样品的元素组成与分子的结构分析学习教案.pptx

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1、会计学1样品的元素组成与分子样品的元素组成与分子(fnz)的结构分的结构分析析第一页，共58页。2、样品的元素、样品的元素(yun s)组成分组成分析析n n原子光谱技术(jsh)占有主导地位n nAAS（精度：20），AFSn nICP-AES（1），n nLRS 激光共振电离光谱n nICPMSn nXFS第1页/共58页第二页，共58页。3、光谱化学、光谱化学(huxu)测量测量n n用光谱化学方法对某特定组分进行定量测定时，有必要弄清楚光谱信息类型以及它是如何应用光谱信息进行化学定性定量分析这样两个问题。通常(tngchng)情况下，测量要用标准物质作参比，这也是光谱化学测量过程中很重

2、要的一部分。与其它的测量系统，如电化学系统不同。在光谱化学测量过程中，化学信息是转化为一个光学信号被载运的。第2页/共58页第三页，共58页。n n光谱化学方法测量的光谱信号都是由不同的化学、物理现象所引起的。表中概括了四种基本分析方法及其所依据的相应现象。分析方法可以发射、折射、衍射、偏振现象为基础，本章讨论的主要(zhyo)这四类方法，讨论的所测物理量与浓度之间的基本关系。第3页/共58页第四页，共58页。光谱光谱(gungp)化学方法的分类化学方法的分类 类型类型所测物理量所测物理量例例 子子发射 发射的辐射功率e火焰发射，直流电弧发射，火花发射，ICP发射吸收 吸光度或透过的与入射的辐

3、射功率之比紫外-可见分子吸收，IR，AAS发光发光的辐射功率L分于荧光和光致发光，原子荧光，化学发光，散射散射的辐射功率sc比浊法，浊度法，Raman散射法第4页/共58页第五页，共58页。3.1 3.1 原子吸收分光原子吸收分光原子吸收分光原子吸收分光(fn(fn unun)光度分析法（光度分析法（光度分析法（光度分析法（AASAAS）1.1.原子的能级与跃迁原子的能级与跃迁 基态基态 第一激发态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。吸收一定频率的辐射能量。产生共振吸收线（简称共振线）产生共振吸收线（简称共振线）吸收光谱吸收光谱 激发态激发态 基态基态 发射出一定频率的辐射。发射出一定频率的辐

4、射。产产生生共共振振线线（也也简简称称共共振振线线）发发射射光光谱谱(f(f sh un p)sh un p)2.2.元素的特征谱线元素的特征谱线 1 1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同，）各种元素的原子结构和外层电子排布不同，基态基态 第一激发态第一激发态:跃迁吸收能量不同跃迁吸收能量不同具有特征性。具有特征性。2 2）各种元素的基态）各种元素的基态 第一激发态第一激发态 最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。3 3）利用特征谱线可以进行定量分析。）利用特征谱线可以进行定量分析。第5页/共58页第六页，共58页。3.3.3.3.吸收吸收吸收吸收

5、(xshu)(xshu)(xshu)(xshu)峰形状峰形状峰形状峰形状 原子结构较分子结构简单(jindn)，理论上应产生线状光谱吸收线。实际上用特征吸收频率左右范围的辐射光照射时，获得一峰形吸收（具有一定宽度）。由：It=I0e-Kvb，透射光强度 It和吸收系数及辐射频率有关。以Kv与 作图：表征吸收线轮廓（峰）的参数：表征吸收线轮廓（峰）的参数：中心频率中心频率(pnl)O（峰值频率（峰值频率(pnl)）；）；最大吸收系数对应的频率最大吸收系数对应的频率(pnl)或波长；或波长；中心波长：中心波长：(nm)半宽度：半宽度：O第6页/共58页第七页，共58页。吸收吸收(xshu)峰变宽原

6、因峰变宽原因 照射光具有一定的宽度。多普勒变宽（温度变宽）Vo 多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止(jngzh)原子所发的频率低，反之，高。劳伦兹变宽，赫鲁兹马克(mk)变宽（碰撞变宽）VL 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。劳伦兹变宽：待测原子和其他原子碰撞。赫鲁兹马克(mk)变宽：同种原子碰撞。在一般分析条件下Vo为主。第7页/共58页第八页，共58页。原子吸收原子吸收(xshu)仪器仪器第8页/共58页第九页，共58页。第9页/共58页第十页，共58页。第10页/共58页第十一页，共58页。连续光源原子连续光源原子连续光

7、源原子连续光源原子(yunz(yunz)吸收光谱仪吸收光谱仪吸收光谱仪吸收光谱仪ContrAA ContrAA 1.世界第一台商品化连续(linx)光源原子吸收 2.连续(linx)光源：高聚焦短弧氙灯 3.光学系统：高分辨率的中阶梯光栅光谱仪，达到2pm的光学分辨率，波长范围189-900nm 4.检测器：紫外高灵敏度的CCD线阵检测器 5.快速多元素分析,优于普通扫描ICP的分析速度 第11页/共58页第十二页，共58页。第12页/共58页第十三页，共58页。AA370MC 1.波长范围(fnwi)：190nm-900nm2.波长准确度：0.15nm3.波长重复性：0.10nm4.狭缝：0

8、.1nm、0.2nm、0.7nm、1.4nm四档 第13页/共58页第十四页，共58页。原子吸收光谱仪主要原子吸收光谱仪主要(zhyo)(zhyo)部部件件 原原子子吸吸收收分分光光光光度度计计与与紫紫外外可可见见分分光光光光度度计计在在仪仪器器结结构构上上的的不不同同点：点：（1 1）采用）采用(ciyng)(ciyng)锐线光源。锐线光源。（2 2）分光系统在火焰与检测器之间。）分光系统在火焰与检测器之间。第14页/共58页第十五页，共58页。流程流程(lichng)(lichng)第15页/共58页第十六页，共58页。光源光源(gungyun)(gungyun)1.1.作用作用 提提供供

9、待待测测元元素素的的特特征征光光谱谱。获获得得较较高高的的灵灵敏敏度度和准确度。光源应满足如下要求；和准确度。光源应满足如下要求；（1 1）能发射待测元素的共振线；）能发射待测元素的共振线；（2 2）能发射锐线；）能发射锐线；（3 3）辐射光强度大，）辐射光强度大，稳定性好。稳定性好。2.2.空心空心(kng xn)(kng xn)阴极灯阴极灯 结构如图所示结构如图所示第16页/共58页第十七页，共58页。空心空心空心空心(kng xn)(kng xn)(kng xn)(kng xn)阴极灯的原理阴极灯的原理阴极灯的原理阴极灯的原理 施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极;与充入的惰性气

10、体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击;使阴极表面的金属原子溅射出来(ch li)，溅射出来(ch li)的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。优缺点：（1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。（2）每测一种元素(yun s)需更换相应的灯。第17页/共58页第十八页，共58页。原子化系统原子化系统原子化系统原子化系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)1.1.作用作用 将将试试样样中中离离子子

11、转转变变成成原原子子蒸蒸气气(zhn(zhn q)q)。2.2.原子化方法原子化方法 火焰法火焰法 无火焰法无火焰法电热高温石墨管，激光。电热高温石墨管，激光。3.3.火焰原子化装置火焰原子化装置雾化器和燃烧器。雾化器和燃烧器。(1)(1)雾化器：结构如图所示：雾化器：结构如图所示：第18页/共58页第十九页，共58页。火焰火焰火焰火焰(huyn)(huyn)(huyn)(huyn)试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。火焰温度的选择：（a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰（b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；（c）火焰温度取决于燃气

12、与助燃气类型，常用空气乙炔，最高温度2600K能测35种元素。火焰类型：化学(huxu)计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。第19页/共58页第二十页，共58页。石墨石墨石墨石墨(shm)(shm)(shm)(shm)炉原子化装置炉原子化装置炉原子化装置炉原子化装置（1）结构，如图所示：）结构，如图所示：外外气气路路中中Ar气气体体沿沿石石墨墨管管外外壁壁流流动动，冷冷却却保保护护石石墨墨管管；内内气气路路中中Ar气气体体由由管管两两端端流流向向管管中中

13、心心，从从中中心心孔孔流流出出，用用来来保保护护原原子子不被氧化，同时不被氧化，同时(tngsh)排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。缺缺点点(qudin)：精精密密度度差差，测测定定速速度度慢慢，操操作作不不够够简便，装置复杂。简便，装置复杂。第20页/共58页第二十一页，共58页。原子化过程原子化过程原子化过程原子化过程(guchng)(guchng)原原子子化化过过程程：四四个个阶阶段段，干干燥燥、灰灰化化（去去除除基基体体）、原原子子化化、净净化化（去去除残渣除残渣(cn zh)），待测元素在高温下生成基态原子。，待测元素在高温下生成基态原子。第21页/共5

14、8页第二十二页，共58页。优缺点优缺点优缺点优缺点优优点点：原原子子化化程程度度高高，试试样样用用量量少少（1100L），可可测测固固体体及及粘粘稠试样，灵敏度高，检测限稠试样，灵敏度高，检测限10-12 g/L。缺缺点点：精精密密度度差差，测测定定(cdng)速速度度慢慢，操操作作不不够够简简便便，装装置置复复杂。杂。第22页/共58页第二十三页，共58页。单色器单色器 1.1.作用作用 将待测元素的共振线与邻近线分开。将待测元素的共振线与邻近线分开。2.2.组组件件 色色散散元元件件（棱棱镜镜、光光栅栅），凹凹凸凸镜镜、狭缝等。狭缝等。3.3.单色器性能参数单色器性能参数 （1 1）线线色

15、色散散率率（D D）：两两条条谱谱线线间间的的距距离离与与波波长长差差 的的 比比 值值 X/X/。实实 际际 工工 作作 中中 常常 用用 其其 倒倒 数数 /X/X （2 2）分分辨辨率率：仪仪器器分分开开相相邻邻两两条条谱谱线线的的能能力力。用用该该两两条条谱谱线线的的平平均均波波长长与与其其波波长长差差的的比比值值/表表示。示。（3 3）通通带带宽宽度度（W W）：指指通通过过单单色色器器出出射射狭狭缝缝的的某某标标称称波波长长处处的的辐辐射射范范围围。当当倒倒色色散散率率（D D）一一定定(ydng)(ydng)时时，可可通通过过选选择择狭狭缝缝宽宽度度（S S）来来确确定定：W=D

16、W=D S S第23页/共58页第二十四页，共58页。检测检测检测检测(jin c)(jin c)(jin c)(jin c)系统系统系统系统 主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。1.检测器检测器-将单色器分出的光信号转变成电信号。将单色器分出的光信号转变成电信号。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。分光后的光照射到光敏阴极分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的上，轰击出的 光电光电 子又射向光敏阴极子又射向光敏阴极1，轰击出更，轰击出更多的光电子，依次倍增，在最后放出的光电子多的光电子

17、，依次倍增，在最后放出的光电子 比最初多到比最初多到106倍以上，最大电流可倍以上，最大电流可达达 10A，电流经负载电阻转变为电压信号送入放大器。，电流经负载电阻转变为电压信号送入放大器。2.放大器放大器-将光电倍增管输出将光电倍增管输出(shch)的较弱信号，经电子线路进一步放大。的较弱信号，经电子线路进一步放大。3.对数变换器对数变换器-光强度与吸光度之间的转换。光强度与吸光度之间的转换。4.显示、记录显示、记录第24页/共58页第二十五页，共58页。物理物理物理物理(wl)(wl)(wl)(wl)干扰干扰干扰干扰 试样在转移、蒸发过程中物理因素变化引起的干扰效应，主要 影 响 试 样

18、喷 入 火 焰 的 速 度(sd)、雾化效率、雾滴大小等。可通过控制试液与标准溶液的组成尽量一致的方法来消除。第25页/共58页第二十六页，共58页。化学化学化学化学(huxu)(huxu)(huxu)(huxu)干扰干扰干扰干扰 指待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应。主要影响到待测元素的原子化效率，是主要干扰源。1.化学干扰的类型（1）待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子减少。例：a、钴、硅、硼、钛、铍在火焰中易生成难熔化合物 b、硫酸盐、硅酸盐与铝生成难挥发物。（2）待测离子发生电离反应，生成离子，不产生吸收，总吸收强度减弱，电离电位6eV的元素

19、易发生电离，火焰温度越高，干扰越严重(ynzhng)，（如碱及碱土元素）。第26页/共58页第二十七页，共58页。2.2.化学干扰化学干扰(gnro)(gnro)的抑制的抑制 通过在标准溶液和试液中加入某种光谱化学缓冲剂来抑制或减少化学干扰：（1）释放剂与干扰元素生成更稳定化合物使待测元素释放出来。例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。（2）保护剂与待测元素形成稳定的络合物，防止干扰物质与其作用。例：加入EDTA生成EDTA-Ca，避免磷酸根与钙作用。（3）饱和剂加入足够的干扰元素，使干扰趋于稳定。例：用N2OC2H2火焰(huyn)测钛时，在试样和标准溶液中加入300mgL-1以上的铝盐，使

20、铝对钛的干扰趋于稳定。（4）电离缓冲剂加入大量易电离的一种缓冲剂以抑制待测元素的电离。例：加入足量的铯盐，抑制K、Na的电离。第27页/共58页第二十八页，共58页。光谱干扰光谱干扰光谱干扰光谱干扰 待测元素的共振(gngzhn)线与干扰物质谱线分离不完全，这类干扰主要来自光源和原子化装置，主要有以下几种：1.在分析线附近有单色器不能分离的待测元素的邻近线 可以通过调小狭缝的方法来抑制这种干扰。2.空心阴极灯内有单色器不能分离的干扰元素的辐射 换用纯度较高的单元素灯减小干扰。3.灯的辐射中有连续背景辐射 用较小通带或更换灯第28页/共58页第二十九页，共58页。AASAAS分析分析分析分析(f

21、nx)(fnx)条件的选择条件的选择条件的选择条件的选择1.1.灵敏度灵敏度 (1)(1)灵灵敏敏度度（S S）指指在在一一定定浓浓度度时时，测测定定值值（吸吸光光度度）的的增增量量（AA）与与相应的待测元素相应的待测元素(yun s)(yun s)浓度（或质量）的增量（浓度（或质量）的增量（cc或或mm）的比值：）的比值：Sc=A/c Sc=A/c 或或 Sm=A/m Sm=A/m (2)(2)特特征征浓浓度度指指对对应应与与1%1%净净吸吸收收（IT IT-IS-IS）/IT=1/100/IT=1/100的的待待测测物物浓浓度度（cccc），或对应与），或对应与0.00440.0044吸光

22、度的待测元素吸光度的待测元素(yun s)(yun s)浓度浓度.cc=0.0044c/A cc=0.0044c/A 单位：单位：g g(mol 1%)-1(mol 1%)-1 (3)(3)特征质量特征质量 mc=0.0044m/A mc=0.0044m/A 单位：单位：g g (mol 1%)-1(mol 1%)-1第29页/共58页第三十页，共58页。2.2.2.2.检出极限检出极限检出极限检出极限(jxin)(jxin)(jxin)(jxin)在适当置信度下，能检测出的待测元素的最小浓度或最小量。用接近于空白的溶液，经若干次（10-20次）重复测定所得吸光度的标准偏差的3倍求得。(1)火

23、焰法 cDL=3Sb/Sc 单位：gml-1 (2)石墨炉法 mDL=3Sb/Sm Sb：标准偏差 Sc（Sm）：待测元素的灵敏度，即工作曲线(qxin)的斜率。第30页/共58页第三十一页，共58页。3.3.3.3.测定条件测定条件测定条件测定条件(tiojin)(tiojin)(tiojin)(tiojin)的选择的选择的选择的选择(1)(1)分析线分析线 一般选待测元素的共振线作为分析线，测量高浓度时，也可选次灵敏线一般选待测元素的共振线作为分析线，测量高浓度时，也可选次灵敏线(2)(2)通带（调节狭缝宽度）通带（调节狭缝宽度）无邻近干扰线（如测碱及碱土金属）时，选较大的通带，反之（如测

24、过渡及稀无邻近干扰线（如测碱及碱土金属）时，选较大的通带，反之（如测过渡及稀土金属），宜选较小通带。土金属），宜选较小通带。(3)(3)空心阴极灯电流空心阴极灯电流 在保证有稳定和足够的辐射光通量的情况下，尽量选较低的电流。在保证有稳定和足够的辐射光通量的情况下，尽量选较低的电流。(4)(4)火焰火焰(huyn)(huyn)依据不同试样元素选择不同火焰依据不同试样元素选择不同火焰(huyn)(huyn)类型。类型。(5)(5)观测高度观测高度 调节观测高度（燃烧器高度），可使元素通过自由原子浓度最大的火焰调节观测高度（燃烧器高度），可使元素通过自由原子浓度最大的火焰(huyn)(huyn)区，

25、灵敏度高，观测稳定性好。区，灵敏度高，观测稳定性好。第31页/共58页第三十二页，共58页。AAS AAS AAS AAS 应用应用应用应用(yngyng)(yngyng)(yngyng)(yngyng)1头发中微量元素的测定 2水中微量元素的测定 3水果(shugu)、蔬菜中微量元素的测定第32页/共58页第三十三页，共58页。3.2 原子原子(yunz)发射光谱法发射光谱法（AES）第33页/共58页第三十四页，共58页。发射光谱发射光谱(f sh un p)的产的产生生 n n发射光谱化学方法所寻求的信息就是发射光谱化学方法所寻求的信息就是发射光谱化学方法所寻求的信息就是发射光谱化学方法

26、所寻求的信息就是(jish)(jish)待测物由于非辐射激发而发射待测物由于非辐射激发而发射待测物由于非辐射激发而发射待测物由于非辐射激发而发射出的辐射。出的辐射。出的辐射。出的辐射。n n火焰中的钠原子由于碰撞（热）过程而被激发并发射出特征辐射。火焰中的钠原子由于碰撞（热）过程而被激发并发射出特征辐射。火焰中的钠原子由于碰撞（热）过程而被激发并发射出特征辐射。火焰中的钠原子由于碰撞（热）过程而被激发并发射出特征辐射。n n激发亦可以部分地用电学方法，如用直流电弧或高压火花的方法得到。由此激发亦可以部分地用电学方法，如用直流电弧或高压火花的方法得到。由此激发亦可以部分地用电学方法，如用直流电弧

27、或高压火花的方法得到。由此激发亦可以部分地用电学方法，如用直流电弧或高压火花的方法得到。由此可见，处于基态的原子受到外界能量（如热能、电能等）的作用时要被激发，可见，处于基态的原子受到外界能量（如热能、电能等）的作用时要被激发，可见，处于基态的原子受到外界能量（如热能、电能等）的作用时要被激发，可见，处于基态的原子受到外界能量（如热能、电能等）的作用时要被激发，原子外层电子从基态跃迁到激发态。原子外层电子从基态跃迁到激发态。原子外层电子从基态跃迁到激发态。原子外层电子从基态跃迁到激发态。第34页/共58页第三十五页，共58页。n n 原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约原子发射光谱法是一种

28、成分分析方法，可对约原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约7070种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。n n在一般情况下，用于在一般情况下，用于在一般情况下，用于在一般情况下，用于1%1%以下以下以下以

29、下(y(y xi)xi)含量的组份测定，检出限可达含量的组份测定，检出限可达含量的组份测定，检出限可达含量的组份测定，检出限可达ppmppm，精密度为，精密度为，精密度为，精密度为10%10%左右，左右，左右，左右，线性范围约线性范围约线性范围约线性范围约2 2个数量级。但如采用电感耦合等离子体（个数量级。但如采用电感耦合等离子体（个数量级。但如采用电感耦合等离子体（个数量级。但如采用电感耦合等离子体（ICPICP）作为光源，则可使某些元素的检）作为光源，则可使某些元素的检）作为光源，则可使某些元素的检）作为光源，则可使某些元素的检出限降低至出限降低至出限降低至出限降低至10-3 10-4pp

30、m10-3 10-4ppm，精密度达到，精密度达到，精密度达到，精密度达到1%1%以下以下以下以下(y(y xi)xi)，线性范围可延长至，线性范围可延长至，线性范围可延长至，线性范围可延长至7 7个数量级。这个数量级。这个数量级。这个数量级。这种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。第35页/共58页第三十六页，共58页。原子发射光谱法仪器分为三部分原子发射光谱法仪器分为三部分(b fen)(b fen)：光源光源分光仪分光仪检测器。检测器。第36页/共58

31、页第三十七页，共58页。光源光源光源光源(gungyun)(gungyun)l l光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。目前常用的光源有直流电弧分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。目前常用的光源有直流电弧分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。目前常用的光源有直流电弧分析的检出限、精密度和准确

32、度都有很大的影响。目前常用的光源有直流电弧(dinh)(dinh)、交流电弧、交流电弧、交流电弧、交流电弧(dinh)(dinh)、电火花及电感耦合高频等离子体（、电火花及电感耦合高频等离子体（、电火花及电感耦合高频等离子体（、电火花及电感耦合高频等离子体（ICPICP）。）。）。）。l l在电光源中，两个电极之间是空气（或其它气体）。放电是在有气体的电极之间发在电光源中，两个电极之间是空气（或其它气体）。放电是在有气体的电极之间发在电光源中，两个电极之间是空气（或其它气体）。放电是在有气体的电极之间发在电光源中，两个电极之间是空气（或其它气体）。放电是在有气体的电极之间发生。由于在常压下，空

33、气几乎没有电子或离子，不能导电，所以要借助于外界的力生。由于在常压下，空气几乎没有电子或离子，不能导电，所以要借助于外界的力生。由于在常压下，空气几乎没有电子或离子，不能导电，所以要借助于外界的力生。由于在常压下，空气几乎没有电子或离子，不能导电，所以要借助于外界的力量，才能使气体产生离子变成导体。量，才能使气体产生离子变成导体。量，才能使气体产生离子变成导体。量，才能使气体产生离子变成导体。第37页/共58页第三十八页，共58页。电离电离电离电离(dinl)(dinl)和放电和放电和放电和放电n n电离的方法有：紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子碰撞以及金属灼热时发射电子等。电离的方

34、法有：紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子碰撞以及金属灼热时发射电子等。电离的方法有：紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子碰撞以及金属灼热时发射电子等。电离的方法有：紫外线照射、电子轰击、电子或离子对中性原子碰撞以及金属灼热时发射电子等。当气体电离后，还需在电极间加以足够的电压，才能维持放电。通常，当电极间的电压增大，电流当气体电离后，还需在电极间加以足够的电压，才能维持放电。通常，当电极间的电压增大，电流当气体电离后，还需在电极间加以足够的电压，才能维持放电。通常，当电极间的电压增大，电流当气体电离后，还需在电极间加以足够的电压，才能维持放电。通常，当电极间的电压增大，电流也随之

35、增大，当电极间的电压增大到某一定也随之增大，当电极间的电压增大到某一定也随之增大，当电极间的电压增大到某一定也随之增大，当电极间的电压增大到某一定(ydng)(ydng)值时，电流突然增大到差不多只受外电路中电值时，电流突然增大到差不多只受外电路中电值时，电流突然增大到差不多只受外电路中电值时，电流突然增大到差不多只受外电路中电阻的限制，即电极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿。在电极间的气体被击穿后，即使没阻的限制，即电极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿。在电极间的气体被击穿后，即使没阻的限制，即电极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿。在电极间的气体被击穿后，即使没阻的限制，即

36、电极间的电阻突然变得很小，这种现象称为击穿。在电极间的气体被击穿后，即使没有外界电离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种放电称为自持放电。光谱分析用的电光源有外界电离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种放电称为自持放电。光谱分析用的电光源有外界电离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种放电称为自持放电。光谱分析用的电光源有外界电离作用，仍然继续保持电离，使放电持续，这种放电称为自持放电。光谱分析用的电光源（电弧和电火花），都属于自持放电类型。（电弧和电火花），都属于自持放电类型。（电弧和电火花），都属于自持放电类型。（电弧和电火花），都属于自持放电类型。第38页/共58页第三十九页，

37、共58页。1.直流电弧直流电弧n n电源一般为可控硅整流器。常用高频电压引燃支流电弧。电源一般为可控硅整流器。常用高频电压引燃支流电弧。电源一般为可控硅整流器。常用高频电压引燃支流电弧。电源一般为可控硅整流器。常用高频电压引燃支流电弧。n n直流电弧工作时，阴极直流电弧工作时，阴极直流电弧工作时，阴极直流电弧工作时，阴极(ynj)(ynj)释放出来的电子不断轰击阳极，使其表面上出释放出来的电子不断轰击阳极，使其表面上出释放出来的电子不断轰击阳极，使其表面上出释放出来的电子不断轰击阳极，使其表面上出现一个炽热的斑点。这个斑点称为阳极斑。阳极斑的温度较高，有利于试样现一个炽热的斑点。这个斑点称为阳

38、极斑。阳极斑的温度较高，有利于试样现一个炽热的斑点。这个斑点称为阳极斑。阳极斑的温度较高，有利于试样现一个炽热的斑点。这个斑点称为阳极斑。阳极斑的温度较高，有利于试样的蒸发。因此，一般均将试样置于阳极碳棒孔穴中。在直流电弧中，弧焰温的蒸发。因此，一般均将试样置于阳极碳棒孔穴中。在直流电弧中，弧焰温的蒸发。因此，一般均将试样置于阳极碳棒孔穴中。在直流电弧中，弧焰温的蒸发。因此，一般均将试样置于阳极碳棒孔穴中。在直流电弧中，弧焰温度取决于弧隙中气体的电离电位，一般约度取决于弧隙中气体的电离电位，一般约度取决于弧隙中气体的电离电位，一般约度取决于弧隙中气体的电离电位，一般约4000 7000K400

39、0 7000K，尚难以激发电离电位，尚难以激发电离电位，尚难以激发电离电位，尚难以激发电离电位高的元素。电极头的温度较弧焰的温度低，且与电流大小有关，一般阳极可高的元素。电极头的温度较弧焰的温度低，且与电流大小有关，一般阳极可高的元素。电极头的温度较弧焰的温度低，且与电流大小有关，一般阳极可高的元素。电极头的温度较弧焰的温度低，且与电流大小有关，一般阳极可达达达达38003800，阴极，阴极，阴极，阴极(ynj)(ynj)则在则在则在则在30003000以下。以下。以下。以下。第39页/共58页第四十页，共58页。直流电弧结构直流电弧结构直流电弧结构直流电弧结构(jigu)(jigu)直流电弧

40、的最大优点是电极头温度高（与其它光源比较），蒸发能力强；缺点是放电不稳定，且弧较厚，自吸现象严重，故不适宜用于高含量定量分析，但可很好地应用于矿石(kungsh)等的定性、半定量及痕量元素的定量分析。第40页/共58页第四十一页，共58页。2.2.交流交流(jioli)(jioli)电弧电弧n n将普通的将普通的220V220V交流电直接连接在两个电极间是不可能形成弧焰的。这是因为电极间没交流电直接连接在两个电极间是不可能形成弧焰的。这是因为电极间没有导电的电子和离子，可以采用高频高压引火装置。此时，借助高频高压电流，不断有导电的电子和离子，可以采用高频高压引火装置。此时，借助高频高压电流，不

41、断(bdun)(bdun)地地“击穿击穿”电极间的气体，造成电离，维持导电。在这种情况下，低频低压电极间的气体，造成电离，维持导电。在这种情况下，低频低压交流电就能不断交流电就能不断(bdun)(bdun)地流过，维持电弧的燃烧。这种高频高压引火、低频低压燃地流过，维持电弧的燃烧。这种高频高压引火、低频低压燃弧的装置就是普通的交流电弧。弧的装置就是普通的交流电弧。n n交流电弧是介于直流电弧和电火花之间的一种光源，与直流相比，交流电弧的电极头交流电弧是介于直流电弧和电火花之间的一种光源，与直流相比，交流电弧的电极头温度稍低一些，但由于有控制放电装置，故电弧较稳定。这种电源常用于金属、合金温度稍

42、低一些，但由于有控制放电装置，故电弧较稳定。这种电源常用于金属、合金中低含量元素的定量分析。中低含量元素的定量分析。第41页/共58页第四十二页，共58页。3.电火花电火花n n高压电火花通常使用高压电火花通常使用10000V10000V以上的高压交流电，通过间隙放电，产生电火花。以上的高压交流电，通过间隙放电，产生电火花。电源电压经过可调电源电压经过可调电阻后进入升压变压器的初级线圈，使初级线圈上产生电阻后进入升压变压器的初级线圈，使初级线圈上产生10000V10000V以上的高电压，并向电容器充电。当以上的高电压，并向电容器充电。当电容器两极间的电压升高到分析间隙的击穿电压时储存电容器两极

43、间的电压升高到分析间隙的击穿电压时储存(ch(ch cn)cn)在电容器中的电能立即向分析间隙在电容器中的电能立即向分析间隙放电，产生电火花。由于高压火花放电时间极短，故在这一瞬间内通过分析间隙的电流密度很大放电，产生电火花。由于高压火花放电时间极短，故在这一瞬间内通过分析间隙的电流密度很大（高达（高达10000 50000A/cm210000 50000A/cm2，因此弧焰瞬间温度很高，可达，因此弧焰瞬间温度很高，可达10000K10000K以上，故激发能量大，可激发电以上，故激发能量大，可激发电离电位高的元素。离电位高的元素。n n由于电火花是以间隙方式进行工作的，平均电流密度并不高，所以

44、电极头温度较低，且弧焰半径较由于电火花是以间隙方式进行工作的，平均电流密度并不高，所以电极头温度较低，且弧焰半径较小。这种光源主要用于易熔金属合金试样的分析及高含量元素的定量分析。小。这种光源主要用于易熔金属合金试样的分析及高含量元素的定量分析。第42页/共58页第四十三页，共58页。4.等离子体等离子体(dnglzt)光源光源n n等离子体是一种电离度大于等离子体是一种电离度大于等离子体是一种电离度大于等离子体是一种电离度大于0.1%0.1%的电离气的电离气的电离气的电离气体，由电子、离子、原子和分子所组成，体，由电子、离子、原子和分子所组成，体，由电子、离子、原子和分子所组成，体，由电子、

45、离子、原子和分子所组成，其中电子数目和离子数目基本相等，整体其中电子数目和离子数目基本相等，整体其中电子数目和离子数目基本相等，整体其中电子数目和离子数目基本相等，整体呈现中性呈现中性呈现中性呈现中性(zhngxng)(zhngxng)。n n最常用的等离子体光源是直流等离子焰最常用的等离子体光源是直流等离子焰最常用的等离子体光源是直流等离子焰最常用的等离子体光源是直流等离子焰（DCPDCP）、感耦高频等离子炬（）、感耦高频等离子炬（）、感耦高频等离子炬（）、感耦高频等离子炬（ICPICP）、容）、容）、容）、容耦微波等离子炬（耦微波等离子炬（耦微波等离子炬（耦微波等离子炬（CMPCMP）和微

46、波诱导等离）和微波诱导等离）和微波诱导等离）和微波诱导等离子体（子体（子体（子体（MIPMIP）等。）等。）等。）等。第43页/共58页第四十四页，共58页。ICPICP的一般特点的一般特点的一般特点的一般特点(tdi(tdi n)n)及应用及应用及应用及应用 n n温度高，感应区温度高，感应区温度高，感应区温度高，感应区 温度高，感应区温度高，感应区温度高，感应区温度高，感应区10000K10000K，通道，通道，通道，通道 通道通道通道通道 6000-8000K 6000-8000K，且有，且有，且有，且有 且有且有且有且有 大量大能态大量大能态大量大能态大量大能态ArAr原子存在，故有很

47、强的激发和电离能原子存在，故有很强的激发和电离能原子存在，故有很强的激发和电离能原子存在，故有很强的激发和电离能 原原原原子存在，故有很强的激发和电离能子存在，故有很强的激发和电离能子存在，故有很强的激发和电离能子存在，故有很强的激发和电离能 力，可激发难激发的元素，有离子线；力，可激发难激发的元素，有离子线；力，可激发难激发的元素，有离子线；力，可激发难激发的元素，有离子线；n n灵敏度高，检出限低，相对检出限可达灵敏度高，检出限低，相对检出限可达灵敏度高，检出限低，相对检出限可达灵敏度高，检出限低，相对检出限可达 灵敏度高，相对检出限可达灵敏度高，相对检出限可达灵敏度高，相对检出限可达灵敏

48、度高，相对检出限可达ppb ppb 级，微级，微级，微级，微 量及痕量分析应用范围宽，可达量及痕量分析应用范围宽，可达量及痕量分析应用范围宽，可达量及痕量分析应用范围宽，可达 痕量分析应用范围痕量分析应用范围痕量分析应用范围痕量分析应用范围宽，可达宽，可达宽，可达宽，可达7070多种；多种；多种；多种；n n稳定性好，稳定性好，稳定性好，稳定性好，RSDRSD在在在在1-2%1-2%，线性范围，线性范围，线性范围，线性范围4-64-6个数量级；个数量级；个数量级；个数量级；n n不用电极，无电极污染；不用电极，无电极污染；不用电极，无电极污染；不用电极，无电极污染；n n背景发射和自吸效应小，

49、抗干扰能力强。背景发射和自吸效应小，抗干扰能力强。背景发射和自吸效应小，抗干扰能力强。背景发射和自吸效应小，抗干扰能力强。n n应用较广，但需大量应用较广，但需大量应用较广，但需大量应用较广，但需大量ArAr，设备复杂，设备复杂，设备复杂，设备复杂(fz)(fz)，粉末进样，粉末进样，粉末进样，粉末进样 设备复杂设备复杂设备复杂设备复杂(fz)(fz)，粉末进样，粉末进样，粉末进样，粉末进样 不完善等因素限制了使用。不完善等因素限制了使用。不完善等因素限制了使用。不完善等因素限制了使用。第44页/共58页第四十五页，共58页。直流等离子焰直流等离子焰n n经惰性气体压缩的大电流直流弧光放电，可

50、获得一股高速喷射的等离子经惰性气体压缩的大电流直流弧光放电，可获得一股高速喷射的等离子“火焰火焰”。这股等离子。这股等离子“火火焰焰”称为直流等离子焰。称为直流等离子焰。n n一般的直流弧光在电流增加时，弧柱随之增大，电流密度和有效能量几乎没有增加，所以弧温不能一般的直流弧光在电流增加时，弧柱随之增大，电流密度和有效能量几乎没有增加，所以弧温不能提高。直流等离子焰形成时，惰性气体由冷却的喷口喷出，使弧柱外围的温度降低，弧柱收缩，电提高。直流等离子焰形成时，惰性气体由冷却的喷口喷出，使弧柱外围的温度降低，弧柱收缩，电流密度和有效能量增加，所以激发温度有明显的提高。这种低温气流使弧柱收缩的现象，称