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第一章光谱分析的原理一、光谱和光谱分析1、光的本质光有粒子性，又有波动性，它的本质是粒子性的，波动性只是它的某些表现。
研究表明，光、电、磁现象密不可分，光、电、磁现象都是粒子运动时，受自然力作用影响，温度发生变化产生的不同效应。
它们都是我们可以观察到的物质结构间通过粒子运动传递能量现象，有着明显的共同性原理。
这三种现象是粒子流温度差异造成的，其中光效应是温度相对较高的粒子流，电效应次之，磁效应是温度相对较低的粒子流。
根据以上分析，光的本质又可称为是电磁波，根据电磁波波长范围不同，可分为通讯波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线和宇宙线等。
图1-1 电磁波的波长范围2、光速、频率和波长光速：是光在真空中的传播速度；C=3×105 m/s，C=λ·f，其中：λ为光的波长，f为光的频率。
光在真空中的传播速度是固定不变的。
3、光的色散光的颜色是由光波波长所决定的，一定波长的光线射到眼里就生成一定色的感觉。
可见光的波范围是：380—780nm。
白光是是由许多种波长的光按一定比例混合而成的，透过三棱镜可以呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光谱。
其波长范围为：红640—780nm橙640—610nm黄610—530nm绿505—525nm蓝505—470nm紫470—380nm其中红光波长最长，紫光波长最短，中间各种色光由红到紫递减。
单色光：只有一种波长，不能再行分解的光叫做单色光；复色光：含有若干种波长成份的混合光就叫做复色光。
光的色散：复色光分解成单色光的现象，叫做光的色散。
光谱：由色散形成的光按一定次序排列的光带叫做“光谱”。
4、光谱的分类光谱又分为发射光谱、吸收光谱和荧光光谱。
发射光谱：因物质的原子、离子或分子由较高能态向较低能态或基态跃迁而产生的光谱，称为发射光谱。
由发光体所发出的光直接得到的光谱都是发射光谱。
吸收光谱：物质的原子、离子或分子将吸收与其内能变化相对应的频率而由低能态或基态过渡到较高的能态，这种因物质对辐射的选择性吸收而得到的原子或分子光谱，称为吸收光谱。
光谱半定量分析光谱半定量分析00在实际工作中，有时只需要知道试样中元素的大致含量，不需要知道其准确含量。
例如钢材与合金的分类、矿产品位的大致估计等等，另外，有时在进行光谱定性分析时，需要同时给出元素的大致含量，在这些情况下，可以采用光谱半定量分析。
所以光谱半定量分析的任务就是给出试样中某元素的大致含量。
光谱半定量分析的方法有三种：谱线呈现法；谱线强度比较法谱；均称线对法等。
其中线强度比较法最为常用。
1．谱线呈现法谱线强度与元素的含量有关。
当元素含量的降低时，其谱线强度逐渐减弱，强度较弱的谱线渐次消失，即光谱线的数目逐渐减少。
因此，可以根据谱现出现的条数及其明亮的程度判断该元素的大致含量。
例如：Pb含量（%）谱线λ(nm)0.001 283.3069清晰可见，261.4178和280.200很弱0.003 283.306、261.4178增强，280.200清晰0.01 上述谱线增强，另增266.317和278.332，但不太明显。
0.1 上述谱线增强，无新谱线出现1.0 上述谱线增强，214.095、244.383、244.62出现，241.77模糊3 上述谱线增强，出现322.05、233.242模糊可见10 上述谱线增强，242.664和239.960模糊可见30 上述谱线增强，311.890和269.750c出现2．谱线强度比较法光谱半定量分析常采用摄谱法中比较黑度法，这个方法须配制一个基体与试样组成近似的被测元素的标准系列（如，1%，0.1%，0.01%，0.001%）。
在相同条件下，在同一块感光板上标准系列与试样并列摄谱，然后在映谱仪上用目视法直接比较试样与标准系列中被测元素分析线的黑度。
黑度若相同，则可做出试样中被测元素的含量与标准样品中某一个被测元素含量近似相等的判断。
例如，分析矿石中的铅，即找出试样中灵敏线283.3 nm，再以标准系列中的铅283.3nm线相比较，如果试样中的铅线的黑度介于0.01% ~ 0.001%之间，并接近于0.01%，则可表示为0.01% ~ 0.001%。
## 手持式能量色散x射线荧光光谱法(半定量法)的应用与发展### 1. 什么是手持式能量色散x射线荧光光谱法(半定量法)？手持式能量色散x射线荧光光谱法，简称为手持式XRF，是一种非破坏性测试技术，用于对各种材料进行成分和含量分析。
它通过测量材料产生的x射线光谱来确定元素的种类和含量，属于半定量法，适用于实地或实时分析，不需取样和实验室分析，适合于快速、准确地获得样品中元素含量的信息。
### 2. 手持式能量色散x射线荧光光谱法的原理手持式XRF主要通过激发材料产生x射线，再通过能量色散谱仪测量材料发射的特征x射线能量，从而确定材料中元素的种类和含量。
通过测量特定元素的特征峰面积与能量之间的关系，可以得到该元素的含量信息，属于一种半定量的分析方法。
### 3. 手持式能量色散x射线荧光光谱法的应用领域1. 地质勘探和矿产资源开发：手持式XRF可实时分析地质样品中的金属元素含量，为矿石勘探和选矿提供便利。
2. 金属材料分析：可以快速准确地测定金属材料中各种元素的含量，为金属合金制造和质量控制提供技术支持。
3. 环境监测：对于土壤、水质和大气颗粒物的污染物含量分析，手持式XRF也有着广泛的应用。
### 4. 手持式能量色散x射线荧光光谱法的发展趋势随着科学技术的不断进步和市场需求的增长，手持式XRF技术也在不断发展。
未来，其发展趋势包括但不限于：1. 更高的测量精度和灵敏度：提高手持式XRF仪器的分辨率和探测限，适应更加广泛的应用场景。
2. 多元素、多功能的综合分析：不仅能实现单一元素的分析，还能同时测定多种元素的含量，实现更全面的分析。
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### 5. 我对手持式能量色散x射线荧光光谱法的个人观点和理解手持式XRF作为一种快速、便捷的分析手段，对于材料分析、地质勘探和环境监测都具有重要意义。
在未来的发展中，我期待手持式XRF技术能够实现更高的精度和更广泛的应用，为各行业的分析检测工作带来更多便利。
原子发射光谱（Atomic Emission Spectrometry，AES）是一种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，进行元素的定性与定量分析的方法。
原子发射光谱法具有多元素检测、分析速度快、选择性好、检测限低、准确度高、误差较小、试样消耗少、线性范围大等优点。
然而，它也存在一些局限性，如不能非金属、光谱复杂、价格昂贵等。
在原子发射光谱法中，定量和半定量的分析主要依据以下原理：
1. 定量分析：通过测量待测物质中各元素的发射光谱强度，与标准光谱强度进行比较，从而计算出待测物质中各元素的含量。
常用的定量分析方法有：标准曲线法、标准加入法、内标法等。
2. 半定量分析：通过比较待测物质中某元素的发射光谱与已知浓度的标准物质光谱，对待测物质中该元素的含量进行大致估算。
半定量分析常用的方法有：目视法、比较法等。
在实际应用中，原子发射光谱法可对约70 种元素（包括金属元素及磷、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。
光谱半定量分析原理、方法、操作技术知识要点一、光谱半定量分析原理光谱半定量分析是根据元素的特征谱线确定被测元素的存在，然后根据谱线的黑度估计其含量的光谱分析。
与目视比色法相似，测量试样中元素的大致浓度范围。
光谱半定量分析法应用：用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批量试样的快速测定。
二、光谱半定量分析方法光谱半定量分析的方法有三种：谱线呈现法；谱线强度比较法；均称线对法等。
其中谱线强度法最常用。
谱线呈现法：试样中某元素含量低时，摄谱后在感光板上仅出现少数几根灵敏线，随着试样中该元素含量的增加，一些次灵敏线与原本较弱的谱线相继出现，于是可以编成一张谱线出现于含量的关系表，根据某一谱线是否出现来估计试样中该元素的大致含量。
谱线强度比较法：测定一系列不同含量的待测元素标准光谱系列，在完全相同条件下(同时摄谱)，测定试样中待测元素光谱，选择灵敏线，比较标准谱图与试样谱图中灵敏线的黑度，确定含量范围。
三、光谱半定量分析操作技术（一）、仪器与试剂1.摄谱仪：WSP-1型平面光栅摄谱仪2.电极：下电极¢3.5×6×0. 5 mm碳电极；上电极：圆锥形碳电极,端面直径2 mm3.相板：天津紫外Ⅱ型光谱相板4.投影仪：8W型光谱投影仪5．显影液：取水（35～45℃）700mL、无水亚硫酸钠26.0g、无水碳酸钠20.0g、米吐尔1.0g、对苯二酚5.0g、溴化钾1.0g，加水至1000mL溶解，摇匀备用。
6．停影液：冰醋酸（98%）15mL加水至1000mL，摇匀备用。
7．定影液：取水（35～45℃）650mL、无水亚硫酸钠15.0g、硼酸7.5g、海波240.0g、冰醋酸（98%）15mL、钾明矾15.0g，加水至1000mL溶解，摇匀备用。
（二）、操作步骤1.摄谱前的准备工作（1）准备电极：在光谱分析实验时一般用纯的碳棒作为辅助电极。
（2）将粉状样品用小勺加入电极的样品孔中，或直接将电极压在试样中，填满碳电极小孔。
光谱半定量分析原理、方法、操作技术知识要点
一、光谱半定量分析原理
光谱半定量分析是根据元素的特征谱线确定被测元素的存在，然后根据谱线的黑度估计其含量的光谱分析。
与目视比色法相似，测量试样中元素的大致浓度范围。
光谱半定量分析法应用：用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批量试样的快速测定。
二、光谱半定量分析方法
光谱半定量分析的方法有三种：谱线呈现法；谱线强度比较法；均称线对法等。
其中谱线强度法最常用。
谱线呈现法：试样中某元素含量低时，摄谱后在感光板上仅出现少数几根灵敏线，随着试样中该元素含量的增加，一些次灵敏线与原本较弱的谱线相继出现，于是可以编成一张谱线出现于含量的关系表，根据某一谱线是否出现来估计试样中该元素的大致含量。
谱线强度比较法：测定一系列不同含量的待测元素标准光谱系列，在完全相同条件下(同时摄谱)，测定试样中待测元素光谱，选择灵敏线，比较标准谱图与试样谱图中灵敏线的黑度，确定含量范围。
三、光谱半定量分析操作技术
（一）、仪器与试剂
1.摄谱仪：WSP-1型平面光栅摄谱仪
2.电极：下电极¢
3.5×6×0. 5 mm碳电极；上电极：圆锥形碳电极,端面直径2 mm
3.相板：天津紫外Ⅱ型光谱相板
4.投影仪：8W型光谱投影仪
5．显影液：取水（35～45℃）700mL、无水亚硫酸钠26.0g、无水碳酸钠20.0g、米吐尔1.0g、对苯二酚5.0g、溴化钾1.0g，加水至1000mL溶解，摇匀备用。
6．停影液：冰醋酸（98%）15mL加水至1000mL，摇匀备用。
7．定影液：取水（35～45℃）650mL、无水亚硫酸钠15.0g、硼酸7.5g、海波240.0g、冰醋酸（98%）15mL、钾明矾15.0g，加水至1000mL溶解，摇匀备用。
（二）、操作步骤
1.摄谱前的准备工作
（1）准备电极：在光谱分析实验时一般用纯的碳棒作为辅助电极。
（2）将粉状样品用小勺加入电极的样品孔中，或直接将电极压在试样中，填满碳电极小孔。
将填满粉末的碳电极放在电极盘上(注意勿让外来物质玷污碳棒)。
（3）将试样号码、实验条件、电极规格、曝光时间、相板类型、定影显影的时间等都详细写在原始记录纸上。
如摄谱时遇有特殊情况，亦须随时记录。
（4）关好暗室一切窗户，将从仪器上取下的相板盒放置于干净桌面上，关闭白光灯，打开相板盒。
从相板小箱中取出一块相板，立即将其余的相板包好盖好，放回小箱中。
用湿手指在相板角上鉴别胶面，胶面朝下放在相板盒适当位置上，关紧相板盒放在摄谱仪上。
检查相板是否放紧。
2.摄谱
（1）开始摄谱前，注意相关的检查工作，首先检查相板盒是否已放好扣紧，光栏、狭缝、透镜位置是否合适，然后检查线路是否接好，检查完毕、准备好秒表、夹子、手套、抽开相板盒上挡光板。
（2）将装好试样的碳电极放在电极架上，利用指示灯对好上下电极的位置，保持弧隙距离3～6mm，换电极时，可先换上电极(使对准下电极)再换下电极(使对准上电极)。
经过检查后，才能进行摄谱。
（3）接通电源，以点燃电弧，首先在谱片上拍摄铁光谱，然后调节适当的电压及电流，再在谱片上拍摄试样的光谱。
在摄谱过程中，注意不让电极夹和外来杂质沾污碳棒，注意光栏板移的位置有无错乱，随时记录特殊情况，并尽量采取有效措施补救。
（4）摄谱完毕。
盖好狭缝，关好电源开关，插上挡光板，取下相板盒同时装上另一相板盒以防止灰尘进入仪器。
清理工作台和电极架，拿入暗室中冲洗相板。
（5）地面上铺有耐压的橡皮地板，操作时要集中注意力，不要接触电极的金属部分，不应谈笑，看书或做其他事情，任何人问话只能在摄谱完后回答。
表1-4 光谱定性分析试祥和分析条件
（三）暗室处理
1.洗相前相板应放在干净桌面上，不能随便乱放。
2.在洗相台上将瓷盘按显影、停影、定影，从左到右排好顺序，倒入显影液、停影液和定影液，测量显影液温度，调节到18℃～25℃。
3.熄灭白灯，从相板盒中取出相板，反转使乳剂面朝上，以较小的角度，迅速插入显影液中，尽可能将整个谱片同时放入显影液中，然后搅动显影液，以使各部都显影均匀。
按规定均匀摇荡2～5分钟。
4.显影完毕后，将谱片取出放入停影液中片刻，再放入定影液中，同时摇荡以使AgBr溶解，15分钟以后，至相板完全透明，即可取出。
5.定影完毕后须用水冲洗，以除去留在乳剂中的Na2S2O3和已被溶解的银盐。
若乳剂层留有Na2S2O3会使影象变色或产生黄色斑点，通常用清水冲洗15～20分钟放在相板架上使其自然凉干，或用吹风机吹干(温度不能过高以免破坏乳剂面导致谱线弯曲)。
6.注意在显影、定影时必须胶面朝上，胶面完全被溶液淹没。
若同一次洗相板两块以上，要防止两块板互相重迭，以致影相不均匀。
（四）看谱
1.将谱片放在光谱投影仪上放大20倍，注意胶面朝上，接通电源调节灯亮度至谱线清楚为止。
2.首先可以从短波到长波浏览一遍，用自己所掌握的灵敏线，分子谱带，背景情况以及光谱象的特殊记号，再进行各个元素分析。
如经常使用的分析线有干扰，则选用其他没有干扰的较灵敏的线。
在换用分析线前，应研究干扰线的位置在该波段是否引起干扰。
若分析元素与干扰元素蒸发情况不一样，可借以识别。
遇几条分析线都有干扰，可以几条不同强度的干扰线对几条同强度的分析程度上的不同影响来鉴别。
或者
找一根不与分析元线重迭的同样强度的干扰元素谱线与重迭谱线对比。
如果重迭的一根比较黑，说明分析元素是存在的。
如对谱线的位置有怀疑，可用标样摄制的标准板
来校正。
