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交流电弧 结构及工作原理
交流供电 间歇放电 高频引燃 脉冲电流
低压电弧电路＋高频引燃电路
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交流电弧 - 特点
电极上无高温斑点，温度分布较均匀，稳定性 好，精密度、准确度高 弧温高，激发能力强 电极温度低，蒸发能力差，检出性能稍差 适于大多数元素的定量分析 对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧
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S lg H i
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摄谱法
特点

同时记录下整个波长范围的光谱 可长期 保存 价格便宜 操作烦琐费时
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光电直读光谱仪
光电倍增管－把光信号转变成电信号
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光电直读光谱仪 单道扫描式
通过用单出射狭缝在光谱仪焦面上扫描移动， 在不同的时间分别接受不同波长的光谱线
检测器 等离子体
出射狭缝 光栅
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原子结构及原子光谱的产生

用量子理论描述每个电子的运动状态
n=1，2，3，4…电子层 （决定电子能
量，电子与核的平均距离）
单个价电子运动状态
主量子数n 角量子数l l=0，1，2， 3…，n-1，电子云形状 符号：s, p, d, f… （电子在同一壳层所处的能级） 磁量子数m m=0，1，2，…，l 有2l+1个值 电子云空间伸展方向 自旋磁量子数ms ms= 1/2， 电子自旋方向
HO
NCH3
定影
AgBr +Na2S2O3 → NaAgS2O3 硫代硫酸钠（海波）
Na3Ag(S2O3)2 Na5Ag3(S2O3)4
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摄谱法
感光板将摄谱仪光学系统输出的不同波长的 辐射能转换成黑的影象，线的黑度与曝光量 密切相关，其曝光量用Ｈ表示
H Edt E t
0
t
感光板上谱线的深浅程度用黑度S表示
单重态之间，三重态之间
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几种光谱线
共振线
电子由激发态直接返回到基态时所辐射的谱线
第一共振线
由第一激发态回到基态时所辐射的谱线 （主共振线、最灵敏线）
最后线（持久线）
原子浓度降低时最后消失的谱线（一般是最灵敏线）
分析线
用来判断某种元素是否存在及其含量的线（最灵敏线）
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几种光谱线
原子线( 原子线(Ⅰ)
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原子结构及原子光谱的产生 能级图
把原子中所可能存在的光谱 项--能级及能级跃迁用平面图 解的形式表示出来, 称为能级 图。
基态 激发态 32P1/2 32P3/2 32D3/2，5/2 32S1/2 42P1/2 42P3/2 52P1/2 52P3/2 波长/nm 589.59 588.99 342.11 330.29 330.23 285.30 285.28
1.固体导电样品：直接作为电极 钢铁，铜样品 2.溶液样品： ICP中直接引入 在一般电极（如石墨电极） 上先滴上再烘干 3.非金属样品、粉末试剂： 将样品及合适的缓冲剂加入到电 极上的孔中，电极孔形状有多 种，以满足不同需要。
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定性与半定量分析
光谱添加剂
缓冲剂--- 使样品成分趋于一致 助熔剂--- 降低试样熔点 稀释剂--- 稀释试样
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原子结构及原子光谱的产生
2. 光谱项
光谱项的多重性
n
2S +1
L
J
光谱 支项
n L S J
-主量子数 -总角量子数 -总自旋量子数 -内量子数
表示原子所处的能级
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原子结构及原子光谱的产生
n 2S +1 L J
例：钠原子的光谱项符号 (1s)2(2s)2(2p)6 (3s)1 表示钠原子的电子处于的能级状态 （基态能级） n=3，2S+1 =2 (S = 1/2)，L =0，J = L +S=1/2 32S1/2
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高 次之 低（4000 – 7000 K)
直流电弧（DC）- 特点
阳极斑温度高，蒸发快，进入弧中物质多，有较好检 出性能，有利于难熔物质分析。 弧焰温度低，激发能力一般，适于易激发的元素 DC电弧设备简单，操作安全 光谱中除石墨电极的CN带外，背景较少 稳定性差，再现性及精密度较差 光谱线易自吸和自蚀，不适于高定量分析 适于难熔物质中痕量易激发元素的定 性和半定量分析。
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定性与半定量分析 激发、摄谱 识谱
定性 铁谱比较法 标样光谱比较法 波长测定法 （略） 半定量 谱线强度比较法 谱线呈现法 均称线对法（略）
S lg
i 1 lg 0 T i
i
i0
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S Smax
E D
F
C A B So α lgHi c
γ =tgα γlgHi=i d lgH
反衬度 惰延量
乳剂特性曲线
曲线分为五段： AB 雾翳，BC 雾翳，BC 曝光不足，CD 曝光不足，CD 正常曝光， DE 曝光过度，EF 曝光过度，EF 负感部分 常使用的是正常曝光部分：
原子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线
M * M 离子线( 离子线(Ⅱ,Ⅲ)
(I)
离子核外激发ห้องสมุดไป่ตู้电子跃迁回基态所发射出的谱线
M+
*
M+
(Ⅱ) ； M2+* M2+
(Ⅲ )
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基本理论
三.谱线强度与试样中元素浓度的关系
在热力学平衡状态时，位于基态的原子数 N0 与位于激 发态原子数 Ni 之间满足 Boltzmann 分布
入射狭缝
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光电直读光谱仪 多道固定狭缝式
在光谱仪的焦面上按分析线波长位置安装许多 固定出射狭缝和相应的检测系统，在不同的空 间位置同时接收许多分析信号
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全谱直读光谱仪 阵列检测器 电荷耦合阵列检测器（CCD) 电荷注入阵列检测器（CID)
测定每个元素可同时选用多条谱线
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定性与半定量分析-电弧或火花光源 样品处理与电极选择
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谱线强度与试样中元素浓度的关系 影响谱线强度的因素：（教材p107） 激发电位 统计权重 原子密度 跃迁几率 光源温度 其他因素
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仪器
仪器主要组成部分
光源
单色器
检测器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测
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激发光源
激发光源的作用及理想光源 光源 光源选择
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激发光源的作用及理想光源 光源的作用： 提供足够的能量，使试样蒸发、解离并激 发，产生光谱。
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原子结构及原子光谱的产生 多个价电子的运动状态
N — 主量子数 L— 总角量子数，为 l 的矢量和 L=li， L=(l1+l2)，(l1+l2-1)，(l1+l2-2)， …， |l1-l2| S — 总自旋量子数，为各个 ms 的矢量和 S=ms 取值：0，1/2，1，3/2，2，… J — 内量子数，J=L+S 取值： J=(L+S)，(L+S-1)，(L+S-2)，…， |L-S| 当LS，J=L+S 到 L-S，有（2S+1）个取值 当LS，J=S+L 到 S-L，有（2L+1）个取值
激光光源
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直流电弧（DC ） 直流电弧（DC） 结构及工作原理
220~380V
阴极
5~30A
阳极
接触短路引燃（或 高频引燃）；阴极 电子与气体分子和 离子相撞产生的离 子再冲击阴极，引 起二次电子发射， 电子再撞击阳极， 产生高温阳极斑。
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直流电弧（DC ） 直流电弧（DC）
电弧温度 阴极区 阳极区 中间 电极温度 阳极 阴极 3800 K (阳极斑） 3000 K
Ni N0
g i Ei / kT e g0
g 为统计权重(2J+1)；k为Boltzmann常数(1.3810-23J/oC)： 电子在 i, j 能级间跃迁产生的谱线强度 I 与跃迁几率 A 及处于 激发态的原子数 Ni 成正比
Iij AijhvNi AijhvN 0
gi Ei / kT g0 e
气态原子或离子吸收能量，核外电子从基态 跃 迁到激发 态，由于电子处于能量较高的激发 态，原子不稳定，经过10-8s的时间，电子就会从 高能量状态返回低能量状态，下降的这部分能量 以电磁辐射即光的形式释放出来，产生一定波长 的光谱。依据所发射的特征光谱的波长和强度可 以进行元素的定性与定量分析。
4
基本理论
电感耦合等离子体光源
Inductively coupled plasma (ICP)
组成：ICP 高频发生器+ 炬管+ 样 品引入系统
炬管包括： 外管—冷却气，沿切线引入 中管—辅助气，点燃 ICP (点燃 后切断) 内管—载气，样品引入（使用 Ar 是因为性质稳定、不 与试样作用、光谱简单）
第三章 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectroscopy(AES)
主讲教师：胡高飞 北京化工大学理学院
1
原子发射光谱

基本理论 仪器 实验技术 应用
2
基本理论

什么是原子发射光谱法 原子结构及原子光谱的产生 谱线强度与试样中元素浓度的关系
3
基本理论
一、什么是原子发射光谱法
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光源选择
待测元素性质 定性或定量 含量
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分光元件 作用
将由激发光源发 出的含有不同波 长的复合光分解 成按波长排列的 单色光
狭缝（Slit ） 狭缝（Slit）
常用的有棱镜、光栅两类
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检测系统
相板 + 映谱仪 + 黑度计 = 摄谱法 光电直读光谱仪
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摄谱法 摄谱步骤
安装感光板在摄谱仪的焦面上 激发试样，产生光谱而感光 显影，定影，制成谱板 特征波长，定性分析 特征波长下的谱线强度，定量分析