四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜可以分析的樣品可以分析的樣品 1:1:金屬金屬( (鋼鐵鋼鐵, ,有色金屬有色金屬) ) 2:2:化學(xué)化學(xué), ,藥品藥品, ,石油石油, ,樹脂樹脂, ,陶瓷陶瓷 3:3:生物生物, ,醫(yī)藥醫(yī)藥,

58、,食品食品 4:4:環(huán)境環(huán)境( (自來水自來水, ,環(huán)境水環(huán)境水, ,土壤土壤, ,大氣粉塵大氣粉塵) ) 5:5:可以分析其他各種各樣樣品中的金屬可以分析其他各種各樣樣品中的金屬 備注備注: :固體樣品必須進(jìn)行前處理固體樣品必須進(jìn)行前處理( (液化液化) )四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)四、等離子體發(fā)射分析特點(diǎn)第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜PMT 檢測(cè)器光柵等離子體矩管球面準(zhǔn)直鏡UV 光譜球面聚光鏡IR 光譜 選擇分辨出目的元素的特征譜線選擇分辨出目的元素的特征譜線五、等離子體發(fā)射分析方法五、等離子體發(fā)射分析方法第

59、一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜五、等離子體發(fā)射分析方法五、等離子體發(fā)射分析方法定性分析定性分析要確認(rèn)試樣中存在某個(gè)元素，需要要確認(rèn)試樣中存在某個(gè)元素，需要在試樣光譜中找出三條在試樣光譜中找出三條或三條以上該元素的靈敏線或三條以上該元素的靈敏線，并且譜線之間的強(qiáng)度關(guān)系是，并且譜線之間的強(qiáng)度關(guān)系是合理的；只要某元素的最靈敏線不存在，就可以肯定試樣合理的；只要某元素的最靈敏線不存在，就可以肯定試樣中無該元素。中無該元素。半定量分析半定量分析有些樣品不要求給出十分準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)，允許有較大偏有些樣品不要求給出十分準(zhǔn)確的分

60、析數(shù)據(jù)，允許有較大偏差，但需要盡快給出分析數(shù)據(jù)，這類樣品可采用半定量分差，但需要盡快給出分析數(shù)據(jù)，這類樣品可采用半定量分析法。析法。ICPICP光源的半定量分析尚無通用方法，因儀器類型和軟件功光源的半定量分析尚無通用方法，因儀器類型和軟件功能而異，應(yīng)用不廣泛。能而異，應(yīng)用不廣泛。第一章第一章 材料成分分析材料成分分析1.1 平均成分分析平均成分分析1.1.3 等離子體發(fā)射光譜等離子體發(fā)射光譜定量分析定量分析工作曲線法工作曲線法標(biāo)準(zhǔn)樣品的組成與實(shí)際樣品一致標(biāo)準(zhǔn)樣品的組成與實(shí)際樣品一致在工作曲線的直線范圍內(nèi)測(cè)定在工作曲線的直線范圍內(nèi)測(cè)定使用無干擾的分析線使用無干擾的分析線五、等離子體發(fā)射分析方法五