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仪器分析(武汉大学)原子发射光谱分析法

热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
2019/5/17
典型发射光谱图
2.2.2.谱线的强度
在i,j 两能级间跃迁,谱线强度可表示为:
Iij= Ni Aij hυ ij
Aij 为跃迁几率
(1)
在高温下,处于热力学平衡状态时,单位 体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni 之间 遵守Boltzmann分布定律
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ICP-AES重要部件示意图
• 燃烧电压:自持放电发生后,为了维 持放电所必需的电压。
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共振线、灵敏线、最后线及分析线
由激发态直接跃迁至基态所辐射的 谱线称为共振线。由较低级的激发态 (第一激发态)直接跃迁至基态的谱线 称为第一共振线,一般也是元素的最灵 敏线。当该元素在被测物质里降低到一 定含量时,出现的最后一条谱线,这是 最后线,也是最灵敏线。用来测量该元 素的谱线称分析线。
2.1 概述
原子发射光谱法是根据待测元 素的激发态原子所辐射的特征谱线 的波长和强度,对元素进行定性和 定量测定的分析方法。
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2.1.1原子发射光谱法的分类
1.目视火焰光分析法
某些元素的原子或离子在被激发时,会辐射出各种 不同颜色的光。能用眼睛来观察与辨认试样元素被激 发时所辐射的焰光颜色及其亮度,就可粗略地估计试 样物质的主要成分及其含量的高低。这种发射光谱分 析,称为目视火焰光分析法。
此式为谱线强度公式。 Iij 正比于基态原子N0 ,也就是说 Iij ∝C,这就是定量
分析依据。
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例如:钠原子,核外电子组成为: (1S)2(2S)2(2P)6(3S)1
此时光谱项为: 32S1/2 表示n=3 L=0 S=1/2 M=2 J=1/2, --------为基态光谱项。
(3)仪器设备比较复杂、昂贵。
2.2 方法原理
2.2.1原子光谱的产生
原子的核外电子一般处在基态运动, 当获取足够的能量后,就会从基态 跃迁到激发态,处于激发态不稳定 (寿命小于10-8 s),迅速回到基态 时,就要释放出多余的能量,若此 能量以光的形式出显,既得到发射 光谱。
能量与光谱
ΔE=E2- E1 =h c/λ =hυ =hσc
2.火焰光度法
以火焰为光源(试液雾化后喷火火焰),以棱镜 或滤光片为单色器,以光电池或光电管为检测器(放 在屏幕位置),然后测量试样元素的辐射光强度,称 为火焰光度分析法。
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3.摄谱法
用照相感光板来记录元素的发射光谱图,然 后用类似幻灯机的投影仪(又称映谱仪)将发射 光谱图中记录下来的谱线放大,并辨认待测元素 特征谱线的存在与否,即可进行元素定性分析。 如果用类似光电比色计的黑度计以称测微光度计) 测量元素特征谱线的黑度,就可以进行待测元素 的定量分析。
32P3/2
n=3 L=1
32P1/2
n=3 L=1
钠谱线:5889.96 Å
5895.93 Å
S=1/2 J=3/2
S=-1/2 J=1/2 32S1/2----32P3/2 32S1/2----32P1/2
2.2.4 谱线的自吸与自蚀
1.自吸
I = I0e-ad
I0为弧焰中心发射的谱线强度,a 为吸收系数,d为弧层厚度。
4.光电直读法
元素的特征谱线通过直读光谱仪,再配有电子计 算机进行数据处理,分析结果可在几分钟内由光电 读数系统直接显示出来,因此具有快速、准确等 优点。本章主要介绍现代的ICP光电直读法。
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2.1.2 原子发射光谱法的特点
1.灵敏度和准确度较高
2.选择性好,分析速度快
3.试样用量少,测定元素范围广
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谱线强度与温度的关系
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Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT
(2)
gi,g0 为 激 发 态 和 基 态 的 统 计 权 , Ei 为 激 发 电 位 , K 为
Boltzmann常数,T为温度。
(2)代入(1)得:
Iij=gi/g0Aijhυ ijN0e-Ei/kT
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2.自蚀
在谱线上,常用r表示自吸,R表 示自蚀。
在共振线上,自吸严重时谱线变宽, 称为共振变宽
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自吸与自蚀的关系
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重要术语的意义
• 击穿电压:使电极间击穿而发生自持 放 电的最小电压。
• 自持放电:电极间的气体被击穿后, 即使没有外界的电离作用,仍能继续保持 电离,使放电持续。
第二章 原子发射光谱分析法
Atomic emission spectroscopy
现代直读ICP-AES仪器
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IRIS Intrepid全谱直读等离 子体发射光谱仪(ICP-AES) 是美国热电公司生产的原 子光谱分析仪器,该仪器 采用CID检测器和设计独 特的光学系统,具有高分 辨率、高灵敏度,可同时 测定元素周期表中的73种 元素,每个元素波长可任 意选择,最大限度地减少 了元素之间的相互干扰。 适用于金属、环境、地球 化学等领域对元素(0.00X %~X %)的高精度分析。
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2.3 仪器装置
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2.3.1 光源
光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。
光源的影响:检出限、精密度和准确度。 光源的类型:
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP) (Inductively coupled plasma)
4.局限性
(1)样品的组成对分析结果的影响比较显著。因此,进行定 量分析时,常常需要配制一套与试样组成相仿的标准样品, 这就限制了该分析方法的灵敏度、准确度和分析速度等的提 高。
(2)发射光谱法,一般只用于元素分析,而不能用来确定元 素在样品中存在的化合物状态,更不能用来测定有机化合物 的基团;对一些非金属,如惰性气体、卤素等元素几乎无法 分析。
λ= h c/E2-E1 υ= c /λ σ×10-34 J.s) • c 为光速(2.997925×1010cm/s)
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激发电位: 从低能级到高能级需 要的能量。 共振线: 具有最低激发电位的谱线。 原子线(Ⅰ) 离子线(Ⅱ,Ⅲ) 相似谱线
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