分析測試技術(shù)(共6頁)

1、原子(yunz)發(fā)射光譜儀（期末(q m)結(jié)課論文）姓名(xngmng)：尹建南專業(yè)：海洋化學(xué)學(xué)號：14836001導(dǎo)師：周桓授課教師：王士強(qiáng)原子(yunz)發(fā)射光譜儀摘要(zhiyo)：文章講述了原子發(fā)射光譜儀器的基本(jbn)特性,分析性能內(nèi)容包括激發(fā)光源, 分光系統(tǒng),檢測系統(tǒng)及原子發(fā)射光譜儀的主要應(yīng)用。關(guān)健詞：原子發(fā)射光譜儀原子發(fā)射光譜儀通常簡稱光譜儀是根據(jù)觀測物質(zhì)中不同原子的能級躍遷所發(fā)射的原子光譜以確定該物質(zhì)化學(xué)成分的儀器每一種元素的原子在火焰電弧放電等激發(fā)光源受激發(fā)時(shí)便發(fā)射出特有的原子光譜檢查試樣光譜中是否出現(xiàn)該元素的特征譜線便可以確定該元素的存在這就是光譜定性分析光譜定量分析的基

2、礎(chǔ)是 沙義伯一洛馬金公式 該式表明試樣中某元素含量和譜線強(qiáng)度之間的關(guān)系式中及在一定含量范圍是常數(shù)樣在光源中的 蒸發(fā)原子化及激發(fā)過程有關(guān)系值與譜線在光源中的自吸收有關(guān)。發(fā)射光譜儀主要由激發(fā)光源分光系統(tǒng)檢測系統(tǒng)部分構(gòu)成如圖1所示：, 由激發(fā)光源發(fā)出的光經(jīng)分光系統(tǒng)色散(ssn)為單色光再由測光系統(tǒng)測量波長的強(qiáng)度完成試樣成分的定性定量分析。發(fā)射光譜儀分類根據(jù)激發(fā)光源可分為等離子體光譜儀與普通光源光譜儀而等離子體光譜儀又可分為電感(din n)藕合等離子體光譜儀直流等離子體光譜儀及微波等離子體光譜儀根據(jù)分光(fn un)系統(tǒng)可以分為棱鏡光譜儀、光柵光譜儀及中階梯光柵光譜儀按測光裝置的差別可以分為攝譜儀及

3、光電 直讀 光譜儀。一、激發(fā)光源包括火焰、電弧、電火花、等離子體等每一種新光源的出現(xiàn)都將譜技術(shù)的發(fā)展推向一新的水平。1. 直流電弧光源直流電弧光源是應(yīng)用最早的發(fā)射光譜電光源目前在有色及稀有金屬的純度分析中仍起重要作 用在地質(zhì)樣品的定性及半定量分析中仍廣泛采用。特點(diǎn)及缺陷分析絕對靈敏度較高特別是對于激發(fā)電位較低的元素有較好的檢出限發(fā)光強(qiáng)度大可用較短的曝光時(shí)間及預(yù)燃時(shí)間除氰帶區(qū)外有較低的光譜背景發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單由于弧光晃動(dòng)不穩(wěn)分析精度較差雖然氣體溫度較高但激發(fā)溫度不高對激發(fā)能較高的元素檢出限差電極溫度高對低熔點(diǎn)及易蒸發(fā)物質(zhì)不宜 直接分析有較顯著的自吸。2交流電弧光源交流電弧光源分兩類高壓及低壓交流電

4、弧光源。者是在兩電極間加上高達(dá)數(shù)千伏的電壓使之擊穿放電由于高電壓操作不安全,且高壓設(shè)備體積較大因而使用不多,主要使用低壓交流電弧光源。光源的特點(diǎn)：比直流電弧光源的穩(wěn)定性好測定結(jié)果有較好的重現(xiàn)性。有較高的激發(fā)溫度適 用于難激發(fā)元素的分析。電極溫度比直流電弧光源低，可用于低熔點(diǎn)金屬與合金的分析。光譜背景較，檢測限比直流電弧差。另外還可以用機(jī)械斷續(xù)器把電弧電源周期性切斷得斷續(xù)交流電弧可降低 電極溫度。可以用氫氣來穩(wěn)定電弧放電改善測量精度。3. 電火花光源電火花光源分為簡單電火花及控制電火花。放電特性(txng)火花放電的溫度可以達(dá) 到以上在放電通道和火舌(hush)的中心氣壓可達(dá)數(shù)十兆帕。因此火花放

5、電比電弧放電有更強(qiáng)的激發(fā)能力和電離能力,能產(chǎn)生(chnshng)很強(qiáng)的離子光 。4. 等離子體光源等離子體是一種電離氣體與普通氣體不同的是它是電的導(dǎo)體因?yàn)槠渲泻写罅康碾娮蛹罢x子,且正負(fù)電荷相等,故稱為等離子體。等離子體的種類很多，在發(fā)射光譜分析中得到應(yīng)用的主要有3種即直流等離子體噴焰電感 藕合等離子體、微波感生等離子體 。ICP裝置由高頻發(fā)生器和感應(yīng)圈、炬管和供氣系統(tǒng)、試樣引入系統(tǒng)三部分組成。高頻發(fā)生器的作用是產(chǎn)生高頻磁場以供給等離子體能量。應(yīng)用最廣泛的是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，其頻率和功率輸出穩(wěn)定性高。頻率多為27-50 MHz，最大輸出功率通常是2-4kW。

6、當(dāng)有高頻電流通過線圈時(shí)，產(chǎn)生軸向磁場，這時(shí)若用高頻點(diǎn)火裝置產(chǎn)生火花，形成的載流子（離子與電子）在電磁場作用下，與原子碰撞并使之電離，形成更多的載流子，當(dāng)載流子多到足以使氣體有足夠的導(dǎo)電率時(shí)，在垂直于磁場方向的截面上就會(huì)感生出流經(jīng)閉合圓形路徑的渦流，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高熱又將氣體加熱，瞬間使氣體形成最高溫度可達(dá)10000K的穩(wěn)定的等離子炬。感應(yīng)線圈將能量耦合給等離子體，并維持等離子炬。當(dāng)載氣載帶試樣氣溶膠通過等離子體時(shí)，被后者加熱至6000-7000K，并被原子化和激發(fā)產(chǎn)生發(fā)射光譜ICP光譜法分析的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍(1)特點(diǎn)可以測定約72種元素多數(shù)有較好的檢出限(表17)。精密度好,在分析物濃度為檢出

7、限5010倍時(shí),譜線強(qiáng)度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)鎮(zhèn)1%。動(dòng)態(tài)范圍寬,標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍可達(dá)105106?；w效應(yīng)較小較易建立分析方法?？蛇M(jìn)行多元素同時(shí)快速測定。ICP光譜儀的性能在有些方面還不能滿足分析任務(wù)的要求例如:直接分高純物質(zhì)靈敏度不足,往往要預(yù)先進(jìn)行化學(xué)分離富集。分析以多譜線元素為基體的樣品時(shí),經(jīng)常存在不同程度的光譜干擾。工作氣體(氫氣 )消耗量大。二、分光系統(tǒng)發(fā)射光譜儀中采用的分光系統(tǒng)主要有5種:棱鏡式分光系統(tǒng);艾伯特(E b e r t)平 面光柵分光系統(tǒng)卻爾尼一特納平面光柵分光系統(tǒng);凹面光柵分光系統(tǒng);中階梯光柵光系統(tǒng)。其中(qzhng)凹面光柵(gungshn)分光系統(tǒng)只有入射狹

8、縫、光柵和出射狹縫,其光路圖如圖2所示凹面光柵既起分光(fn un)作用,又起成像作用,三者都位于同一圓周上,此圓稱為羅蘭圓(Rwland Cirele)。凹面光柵沒有色差、沒有吸收、反射光損失較小、工作波段比較容易擴(kuò)展到遠(yuǎn)紫外區(qū)和遠(yuǎn)紅外區(qū),但其像散比較大,譜線是彎曲的。多道ICP 直讀光譜儀都采用這種分光系統(tǒng)。圖2：凹面光柵分光系統(tǒng)三、光譜記錄及檢測系統(tǒng)有3種記錄檢測發(fā)射光譜的裝置,即照相干板、光電倍增管、陣列檢測器。照相法是攝譜儀使傳統(tǒng)方法,其優(yōu)點(diǎn)是可以一目了然地觀察到光譜的全貌,且便于保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果。缺點(diǎn)是操作繁雜費(fèi)時(shí),且易引入顯著誤差。感光干板與普通照相材料不同,一般使用優(yōu)質(zhì)玻璃作基片,

9、澳化銀顆粒較細(xì),反襯度較高。光電倍增管測光方法已成為發(fā)射光譜儀的主要測定方式。四、原子發(fā)射光譜儀主要應(yīng)用1冶金原樣及產(chǎn)品鋁及其合金,鎳及其合金,鉆及其合金,碳鋼及合金鋼,爐渣及耐火材 料,欽鐵硼磁性材料,稀土氧化物,稀土原料及礦 石,碳化鎢,鈾合金及氧化物,鐵合金,鐵礦石,錯(cuò)合 金,衫鉆合金,欽合金。2.地質(zhì)樣品地質(zhì)普查樣,水系沉積物,土壤,礦石,巖石等。3.生物類生物組織(zzh)及器官,生物(shngw)排泄物,血液(xuy),血清,牙齒,骨質(zhì)等4.農(nóng)業(yè)及食品類海草及其產(chǎn)品,植物組織,灌 溉用水,肥料,牧飼料,土壤提取液,糧食,牛奶,飲料,海產(chǎn)品,肉類,食用油等。5.環(huán)境類空氣微塵,污水及

10、廢水,地下水,垃圾,固體廢渣,工廠排放物,飲用水,地面水,陰溝泥沙,海水及鹽水等。6.化學(xué)化工類玻璃制品,藥品,化學(xué)試劑,催化劑,有機(jī)溶劑,電鍍液,電解液,樹脂類。能源類煤炭,石油,核燃料等。參考文獻(xiàn):1.李廷鈞編.發(fā)射光譜分析.北京:原子 能出版社,1983.67 70.2.辛仁軒編著.電感禍合等離子體光源原理、裝置和應(yīng)用.北京:光譜實(shí)驗(yàn)室編部,1984 .2582633.陳新坤.電感禍合等離子體光 譜法原理和應(yīng)用.天 津:南開 大學(xué)出版社,1987.53 3664.郭旭明, 郭小偉, 黃本立等 . 光譜學(xué)與光譜分析, 2000, 20:5335.張展霞, 劉洪濤等 . 光譜學(xué)與光譜分析, 2000, 20: 1606.曹淑 琴 等 . 分析測試學(xué)報(bào), 2000, 27: 50 47.Tian Xiaodan , Zhang Zhix ia et al. At Spectrosc , 1999, 20( 4) : 1278.Shuai Qin, Hu Bin et al. J Ana l At Spectrom, 2000, 15