第2章原子發(fā)射光譜分析法

1、第一章 原子發(fā)射光譜分析法（Atomic Emission Spectroscopy,AES)第一章 原子發(fā)射光譜分析法（atomic emission spectroscopy, AES）第一節(jié) 概述第二節(jié) 方法原理第三節(jié) 儀器裝置第四節(jié) 分析方法關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 1）分析對象為大多數(shù)金屬原子；）分析對象為大多數(shù)金屬原子； 2）物質(zhì)原子的外層電子受激發(fā)射產(chǎn)生特征譜線（線光譜）；）物質(zhì)原子的外層電子受激發(fā)射產(chǎn)生特征譜線（線光譜）； 3）譜線波長）譜線波長定性分析；譜線強度定性分析；譜線強度定量分析。定量分析。第一節(jié) 概述n原子發(fā)射光譜法是一種成分分析方法，可對約70種元素（金屬元素及磷、硅、砷

2、、碳、硼等非金屬元素）進行分析。這種方法常用于定性、半定量和定量分析。n分析對象：大多數(shù)金屬原子；利用光子的發(fā)射現(xiàn)象;外層電子；線狀光譜(line spectrum)。一、 定義： AES是據(jù)每種原子或離子在熱或電激發(fā)下，發(fā)射出特征的電磁輻射而進行元素定性和定量分析的方法。二、 歷史： 1859年德國學(xué)者Kirchhoff & Bensen分光鏡；隨后30年定性分析; 1930年以后定量分析三、 特點：1） 多元素檢測(multi-element)2） 分析速度快多元素檢測; 可直接進樣; 固、液樣品均可。3） 選擇性好(selectivity) 只要選擇適宜的實驗條件被測元素激發(fā)后，

3、均可產(chǎn)生不受其他元素干擾的一組特征譜線，可準確無誤地確定該元素是否存在，并可同時測定多種元素，這是其他許多分析方法不具備的。4）靈敏度高 對多數(shù)金屬元素及部分非金屬元素（C、B、P、As）含量低至0.001%均可檢出。絕對靈敏度一般可達10-8-10-9 g，相對靈敏度可達10-7-10-5。5） 檢出限(detection limit, DL)低10-0.1g/g(或g/mL),ICP-AES可達ng/mL級6） 準確度高(accuracy)一般5-10%，ICP可達1%以下。7） 所需試樣量少8） 線性范圍寬(linear range)4-6個數(shù)量級：9） 無法檢測非金屬元素O、S、N、X

4、（處于遠紫外）；P、Se、Te-(難激發(fā)，常以原子熒光法測定）ICP-AES對周期表中元素的檢測能力對周期表中元素的檢測能力（陰影面積表示使用的譜線數(shù)目；背景深淺表示檢測限大?。幱懊娣e表示使用的譜線數(shù)目；背景深淺表示檢測限大?。┑诙?jié) 方法原理一、原子光譜的產(chǎn)生一、原子光譜的產(chǎn)生 原子核外的電子在不同狀態(tài)下所具有的能量，可用能級來表示。離核較遠的稱為高能級，離核較近的稱為低能級。1 1、過程、過程a) 能量（電或熱、光）基態(tài)原子b) 外層電子(outer electron)（低能態(tài)E1 高能態(tài)E2）c) 外層電子（低能態(tài)E1 高能態(tài)E2）d) 發(fā)出特征頻率()的光子:E = E2-E1 =

5、 h =hc/h為普朗克常數(shù)（Plank constant,6.626*10-34J.s)，c為光速（2.997925*1010cm/s), 為發(fā)射光波的波長。 為頻率，為波數(shù)。 c, = 1/ 2、幾個概念、幾個概念n激發(fā)電位：n由低能態(tài)-高能態(tài)所需要的能量，以eV表示。每條譜線對應(yīng)一激發(fā)電位。n原子線：n原子外層電子的躍遷所發(fā)射的譜線，以I表示, 如Na(I)n電離、電離電位和離子線：n原子受激后得到足夠能量而失去電子電離；所需的能量稱為電離電位；離子的外層電子躍遷離子線（離子外層電子躍遷時發(fā)射的譜線稱為離子線）。以II，III，IV等表示。靈敏線（sensitive liner）、最后線

6、（last liner）元素譜線中最易激發(fā)或激發(fā)電位較低的譜線靈敏線靈敏線。常為原子線(電弧線)，或離子線(火花線).與實驗條件有關(guān)。隨著元素含量降低最后消失的譜線最后線。最后線。或稱持持久線久線。亦是理論上的靈敏線或第一共振線。 一個元素的最后線往往是該元素的最靈敏線一個元素的最后線往往是該元素的最靈敏線但但只有只有元素含量較低時才成立。當(dāng)含量較高時要注意光譜的元素含量較低時才成立。當(dāng)含量較高時要注意光譜的自自吸效應(yīng)吸效應(yīng)的影響。的影響。n共振線：n由激發(fā)態(tài)直接躍遷到基態(tài)(ground state) 所產(chǎn)生的譜線，n由較低能級激發(fā)態(tài)（第一激發(fā)態(tài)）直接躍遷到基態(tài)產(chǎn)生第一共振線第一共振線，一般也

7、是元素的最靈敏線。與元素的激發(fā)最靈敏線。與元素的激發(fā)程度難易有關(guān)。程度難易有關(guān)。分析線： 在進行元素的定性或定量分析時，根據(jù)測定的含量范圍 的實驗條件，對每一元素可選一條或幾條靈敏線或最后 作為測量的分析線。3. AES定性分析定性分析(qualification)原理原理：量子力學(xué)基本理論告訴我們：量子力學(xué)基本理論告訴我們：1）原子或離子可處于不連續(xù)的能量狀態(tài)，該狀態(tài)可以光譜項來描述；）原子或離子可處于不連續(xù)的能量狀態(tài)，該狀態(tài)可以光譜項來描述；2）當(dāng)處于基態(tài)的氣態(tài)原子或離子吸收了一定的外界能量時，其核外電）當(dāng)處于基態(tài)的氣態(tài)原子或離子吸收了一定的外界能量時，其核外電 子就從一種能量狀態(tài)（基態(tài)）

8、躍遷至另一能量狀態(tài)（激發(fā)態(tài)）；子就從一種能量狀態(tài)（基態(tài)）躍遷至另一能量狀態(tài)（激發(fā)態(tài)）；3）處于激發(fā)態(tài)的原子或離子很不穩(wěn)定，經(jīng)約）處于激發(fā)態(tài)的原子或離子很不穩(wěn)定，經(jīng)約10-8秒便躍遷返回到基態(tài)，秒便躍遷返回到基態(tài)， 并將激發(fā)所吸收的能量以一定的電磁波輻射出來；并將激發(fā)所吸收的能量以一定的電磁波輻射出來；4）將這些電磁波按一定波長順序排列即為原子光譜（線狀光譜）；）將這些電磁波按一定波長順序排列即為原子光譜（線狀光譜）；5）由于原子或離子的能級很多并且不同元素的結(jié)構(gòu)是不同的，因此對）由于原子或離子的能級很多并且不同元素的結(jié)構(gòu)是不同的，因此對 特定元素的原子或離子可產(chǎn)生一系不同波長的特定元素的原子或

9、離子可產(chǎn)生一系不同波長的特征光譜特征光譜，通過識別，通過識別 待測元素的特征譜線存在與否進行定性分析待測元素的特征譜線存在與否進行定性分析定性原理定性原理。4.譜線的自吸與自蝕譜線的自吸與自蝕 在實際工作中，發(fā)射光譜是通過物質(zhì)的蒸在實際工作中，發(fā)射光譜是通過物質(zhì)的蒸發(fā)、激發(fā)、遷移和射出弧層而得到的。首先，發(fā)、激發(fā)、遷移和射出弧層而得到的。首先，物質(zhì)在光源中蒸發(fā)形成氣體，由于運動粒子發(fā)物質(zhì)在光源中蒸發(fā)形成氣體，由于運動粒子發(fā)相互碰撞和激發(fā)，使氣體中產(chǎn)生大量的分子、相互碰撞和激發(fā)，使氣體中產(chǎn)生大量的分子、原子、離子、電子原子、離子、電子等粒子，這種電離的氣體在等粒子，這種電離的氣體在宏觀上是中性的

10、，稱為宏觀上是中性的，稱為等離子體等離子體。在一般光源。在一般光源中，是在弧焰中產(chǎn)生的，弧焰具有一定的厚度，中，是在弧焰中產(chǎn)生的，弧焰具有一定的厚度，如下圖：如下圖： 弧焰示意圖ab自吸現(xiàn)象自吸現(xiàn)象 弧焰中心a的溫度最高，邊緣b的溫度較低。由弧焰中心發(fā)射出來的輻射光，必須通過整個弧焰才能射出，由于弧層邊緣的溫度較低，因而這里處于基態(tài)的同類原子較多。這些低能態(tài)的同類原子能吸收高能態(tài)原子發(fā)射出來的光而產(chǎn)生吸收光譜。原子在高溫時被激發(fā)，發(fā)射某一波長的譜線，而處于低溫狀態(tài)的同類原子又能吸收這一波長的輻射，這種現(xiàn)象稱為自吸現(xiàn)象自吸現(xiàn)象。 弧層越厚，弧焰中被測元素的原子濃度越大，則自吸現(xiàn)象越嚴重。 自蝕自

11、蝕 當(dāng)?shù)驮訚舛葧r，譜線不呈現(xiàn)自吸現(xiàn)象；原子濃度增大，譜線產(chǎn)生自吸現(xiàn)象，使其強度減小。由于發(fā)射譜線的寬度比吸收譜線的寬度大，所以，譜線中心的吸收程度要比邊緣部分大，因而使譜線出現(xiàn)“邊強中弱”的現(xiàn)象。當(dāng)自吸現(xiàn)象非常嚴重時，譜線中心的輻射將完全被吸收，這種現(xiàn)象稱為自自蝕蝕。 譜線的自吸和自蝕I1231，無自吸； 2，自吸； 3，自蝕自吸線：當(dāng)輻射能通過發(fā)光層周圍的蒸汽原子時，將為其自身原子所吸收，而使譜線強度中心強度減弱的現(xiàn)象。自蝕線：自吸最強的譜線的稱為自蝕線。第三節(jié) 儀器裝置nAES儀器組成：光源儀器組成：光源/分光儀（單色儀）分光儀（單色儀）/檢測器檢測器光源光源反射鏡反射鏡準直鏡準直鏡三透

12、鏡照明系統(tǒng)三透鏡照明系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)臺入射狹縫入射狹縫光柵光柵物鏡物鏡焦面焦面AES儀器略圖儀器略圖一、一、 光源：光源：n光源具有使試樣蒸發(fā)解離為氣態(tài)原子，并使其激發(fā)產(chǎn)生特征光譜。n光源對光譜分析的檢出限、精密度和準確度都有很大的影響。光源光源電弧電弧電感耦合等離子體，電感耦合等離子體，ICP現(xiàn)代光源現(xiàn)代光源經(jīng)典光源經(jīng)典光源火花火花直流電弧直流電弧交流電弧交流電弧火焰火焰激光光源激光光源1、直流電弧、直流電弧 電源一般為可控硅整流器。常用高頻電壓高頻電壓引燃支流電弧。 直流電弧工作時，陰極釋放出來的電子不斷轟擊陽極，使其表面上出現(xiàn)一個熾熱的斑點。這個斑點稱為陽極斑陽極斑。陽極斑的溫度較高，有利于試

13、樣的蒸發(fā)。因此，一般均將試樣置于陽極碳棒孔穴中一般均將試樣置于陽極碳棒孔穴中。在直流電弧中，弧焰溫度取決于弧隙中氣體的電離電位，一般約4000 7000K，尚難以激發(fā)電離電位高的元素。電極頭的溫度較弧焰的溫度低，且與電流大小有關(guān)，一般陽極可達3800，陰極則在3000以下。 1)電路圖：電路圖：VAEG220380V530AR分析間隙n2)引燃方式：引燃方式：接觸短路引燃；高頻引燃接觸短路引燃；高頻引燃n3)電弧不滅原因：電弧不滅原因：陰極電子與氣體分子和離子陰極電子與氣體分子和離子相撞產(chǎn)生的離子再沖擊陰極，引起二次電子發(fā)相撞產(chǎn)生的離子再沖擊陰極，引起二次電子發(fā)射。射。n4)陽極斑的產(chǎn)生：陽極

14、斑的產(chǎn)生：熱電子在電場作用下通過分熱電子在電場作用下通過分析隙射向陽極，產(chǎn)生陽極高溫析隙射向陽極，產(chǎn)生陽極高溫（4000K）n5)電弧溫度：電弧溫度：40007000Kn6)直流電弧特點：直流電弧特點：na) 樣品蒸發(fā)能力強樣品蒸發(fā)能力強-進入電弧的待測物多進入電弧的待測物多-絕對靈敏度高絕對靈敏度高-適于定性分析和低含量適于定性分析和低含量雜質(zhì)分析；同時也適于礦物、巖石等難熔樣雜質(zhì)分析；同時也適于礦物、巖石等難熔樣品及稀土等難熔元素定量分析；品及稀土等難熔元素定量分析；nb) 電弧不穩(wěn)電弧不穩(wěn)-分析重現(xiàn)性差；分析重現(xiàn)性差；nc) 弧層厚，自吸較嚴重。弧層厚，自吸較嚴重。n不適用定量分析及低熔

15、點元素不適用定量分析及低熔點元素2.2.交流電弧交流電弧 將普通的220V交流電直接連接在兩個電極間是不可能形成弧焰的。這是因為電極間沒有導(dǎo)電的電子和離子，可以采用高頻高壓引火裝置高頻高壓引火裝置。此時，借助高頻高壓電流，不斷地“擊穿”電極間的氣體，造成電離，維持導(dǎo)電。在這種情況下，低頻低壓交流電就能不斷地流過，維持電弧的燃燒。這種高頻高壓引火、低頻低壓燃弧的裝置就是普通的交流電弧。 交流電弧是介于直流電弧和電火花之間的一種光源，與直流相比，交流電弧的電極頭溫度稍低電極頭溫度稍低一些，但由于有控制放電裝置，故電弧較穩(wěn)定電弧較穩(wěn)定。這種電源常用于金屬、合金中低含量元素的定量分析。A 220Vl1

16、l2G1G2L1C1L2C2B1B2R1R2交流電?。焊哳l高壓引燃、低壓放電。交流電?。焊哳l高壓引燃、低壓放電。 110220V（低壓）（低壓） 23kV(B1) C1充電充電(R2控制充電速度控制充電速度)； C1 達到一定能量時，達到一定能量時，G1 擊穿擊穿 高頻振蕩（回路為高頻振蕩（回路為C1-L1-G1，G1的間距可調(diào)的間距可調(diào) 節(jié)振蕩速度，并使每半周只振蕩一次）；節(jié)振蕩速度，并使每半周只振蕩一次）； 上述振蕩電壓上述振蕩電壓 10kV(變壓器變壓器B2) C2擊穿擊穿 高壓高頻振蕩高壓高頻振蕩 引燃分析引燃分析 間隙間隙（L2-C2-G2）; G 被擊穿瞬間，低壓電流使被擊穿瞬間，

17、低壓電流使 G2 放電（通過放電（通過R1和電流表）和電流表） 電?。浑娀。?不斷引燃不斷引燃 電弧不滅。電弧不滅。特點：特點：1）蒸發(fā)溫度比直流電弧略低；電弧溫度比直流電弧略高；）蒸發(fā)溫度比直流電弧略低；電弧溫度比直流電弧略高；2）電弧穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，適于大多數(shù)元素的定量分析；）電弧穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，適于大多數(shù)元素的定量分析；3）放電溫度較高，激發(fā)能力較強；）放電溫度較高，激發(fā)能力較強；4）電極溫度相對較低，樣品蒸發(fā)能力比直流電弧差，因）電極溫度相對較低，樣品蒸發(fā)能力比直流電弧差，因 而對難熔鹽分析的靈敏度略差于直流電弧。而對難熔鹽分析的靈敏度略差于直流電弧。3. 電火花電火花(Spark)

18、高壓電火花通常使用10000V以上的高壓交流電，通過間隙放電，產(chǎn)生電火花。VCGBLR1DD220V 220V1025kV (B) C擊穿擊穿 分析隙分析隙 G 放電放電; 回路回路 L-C-G 中高壓高頻振蕩電流中高壓高頻振蕩電流, G 放電中斷；放電中斷； 下一回合充放電開始下一回合充放電開始 火花不滅。火花不滅。 由于電火花是以間隙方式進行由于電火花是以間隙方式進行工作的，平均電流密度并不高，所工作的，平均電流密度并不高，所以電極頭溫度較低，且弧焰半徑較以電極頭溫度較低，且弧焰半徑較小。這種光源主要用于易熔金屬合小。這種光源主要用于易熔金屬合金試樣的分析及高含量元素的定量金試樣的分析及高

19、含量元素的定量分析。分析。特點特點na) 放電穩(wěn)定，分析重現(xiàn)性好；放電穩(wěn)定，分析重現(xiàn)性好；nb) 激發(fā)溫度高，適于難激發(fā)元素分析；激發(fā)溫度高，適于難激發(fā)元素分析；nc) 放電間隙長，電極溫度低，檢出限低，放電間隙長，電極溫度低，檢出限低，多適于分析易熔金屬、合金樣品及高含量元多適于分析易熔金屬、合金樣品及高含量元素分析。素分析。4.電感耦合等離子體電感耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma, ICP）n等離子體光源等離子體光源n等離子體等離子體是一種電離度大于0.1%的電離氣體，由電子、離子、原子和分子所組成，其中電子數(shù)目和離子數(shù)目基本相等，整體呈現(xiàn)中性中性。載氣（

20、載氣（Ar）輔助氣輔助氣冷卻氣冷卻氣絕緣屏蔽絕緣屏蔽載氣載氣Ar + 樣品樣品樣品溶液樣品溶液廢液廢液組成：組成：ICP 高頻發(fā)生器高頻發(fā)生器+ 炬管炬管 + 樣品引入系統(tǒng)樣品引入系統(tǒng)炬管包括：炬管包括：外管外管冷卻氣，沿切線引入冷卻氣，沿切線引入中管中管輔助氣，點燃輔助氣，點燃 ICP (點燃點燃 后切斷后切斷)內(nèi)管內(nèi)管載氣，樣品引入（使用載氣，樣品引入（使用 Ar 是因為性質(zhì)穩(wěn)定、不是因為性質(zhì)穩(wěn)定、不 與試樣作用、光譜簡單）與試樣作用、光譜簡單） 依具體設(shè)計，三管中所通入的依具體設(shè)計，三管中所通入的Ar 總流量為總流量為 5-20 L/min。石英管最。石英管最大內(nèi)徑為大內(nèi)徑為2.5 cm

21、 1) ICP構(gòu)成構(gòu)成2）ICP炬形成過程炬形成過程:1）Tesla 線圈線圈 高頻交變電流高頻交變電流（27-41KHZ, 2-4KW） 交變感應(yīng)磁場交變感應(yīng)磁場(綠色綠色)；2）火花）火花 氬氣氬氣 氣體電離氣體電離 少量電荷少量電荷 相互碰相互碰 撞撞 雪崩現(xiàn)象雪崩現(xiàn)象 大量載流子；大量載流子；3）數(shù)百安極高感應(yīng)電流）數(shù)百安極高感應(yīng)電流（渦電流，（渦電流，粉紅色粉紅色） 瞬瞬 間加熱間加熱 到到10000K 等離子體等離子體 內(nèi)管通入內(nèi)管通入Ar 形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)樣品通道形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)樣品通道 樣品蒸發(fā)、原子化、激發(fā)。樣品蒸發(fā)、原子化、激發(fā)。 3) “火焰火焰”分區(qū)分區(qū)na) 焰心區(qū)焰心區(qū)(渦

22、流區(qū)渦流區(qū))：位于線圈內(nèi)，白色非透明：位于線圈內(nèi)，白色非透明(nontransparent)-10000K-背景高背景高(Ar離子與電子復(fù)合所致離子與電子復(fù)合所致)-試樣預(yù)熱區(qū)、蒸試樣預(yù)熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)；發(fā)區(qū)；nb) 內(nèi)焰區(qū)：線圈上內(nèi)焰區(qū)：線圈上15-20 mm，淡藍色光學(xué)，淡藍色光學(xué)半透明焰半透明焰-8000K-原子化、激發(fā)原子化、激發(fā)-原原子和離子譜線子和離子譜線-分析區(qū)；分析區(qū)；nc) 尾焰區(qū)：內(nèi)焰上方，無色透明尾焰區(qū)：內(nèi)焰上方，無色透明-6000K-可激發(fā)低能態(tài)試樣。可激發(fā)低能態(tài)試樣。4) ICP特點特點na) 高激發(fā)溫度，利于難熔化合物的分解和元高激發(fā)溫度，利于難熔化合物的分解和元素激發(fā)

23、，故對大多數(shù)元素（素激發(fā)，故對大多數(shù)元素（70多種）都有高靈多種）都有高靈敏度；敏度；nb) 穩(wěn)定，精度高：高頻電流穩(wěn)定，精度高：高頻電流-趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)(skin effect)-渦流表面電流密度大渦流表面電流密度大-環(huán)環(huán)狀結(jié)構(gòu)狀結(jié)構(gòu)-樣品引入通道樣品引入通道-火焰不受樣品引火焰不受樣品引入影響入影響-高穩(wěn)定性。高穩(wěn)定性。nc) 分析線性范圍分析線性范圍(linear range)寬寬: ICP在分在分析區(qū)溫度均勻；自吸及自蝕效應(yīng)小。析區(qū)溫度均勻；自吸及自蝕效應(yīng)小。 nd) 電子密度很高，堿金屬電離電子密度很高，堿金屬電離不會產(chǎn)生很大不會產(chǎn)生很大化學(xué)干擾化學(xué)干擾；ne)樣品處于中心通道，其

24、加熱是間接的樣品處于中心通道，其加熱是間接的-樣樣品性質(zhì)品性質(zhì)(基體性質(zhì)，如樣品組成、溶液粘度、基體性質(zhì)，如樣品組成、溶液粘度、樣品分散度等樣品分散度等)對對ICP影響小，影響小，基質(zhì)效應(yīng)低基質(zhì)效應(yīng)低。nf)無極放電，無極放電，無電極污染。無電極污染。ng)載氣流速低（載氣流速低（0.52L/min），利于試樣），利于試樣充分激發(fā)，充分激發(fā)，耗樣量較少。耗樣量較少。nh) 背景小背景?。簹鍤鉃楣ぷ鳉?，由此產(chǎn)生的光譜：氬氣為工作氣，由此產(chǎn)生的光譜背景干擾小。背景干擾小。ni) 不足：對非金屬測定的靈敏度低；不足：對非金屬測定的靈敏度低；儀器昂貴；維持費高。儀器昂貴；維持費高。5、光源的選擇、光源

25、的選擇na) a) 試樣的性質(zhì)：如揮發(fā)性、電離電位等試樣的性質(zhì)：如揮發(fā)性、電離電位等nb) b) 試樣形狀：如塊狀、粉末、溶液試樣形狀：如塊狀、粉末、溶液nc) c) 含量高低含量高低nd) d) 光源特性：蒸發(fā)特性、激發(fā)特性、放電光源特性：蒸發(fā)特性、激發(fā)特性、放電穩(wěn)定性穩(wěn)定性幾種光源特點比較幾種光源特點比較光光 源源蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度K激發(fā)溫度激發(fā)溫度K穩(wěn)定性穩(wěn)定性分析樣品性質(zhì)分析樣品性質(zhì)直流電弧直流電弧8003800(高高)4000-7000較差較差定性、難熔樣品及元素定定性、難熔樣品及元素定量、導(dǎo)體、礦物純物質(zhì)量、導(dǎo)體、礦物純物質(zhì)交流電弧交流電弧中中4000-7000較好較好礦物、低含量金

26、屬定量分礦物、低含量金屬定量分析析火火 花花低低10000好好難激發(fā)元素、高含量金屬難激發(fā)元素、高含量金屬定量分析定量分析ICP100006000-8000很好很好溶液、難激發(fā)元素、大多溶液、難激發(fā)元素、大多數(shù)元素數(shù)元素火火 焰焰2000-30002000-3000很好很好溶液、堿金屬、堿土金屬溶液、堿金屬、堿土金屬激激 光光1000010000很好很好固體、液體固體、液體6、電極和試樣的引入方式、電極和試樣的引入方式a)電極多由石墨（電極多由石墨（Graphite）制成：高熔點、易提純、易導(dǎo)電、光譜）制成：高熔點、易提純、易導(dǎo)電、光譜簡單；簡單；b)固體試樣：金屬或合金直接做成電極固體試樣：

27、金屬或合金直接做成電極(固體自電極固體自電極)；粉末試樣可與；粉末試樣可與石墨粉混合裝樣；石墨粉混合裝樣；c)溶液試樣：滴在電極上，低溫烘干；使用溶液試樣：滴在電極上，低溫烘干；使用ICP可直溶液進樣。可直溶液進樣。 對電極（上電極）對電極（上電極）樣品電極（下電極）樣品電極（下電極）二、分光系統(tǒng)n將復(fù)合光分開為單色光裝置，稱為將復(fù)合光分開為單色光裝置，稱為單色單色器。器。n常用的分光元件分為兩類：棱鏡、光柵。常用的分光元件分為兩類：棱鏡、光柵。n以這兩類分光元件制作的光譜儀分別稱以這兩類分光元件制作的光譜儀分別稱為為棱鏡光譜儀棱鏡光譜儀和和光柵光譜儀光柵光譜儀。棱鏡棱鏡(prism)光柵(g

28、rating)色散系統(tǒng)的光學(xué)指標：色散系統(tǒng)的光學(xué)指標：1) 色散色散率率(D): 將不同波長的光分散開的能力；將不同波長的光分散開的能力；n角色散率(d/d):指兩條波長相差為d的光線被分開的角度的大小。n線色散率(dl/d):波長相差d的兩條譜線在焦面上的距離為dl。實際工作中，常用線色散率的倒數(shù)（倒線色散率） d/dl（nm/mm) 表示(譜片上每毫米的波長數(shù))。2) 分辨率分辨率(R)：能正確分辨出波長相差極小的兩譜線的：能正確分辨出波長相差極小的兩譜線的能力。能力。n若兩條譜線的平均波長為，當(dāng)它們的波長之差達到時剛好能分辨清楚。 R= / 理論分辨率： R0= mtdnd棱鏡數(shù)目棱鏡邊

29、長棱鏡色散率3) 集光本領(lǐng)集光本領(lǐng)：儀器傳遞光學(xué)輻射的能力：儀器傳遞光學(xué)輻射的能力,一般大型攝譜儀比中型弱。一般大型攝譜儀比中型弱。光柵光譜與棱鏡光譜的主要區(qū)別n光柵光譜是一個均勻排列的光譜，而棱鏡光譜因色散率與波長有關(guān)，為非均勻排列的光譜。n在光柵光譜中各譜線的排列是由紫到紅，與棱鏡光譜中由紅到紫正好相反。n光柵適用的波長范圍較棱鏡寬。三、檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng)n在原子發(fā)射光譜法中，常用的檢測方法有：目視法、攝譜法和光電法。1. 目視法目視法 用眼睛來觀測譜線強度的方法稱為目視法目視法（看譜法）。這種方法僅適用于可見光波段。常用的儀器為看譜鏡。看譜鏡是一種小型的光譜儀，專門用于鋼鐵及有色金屬的

30、半定量分析。2.攝譜法攝譜法 攝譜法是用感光板感光板記錄光譜。將光譜感光板置于攝譜儀焦面上，接受被分析試樣的光譜作用而感光，再經(jīng)過顯影、定影等過程后，制得光譜底片，其上有許多黑度不同的光譜線。然后用影譜儀觀察譜線位置及大致強度，進行光譜定性及半定量分析。用測微光度計測量譜線的黑度，進行光譜定量分析。3.3.光電法光電法 光電法用光電倍增管檢測譜線強度。第四節(jié) 分析方法n對于易導(dǎo)電的金屬材料，可以其本身作為電極，對于易導(dǎo)電的金屬材料，可以其本身作為電極，用直流電弧或交流電弧。若不損試樣可用用直流電弧或交流電弧。若不損試樣可用SPARK（火花）或（火花）或LASER（激光）；（激光）；n對于有機物

31、，先消化使其轉(zhuǎn)為溶液，在電極頭對于有機物，先消化使其轉(zhuǎn)為溶液，在電極頭上烤干，以殘渣激發(fā)；上烤干，以殘渣激發(fā)；n對于其它固體樣品，先制成粉末，再激發(fā)之。對于其它固體樣品，先制成粉末，再激發(fā)之。1. 樣品處理：樣品處理：2. 定性分析方法：定性分析方法： 由于各元素的原子結(jié)構(gòu)不同，在光源激發(fā)下，試樣由于各元素的原子結(jié)構(gòu)不同，在光源激發(fā)下，試樣中各元素都發(fā)射各自的特征光譜（譜線有多有少），通中各元素都發(fā)射各自的特征光譜（譜線有多有少），通過識別元素的一條或數(shù)條特征譜線的波長，可以進行元過識別元素的一條或數(shù)條特征譜線的波長，可以進行元素定性分析。素定性分析。 光譜定性分析常采用攝譜法（相板為檢測器）

32、和光光譜定性分析常采用攝譜法（相板為檢測器）和光電直讀光譜法。現(xiàn)以攝譜法為例。電直讀光譜法?，F(xiàn)以攝譜法為例。(a)(b)(c)樣品三次不同的樣品三次不同的曝光曝光;(d)Fe譜譜;(e)(f)為標準圖譜。為標準圖譜。1）Fe光譜比較法光譜比較法如上圖，將樣品和如上圖，將樣品和Fe（直接以鐵棒作電極）攝于同一譜板上。在（直接以鐵棒作電極）攝于同一譜板上。在映譜儀下放大映譜儀下放大20倍，并與標準倍，并與標準Fe譜對照，查找待測元素的特征譜譜對照，查找待測元素的特征譜線，若試樣中有譜線與標準圖譜標明的某元素譜線出現(xiàn)的波長位線，若試樣中有譜線與標準圖譜標明的某元素譜線出現(xiàn)的波長位置相同，則試樣中含有

33、該元素。置相同，則試樣中含有該元素。注意：注意：判斷某元素是否存在，必須檢查該元素判斷某元素是否存在，必須檢查該元素2條以上不受干擾的條以上不受干擾的最后線或靈敏線。最后線或靈敏線。思考：思考：為什么要以為什么要以Fe譜作標尺？譜作標尺？答答：Fe譜線豐富（有數(shù)千條）、均勻（強度及間距）、每條譜線譜線豐富（有數(shù)千條）、均勻（強度及間距）、每條譜線波長已知。波長已知。判斷樣品中某元素是否存在，可將該元素的純物判斷樣品中某元素是否存在，可將該元素的純物質(zhì)或其化合物與樣品并列攝譜于同一譜板（此時質(zhì)或其化合物與樣品并列攝譜于同一譜板（此時不用鐵譜），于映譜儀上檢查該元素是否存在。不用鐵譜），于映譜儀上

34、檢查該元素是否存在。2）標樣光譜比較法）標樣光譜比較法分段曝光法分段曝光法 實際工作中，多采用直流電弧作激發(fā)光源。但由于樣品的復(fù)雜性實際工作中，多采用直流電弧作激發(fā)光源。但由于樣品的復(fù)雜性（不同元素的激電位不同等），要想獲得準確、完整的定性信息，需（不同元素的激電位不同等），要想獲得準確、完整的定性信息，需采用采用“分段曝光法分段曝光法”，具體做法：，具體做法：起起 弧弧小電流小電流大電流大電流中電流中電流中等激發(fā)元素中等激發(fā)元素難激發(fā)元素難激發(fā)元素易激發(fā)元素易激發(fā)元素Hartman光欄光欄（置于狹縫前）（置于狹縫前）t1t2t3注意：注意：一旦起弧，則不要?；　Ｔ谝浑娏髦灯毓庖欢螘r間后，迅速

35、將一旦起弧，則不要?；　Ｔ谝浑娏髦灯毓庖欢螘r間后，迅速將 電流快速增至下一電流值。電流快速增至下一電流值。三、定量分析方法三、定量分析方法n根據(jù)元素特征譜線的強度根據(jù)元素特征譜線的強度(或黑度或黑度)來確來確定待測元素的含量。定待測元素的含量。n其核心是找出譜線強度和分析物濃度之其核心是找出譜線強度和分析物濃度之間的關(guān)系。間的關(guān)系。1. 定量分析的基本關(guān)系定量分析的基本關(guān)系nI IaCaCb b .(1).(1)nb b為自吸系數(shù)。為自吸系數(shù)。C C大則自吸系數(shù)大，即大則自吸系數(shù)大，即b1,b1,無無自吸時，則自吸時，則b=1.b=1.nlogI = blogC + logalogI = bl

36、ogC + loga(2)(2)n以以logI logI 對對logClogC作圖，得一直線，當(dāng)試樣濃作圖，得一直線，當(dāng)試樣濃度高時，度高時，b1b1，工作曲線發(fā)生彎曲。，工作曲線發(fā)生彎曲。2. 內(nèi)標法內(nèi)標法n因為譜線強度與元素含量和實驗條件因為譜線強度與元素含量和實驗條件( (蒸蒸發(fā)、激發(fā)、試樣組成、感光板特性、顯發(fā)、激發(fā)、試樣組成、感光板特性、顯影條件等影條件等) )有關(guān)。且這種變化很難完全避有關(guān)。且這種變化很難完全避免。免。故不能以譜線絕對強度來定量故不能以譜線絕對強度來定量。實。實際工作中常際工作中常以分析線和內(nèi)標線的以分析線和內(nèi)標線的強度比強度比來進行定量分析來進行定量分析，以補償這

37、些難以控制，以補償這些難以控制的變化因素的影響。的變化因素的影響。內(nèi)標法原理：內(nèi)標法原理：n在待測元素譜線中選出一分析線；在待測元素譜線中選出一分析線；n于基體元素于基體元素(樣品本底中的主要元素或外樣品本底中的主要元素或外加定量元素加定量元素)中選一與分析線中選一與分析線均稱均稱的譜線的譜線作內(nèi)標線。作內(nèi)標線。n二者組成二者組成分析線對分析線對，其絕對強度比值稱，其絕對強度比值稱為相對強度。為相對強度。如何選擇內(nèi)標線呢？如何選擇內(nèi)標線呢？n首先，首先，選擇內(nèi)標元素，原則是選擇內(nèi)標元素，原則是：n外加內(nèi)標元素在分析試樣品中應(yīng)不存在或含外加內(nèi)標元素在分析試樣品中應(yīng)不存在或含量極微；如樣品基體元素

38、的含量較穩(wěn)時，亦量極微；如樣品基體元素的含量較穩(wěn)時，亦可用該基體元素作內(nèi)標。可用該基體元素作內(nèi)標。n 內(nèi)標元素與待測元素應(yīng)有相近的特性內(nèi)標元素與待測元素應(yīng)有相近的特性(蒸發(fā)蒸發(fā)特性特性)n相近的電離能相近的電離能n同族元素同族元素n然后，然后，選擇分析線對，原則是選擇分析線對，原則是：n 激發(fā)能（激發(fā)電位）應(yīng)盡量相近激發(fā)能（激發(fā)電位）應(yīng)盡量相近均稱線對均稱線對，不可選一離子線和一原子線為分析對；不可選一離子線和一原子線為分析對；n分析線的波長及強度接近；分析線的波長及強度接近；n無自吸現(xiàn)象且不受其它元素干擾；無自吸現(xiàn)象且不受其它元素干擾；n揮發(fā)率應(yīng)相近。揮發(fā)率應(yīng)相近。n背景應(yīng)盡量小。背景應(yīng)盡量小。 設(shè)分析線強度為設(shè)分析線強度為I1，內(nèi)標線強度為，內(nèi)標線強度為I2；濃度分別；濃度分別為為C1，C2；自吸系數(shù)分別；自吸系數(shù)分別為為b1, b2, 那么，那么