材料微观分析技术讲义第五章原子发射光谱

原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析是一种常用的分析技术，用于确定物质中不同元素的存在和浓度。

基本原理是通过激发原子使其跃迁到高能级，然后原子从高能级退回到低能级时会发射出一系列特定的频率光线，这些光线就被称为发射光谱。

本文将详细介绍原子发射光谱分析的基本原理。

当原子处于高能级时，由于能量不稳定，原子会自发地退回到低能级。

在这个过程中，原子会发射出一定频率的光线。

这是因为原子的能级结构是离散的，每个能级对应不同的能量差和光频率。

各元素拥有独特的能级结构，因此每个元素会发射出特定的频率光线，形成一种独特的光谱指纹。

发射光谱的特点是谱线的亮度与元素浓度成正比。

因此，通过测量谱线的强度可以确定样品中该元素的浓度。

发射光谱分析可以在可见光、紫外光和红外光范围内进行。

原子发射光谱分析有两种主要的测量方式：线源测量和离散源测量。

线源测量是指使用等离子体火焰或火花放电等产生连续谱的激发源。

这种方法适用于多元素分析和测量大样品数量。

离散源测量是指使用电弧放电或激光脉冲等产生谱线的激发源。

这种方法适用于单元素测量和对样品数量要求不高的分析。

然而，原子发射光谱分析也存在一些局限性。

由于发射光谱需要样品激发和发射，对样品形式和形状要求较高。

此外，元素之间的相互作用和基体效应也会对分析结果产生影响，需要进行校正和修正。

总结起来，原子发射光谱分析是一种常用的化学分析技术，适用于多元素同时分析和不同浓度的测量。

通过测量发射光谱的强度可以确定元素的浓度。

然而，这项技术也有一定的局限性，需要对样品的形态和基体进行处理和修正。

尽管如此，原子发射光谱分析仍然是一种重要的化学分析方法，广泛应用于环境监测、食品检测和地质勘探等领域。

原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱是分析化学中常见的光谱技术，它们在原子结构分析和元素检测等方面具有重要的应用价值。

然而，这三种光谱具有不同的原理和特点。

下面将分别介绍原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱的区别。

一、原子发射光谱1. 原理：原子发射光谱是利用原子在能级跃迁时所发射的特征光谱线进行分析的一种技术。

当原子受到激发能量后，原子的电子会跃迁至较高的能级，而后再跃迁至较低的能级时会发射出特征波长的光谱线。

通过测量这些特征光谱线的强度和波长，可以确定样品中各种元素的含量和种类。

2. 应用：原子发射光谱广泛应用于金属材料分析、环境污染物检测、地质勘探等领域，尤其在工业生产中具有重要的应用价值。

3. 优势：原子发射光谱的灵敏度高、测定范围广，能够同时检测多种元素，具有较高的分析精度和准确度。

二、荧光光谱1. 原理：荧光光谱是利用物质在受到紫外光激发后，发射出荧光光谱进行分析的一种技术。

当样品受到紫外光激发后，部分分子会吸收能量并跃迁至激发态，随后分子会再跃迁至基态并发射出荧光光谱，通过测量荧光光谱的强度和波长，可以得到样品的成分和结构信息。

2. 应用：荧光光谱在生物医学、材料科学、环境监测等领域具有广泛的应用，尤其在生物分析和药物检测中得到广泛应用。

3. 优势：荧光光谱对于生物分子具有较高的灵敏度和选择性，能够实现实时、非破坏性的分析。

三、化学发光光谱1. 原理：化学发光光谱是利用化学反应产生的发光进行分析的一种技术。

当两种或多种试剂混合后，在化学反应的作用下产生的化学发光可以被测定，通过测量化学发光的强度和时间，可以获得样品的化学成分和反应动力学信息。

2. 应用：化学发光光谱广泛应用于医学诊断、食品安全检测、环境监测等领域，尤其在微量分析和实时检测方面具有重要意义。

3. 优势：化学发光光谱对于微量物质具有较高的检测灵敏度和快速响应性，适用于多种复杂样品的分析。

原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱分别具有不同的原理和应用特点，它们在元素分析和化学反应动力学研究中发挥着重要的作用。

原子发射光谱法原理及利用原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，AES）是一种常用的材料分析方法，其主要通过对样品中元素产生的光子特征进行检测和分析，进而实现对样品中元素的定性和定量分析。

本文将主要介绍原子发射光谱法在元素分析、化学态分析、表面分析、合金分析和质量检测等方面的原理及应用。

1.元素分析原子发射光谱法在元素分析方面的应用主要体现在对样品中元素的种类进行识别和定量测定。

其基本原理是每种元素都具有独特的原子结构，因此会在特定的能量条件下发射出具有特征波长的光子。

通过对这些光子的检测和分析，可以确定样品中含有的元素种类。

在具体实践中，原子发射光谱法通常与火花、电弧或激光等激发源配合使用，以产生足够的光子用于检测。

该方法可以同时检测多种元素，且具有较高的灵敏度和准确性。

例如，在地质学领域，原子发射光谱法常用于测定岩石、矿物等样品中的常量、微量和痕量元素。

2.化学态分析原子发射光谱法在化学态分析方面的应用主要是通过对元素产生的化学键合状态进行分析，以了解元素的化合物组成和结构等信息。

不同化学态的同一种元素在原子发射光谱法中可能会表现出不同的特征波长，这是因为不同的化学键合状态会导致元素的原子结构发生变化。

例如，在环境科学领域，原子发射光谱法可用于分析水样或土壤样品中的重金属元素及其化学形态，以了解这些元素对环境的污染程度和生物毒性的影响。

3.表面分析原子发射光谱法在表面分析方面的应用主要是通过对样品表面的元素组成和化学状态进行分析，以了解样品的表面形貌、表面化学成分和结构等信息。

原子发射光谱法可以应用于各种材料的表面分析，如金属、合金、陶瓷、高分子材料等。

在具体实践中，原子发射光谱法通常与离子束铣削、等离子体刻蚀等手段结合使用，以制备干净的表面样品并进行深入的分析。

例如，在材料科学领域，原子发射光谱法可用于研究材料的表面氧化、腐蚀等行为，以及表面涂层的质量检测和评估。

第五章：原子发射光谱法3-1光谱定性分析时，为什么要用哈特曼光阑？答：用哈特曼光阑一可以避免乳胶板滑动，同时还可以控制摄谱的高度，将波长在同一范围的标准试样与待测试样光谱摄于同一张胶片上，便于比较。

也可以减少使用不同感光板造成的误差。

3-2.说明缓冲剂和挥发剂在矿石定量分析中的作用。

答：同时加入到试样和标样中，使它们有共同的基体，以减少基体效应，改进光谱分析准确度的物质称为缓冲剂。

由于电极头的温度和电弧温度受试样组成的影响，当没有缓冲剂存在时，电极和电弧的温度主要由试样基体控制。

相反，则由缓冲剂控制，使试样和标样能在相同条件下蒸发。

缓冲剂除控制蒸发激发条件，消除基体扰，还可把弧温控制在代测元素的最佳温度，使之有最大的谱线强度。

为了提高待测元素的挥发性而加入的物质，叫挥发剂。

它可以抑制基体的挥发，降低背景，改进检测限。

3-3.采用4047.20nm分线时，受Fe4045.82nm氰带的干扰，可用何种物质消除其干扰答：调节狭缝宽度，加入挥发剂，抑制基体的挥发，低背景干扰。

选择非碳电极。

3-4．对一个试样量很少的未知的试样，而又必须进行多元素测定时，应选用下列哪种方法：（1）顺序扫描式光电直读；（2）原子吸收光谱法；（3）摄谱法原子发射光谱法；（4）多道光电直读光谱仪；答：（3），（4）。

3-5.简述背景产生的原因及消除的方法。

答：（1）分子辐射：在光源中未解离的分子所发射的带光谱会造成背景。

如碳电极在直流电弧中与空气中成分生成稳定的氰化物，干扰了许多元素的测定，可选用其它电极。

（2）谱线的扩散：如等的一些谱线是很强烈的扩散线，可对其它谱线形成强烈的背景。

（3）炽热的电极头和试样熔珠产生的热辐射，可利用中间光阑当住连续背景。

（4）离子的复合：放电间歇中，离子和电子复合成重型原子时，也会产生连续辐射，其范围宽，可在整个光谱区域形成背景。

一般不采用扣除背景的方法，而是针对产生背景的原因，尽量减弱、抑制背景、或选用不受干扰的谱线进行测定。

第五章原子发射光谱分析法(书后习题参考答案)1．从棱镜摄谱仪摄取的光谱上获得下面的数据，从参考点至波长为324.754nm 、 326.233nm 和327.396nm 的谱线的距离依次为0.50,6.42和11.00mm ，参考点至未知谱线的距离为8.51mm ，求未知谱线的波长。

解：λθελd d sin d d ⋅=f l：o参考点0.50324.754nm 326.233nm 327.396nmx已知b a xλλλλ-=-212，于是 ba xx ⨯--=λλλλ22764.326)51.800.11(46.600.11233.326396.327396.327=-⨯---=nm2．一台光谱仪配有6cm 的光栅，光栅刻线数为每厘米6 250条，当用其第一级光谱时，理论分辨率是多少？理论上需要第几级光谱才能将铁的双线309.990nm 和309.997nm 分辨开？解：分辨率R =λd λ=Nm (1)m =1, R =6×6250=37500(2)8.44284)990.309997.309(2997.309990.309=-⨯+==λλd R18.1375008.44284===N R m因此，理论上需二级光谱才能将铁的双线分开．（1（2）由校正曲线估计溶液A 、B 和C 的铅浓度。

解：(1)下图为R ~c 的关系图(2)lg R 于是得到c A =0.237 mg·mL -1,c B =0.324 mg·mL -1, c C =0.401mg·mL -14．某一含铅的锡合金试样用电弧光源激发时，摄谱仪的狭缝前放置一旋转阶梯扇板，扇板的每一阶梯所张的角度之比为1:2:4:8:16:32。

光谱底片经显影定影干燥后，用测微光度计测量一适当锡谱线的每一阶梯的黑度，由各阶梯所得i 0/i 值为1.05，1.66，4.68，13.18，37.15和52.5。

原子发射光谱原理
原子发射光谱是物理学研究中的一个重要分支，它通过研究原子在受激激发后发射出的光谱来了解原子的结构和性质。

原子发射光谱的实验基于以下几个原理：
1. 原子能级：原子中的电子存在不同能级，当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或者发射能量。

原子发射光谱通过研究不同能级间的跃迁来确定原子的能级结构。

2. 激发和激发源：为了使原子跃迁到较高能级，我们需要提供足够的能量来激发原子。

常用的激发源包括高温、高压和电磁辐射等。

例如，将气体放电产生等离子体，通过碰撞激发气体中的原子使其跃迁到激发态。

3. 光的发射：当原子从激发态退回到低能级时，会发射出能量等于跃迁能级差的光子。

这些发射的光子组成了原子发射光谱。

4. 光谱分析：经过准确的测量和分析，我们可以获得原子发射光谱中的特征谱线。

这些谱线的波长或频率与原子的能级差密切相关，因此可以用来确定原子的结构和特性。

原子发射光谱广泛应用于化学、物理、天文学等领域。

通过分析光谱，我们可以研究原子的能级结构、同位素的分离和测量、元素的定性分析以及识别天体中的化学成分等。

此外，原子发射光谱也是化学分析和材料研究中常用的分析工具，可以检测和分析样品中的各种元素及其含量。

它不仅具有高灵敏度和高选择性，而且具有非破坏性和快速分析的特点。

总而言之，原子发射光谱是通过研究原子在激发态与基态之间跃迁发射出的光谱来了解原子的能级结构和性质的一门科学。

通过对原子发射光谱的研究，我们可以深入了解物质的微观结构，促进科学技术的发展和应用。

原子发射光谱的原理和应用1. 原理原子发射光谱是一种利用原子在高温或高压下被激发而产生的光线进行分析的方法。

该方法利用原子被加热或激发后产生的特定频率的光谱线来确定样品中存在的元素及其浓度。

原子发射光谱的原理基于原子的激发和跃迁过程。

1.1 原子的激发和跃迁在原子发射光谱中，原子首先被加热或激发，使其内部能级上的电子跃迁到更高的能级。

这些跃迁会产生特定频率或波长的电磁辐射，也就是光谱线。

原子跃迁的能级差决定了产生的光谱线的频率或波长。

1.2 光谱仪的原理原子发射光谱实验中使用的光谱仪是通过将原子发射的光线分解为不同频率或波长的组成部分。

常见的光谱仪包括单色仪、光栅光谱仪和干涉仪。

单色仪是一种使用光栅或棱镜分离光束的光学仪器。

它通过调整入射光线的角度或光栅的间距，将不同波长的光线分散，形成可观测到的光谱线。

光栅光谱仪通过使用光栅的光栅片或光纤间隔和替代的相位差，使光线发生干涉，将光线分散为不同的频率或波长。

干涉仪是一种利用光的干涉现象进行测量的仪器。

它通过将光束分为两条，经过不同的路径后再合并，从而产生干涉。

通过调整干涉仪的结构，可以观察到不同频率或波长的干涉条纹。

2. 应用原子发射光谱广泛应用于材料分析、环境监测、食品安全和医学诊断等领域。

2.1 材料分析原子发射光谱可以用来确定材料中的元素组成和浓度。

例如，在金属矿石和合金中，原子发射光谱可以用来分析元素的含量，并确定材料的质量和纯度。

2.2 环境监测原子发射光谱在环境监测中起着重要作用。

它可以用于分析水和土壤中的污染物并确定其浓度。

原子发射光谱还可以用于检测大气中的有害物质，监测空气质量。

2.3 食品安全原子发射光谱可用于食品安全检测，例如检测食品中的重金属、农药残留物和其他有害物质。

通过分析食品样品中的元素含量，可以评估食品的安全性。

2.4 医学诊断原子发射光谱在医学诊断中有许多应用。

例如，原子发射光谱可以用于分析血液、尿液和组织样品中的元素含量，从而帮助诊断疾病、监测药物治疗和评估病情。