仪器分析ICP(课堂PPT)

为了方便起见，我们可先看看AES所用到的光源， 并比较其各自的特征：
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1.5.1 AES光源种类
光源
经典光源 现代光源
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
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1.5.2 AES光源的比较
(5) 准确度较高。一般光源相对误差约为5％～10％，ICP相对误 差可达1％以下。
(6) 试样消耗少。 (7) ICP光源校准曲线线性范围宽可达4～6个数量级。这样可测定
元素各种不同含量（高、中、微含量）。一个试样同时进行多 元素分析，又可测定各种不同含量。目前ICP-AES已广泛地应 用于各个领域之中。 （8）常见的非金属元素如氧、硫、氮、卤素等谱线在远紫外区， 目前一般的光谱仪尚无法检测；还有一些非金属元素，如P、 Se、Te等，由于其激发电位高，灵敏度较低。
，当c接近0时所观察到的谱线，是理论上的灵敏线或第一共振线。
4. 分析线：在进行元素的定性或定量分析时，根据测定的含量范围的实验 条件，对每一元素可选一条或几条最后线作为测量的分析线。 5. 自吸线：当辐射能通过发光层周围的蒸汽原子时，将为其自身原子所吸 收，而使谱线强度中心强度减弱的现象。 6. 自蚀线：自吸最强的谱线的称为自蚀线。
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强度
定量分析原理
I
I
0 C
I aC
浓度 C
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在光谱定量分析中，谱线强度与被测元素浓度成正比，而自吸严 重影响谱线强度。所以，在定量分析时必须注意自吸现象。 在一定的实验条件下，单位体积内的基态原子数目No和元素浓度 C的关系为
No= aC bq 式中，b为自吸系数，当浓度很低时，原子蒸气的厚度很小；b=1， 即没有自吸。a与q是与试样蒸发过程有关的参数；不发生化学反 应时，q =1，a又称为有效蒸发系数 。
这样经简化后就成为：
I = AC b 式中，A为与测定条件有关的系数。式为原子发射光谱定量分析的
基本公式。
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1.5 原子发射光谱仪的基本构成
AES仪器主要由光源（热源）、进样系统、单色 系统、检测系统、计算机数据处理系统五部分组 成。由于在后面的ICP中要涉及各个部分，因此， 这里就不作详细介绍了。
3）用检测器检测光谱中谱线的波长和同的原子具有不同的能级，在一般的情况下，原子处于能
量最低的状态，即基态，当电子或其他粒子与原子相互碰撞
，如果其动能稍大于原子的激发能，就可使该气态原子获得
一定的能量，从原子的基态过渡至某一较高能级，这一过程
叫做激发。
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发射
+
电子返回低能级 发出特定波长的光 DE=k/l k 12400
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1.2 原子发射几个基本概念
1. 灵敏线：激发电位较低的谱线，常为原子线（电弧线），或离子线（
火花线）。与实验条件有关。 2. 共振线：从激发态到基态的跃迁所产生的谱线。由最低能级的激发态到 基态的跃迁称为第一共振线。一般也是最灵敏线。与元素的激发程度难易 有关。 3. 最后线：或称持久线。当待测物含量逐渐减小时，谱线数目亦相应减少
光
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返回基态 发出光
原子光谱的产生
激发态
+
多种能量传输
发射光取决于能级间能量差
h = Planck’s 常数, n = 频率, c = 光速, l = 波长
DE = hn = hc/l
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1.4. AES 定性定量原理
量子力学基本理论告诉我们： 1）原子或离子可处于不连续的能量状态，该状态可以光谱项
l124 (n0)m 12 4205 .6n3m
EmE0 4.9ev
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一些元素的离子化势能 (eV)
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Lit.: Zaidel
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；
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1.3 原子能级图及能级的跃迁
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+
激发
ab c d a,b激发 c 电离 d 离子激发
能级图
离子激发态
发射
e
离子基态
~l 4
} 激发态 {
h ~l 3
f g
~l 2
~l 1
e 离子发射 f,g,h 原子发射
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激发发光---原子光谱的产生
l ch
Em E0
入-波长，C-光速，h-普朗克常数， E0-基态能级能量，Em-激发态能 量 汞的第一激发态为4 . 9ev，
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2. 历史：
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3.原子发射光谱分析的特点
(1) 多元素同时检测能力。可同时测定一个样品中的多种元素。每 一个样品一经激发后，不同元素都发射特征光谱，这样就可同 时测定多种元素。
(2) 分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对 几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液 体样品都可直接测定。
来描述； 2）当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时，
其核外电子就从一种能量状态（基态）跃迁至另一能量状态 （激发态）； 3）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8秒便跃迁返 回到基态，并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来； 4）将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱（线状光 谱）； 5）由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的， 因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光 谱，通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析— 定性原理。
(3) 选择性好。每种元素因原子结构不同，发射各自不同的特征 光谱。在分析化学上，这种性质上的差异，对于一些化学性质 极相似的元素具有特别重要的意义。例如，铌和钽、锆和铪、 几十个稀土元素用其他方法分析都很困难，而发射光谱分析可 以毫无困难地将它们区分开来，并分别加以测定。
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(4) 检出限低。一般光源可达10～0.1μg﹒g-1（或μg﹒cm-3），绝 对值可达1～0.01μg。电感耦合高频等离子体（ICP）检出限可 达ng﹒g-1级。
ICP发射光谱分析
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目录
1. 原子发射法简介 2.ICP发射光谱分析原理 3.ICP发射光谱仪的构成 4.ICP发射光谱分析方法 5. 样品的前处理
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1.原子发射法简介
1.1 概述 1.定义：
AES是据每种原子或离子在热或电激发， 处于激发态的待测元素原子回到基态时发 射出特征的电磁辐射而进行元素定性和定 量分析的方法。