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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。
原子发射光谱原理
原子发射光谱法（AES），是利用原子或离子在一定条件下受激而发射的特征光谱来研究物质化学组成的分析方法。
根据激发机理不同，原子发射光谱有3种类型：
①原子的核外光学电子在受热能和电能激发而发射的光谱，通常所称的原子发射光谱法是指以电弧、电火花和电火焰（如ICP等）为激发光源来得到原子光谱的分析方法。
以化学火焰为激发光源来得到原子发射光谱的，专称为火焰光度法。
②原子核外光学电子受到光能激发而发射的光谱，称为原子荧光。
③原子受到X射线光子或其他微观粒子激发使内层电子电离而出现空穴，较外层的电子跃迁到空穴，同时产生次级X射线即X射线荧光。
在通常的情况下，原子处于基态。
基态原子受到激发跃迁到能量较高的激发态。
激发态原子是不稳定的，平均寿命为10-10～10-8秒。
随后激发原子就要跃迁回到低能态或基态，同时释放出多余的能量，如果以辐射的形式释放能量，该能量就是释放光子的能量。
因为原子核外电子能量是量子化的，因此伴随电子跃迁而释放的光子能量就等于电子发生跃迁的两能级的能量差。
根据谱线的特征频率和特征波长可以进行定性分析。
常用的光谱定性分析方法有铁光谱比较法和标准试样光谱比较法。
原子发射光谱的谱线强度I与试样中被测组分的浓度c成正比。
据此可以进行光谱定量分析。
光谱定量分析所依据的基本关系式是I=acb，
式中b是自吸收系数，α为比例系数。
为了补偿因实验条件波动而引起的谱线强度变化，通常用分析线和内标线强度比对元素含量的关系来进行光谱定量分析，称为内标法。
常用的定量分析方法是标准曲线法和标准加入法。
火花放电原子发射光谱分析法1 范围本标准规定了火花放电原子发射光谱法的术语和定义、原理、仪器设备、材料、样品、取样及制样方法、测量条件的设置、定量分析方法、仪器的选择和安装条件、准确度、分析误差及其监控、安全防护。
本标准适用于火花放电原子发射光谱分析方法的应用、研究、人员培训等。
2 原理将制备好的金属块状样品在火花光源的作用下与对电极之间发生放电，在高温和惰性气氛中产生等离子体。
被测元素的原子被激发时，电子在原子内不同能级间跃迁，当由高能级向低能级跃迁时产生特征谱线。
通过确定这种特征谱线的波长和强度，可对各元素进行定性和定量分析。
3 仪器设备3.1 仪器仪器由激发系统、光学系统、测光系统和控制系统组成，如图1所示。
图1 火花放电原子发射光谱仪器组成3.1.1 激发系统3.1.1.1 光源发生器光源发生器是产生火花放电，使试样通过放电，从而蒸发、激发发光的装置。
3.1.1.2 发光部件发光部件是使被分析样品激发并发光的部分，由火花室、样品电极和对电极组成。
火花室与光室连接，有一电极架用于装载块状样品、棒状样品和对电极。
火花室的供气系统能置换分析间隙和聚焦透镜之间的空气，并为分析间隙提供所需的气体气氛。
样品电极和对电极作为一对电极使用，通过工作气体的离子使样品激发发光。
3.1.2 光学系统光学系统的作用是将被激发样品发出的不同波长的复合光进行色散变成单色光。
光学系统的主要组成包括聚焦透镜、入射狭缝系统、分光元件和出射狭缝系统。
3.1.2.1 聚焦透镜把光源的光聚集起来，并使之射入光室的装置。
一般使用单透镜成像法。
单透镜成像法是在入射狭缝的前面放置一个聚光透镜。
使光源的光聚集起来，均匀照射于入射狭缝上，并在准直镜上形成光源的像。
3.1.2.2 入射狭缝系统由入射狭缝和调节其位置的装置组成。
狭缝宽度一般使用固定宽度。
3.1.2.3 分光元件分光元件通常有光栅和棱镜两类，一般使用光栅。
采用光栅的光学系统中，不同的光栅可采用不同的光学结构。
发射光谱的原理及应用1. 原理介绍发射光谱是一种分析方法，通过测量样品在受到能量激发后发出的光的波长和强度，来推断样品的组成和性质。
这种光谱常用于元素分析、化学反应动力学研究、材料表征等领域。
发射光谱的原理基于原子和分子在激发能量下产生准确波长的光的现象。
当样品受到能量激发时，原子或分子中的电子从低能级跃迁到高能级。
随后，电子会自发退回到低能级并释放能量，这些能量以光的形式发出并构成发射光谱图。
2. 发射光谱的应用发射光谱由于其非常适合进行定性和定量分析，因此在多个领域都得到广泛应用。
以下是发射光谱的几个常见应用。
2.1 元素分析利用发射光谱可以对样品中的元素进行快速分析。
不同元素具有不同的光谱特征，因此通过测量光谱图可以确定样品中的元素种类和含量。
这种方法被广泛应用于环境监测、食品安全检测、药品质量控制等领域。
2.2 化学反应动力学研究发射光谱还可以用于研究化学反应的速率和动力学行为。
在反应中，反应物和产物的光谱特征会发生变化。
通过监测光谱随时间的演变，可以获得关于反应速率、活化能等信息。
这对于理解和优化化学反应机理具有重要意义。
2.3 材料表征发射光谱可以用于材料的表征和质量控制。
通过测量材料的发射光谱，可以获得材料的成分、杂质含量、晶格结构等信息。
这对于材料的研究、改进以及质量控制具有关键性的作用。
2.4 燃烧研究发射光谱可以用于燃烧过程的研究。
通过分析燃烧产生的发射光谱，可以确定燃烧物质的组成和燃烧过程的特点。
这对于提高燃烧效率、减少污染物排放具有重要意义。
3. 发射光谱的优势发射光谱具有许多优势，使其成为一种常用的分析方法。
•非破坏性分析：样品在进行发射光谱分析过程中不受损失，可以保持其完整性，适用于对样品数量有限或无法获取大量样品的情况。
•高灵敏度：发射光谱可以提供极低浓度下的元素检测，尤其在金属或合金分析中具有重要意义。
•宽线性范围：发射光谱在分析元素浓度时具有广泛的线性范围，使其适用于不同浓度范围的样品。
华南师范大学实验报告
学生姓名： 学号：
专业： 化学 年级班级：
课程名称：仪器分析实验
实验项目：发射光谱定性分析和定量分析
实验时间：2010年4月7日
实验指导老师：孙 峰
实验评分：
发射光谱定性分析和定量分析
一 实验目的
①掌握光谱定性分析的一般原理和方法。
②掌握光谱定量分析的一般原理和方法。
③了解电感耦合等离子体原子发射光谱仪的使用方法。
二 实验原理
当物质被热能或电能激发到不稳定状态时，会辐射能量并产生发射光谱。被
激发的分子产生带状光谱，被激发的原子或离子产生线状光谱，线状光谱是发射
光谱分析的基础。
现状光谱中的各条谱线是元素的原子或离子的外层电子在两个能级间跃迁
时产生的。根据辐射的量子理论
△E=E2-E1=hv
谱线的波长: λ=c/v
由于各种元素的原子结构不同，故其发射光谱的谱线波长也各不相同，根据
各元素的特征谱线，可判别相应元素存在与否。
一个元素可以有很多条谱线，其中最容易激发的谱线称为该元素的“灵敏线”
或“最后线”。如为确定试样中某元素存在与否，不必检查该元素的所有谱线，
只需根据几条灵敏线的出现与否即可作出判断。
光谱分析就是根据元素的特征光谱来鉴别元素的存在（定性分析），而谱线
的强度与试样中该元素的含量有关，因此也可以利用谱线的强度来测定元素的含
量（定量分析）。当温度一定时，谱线强度与元素浓度之间的关系符合下列经验
公式：
I=acb
lg I=b lg c+lg a
此式称为赛伯-罗马金公式，是光谱定量分析的基本关系式。
三 仪器与试剂
1、仪器
IRIS IntrepidⅡXP高频电感耦合等离子体直读光谱仪
2、试剂
氩气，未知水样，钙标准溶液(100mg/l)，镁标准溶液（50mg/l），稀硝酸，
去离子水
四 实验内容与步骤
1、定性分析
定性分析包括分析元素和分析谱线，通常全谱直读电感耦合等离子体发射光
谱仪通过全谱谱图对样品中的元素进行更详细的了解，全谱谱图包含样品中所有
元素的所有谱线。样品的所有信息都包括在两张全谱谱图中，（UV和Vis，以
345nm为分界线），通过全谱谱图可以对未知样品进行定性分析，或证明某些元
素的存在。
对于未知样品，首先点击“Run”选择“FullFrame”命令，获得样品的UV
和Vis全谱，然后点击观测到的某条强谱线，用谱线库对其进行鉴别，同时寻找
该元素的其他二级谱线进行辅助证明。
如果要证明某元素的存在，全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪可以先建
立一个含有待测元素的方法，选择所需元素和相应谱线，然后准备一份含有待测
元素的溶液，它可以是典型样品或合成样品，并运行全谱命令，得到的全谱谱图
中就会将选定元素和谱线标记出来。如果在标记处有光斑则可以证明该元素存
在，反之亦然。
（1）未知样品的定性分析。按照仪器操作规程，设置仪器参数，点燃等离子体，
运行全谱命令，并用谱线库对未知样品进行定性。
仪器主要参数：高频功率，1150W；冷却气流量，15L/min；辅助气流量，0.5 L/min；
载气压力，24psi（1psi=6894.76Pa）；蠕动泵转速，100r/min；溶液提升量，1.85ml/min
（2）证明自来水中Ca，Mg元素的存在。设定含有待测元素的方法，选择Ca，
Mg元素和相应的分析线，运行全谱命令，查看Ca，Mg元素特征谱线标记处是
否有光斑，如果有证明存在该元素。
2、定量分析
测定自来水中Ca，Mg元素和含量，由于ICP-AES具有较宽的线性范围，通常
可通过两点定线，一点是空白溶液，另外一点是高于待测元素含量的高标准溶液。
（1）标准溶液的配制
Mg标准溶液的配制(50mg/L):移取5ml Mg标准贮备液与100mL容量瓶中，
用二次蒸馏水稀释至刻度线，摇匀备用。
Ca标准溶液的配制(100mg/L):移取10mLCa标准贮备液与100mL容量瓶中，
用二次蒸馏水稀释至刻度线，摇匀备用。
（2）测定
按照仪器操作规程设置测定条件：
A.选择待测元素及分析线，Ca 317.933nm，184.006nm，315.887nm；Mg
279.079nm，279.533nm，280.271nm；
B.进行标准化，绘制标准曲线；
C.直接测定自来水中Ca，Mg元素含量。
五 数据处理
定性分析：Ca，Mg元素特征谱线标记处有很亮的光斑，说明待测溶液中含有这
两种元素。
定量分析：Ca：317.933nm 浓度为30.93μg/mL；
Mg 279.079nm 浓度为3.888μg/mL
名称 待测元素 浓度/ （μg/mL） 待测元素 浓度/
μg/mL
高标 Ca 0 Mg 0
100 5
待测液 Ca 30.93 Mg 3.888
六．思考与讨论
1、试简述标准曲线法的特点和使用范围。
答：标准曲线法也称外标法或直接比较法，是一种简便、快速的定量方法。
配制一系列浓度不同的标准溶液，在相同测定条件下，以空白溶液调零吸
收，测定标准系列溶液和试样溶液的吸光度，绘制A-c标准曲线，用内插
法在标准曲线上求得试样中被测元素的含量。
标准曲线法的优点是：绘制好标准工作曲线后测定工作就变得相当简
单，可直接从标准工作曲线上读出含量，因此特别适合于大量样品的分析。
标准曲线法的缺点是：每次样品分析的色谱条件（检测器的响应性能，
柱温，流动相流速及组成，进样量，柱效等）很难完全相同，因此容易出
现较大误差。此外，标准工作曲线绘制时，一般使用欲测组分的标准样品
（或已知准确含量的样品），而实际样品的组成却千差万别，因此必将给
测量带来一定的误差。
使用标准曲线法要注意：
（1）标准系列的组成与待测定试样组成尽可能相似，配制标准系列时，
应加入与试样相同的基体成分。在测定时应进行背景校正。
（2）所配置的试样浓度应该在A-c标准曲线的直线范围内，吸光度在
0.15~0.6之间测量的准确度较高。通常根据被测定元素的灵敏度来估计试
样的合适浓度范围。
（3）在整个测量过程中，测定条件要始终保持不变。
适用范围：大量样品且组成明确的样品分析。
2、如果试样成分比较复杂，应该怎样测定？
答：如果试样成分比较复杂，待测元素含量很低时，应该采用标准加入法进行定
量分析。取若干份相同体积的试样溶液，依次加入浓度分别为0 ，c0 ，2 c0 ，3
c0 ，4 c0 ······· 的标准溶液，用溶剂定容，摇匀后在相同条件下测量其吸光度，
以吸光度对加入标准溶液的浓度作图，即A-cs标准曲线，延长曲线与浓度轴相
交，交点与原点的距离即为试样中被测定元素的浓度c
x
3、实验讨论
（1）在本次实验中选择Ca的分析线为 317.933nm，184.006nm，315.887nm，
但由于184.006nm的分析线不在正态分布范围内，故不挑选此谱线下测定的浓
度，而考虑信噪比等因素后，决定选用317.933nm的分析线测定的Ca的浓度。
Mg的分析线的选取同上。
（2）在实验过程中，废液排出管发生堵塞，导致废液不能正常流出，会是废液
在雾化室积聚，从而影响雾化效率。故必须在实验前检查排出管是否能顺畅。
（3）选择分析线时，要注意：要选择元素的具有足够强度和足够灵敏度的灵敏
线或者时元素的特征线组。要求选择的分析线是无自吸的共振线，且不与其他干
扰谱线重叠。
（4）在实验中使用Ar气体，原因有：
①Ar气体产生的背景干扰少；
②三层同心石英玻璃炬管的内层Ar气体携带试样进入雾化室，中层Ar气体用
于点燃等离子体，外层Ar气体可保护石英管不被烧熔。
（5）ICP-AES的特点：
温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素激发，
有很高的灵敏度和稳定性。
“趋肤效应”，涡电流在外表面处密度大，使表面温度高，轴心温度低，
中心通道进样对等离子的稳定性影响小。有效消除自吸现象，线性范围宽
（4-5个数量级）。
ICP中电子密度高，碱金属电离影响小。
Ar气体产生的背景干扰小。
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。
