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原子发射光谱法-摄谱和译谱一、实验目的和要求1、熟悉光谱定性分析的原理；2、了解石英棱镜摄谱仪的工作原理和基本结构；3、学习电极的制作摄谱仪的使用方法及暗室处理技术；4、学会用标准铁光谱比较法定性判断试样中所含未知元素的分析方法；5、根据特征谱线的强度及最后线出现的情况对元素含量进行粗略的估计；6、掌握映谱仪的原理和使用方法。
二、实验内容和原理1、摄谱原子在受到一定能量的激发后，其电子在由高能级向低能级跃迁时将能量以光辐射的形式释放，各种元素因其原子结构的不同而有不同的能级，因此每一种元素的原子都只能辐射出特定波长的光谱线，它代表了元素的特征，这是发射光谱定性分析的依据。
一个元素可以有许多条谱线，各条谱线的强度也不同。
在进行光谱定性分析时，并不需要找出元素的所有谱线，一般只要检查它的几条(2~3条)灵敏线或最后线，根据最后线(灵敏线)是否出现，它们的强度比是否与谱线所表示的相符，就可以判断该元素存在与否。
经典电光源的试样处理：1)固体金属及合金等导电材料的处理棒状金属表面用金刚砂纸除氧化层后，可直接激发。
碎金属屑用酸或丙酮洗去表面污物，烘干后磨成粉末状后，最好以1:1与碳粉混合，在玛瑙研钵中磨匀后装入下电极孔内再激发。
2)非导体固体试样及植物试样非金属氧化物、陶瓷、土壤、植物等试样经灼烧处理后，磨细，加入缓冲剂及内标，置于石墨电极孔中用电弧激发。
3)液体试样处理液体样品经稀释后，滴到用液体石蜡涂过的平头石墨电极上，在红外灯下烘干后进行光谱分析。
摄谱法是用感光板记录光谱。
将光谱感光板置于摄谱仪焦面上，接受被分析试样的光谱作用而感光，再经过显影、定影等过程后，制得光谱底片，其上有许多黑度不同的光谱线。
然后用影谱仪观察谱线位置及大致强度，进行光谱定性及半定量分析。
用测微光度计测量谱线的黑度，进行光谱定量分析。
用发射光谱进行定性分析通常采用在同一块感光板上并列地摄取试样光谱和铁光谱，然后借助光谱投影仪使摄得的铁光谱与“元素标准光谱图”上的铁光谱重合，从“元素标准光谱图”上标记的谱线来辨认摄得的试样谱线。
原子发射光谱测定方面的分析摘要：原子发射光谱主要曾经应用于发现新元素以及建立原子结构理论。
随着分析科学技术的不断发展,人们对分析仪器的要求也越来越高,不但要求将来的分析仪器设备具有更高的灵敏度、精密度以及分析速度,更要求其向微型化、自动化和集成化的方向发展。
关键词：原子发射光谱；分析仪器；分析速度一、概述1.原子发射光谱法的概述原子发射光谱法，是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）。
原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即：（1）原子发射光谱主要由光源提供能量给样品，从而使样品蒸发、形成气态原子以及进一步使气态原子激发得到光辐射的过程；（2）其将复合光经单色器分解成按顺序排列的谱线，从而形成光谱；（3）使用检测器来检测光谱中的谱线的波长以及谱线的强度。
“原子发射光谱分析”是《分析试验室》期刊两年一次的综述。
自 1991 年起, 至今已有 4 篇综述发表, 这些综述推动了我国原子发射光谱分析的发展，具有好的参考价值。
在有关原子光谱分析的技术中,原子发射光谱法的特点是拥有检测线性范围宽以及多元素可以同时测定的能力,原子发射光谱法被视为一种标准的分析方法,现今，原子发射光谱法广泛应用于痕量元素的分析测定。
分析测定主要的基本原理是使物质处于热激发或电激发,其由元素的离子或原子发射出特征光谱,根据发射出来的特征光谱的强弱，从而可对元素进行定性与定量分析的过程。
原子发射光谱仪器主要由波长选择系统、检测系统、进样系统以及激发光源组成。
2.原子发射光谱的分析方法（1）定性分析每一种元素的原子都有它的特征光谱，根据原子光谱中的元素特征谱线就可以确定试样中是否存在被检元素。
通常将元素特征光谱中强度较大的谱线称为元素的灵敏线。
只要在试样光谱中检出了某元素的灵敏线，就可以确证试样中存在该元素。
原子发射光谱分析方法应用一,光谱定性分析由于各种元素的原子结构不同,在光源的激发作用下,试样中每种元素都发射自己的特征光谱。
光谱定性分析一般多采用摄谱法。
试样中所含元素只要达到一定的含量,都可以有谱线摄谱在感光板上.摄谱法操作,价格便宜,快速.它是目前进行元素定性检出的最好方法.(一)元素的分析线与最后线每种元素发射的特征谱线有多有少(多的可达几千条).当进行定性分析时,只须检出几条谱线即可. 进行分析时所使用的谱线称为分析线.如果只见到某元素的一条谱线,不可断定该元素确实存在于试样中,因为有可能是其它元素谱线的干扰。
检出某元素是否存在必须有两条以上不受干扰的最后线与灵敏线。
灵敏线是元素激发电位低,强度较大的谱线,多是共振线.最后线是指当样品中某元素的含量逐渐减少时,最后仍能观察到的几条谱线.它也是该元素的最灵敏线.(二)分析方法(1)铁光谱比较法目前最通用的方法,它采用铁的光谱作为波长的标尺,来判断其他元素的谱线.。
铁光谱作标尺有如下特点:① 谱线多.在210 ~ 660nm范围内有几千条谱线.② 谱线间距离都很近.在上述波长范围内均匀分布.对每一条谱线波长,人们都已进行了精确的测量.在实验室中有标准光谱图对照进行分析。
标准光谱图是在相同条件下,在铁光谱上方准确地绘出68种元素的逐条谱线并放大20倍的图片。
铁光谱比较法实际上是与标准光谱图进行比较,因此又称为标准光谱图比较法。
在进行分析工作时将试样与纯铁在完全相同条件下并列并且紧挨着摄谱,摄得的谱片置于映谱仪(放大仪)上;谱片也放大20倍,再与标准光谱图进行比较。
比较时首先须将谱片上的铁谱与标准光谱图上的铁谱对准,然后检查试样中的元素谱线。
若试样中的元素谱线与标准图谱中标明的某一元素谱线出现的波长位置相同,即为该元素的谱线。
判断某一元素是否存在,必须由其灵敏线决定.铁谱线比较法可同时进行多元素定性鉴定。
(3)标准试样光谱比较法将要检出元素的纯物质和纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上,在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱.若两者谱线出现在同一波长位置上,即可说明某一元素的某条谱线存在。
摄谱法原子发射光谱法
摄谱法（Spectroscopy）是一种通过测量物质与辐射相互作用的方法，用来研究物质的性
质和组成。
在分析化学中，摄谱法被广泛应用于定性和定量分析，以及材料表征等领域。
原子发射光谱法（Atomic Emission Spectroscopy）是摄谱法的一种形式，专门用于分析元素的
方法。
原子发射光谱法基于原子在能级跃迁过程中发射光线的特性，通过测量元素在特定波长的光线强度来确定元素的存在与含量。
原子发射光谱法的基本原理是，样品中的元素经过适当的预处理和激发，使得元素原子处于激发态，然后通过热激发、电激发或激光激发等方式将激发态原子转化为基态，在转化过程中会发射出特定的光线。
这些发射光线经过光谱仪的分析，可以得到元素在特定波长处的发射强度。
原子发射光谱法有多种技术衍生，如火焰原子发射光谱法（Flame Atomic Emission Spectroscopy, FAAS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy, ICP-AES）等。
这些技术在不同的样品类型和分析需求下具有各自的优
缺点，可以根据具体情况选择合适的方法。
总的来说，原子发射光谱法是一种常用且广泛应用的分析方法，能够提供元素的定性与定量信息，对于科学研究和工业生产具有重要意义。
原子发射光谱法原理原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，AES），是利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的。
原子发射光谱法可对约70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析。
在一般情况下，用于1%以下含量的组份测定，检出限可达ppm，精密度为±10%左右，线性范围约2个数量级。
这种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。
原子发射光谱法，是指利用被激发原子发出的辐射线形成的光谱与标准光谱比较，识别物质中含有何种物质的分析方法。
用电弧、火花等为激发源，使气态原子或离子受激发后发射出紫外和可见区域的辐射。
某种元素原子只能产生某些波长的谱线，根据光谱图中是否出现某些特征谱线，可判断是否存在某种元素。
根据特征谱线的强度，可测定某种元素的含量。
一次检验可把被检物质中的元素全部在图谱上显现出来，再与标准图谱比较。
可测量元素种类有七十多种。
灵敏度高，选择性好，分析速度快。
在司法鉴定中，主要用于泥土、油漆、粉尘类物质及其他物质中微量金属元素成份的定性分析。
定量分析较复杂且不准确。
原子发射光谱法，是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。
在正常状态下，原子处于基态，原子在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）。
原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即：1、由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气态原子激发而产生光辐射；2、将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱；3、用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。
原子发射光谱是指由于物质内部运动的原子和分子受到外界能量后发生变化而得到的。
实验金属或合金中杂质元素的原子发射光谱定性分析一、实验目的1．学习原子发射光谱分析的基本原理和定性分析方法。
2．掌握发射光谱分析方法的电极制作、摄谱、冲洗感光板等基本操作。
3．掌握铁光谱比较法定性判别未知试样中所含杂质元素。
4．学会正确使用摄谱仪和投影仪。
二、实验原理各种元素的原子被激发后，因原子结构不同，可发射许多波长不同的特征光谱谱线，因此可根据特征光谱线是否出现，来确定某种元素是否存在。
但在光谱定性分析中，不必检查所有谱线，而只需根据待测元素2~3条最后线或特征谱线组，即可判断该元素存在与否。
所谓元素的最后线是指当试样中元素含量降低至最低可检出量时，仍能观察到的少数几条谱线。
元素的最后线往往也是该元素的最灵敏线。
而特征线组往往是一些元素的双重线、三重线、四重线或五重线等，它们并不是最后线。
例如，镁的最后线是285.2nm一条谱线，而最易于辨认的却是在277.6 ~ 278.2nm之间的五重线。
此五重线由于不是最后线，在低含量时，在光谱中不能找到。
但由于特征谱线组易于辨认，当试样中某些元素含量较高时，就不一定依靠其最后线，而只用它的特征谱线组就足以判断了。
表1-1列出了各元素在228.0 ~ 460.0 nm范围内的重要分析线，供光谱定性分析时使用。
但必须注意，判定某元素时，如果最后线不出现，而较次灵敏线反而出现，则可能是由其他元素谱线的干扰而引起的。
事实上，由于试样中许多元素的谱线波长相近，而摄谱仪及感光板的分辨率又有限，在记录到的试样光谱中，谱线会相互重叠，发生干扰。
当需要确证某一元素的分析线是否受到干扰时，首先要判明干扰元素是否存在（检查干扰元素的最后线存在与否）。
当一条分析线确实受到干扰时，可以根据别的分析线来确定该元素的存在与否。
在光谱定性分析中，除了需要元素分析线表外，还需要一套与所用的摄谱仪具有相同色散率的元素标准光谱图。
图1-1为波长范围在301.0~312.4nm的元素标准光谱图。
气相色谱-原子发射光谱法（GC-AES）是一种分析化学技术，用于测定样品中元素的含量。
它是将气相色谱法与原子发射光谱法结合使用来实现的。
气相色谱法用于将样品中的元素分离成单个组分，然后原子发射光谱法用于测定每个组分中的元素含量。
气相色谱法的工作原理是将样品溶液注入一个带有加热器的柱子中。
柱子加热到使样品中的化合物蒸发的温度。
蒸发的化合物在柱子中移动，根据它们的沸点不同被分离。
分离后的化合物被导入一个检测器，检测器将它们转化为信号。
信号被记录在一个图表上，该图表称为色谱图。
原子发射光谱法的工作原理是将样品中的元素转化为原子。
原子被激发，然后发射光。
光的强度与样品中元素的含量成比例。
光被一个检测器检测，检测器将其转化为信号。
信号被记录在一个图表上，该图表称为光谱图。
GC-AES 是一种灵敏、准确和通用的分析方法。
它可用于测定许多元素的含量，包括金属、非金属和卤素。
GC-AES 广泛应用于环境监测、食品安全、材料科学和生物医学等领域。
以下是GC-AES 的优点：•灵敏：GC-AES 是一种非常灵敏的分析方法，可以检测到样品中非常低浓度的元素。
•准确：GC-AES 是一种非常准确的分析方法，可以提供高精度的分析结果。
•通用：GC-AES 是一种通用的分析方法，可用于测定许多元素的含量。
以下是GC-AES 的缺点：•昂贵：GC-AES 是一种昂贵的分析方法，需要昂贵的设备。
•复杂：GC-AES 是一种复杂的分析方法，需要熟练的操作人员。
总体而言，GC-AES 是一种灵敏、准确和通用的分析方法，广泛应用于环境监测、食品安全、材料科学和生物医学等领域。
实验22 原子发射光谱摄谱法定性分析合金中的元素
一、目的
掌握原子发射光谱分析摄谱法的电极制作、摄谱、冲洗感光板等基本操作。
掌握用铁光谱比较法定性判别未知试样中所含的元素，并估计其相对含量。
二、内容提要
在原子发射光谱分析中，将试样引入激发光源，当外界给以一定能量时，试样被蒸发分解成气态原子（或离子），一部分原子（或离子）的外层电子被激发至高能态。
处于激发态的原子（或离子）很不稳定，当其跃迁至低能态或基态时，会发射出紫外和可见区的特征辐射，由光谱仪器分解为光谱，辨认特征波长谱线的存在情况可以进行定性分析，测量特征波长谱线的强度可以进行定量分析。
该分析方法主要用于金属元素的分析（非金属元素不易激发）。
它已普遍地应用于矿物、金属、半导体材料等试样中的杂质分析。
将样品光谱按波长顺序记录在感光板上，称为摄谱法。
根据记录下来的光谱，进行定性或定量分析。
发射光谱摄谱法分析的优点是灵敏度高，对大部分元素可测至l0-3%～10-4%，快速简便，一般样品不需任何处理，可同时分析许多元素；元素含量在0．OOO1%～0.l%时，结果可靠性优于一般化学分析；取样量少，一般只需数毫克至数十毫克。
然而，它的缺点是在摄谱时，实验条件苛刻，某些条件往往难以控制，影响分析结果的准确度。
实际工作中使用电感耦合等离子体光源的光电接收光谱仪器，可得到更准确、更灵敏的定量结果，但摄谱法作为金属元素的定性分析手段仍有自己的特点。
各种元素因其原子结构不同而有着不同的光谱。
因此，每一种元素的原子被激发后，只能辐射出特定波长的光谱线，它代表了元素的特征，这是发射光谱定性分析的依据。
然而，从一个元素可以获得许多条谱线，各条谱线的强度也不相同。
当元素的含量降低时，光谱中强度弱的谱线相继不能被检出而消失，最后消失的几条谱线叫做最后线，也即灵敏线。
最后线是检出限量最低的谱线。
每种元素有它自己的最后线。
定性分析时，只要检查光谱中的几条最后线（一般2～3条）是否出现，它们的强度比是否与谱线表所示相符，就可判明元素存在与否，因此，这些谱线有时也称为分析线。
在228.0～460.0 nm范围内各种元素的主要分析线见表5—2。
至于其他一些灵敏度较次的谱线出现，可不去理会它。
如该元素存在，那末最后线必然出现。
如该元素的最后线不出现，那末这些灵敏度较次的谱线就不可能出现，这时若在灵敏度较次的谱线位置上出现了谱线，则可能是由其他元素谱线的干扰而引起的。
事实上，由于试样中许多元素的谱线波长相近，而摄谱仪及感光板的分辨率又有限，在记录到的试样光谱中，谱线会相互重叠，发生干扰。
当需要确证某一种元素的分折线是否受到干扰时，首先要判明干扰元素是否存在（可检查干扰元素的最后线出现与否）。
当一条分析线确实受到干扰时，可以根据别的分析线来确定该元素是否存在。
定性分析中通常按谱线强度级别来估计含量，方法是在被估计元素所出现的谱线中，找出其谱线强度级最小的级次，由表5-1列出的数值估计该元素的百分含量，一般要求估计准确度在一个数量级以内。
例如，铝的分析线308.2 nm及309.2nm，谱线强度级为8、9。
若光谱上两条线都出现，且309.2 nm线比308.2 nm线略强或接近，通常可以得出铝存在的结论。
若309.2 nm线很弱，而308.2 nm线不出现，这也是正常的，得出含有痕量(0.001%)铝存在的结论。
若两条谱线之中一条很强，而另一条根本不出现，则对出现的一条线不能确信是铝的谱线，而可能是其他元素的干扰线。
摄谱法定性分析的方法，通常是将细粒或粉末试样装载在光谱纯石墨电极的孔穴内（棒状金属、合金试样可做成“自电极”），在电弧或火花光源中，试样的各种组分先后蒸发到弧
焰中成为单个原子或离子、分子，并被激发而发光，经光谱仪分解为光谱而被感光板记录下来。
用哈特曼( Hartmann)光栏将铁光谱并列拍摄在试样光谱的旁边。
因为铁的光谱含有许多相距很近的谱线，且每一条谱线的波长已经过精确的测定，可以用作测量元素谱线的标尺。
记录有光谱的感光板在光谱投影仪上放大20倍，使感光板上的铁光谱与元素光谱图片上的铁光谱重合，就可以方便地从元素光谱图上标记的谱线来辨认摄得的试样谱线。
实验内容：
1)判明未知金属或合金的组分及估计其含量，如铅合金、锡合金、焊锡、保险丝、黄铜、铝、镁。
2)检查某矿物中的指定元素，如铝矿中的镓。
3)检查某纯金属材料中的杂质元素，如铝材。
三、仪器和试剂
摄谱仪 WPG-100型平面光栅摄谱仪，狭缝6um，中心波长300 nm
光源屑粒状、粉末状试样用交流电弧，棒状金属试样用火花
电极光谱纯石墨电极（下电极有孔穴，孔穴内径3.5 mm，深4 mm，壁厚1 mm；上电极圆锥形）
感光板天津紫外II型，9 cm×18 cm
显影液按感光板附方，或用高反差显影粉配制
定影液 F5酸性坚膜定影液
投影仪 8W型光谱投影仪
图谱米平面光栅摄谱仪用的《元素发射光谱图》
四、实验步骤
1．准备电极与试样
1)准备一对铁电极。
2)准备一对未知金属试样锥形棒状电极。
3)加工上、下石墨电极若干对。
将直径为6 mm的光谱纯石墨棒切成约4 cm长的小段，在专用车具上车制孔穴或加工成其他形状。
专用车具夹上专用钻头，可车制电极孔穴；夹上石墨棒，用卷铅笔刀，可制得圆锥形上电极。
见图5-8、图5-9。
加工后的电极应直立安放在电极盘架上。
把屑粒或粉末状的未知试样小心装入下电极孔穴中，用镊子把电极分别夹在上下电极架上，操作时应避免电极或试样被玷污。
2．安装感光板
在暗室的暗红灯下，启封感光板，取出感光板后应随即严密包好。
在专门的裁片架上裁割感光板。
裁割时，乳剂面朝下，垫以干净柔软的纸张以保护乳剂面，用金刚刀在玻璃面上划痕，折断。
裁割的尺寸应比暗盒装片尺寸小0.5 mm。
开启暗盒后盖，在暗室的暗红灯下观察乳剂面和玻璃面反射光的亮度差异。
亮度低的为乳剂面。
也可用手指触摸感光板两面的边缘，粗糙面为乳剂面。
感光板装入口音盒时，应乳剂面朝下，并立即关好暗盒后盖，同时检查档板是否关紧。
3．调节摄谱仪的工作条件
熟悉摄谱仪各部分的工作原理及使用方法，见附录1．WPG-100型平面光栅摄谱仪。
本实验中心波长300.O nm，需调节光栅台的转角为10.37°，狭缝倾角为6.15°，调焦位置为6.00 mmo[数据因不同仪器而异，应按仪器说明书数据调整。
此数据系在(25±2)℃时作出，当使用温度改变时应作出相应修正。
调节缝宽为6 um
4．摄谱
装上暗盒，抽出暗盒档板，按次序摄谱。
在哈特曼光栏的比较光栏2、5、8位置拍摄铁光谱，交流电弧用5～6 A，曝光约5s。
移动光栏在1、3、4、6、7、9位置拍摄试样。
金属自电极试样用火花光源激发，曝光约2～3 min；石墨电极孔穴中粉末试样用交流电弧激发，应使试样烧完为止，曝光约1～1.5 min（视试样性质而异）。
作好摄谱记录，包括感光板，板移位置、光栏、试样、光源种类及电流大小、曝光时间等。
弧烧试样时，应注意观察电弧颜色的变化，并随时调整电极间距。
摄谱结束，推上暗盒档板。
5．感光板的冲洗．
1)显影。
显影液按天津紫外型感光板附方配制，20℃时，在暗室的暗红灯下显影5min。
显影操作时先将适量的显影液倒入瓷盘，把感光板先在水中稍加湿润。
然后，乳剂面向上浸没在显影液中，并轻轻晃动瓷盘，以克服局部浓度的不均匀。
2)停显。
为了保护定影液，显影后的感光板可先在稀醋酸溶液（每升含冰醋酸15 mL）中漂洗，或用清水漂洗，使显影停止。
然后，浸入定影液。
停显操作也应在暗红灯下进行。
在18～25℃时，漂洗1 min左右。
3)定影。
用F5酸性坚膜定影液，(20±4)℃。
将适量的定影液倒入另一瓷盘，乳剂面向上浸入其中。
定影开始应在暗红灯下进行，15s后可开白炽灯观察。
新鲜配制的定影液
约5 min就能观察到乳剂通透（即感光板变得透明）。
4)水洗。
定影后的感光板需在室温的流水中淋洗15min以上。
淋洗时，乳剂面向上，充分洗除残留的定影液。
否则谱片在保存过程中会发黄而损坏。
5)干燥。
谱片应在干净的架上自然晾干。
如需快速干燥，可在酒精中浸一下，再用冷风机吹干。
乳剂面不宜用热风吹，30℃以上的温度会使乳剂软化起皱而损坏。
显影、定影完毕后，随即把显影液和定影液倒回储存瓶内。
6．查谱
熟悉8W型光谱投影仪的使周方法，见附录3．光谱投影仪及谱线的识别。
用1米光栅光谱图，在240 nm至360 nm波长范围内查谱。
五、数据处理
列出查得的未知试样光谱谱线，确定未知试样的组分及各组分的含量范围。
六、思考题
1．在定性分析中，拍摄铁光谱及试样光谱为什么要固定感光板的板移位置而移动光栏，而不是固定光栏而移动感光板？
2．试样光谱旁为什么要摄一条铁光谱？
3．摄谱仪狭缝宽度对光谱定性分析有何影响？应采用怎样的狭缝宽度？。
