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【精品】仪器分析武汉大学第二章原子发射光谱分析法AES1ppt课件

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原子发射光谱分析法教学课件ppt

原子发射光谱分析法教学课件ppt

02
原子发射光谱分析法实验技术
实验设计
1 2
实验目的与要求
明确实验目的和要求，如元素定量分析和定性 分析。
实验原理
简述原子发射光谱分析法的原理，包括基本概 念、原子能级、跃迁等。
3
实验方案设计
根据实验目的和要求，制定实验方案，包括样 品制备、仪器设备与试剂选择、实验步骤等。
样品制备与测量
样品制备
干扰校正
对谱图中存在的干扰和重叠进行校 正，以提高元素识别的准确性和可 靠性。
结果分析与报告编写
数据统计
对实验数据进行统计、分析和 归纳，得出实验结果和结论。
结果评估
对实验结果进行评估，如准确 性、重复性、灵敏度等，以反 映实验结果的可靠性和有效性
。
报告编写
根据实验数据和分析结果编写 实验报告，包括实验目的、方
控制方法
针对不同的干扰因素，提出相应的控制方法，如光谱干扰校正、基体干扰校正等 。
实验数据的处理与解析
数据处理
介绍实验数据的处理过程，如数据平滑、背景扣 除、谱线识别等。
数据解析
根据实验数据，进行谱线识别和定量分析计算， 得出元素含量结果。
结果表示与评价
介绍实验结果表示方法，如谱线强度与元素含量 的关系、定量分析结果的误差与置信区间等。
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子在高温或放电条件下发 射出的光辐射进行元素分析的方法。
特点
具有分析速度快、准确度高、精密度好、选择性强、适用范 围广等优点。
发展历程
19世纪末和20世纪 初的初步探索阶段
20世纪50年代以后 的仪器和样品制备 技术的不断改进阶 段
20世纪20年代至50 年代的原子发射光 谱分析法的开创和 发展阶段

原子发射光谱分析法

原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析法
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点

原子发射光谱法(aes)

原子发射光谱法(aes)
谱线强度法
通过测量待测样品中某一元素的特征谱线强度，与已知浓度的标准样品进行比 较，大致确定待测样品中该元素的含量范围。
定性分析
谱线识别法
通过对比已知元素的标准谱线与待测样品的谱线，确定待测样品中存在的元素种 类。
特征光谱法
利用不同元素具有独特的特征光谱，通过比对特征光谱的差异，确定待测样品中 存在的元素种类。
电热原子化器利用电热丝加热 ，使样品中的元素原子化。
化学原子化器利用化学反应将 样品中的元素转化为气态原子
。
光源
01 光源用于提供能量，使样品中的元素原子 化并产生光谱信号。
02 光源类型有多种，如电弧灯、火花放电灯 等。
03
电弧灯利用电弧放电产生高温，使样品中 的元素原子化。
04
火花放电灯利用高压电场使气体放电，产 生高温，使样品中的元素原子化。
原子发射光谱法(AES)
目 录
• 原子发射光谱法(AES)概述 • AES的仪器与设备 • AES的样品制备与处理 • AES的分析方法与技术 • AES的优缺点与挑战 • AES的未来发展与展望
01 原子发射光谱法(AES)概 述
定义与原理
定义
原子发射光谱法(AES)是一种通过测量物质原子在受激发态跃迁时发射的特定波长的光来分析物质成分的方法。
02
发射光谱仪通常包括电 子激发源、真空系统、 光学系统、检测器等部 分。
03
电子激发源用于产生高 能电子，激发原子或离 子，使其跃迁至激发态。
04
真空系统用于维持仪器 内部的高真空环境，减 少空气对光谱信号的干 扰。
原子化器
01
02
03
04
原子化器是将样品转化为原子 蒸气的装置。

仪器分析武汉大学第二章原子发射光谱分析法AES1

仪器分析武汉大学第二章原子发射光谱分析法AES1
第二章 原子发射光谱分析法
Atomic emission spectroscopy
2019/10/22
2-1 方法原理
一.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。
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： • 3 2 S1/2 表 示 n=3 L=0 S=1/2 M=2 J=1/2,
--------为基态光谱项。
• 32P3/2
n=3 L=1 S=1/2 J=3/2
• 32P1/2
n=3 L=1 S=-1/2 J=1/2
S）。L≥S，J共有（2S+1）个。若L＜S，J共有 （2L+1）。
2019/10/22
当四个量子数确定之后，原子的运动状态就确定
• 1S0 •
• 1P1 •
• 3D3
L=0， S=0， M=1， J=0 L=1， S=0， M=1， J=1 L=2， S=0， M=3， J=3
2019/10/22
原子线(Ⅰ) 离子线(Ⅱ,Ⅲ) 相 似谱线
2019/10/22
二.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
（1）
•
Aij 为跃迁几率
• 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
• n =1，2，3 ，…； • L=∑lI ，l=0，1，2，…； • S=∑ms，i ms=±1/2； • J=L+S. • 因为取矢量和，而 • L=|l1+l2|，|l1-l2-1|，… |l1-l2|；同样， • S=0，±1，±2，…±S；及 • J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），…（L-

第二章+原子发射光谱分析法

第二章+原子发射光谱分析法
J 的取值范围： L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
(2) 钠原子的第一激发态 ：(3p)1 n=3 L=l=1 S = 1/2 (2S+1) = 2 J = 3/2，1/2
光谱项：32P
光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2
由于轨道运动和自旋运动的相互作用, 这两个光 谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。
J 的取值范围：
L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
谱线多重性符号：2S+1(M)
钠原子由第一激发态向基态跃迁发射两条谱线
第一激发态光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2 基态光谱项：32S1/2
589.593 nm ，588.996 nm
能量 原子能级图 实际光谱项
主量子数 n: 1,2,3…
电子运动状态的描述
原子轨道描述： n、l、m
角量子数 l : 0,1,2, …n-1 磁量子数 ml(m): l～-l 自旋量子数 ms(s): 1/2
基态Na原子的核外电子排布： (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
单价电子原 子电子能级
5
（二）原子能级和能级图
单、多价电子 原子电子能级
光谱定量公式推导：
激发光源中的电离
气体（等离子体）
离解
MX
M+ X
试样
元素浓度: C
M + e 电离 M+ + 2e
NMX NM NM +
NM = N0 + N2 + ···+ Ni + ···

原子发射光谱法

原子发射光谱法
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。
谱线强度
I = A CB
赛伯－罗马金公式
影响谱线强度的因素：
激发电位 统计权重 原子密度
跃迁几率 光源温度 其他因素
仪器
光源
单色器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测器 检测
围要大，对于ICP而言准确性也较高。有些元素原子吸收是无 法测定的，但发射可测，如P、S 等；（3）AAS比较普遍，其
价格相对AES便宜，操作也比较简单。
AES理论基础
❖ 原子结构及原子光谱的产生 ❖ 原子的激发和电离 ❖ 谱线强度
原子结构及原子光谱的产生
❖ 原子结构 ❖ 原子光谱的产生
原子结构及原子光谱的产生
激发光源。 ❖ 在一定频率的外部辐射光能激发下，原子的外层电子在由一个
较低能态跃迁到一个较高能态的过程中产生的光谱就是原子吸
收光谱 （AAS)。 ❖ （1）一般来说AES在多元素测定能力上优于AAS，但是AES在
操作上比AAS来的复杂；还有就是AES由谱线重叠引起的光谱
干扰较严重，而AAS就小的多 ；（2）原子发射比吸收测定范
AES的发展简史
❖ 定量分析阶段 20世纪30年代，罗马金(Lomakin)和赛伯(Scheibe) 通过实验方法建立了谱线强度(I)与分析物浓度(c) 之间的经验式--- I = A CB 从而建立了AES的定量分析法。
❖ 等离子光谱技术时代
20世纪60年代，电感耦合等离子体(ICP)光源的 引入，大大推动了AES的发展。
激发光源
激发光源的作用及理想光源 光源 光源选择

AES 原子发射光谱分析法培训课件

开始时，管内为Ar气，不导电，需 要用高压电火花触发，使气体电离后 ，在高频交流电场的作用下，带电粒 子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式 放电，产生等离子体气流。在垂直于 磁场方向将产生感应电流（涡电流， 粉色），其电阻很小，电流很大(数百 安)，产生高温。又将气体加热、电离 ，在管口形成稳定的等离子体焰炬。
主要部分： 1. 高频发生器 自激式高频发生器，用于中
、低档仪器； 晶体控制高频发生器，输出
功率和频率稳定性高，可利用 同轴电缆远距离传送。
2. 等离子体炬管 三层同心石英玻璃管
3. 试样雾化器 4. 光谱系统
2020/5/27
ICP-AES
2020/5/27
三、 ICP-AES的原理
principle and feature of ICP-AES
2020的/5/2耦7 合作用也极强：带电粒子既可与电场耦合，又可与磁 场耦合。
• 等离子显示器是继液晶显示器之后的最新 显示技术之一，能够适应未来数字化传播 的要求。等离子彩电又称“壁挂式电视”， 不受磁场影响，具有机身纤薄、重量轻、 屏幕大、色彩鲜艳、画面清晰、亮度高、 失真度小、节省空间等优点
(3) ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小； (4) Ar气体产生的背景干扰小； (5) 无电极放电，无电极污染； ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电； 缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高。
2020/5/27
五、 等离子体发射光谱仪
plasma emission spectrometry 1. 光电直读等离子体发射光谱仪
特点 :
(1) 多达70个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这 是其他金属分析方法所不具备的；

光谱原子吸收发射PPT演示文稿


火花
低
瞬间10000
好
金属与合金、难激发 元素的定量分析
ICP
很高
6000～8000
溶液的定量分析
最好
几种光源的比较
•36
（4） 电感耦合高频等离子体光源（inductive coupled high frequency plasma, ICP）
等离子体是一种由自 由电子、离子、中性原 子与分子所组成的，在 总体上呈电中性的气体。
1 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。摄谱法操作简单，价格便宜，快速，在几 小时内可将含有的数十种元素定性检出。它是目前 进行元素定性检出的最好方法。
•20
3.试样装置
光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池
紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法： 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 （2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态→ 原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰； 详细内容在相关章节中介绍。
•21
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。
原子光谱是由原子外层或内层电子 能级的变化 产生的，它的表现形式为线光谱。如原子发射光谱
法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）等。
分子光谱是由 分子中电子能级、振动和转动能 级 的变化产生的，表现形式为带光谱。如紫外-可见
分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR）等。
原子发射光谱是线状光谱。 处于高能级的电子经过几个中间能级跃迁
回到原能级，可产生几种不同波长的光， 在光谱中形成几条谱线。一种元素可以产 生不同波长的谱线，它们组成该元素的原 子光谱。 不同元素的电子结构不同，其原子光谱也 不同，具有明显的特征。

仪器分析原子发射光谱法


△E = E2-E1 = hυ= hc/λ Na (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1, 3p1、3d1、4s1、4p1、4d1、4f1、 ……
每一条发射谱线的波长取决于跃迁前后两个能级（E2， E1）的差。由于各种元素的原子具有不同的核外电子结构， 根据光谱选律，特定元素的原子可产生一系列不同波长的特 征光谱（组）。原子的能级是量子化的，原子光谱是线状光 谱。通过光谱的辨认和谱线强度的测量可进行元素的定性、 定量分析，这就是原子发射光谱法（AES）。
原子光谱是原子外层电子在不同能级间跃迁的结果。在量 子力学中，电子的运动状态可用四个量子数, 即主量子数n、 角量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms来描述。
主量子数n表示核外电子离核的远近，n值越大，电子的能 量越高，电子离核越远。n值取为1，2，3，…任意正整数。
角量子数l 表示电子在空间不同角度出现的几率，即电子云 的形状，也代表电子绕核运动的角动量。 l 取小于n的整数， 0，1，2，…，n-1。相对应的符号是什么？
在n、L、S、J四个量子数中，n、L、S 确定后，原子 的能级也就基本确定了，所以根据n、L、S 三个量子数 就可以得出描述原子能级的光谱项：
n2S+1L
式中2S+1叫做谱项的多重性。在L≥S 时，2S+1就是内 量子数J可取值的数目，也就是同一光谱项中包含的J 值相同、能量相近的能量状态数。习惯上将多重性为1、 2、3的光谱项分别称作单重态、双重态和三重态。把J 值不同的光谱项称为光谱支项。用下式表示：
1、光源 将试样中的元素转变为原子（或离子） 的过程称为原子化。原子化、激发和发射是在 光源中进行的。
原子发射光谱分析使用的仪器设备主要包括 激发光源和光谱仪两个部分。
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2021/2/24
ICP光源的特点
1．具有好的检出限。溶液光谱分析一般列素检出 限都有很低。
2．ICP稳定性好，精密度高，相对标准偏差约1%。 3．基体效应小。 4．光谱背景小。 5．准确度高，相对误差为1%，干扰少。 6．自吸效应小
2021/2/24
ICP光源
2021/2/24
Induction coil
• 燃烧电压：自持放电发生后，为了维 持放电所必需的电压。
2021/2/24
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。
电火花
ICP（Inductively coupled plasma）
-
电感耦合等离子体。
2021/2/24
2021/2/24
2021/2/24
2021/2/24
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。
S）。L≥S，J共有（2S+1）个。若L＜S，J共有 （2L+1）。
2021/2/24
当四个量子数确定之后，原子的运动状态就确定
• 1S0 •
• 1P1 •
• 3D3
L=0， S=0， M=1， J=0 L=1， S=0， M=1， J=1 L=2， S=0， M=3， J=3
2021/2/24
跃迁遵循选择定则：
2021/2/24
• 此时光谱项为： • 3 2 S1/2 表 示 n=3 L=0 S=1/2 M=2 J=1/2,
--------为基态光谱项。
• 32P3/2
n=3 L=1 S=1/2 J=3/2
• 32P1/2
n=3 L=1 S=-1/2 J=1/2
• 纳谱线：5889.96 Å
பைடு நூலகம்
32S1/2----32P3/2
Plasma
6：atomization zone 7：atomic line emission 8：ionic line emission
2021/2/24
2：outer tube 3：intermediate tube 4：sample injector ICP 光源
光谱分析试样及处理
1．固态、液态及气态样品 2．蒸发与激发
2021/2/24
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
2021/2/24
自吸与自蚀
2021/2/24
2—2.仪器装置
一.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
•
5895.93 Å
32S1/2----32P1/2
2021/2/24
• 2．能级图
•把原子中所可能存在的光谱项---能 级及能级跃迁用平面图解的形式表 示出来, 称为能级图。见钠和锌的 能级图。
2021/2/24
2021/2/24
四．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。
•1．跃迁几率 Aij∝Iij •2．统计权重 gi/g0∝Iij •3．激发电位 Ei∝-lgIij •4 . 激 发 温 度 T∝-1/lgIij （见上图）
2021/2/24
三．原子的能级与能级图
1．光谱项 原子光谱是由原子外层的价电子在两能级间跃迁而产
生的，原子的能级通常用光谱项符号来表示：
• 1．主量子数n变化，Δn为整数，包括0。 • 2．总角量子数L的变化，ΔL=±1。 • 3．内量子数J变化，ΔJ=0，±1。但当J=0时，
ΔJ=0的跃迁是禁戒的。 • 4．总自旋量子数S的变化，ΔS=0，即单重项只
跃迁到单重项，三重项只跃迁到三重项。
2021/2/24
例如：钠原子，核外电子组成为： （1S）2（2S）2（2P）6（3S）1
仪器分析武汉大学第二章原 子发射光谱分析法AES1
2-1 方法原理
一.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。
2021/2/24
n2S+1LJ or n M LJ
n为主量子数；L为总量子数；S为总自旋量子数；J为 内量子数。M=2S+1,称为谱线的多重性。J又称光谱 支项。
2021/2/24
–每个量子数的取值分别为：
• n =1，2，3 ，…； • L=∑lI ，l=0，1，2，…； • S=∑ms，i ms=±1/2； • J=L+S. • 因为取矢量和，而 • L=|l1+l2|，|l1-l2-1|，… |l1-l2|；同样， • S=0，±1，±2，…±S；及 • J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），…（L-