第七章-原子发射光谱分析法讲述.ppt
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1、生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第七章第七章 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理第二节第二节 原子发射光谱分析仪器类型原子发射光谱分析仪器类型 与结构流程与结构流程第三节第三节 定性、定量分析方法定性、定量分析方法生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理一、原子发射光谱发展历程一、原子发射光谱发展历程二、原子发射光谱的产生原理二、原子发射光谱的产生原理三、几个基本术语三、几个基本术语四、四、谱线强度谱线强度五、谱线的自吸和自蚀五、谱线的自
2、吸和自蚀生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理一、原子发射光谱发展历程一、原子发射光谱发展历程1.1826年,泰尔博建立年,泰尔博建立原子特征谱线原子特征谱线的概念,光的概念,光 谱化学分析的奠基人。谱化学分析的奠基人。“无无论论什什么么时时候候,只只要要在在棱棱镜镜中中观观察察到到在在火火焰焰里里有有某某一一种种颜色光线出现时,就有一定的化合物的存在。颜色光线出现时,就有一定的化合物的存在。”2.1859年年,基尔霍夫、本生研制第一台光谱仪,基尔霍夫、本生研制第一台光谱仪,原子发射光谱进入原子发射光谱进入定性分析定性
3、分析阶段。阶段。新元素镓、铯、氮在这一事期被发现。新元素镓、铯、氮在这一事期被发现。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理3.1920年年,格格拉拉赫赫提提出出了了内内标标法法,奠奠定定了了定定量量分分析的基础。析的基础。4.1930年,年,工作曲线法工作曲线法的提出使得光谱定量分析的提出使得光谱定量分析 趋于完善。趋于完善。5.1931-1938年,出现了年,出现了直流电弧光源、火花光源直流电弧光源、火花光源 高压交流电弧。高压交流电弧。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分
4、析基本原理原子发射光谱分析基本原理6.1945年,光电直读光谱仪。年,光电直读光谱仪。7.70年代,等离子体光源的出现,多元素同时分年代,等离子体光源的出现,多元素同时分 析,液体试样分析。析,液体试样分析。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理 正正常常状状态态下下,原原子子的的核核外外电电子子一一般般处处在在基基态态运运动动,当当获获取取足足够够的的能能量量后后,就就会会从从基基态态跃跃迁迁到到激激发发态态,处处于于激激发发态态不不稳稳定定(寿寿命命小小于于10-8s),迅迅速速回回到到基基态态时时,就就要要释释放
5、放出出多多余余的的能能量量,若若以以光光的的形式形式释放能量,既得到发射光谱。释放能量,既得到发射光谱。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理二、原子发射光谱的产生原理二、原子发射光谱的产生原理特征辐射特征辐射基态元素基态元素A激发态激发态A*热能、电能热能、电能E激发态寿命小激发态寿命小于于10-8 s吸收吸收发射发射生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理必须明确如下几个问题:必须明确如下几个问题:1.原子外层电子能量分布量子化,原子外层电子
6、能量分布量子化,E不不连续连续,或或不连续不连续-线光谱线光谱。2.同同一一原原子子中中,电电子子能能级级多多,在在不不同同能能级级间间跃跃迁迁,E不不同同,可可发发射射许许多多不不同同或或的的辐辐射射线线-多多谱线谱线。不是任何能级之间都能发生跃迁,跃迁要遵循不是任何能级之间都能发生跃迁,跃迁要遵循“光谱选律光谱选律”。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理3.不不同同元元素素的的原原子子具具有有不不同同的的能能级级构构成成,E不不一一样样,所所以以或或也也不不同同,各各种种元元素素都都有有其其特特征征的光谱线的光谱
7、线-定性分析定性分析。4.元元素素特特征征谱谱线线强强度度与与分分析析试试样样中中该该元元素素的的含含量量有有确确定定的的关关系系,所所以以可可通通过过测测定定谱谱线线的的强强度度确确定定元素在分析试样中的含量元素在分析试样中的含量-定量分析定量分析。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理三、几个基本术语三、几个基本术语1.共共振振线线:原原子子中中外外层层电电子子从从基基态态被被激激发发到到激激发发态态后,由该激发态跃迁回基态所发射出来的辐射线。后,由该激发态跃迁回基态所发射出来的辐射线。2.第第一一共共振振线线:由
8、由最最低低激激发发态态(第第一一激激发发态态)回回基基态态所所发发射射的的辐辐射射线线,通通常常把把第第一一共共振振线线称称为为共共振振线。线。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理3.原原子子线线:由由原原子子外外层层电电子子被被激激发发到到高高能能态态后后跃跃迁迁回回基基态态或或较较低低能能态态所所发发射射的的谱谱线线,在在谱谱线线表表图图中中用罗马字用罗马字“”表示。表示。4.离离子子线线:离离子子也也可可能能被被激激发发,其其外外层层电电子子跃跃迁迁也发射光谱,称为离子线。也发射光谱,称为离子线。:表示一次电离
9、离子发射的谱线;表示一次电离离子发射的谱线;:表示二次电离离子发射的谱线。表示二次电离离子发射的谱线。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理四、四、谱线强度谱线强度 在在高高能能级级Em和和低低能能级级Ek两两能能级级间间跃跃迁迁,谱谱线线强强度可表示为:度可表示为:Nm:高能级上的原子总数:高能级上的原子总数;Amk:两个能级间的跃迁几率;:两个能级间的跃迁几率;h:Plank常数;常数;mk:发射谱线的频率。发射谱线的频率。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原
10、子发射光谱分析基本原理 在在热热力力学学平平衡衡时时,各各能能级级上上原原子子分分布布遵遵守守玻玻耳耳兹曼分布定律兹曼分布定律:基态原子基态原子Ek=E0=0gm、g0:激发态与基态的统计权重;激发态与基态的统计权重;k:玻耳兹曼常数;玻耳兹曼常数;T:激发温度。激发温度。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理-定量分析基础定量分析基础一定条件下,一定条件下,生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理影响谱线强度的因素影响谱线强度的因素:(1 1)
11、内内部部因因素素:谱谱线线的的统统计计全全重重,跃跃迁迁几几率率,激激发发能能等;等;(2 2)外外部部因因素素:主主要要表表现现为为激激发发温温度度。激激发发温温度度越越高高,强强度度越越大大。但但激激发发温温度度高高,又又会会引引起起原原子子的的电电离,影响原子线的强度。离,影响原子线的强度。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理五、谱线的自吸和自蚀五、谱线的自吸和自蚀等离子体:等离子体:以气态形式存在的包含分子、离子、以气态形式存在的包含分子、离子、电子等粒子的整体电中性集合体。电子等粒子的整体电中性集合体。激激
12、发发源源中中的的等等离离子子体体有有一一定定的的体体积积,温温度度及原子浓度在其各部位分布不均匀。及原子浓度在其各部位分布不均匀。中心区域:中心区域:温度高、激发态的原子多;温度高、激发态的原子多;边缘区域:边缘区域:温度低、基态或较低能态的原子较多。温度低、基态或较低能态的原子较多。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理自自吸吸(r):位位于于中中心心的的激激发发态态原原子子发发射射的的辐辐射射被被边边缘缘的的同同种种基基态态原原子子吸吸收收,使使辐辐射射强强度度降降低低的的现现象。象。自自蚀蚀(R):元元素素浓浓
13、度度低低时时,不不出出现现自自吸吸。随随浓浓度度增增加加,自自吸吸越越严严重重,当当浓浓度度达达到到一一定定值值时时,谱谱线线中心完全吸收,如同出现两条线。中心完全吸收,如同出现两条线。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析基本原理 由由于于发发射射谱谱线线的的宽宽度度比比吸吸收收谱谱线线的的宽宽度度,自吸对谱线中心处的强度影响较大。自吸对谱线中心处的强度影响较大。b1:无自吸;:无自吸;b1:自吸增强;:自吸增强;b0:严重自蚀。严重自蚀。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第二节第二节 原子发射光谱仪结构
14、流程原子发射光谱仪结构流程一、结构流程一、结构流程二、光源二、光源三、分光系统三、分光系统四、进样系统四、进样系统五、检测器五、检测器生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第二节第二节 原子发射光谱仪结构流程原子发射光谱仪结构流程激发源激发源(光源光源)单色器单色器检测器检测器数据处理与显示数据处理与显示全谱直读等离子体发射光谱仪全谱直读等离子体发射光谱仪一、结构流程一、结构流程生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第二节第二节 原子发射光谱仪结构流程原子发射光谱仪结构流程原子发射光谱分析的三个主要过程原子发射光谱分析的三个主要过程:1.样品蒸发、原子化,原子激
15、发并产生光辐射;样品蒸发、原子化,原子激发并产生光辐射;2.分光,形成按波长顺序排列的光谱;分光,形成按波长顺序排列的光谱;3.检测光谱中谱线的波长和强度。检测光谱中谱线的波长和强度。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第二节第二节 原子发射光谱仪结构流程原子发射光谱仪结构流程Varian 710-ES全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪(rmb:61万万)生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第二节第二节 原子发射光谱仪结构流程原子发射光谱仪结构流程二、光源二、光源 光光源源的的作作用用:提提供供试试样样蒸蒸发发、原原子子化化和和
16、原原子子激激发所需要的能量。发所需要的能量。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第二节第二节 原子发射光谱仪结构流程原子发射光谱仪结构流程 原子发射光谱常用的激发光源有:原子发射光谱常用的激发光源有:电弧、电火花和火焰、电感耦合高频等离子体等。电弧、电火花和火焰、电感耦合高频等离子体等。(a)适适宜宜固固体体试试样样直直接接分分析析的的光光源源:电电弧弧和和电电火火花花光源;光源;(b)适适宜宜液液体体试试样样分分析析的的光光源源:火火焰焰和和等等离离子子体体光光源。源。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第二节第二节 原子发射光谱仪结构流程原子发射光谱仪结
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