第4章 原子发射光谱分析基本原理

2020/3/26
二、原子发射光谱的产生
formation of atomic emission spectra
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰） 或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态 时，发射出特征光谱（线状光谱）；
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
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原子的共振线与离子的电离线
原子由第一激发态到基态的跃迁： 第一共振线，最易发生，能量最小； 原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一个电子， 一次电离。 离子由第一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)： 电离线，其与电离能大小无关，离子的特征共振线。 原子谱线表：I 表示原子发射的谱线；
II 表示一次电离离子发射的谱线； III表示二次电离离子发射的谱线； Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm；
spectrum line intensity 四、谱线自吸与自蚀 self-absorption and
selp reversal of spectLeabharlann Baiduum line
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一、概述
generalization
原子发射光谱分析法（atomic emission spectroscopy ，AES）：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态， 返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、 定量的分析方法。
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
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ICP-AES
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三、 ICP-AES的原理
principle and feature of ICP-AES
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。
principle and feature of ICP-AES
四、ICP-AES的特点
feature of ICP-AES
五、等离子体发射光谱仪
plasma emission spectrometry
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一、概述 generalization
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦等 离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；
第四章
原子发射光谱分析法
atomic emission spectrometry,AES
第一节 原子发射光谱分析
基本原理
basic principle of AES
一、概述
generalization 二、原子发射光谱的产生
formation of atomic emission spectra 三、谱线强度
2. 炬管与雾化器
三层同心石英玻璃 炬管置于高频感应线圈 中，等离子体工作气体 从管内通过，试样在雾 化器中雾化后，由中心 管进入火焰；
外层Ar从切线方向 进入，保护石英管不被 烧熔，中层Ar用来点燃 等离子体；
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3. 原理
当高频发生器接通电源后，高频 电流I通过感应线圈产生交变磁场(绿色 )。
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第四章 原子发射光谱
分析法
atomic emission spectrometry,AES
第二 节 等离子体发射光谱仪
plasma emission spectrometry
一、 概述
generalization
二、ICP-AES结构流程
structure of ICP-AES
三、 ICP -AES原理
温度5000-6000K，激发能量高，可激发许多很难激发的 非金属元素：C、N、F、Br、Cl、C、H、O 等，可用于有机 物成分分析，测定金属元素的灵敏度不如DCP和ICP。
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二、 ICP-AES的结构流程
structure of ICP-AES and process
采用ICP作为光源是ICP-AES与其他光谱仪的主要不同之处。
弧焰温度高 8000-10000K，稳定性好，精密度接近ICP， 装置简单，运行成本低； (2)电感耦合等离子体(inductively coupled plasma， ICP)
ICP的性能优越，已成为最主要的应用方式 ； (3) 微波感生等离子体(microwave induced plasma, MIP)
1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W) 研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验； 1930年以后，建立了光谱定量分析方法；
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原子发射光谱分析法的特点:
(1)可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征光谱； (2)分析速度快 试样不需处理，同时对几十种元素进行定 量分析(光电直读仪)； (3)选择性高 各元素具有不同的特征光谱； (4)检出限较低 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (5)准确度较高 5%～10% (一般光源）； <1% (ICP) ； (6)ICP-AES性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中 、低不同含量试样； 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
ICP是由高频发生器和等离子体炬管组成。 1. 晶体控制高频发生器
石英晶体作为振源， 经电压和功率放大，产生 具有一定频率和功率的高 频信号，用来产生和维持 等离子体放电。
石英晶体固有振荡频 率：6.78MHz，二次倍频后 为27.120MHz,电压和功率 放大后，功率为1-2kW；
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1960年，工程热物理学家 Reed 设计了环形放电感耦等离子体炬； 指出可用于原子发射光谱分析中的激 发光源；
光谱学家法塞尔和格伦菲尔德用 于发射光谱分析，建立了电感耦合等 离子体光谱仪(ICP-AES);
70年代获ICP-AES应用广泛。
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等离子体光源的形成类型
等离子体喷焰作为发射光谱的光源主要有以下三种形式： (1)直流等离子体喷焰(direct currut plasmajet，DCP)