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原子发射光谱法

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原子发射光谱法第五章原子发射光谱法AtomicEmissionSpectrometry,AES 5.1基本原理利用原子(离子)所发射的辐射或辐射与原子(离子)的相互作用而进行分析的一类方法称为原子光谱法。原子吸收光谱法(AAS)原子荧光光谱法(AFS)与原子外层电子跃迁有关原子发射光谱法(AES)X-射线光谱法——与原子内层电子跃迁有关原子光谱法一般情况下,原子的核外电子处于最低的能量状态,称为基态。当外层电子吸收能量时会跃迁到较高的电子能态而转变为激发态(这个过程称为激发)。处于激发态的电子很不稳定,会迅速返回基态或较低的能态...

原子发射光谱法
第五章原子发射光谱法AtomicEmissionSpectrometry,AES 5.1基本原理利用原子(离子)所发射的辐射或辐射与原子(离子)的相互作用而进行分析的一类方法称为原子光谱法。原子吸收光谱法(AAS)原子荧光光谱法(AFS)与原子外层电子跃迁有关原子发射光谱法(AES)X-射线光谱法——与原子内层电子跃迁有关原子光谱法一般情况下,原子的核外电子处于最低的能量状态,称为基态。当外层电子吸收能量时会跃迁到较高的电子能态而转变为激发态(这个过程称为激发)。处于激发态的电子很不稳定,会迅速返回基态或较低的能态,并释放出多余的能量,这种能量往往以一定波长的电磁波的形式辐射出去:△E=E2-E1=hυ=hc/λNa(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1,3p0、3d0、4s0、4p0、4d0、4f0、……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)。激发电位/eV,共振线,离子线原子发射谱线(Ⅰ),一次电离的离子发射的谱线(Ⅱ),二次电离的离子发射的谱线(Ⅲ),…/Å或nm。5.2光谱分析仪器5.2.1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。名称优、缺点应用直流电弧4000-7000K,可激发近70种元素,背景小、绝对检出限低,产生的谱线主要是原子线;放电不稳定,自吸严重,电极头温度较高、试样消耗量较大,再现性差。矿石定性分析,金属中微量杂质、难熔氧化物中微量元素测定;不宜用于高含量组分测定,不宜用于低熔点元素分析。低压交流电弧略高于4000-7000K,放电稳定性比直流电弧高,再现性较好,操作简便、安全;所得光谱中离子线比直流电弧的稍多些,灵敏度比直流电弧稍差。介于“直流”和“火花”的激发光源,灵活性较大,测定精度比直流电弧高,广泛用于光谱定性、定量分析,常用于金属或合金中低含量元素的定量分析。高压电容火花放电稳定性好,瞬间温度可达10000K以上;所产生的谱线主要是离子线,电极头温度低,试样蒸发能力较差,灵敏度较差、背景较大,>10KV高压,须注意安全,定量分析时预热、曝光时间较长。可用于难激发元素的测定,金属、合金等组成均匀试样的定量分析,较适合于分析低熔点试样;不宜用于组成不均匀、难熔试样分析,不宜用于微量分析。电极的形状经典AES中都要采用一对电极。金属或合金分析最好采用试样本身作电极。碳电极或石墨电极。常将试样粉末或灰化后残渣放在下电极小孔中激发。ICP-AES电感耦合高频等离子炬光源经典AES在检出限和精密度两方面均有严重的不足,人们早就认识到提高AES功能的根本途径是改革光源。Atypicalnebulizerforsampleinjectionintoaplasmasource等离子体(plasma)——电子和离子浓度处于平衡状态的电离气体。近代物理学中把电离度大于0.1%、宏观上呈电中性的电离气体都称为等离子体。等离子炬(plasmatorch)——由电产生的具有火焰状的等离子体,亦称“炬焰”。ICP火焰的温度分为四个区域;电流在 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积聚的“趋肤效应”。产生等离子炬的方法较多,其中ICP是利用高频感应加热原理,使流经石英管的工作气体电离而产生的等离子炬。ICP具有优良分析性能,是应用日益广泛的新型光源。ICP由高频发生器、等离子体炬管和雾化器组成,其核心部件是石英炬管。炬管由三层同心管组成,都通Ar气,作用不同,因此名称也不同:内层Ar气携带样品气溶胶进入炬焰,故称为载气;中层Ar气起辅助等离子体的作用,故称为辅助气;外层切向通入的Ar气称为“等离子气”,它既是维持ICP的工作气流,又将等离子体与管壁隔离,避免石英管烧融。Atypicalinductivelycoupledplasma由高频发生器给感应线圈提供高频振荡电流(0.5~2.5KW,27或41MHz),其周围会产生交变磁场。初接高频电流时,Ar气并未电离,仍是电的非导体。如果在炬管器打几个火花就会使少量Ar气电离,产生电子和离子。此时交变磁场会立即感应于这些带电微粒,使之在炬管内垂直于磁场方向形成闭合的涡流。涡流中的带电微粒被高频场加速,在运动中受气流阻挡导致焦耳—楞次热。同时高速运动的带电微粒与Ar、分子等碰撞,进一步引起后者电离,产生更多的带电微粒。炬管内等离子体是电的良导体,由于电阻很小,涡电流可达到很大,放出大量的焦耳-楞次热。炬管的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,气流的控制和高频涡电流的趋肤效应使得等离子体呈环状,等离体核处达10000K,在中央通道温度为6000~8000K。ICP的几乎所有的优点都与这种环状结构有关。检出限低10-9~10-11g·L-1,精密度高±(0.5~2)%,基体效应和第三元素影响小,线性范围宽105~107,无极放电不存在电极玷污,可进行多元素同时分析。ICP是光电直读式光谱仪的理想光源。5.2.2光谱仪的类型发射光谱分析的看谱法、摄谱法、光电法摄谱仪以照相法摄取光谱,进行元素的定性、半定量和定量分析。操作繁杂而费时。看谱镜以肉眼直接观察元素光谱(强度),仅用于可见光区,专用于钢铁及有色金属的半定量分析。光电法以光电倍增管、阵列检测器接收辐射,是光谱定量分析的重要进展。摄谱仪的核心部件是色散元件(棱镜或光栅),其光学性能常以色散率、分辨率表示。光栅比棱镜具有更高的分辨率,光栅摄谱仪的色散率基本上与波长无关,光栅摄谱仪更适合于一些含复杂谱线的元素(如稀土、铀、钍等)的试样分析。图6—3黑度的测量观测设备——摄谱法观察谱片的映谱仪和测量谱线黑度的黑度计映谱仪(光谱投影仪)的放大倍数约为20。黑度计亦称测微光度计,主要用于摄谱法定量分析。感光板经曝光、显影、定影后,曝光部分变黑的程度称为黑度(S)。谱片变黑处黑度黑度(S)与感光材料(乳剂)性质、曝光量H(=辐射强度I×曝光时间t)、λ、显影液成分和显影条件等有关。若将其他条件固定,则在一定范围内S~logH呈线性关系(即实验测定的乳剂特性曲线的直线部分),对于一定的乳剂有:反衬度r=tgα乳剂惰性延量——logHiS=rlogH–rlogHi当暴光时间t相同I∝H,rlogHi=i——为常数∴S=rlogI–i光电直读式光谱仪利用光电效应直接测定光谱线的强度。光信号→电信号→信号处理及数字显示。多道型光电直读等离子体光谱仪示意图多道型RowLand园,一个出射狭缝和一个光电倍增管构成一个通道,根据需要可设置20~70个通道。单道扫描型转动光栅实现波长扫描,或固定光栅、用计算机控制光电倍增管的移动来实现波长扫描。全谱直读型兼具多道型和单扫描型的特点,采用CID阵列检测器,在28×28mm半导体芯片上包含26.2万个点阵,每个点阵(感光点)都相当于一个光电信增管,可将试样中所有元素于165~800nm波长范围内的谱线记录下来并同时进行测定。ICP光谱仪5.3原子发射光谱分析方法5.3.1光谱定性分析检查谱片上有无某元素的特征谱线的出现来确定该元素是否存在。某些元素的光谱比较简单,而某些元素(Fe、Co、Ni、W、Mo、V、Ti、U、稀土等)系多谱线元素,铁光谱210.0~660.0nm范围内约有4600条谱线,其中每条谱线的波长都已精确测定载于谱线表内。当试样的光谱中没有某元素的谱线,并不表示试样中该元素绝对不存在,只表示该元素的含量低于方法的检测限。通常,只要查出某种元素两条以上分析线,就可判断该元素的存在。灵敏线——元素谱线中最容易激发或激发电位较低的谱线。第一共振线往往是元素的最灵敏线。最后(消失)线——当试样中某元素的含量逐渐减小时,谱线数目亦相应减少,所观察到的最持久的谱线。实际分析时还须注意自吸(收)和自蚀线。分析线往往选择灵敏线或最后线。选择分析线时应考虑具体的条件。光谱定性分析常采用比较法。指定元素分析通常将试样与待测元素的纯物质或 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 试样并列摄谱,比较谱线的重迭情况即可确定试样中是否有待测元素;若要进行全分析,可将试样和标准铁电极并列摄谱,以铁谱作为标记,可以确定试样谱线的λ值,再查光谱线波长表,即可确定试样中有哪些元素。图6—4元素标准光谱图光谱分析在发现新元素做出过重要贡献,至今在岩石、矿物、土壤、钢铁及有色金属分析中广泛应用,它可对七十多种元素定性,较之化学法用量少、简便、快速、可靠性高。5.3.2光谱定量分析光谱定量分析是根据试样中待测元素的谱线强度来确定该元素的含量。Schiebe-Lomakin经验式:I=acb(a、b为特定常数)a、b随被测元素含量(c)和实验条件的改变而变化,这种变化往往很难完全避免。实际分析时常采用内标法来消除工作条件变化对测定结果的影响。在被测元素谱线中选一条作为分析线,在基体元素(或定量加入的其他元素)谱线中选一条与分析线均称的谱线作为内标线(比较线),组成分析线对。分析线(1)和内标线(2)的绝对强度比称为相对强度(R)。I1=a1c1b1I2=a2c2b2当基体元素(或定量加入的其他元素)c2的含量和工作条件一定时,a1/a2c2b2为常数,以a表示,则R=I1/I2=ac1b1取对数,得内标法定量基本关系式:logR=loga+b1logc1又,在乳剂特性曲线的直线部分,有:S=rlogI–i同一感光板上,分析线对(1和2)的曝光时间(t)相等,当它们的λ、宽度相近,且S1、S2均落在乳剂特性曲线的直线部分时,r1=r2=r,i1=i2=i则ΔS=rloga+r·b1logc1即在一定条件下,分析线对的黑度差与试样中该元素含量(c1)的对数成线性关系。内标元素及分析线对选择原则见P175-176
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