原子发射光谱讲义精选PPT.ppt

《原子发射光谱讲义精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子发射光谱讲义精选PPT.ppt（89页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于原子发射光谱讲义1第1页，讲稿共89张，创作于星期日2第2页，讲稿共89张，创作于星期日3原子光谱与分子光谱比较第3页，讲稿共89张，创作于星期日4根根据据待待测测物物质质的的气气态态原原子子或或离离子子受受激激发发后后所所发发射射的的特特征征光光谱谱的的波波长长及及其其强强度度来来测测定定物物质中元素质中元素组成和含量组成和含量的分析方法。的分析方法。6-1概述概述一、定义一、定义在光学分析法中，该法发展和应用最早在光学分析法中，该法发展和应用最早第4页，讲稿共89张，创作于星期日56-1概述概述二、二、发射光谱分析的基本过程发射光谱分析的基本过程1.1.在激发光源中将被测物质在激发光源

2、中将被测物质蒸发，解离，激发。蒸发，解离，激发。2.由由激激发发态态返返回回低低能能级级态态，辐辐射射出出不不同同特特征征波波长长的的光光，将将被被测测定定物物质质发发射射的的复复合合光光经经分分光装置色散成光谱。光装置色散成光谱。3.3.据据光光谱谱的的谱谱线线位位置置进进行行光光谱谱定定性性分分析析，据据谱线强度进行光谱定量分析。谱线强度进行光谱定量分析。第5页，讲稿共89张，创作于星期日66-1概述概述三三、分类分类1.摄谱分析法摄谱分析法：试样：试样电光源电光源高能态高能态低能态低能态把光分开把光分开2.光电直读法光电直读法：电光源电光源激发，不需经过暗室处理激发，不需经过暗室处理3.

3、火焰光度法火焰光度法：火焰火焰为激发光源（碱金属及个别碱土金属）为激发光源（碱金属及个别碱土金属）分光系统分光系统导入导入感光板感光板映谱仪（定性分析）映谱仪（定性分析）测微光度计（定量分析）测微光度计（定量分析）第6页，讲稿共89张，创作于星期日76-1概述概述优点：优点：1.灵敏度高灵敏度高对大多数金属及部分非金属对大多数金属及部分非金属元素含量低至元素含量低至 gg-1均可测定均可测定2.选择性好选择性好不同的原子产生不同的特征不同的原子产生不同的特征谱线不需分离可同时测定多种元素谱线不需分离可同时测定多种元素3.准确度高准确度高4.试样用量小，测定范围广，可测试样用量小，测定范围广，可

4、测70多种元素多种元素缺点：相对分析法，需要有标准样品对照缺点：相对分析法，需要有标准样品对照四四特点特点7第7页，讲稿共89张，创作于星期日8一、一、原子发射光谱的产生6-2原子发射法的基本原理原子发射法的基本原理在在通通常常情情况况下下，物物质质的的原原子子处处于于基基态态，当当受受到到外外界界能能量量的的作作用用时时,基基态态原原子子被被激激发发到到激激发发态态,同同时时还还能能电电离离并并进进一一步步被被激激发发。激激发发态态的的原原子子或或离离子子不不稳稳定定(寿寿命命小小于于1010-8-8 s)s),按按光光谱谱选选择择定定则则，以以光光辐辐射射形形式式放放出出能能量量，跃跃迁迁

5、到到较较低低能能级级或基态，就产生原子发射光谱。或基态，就产生原子发射光谱。基态基态E*E激发态激发态A基基A*A+h A+A+*A+h 第8页，讲稿共89张，创作于星期日9原原子子发发射射光光谱谱的的波波长长取取决决于于跃跃迁迁前前后后两两能能级级的的能能量量差差，即即E=E高高-E低低=hc/=h=hc 或或=hc/E基态基态E*E激发态激发态不同的元素其原子结构不同，不同的元素其原子结构不同，原子的能级状态不同，电子在原子的能级状态不同，电子在不同能级间跃迁所放出的能量不同能级间跃迁所放出的能量不同，原子发射谱线的波长不不同，原子发射谱线的波长不同。同。第9页，讲稿共89张，创作于星期日

6、10同同一一种种元元素素有有许许多多条条发发射射谱谱线线，最最简简单单的的H已已发发现现谱谱线线54条条，Fe元元素素谱谱线线45千千条条，每每种种元元素素有有特特征征谱谱线线定性分析的依据。定性分析的依据。基态基态E*E激发态激发态第10页，讲稿共89张，创作于星期日11下面介绍几种常见的谱线下面介绍几种常见的谱线1.原子线原子线()()由由原子外层电子原子外层电子受激发发生能受激发发生能级跃迁所产生的谱线叫原子线。以级跃迁所产生的谱线叫原子线。以罗马字母罗马字母表示表示 CaCa（）422.67nm422.67nm为钙的原子线为钙的原子线 原子线有许多条。原子线有许多条。基态激发态E*E第

7、11页，讲稿共89张，创作于星期日122.2.离子线离子线(,)(,)n离子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线。离子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线。n以罗马字母以罗马字母,表示表示n失去一个电子为一级电离，一级电离线失去一个电子为一级电离，一级电离线 n失去二个电子为二级电离，二级电离线失去二个电子为二级电离，二级电离线 n Ca Ca（）396.9 nm396.9 nmn Ca Ca（）376.2 nm376.2 nmnCaCa（）比）比CaCa（）波长短，因它们电子构型不同）波长短，因它们电子构型不同n离子线和原子线都是元素的特征光谱离子线和原子线都是元素的特征光谱称原子光谱称

8、原子光谱第12页，讲稿共89张，创作于星期日13共振线：在所有原子谱线中，共振线：在所有原子谱线中，凡是由各个激发态回到基态所凡是由各个激发态回到基态所发射的谱线。发射的谱线。共振线共振线主共振线主共振线 主共振线：在共振线中，主共振线：在共振线中，从第一激发态跃迁到基从第一激发态跃迁到基 态所发射的谱线。态所发射的谱线。3.3.共振线和主共振线共振线和主共振线第13页，讲稿共89张，创作于星期日14（一）谱线强度表示式（一）谱线强度表示式谱线强度是原子发射光谱定量分析的依据，必须了解谱线强度是原子发射光谱定量分析的依据，必须了解谱线强度与各影响因素之间的关系。谱线强度与各影响因素之间的关系。

9、设设i，j两能级间跃迁所产生的谱线强度两能级间跃迁所产生的谱线强度I Iij表示表示 I Iij=NiAijh ij式中：式中：Ni处于较高激发态原子的密度处于较高激发态原子的密度 Aiji，j两能级间的跃迁概率两能级间的跃迁概率 ij 为发射谱线的频率为发射谱线的频率二、谱线的强度二、谱线的强度ijIij第14页，讲稿共89张，创作于星期日15 当当体体系系在在一一定定温温度度下下达达到到平平衡衡时时，原原子子在在不不同同状状态态的的分分布布也也达达到到平平衡衡，分分配配在在各各激激发发态态和和基基态态的的原原子子密密度度应应遵遵守守波波尔尔兹兹曼曼分分布布规规律律。各各个个状状态态的的原原

10、子子数数由由温温度度 T T 和和激激发能量发能量 E E 决定决定Ni、N0分别为处于分别为处于i能态和基态原子密度能态和基态原子密度gi、g0分别分别i能态和基态的统计权重。能态和基态的统计权重。Ei激发态激发态i能态的激发电位能态的激发电位k波尔兹曼常数（波尔兹曼常数（1.3810-23JK-1）T激发温度激发温度第15页，讲稿共89张，创作于星期日16n将波耳兹曼方程式代入谱线强度公式中将波耳兹曼方程式代入谱线强度公式中 I Iijij=N=Ni i A Aij ij h h ij 原子线离子线都适用原子线离子线都适用此式为谱线强度公式此式为谱线强度公式 从上式看出，谱线强度与激发电位

11、、温度、从上式看出，谱线强度与激发电位、温度、处于基态的粒子数、跃迁概率有关。处于基态的粒子数、跃迁概率有关。第16页，讲稿共89张，创作于星期日17 1.1.激发电位激发电位Ein谱线强度与原子谱线强度与原子(或离子）的激发电位是或离子）的激发电位是负指数关系负指数关系。n当当N N0 0、T T一定时，一定时，激发电位越低，越易激发，谱线强度越大。激发电位越低，越易激发，谱线强度越大。n每一元素的每一元素的主共振线的激发电位最小，强度最强主共振线的激发电位最小，强度最强n每条谱线都对应一个激发电位，反映谱线出现所需的能每条谱线都对应一个激发电位，反映谱线出现所需的能量。量。（二）影响谱线强

12、度的因素（二）影响谱线强度的因素第17页，讲稿共89张，创作于星期日182.温度温度T关系较复杂关系较复杂nT T 既影响原子的既影响原子的激发过程激发过程，又影响原子的，又影响原子的电电离过程离过程n在一定范围内，激发温度升高谱线强度增大，在一定范围内，激发温度升高谱线强度增大，但超过某一温度，温度越高，原子发生电离但超过某一温度，温度越高，原子发生电离的数目越多，原子谱线强度降低，离子线谱的数目越多，原子谱线强度降低，离子线谱线强度升高。线强度升高。n不同元素的不同谱线各有其不同元素的不同谱线各有其最佳激发温度最佳激发温度，激发温度与所使用的光源和工作条件有关。激发温度与所使用的光源和工作

13、条件有关。第18页，讲稿共89张，创作于星期日19第19页，讲稿共89张，创作于星期日203.跃迁概率跃迁概率 A Aijijn谱线强度与跃迁概率成正比谱线强度与跃迁概率成正比n跃迁概率是指两能级间的跃迁在所有可能发跃迁概率是指两能级间的跃迁在所有可能发生的跃迁中的概率。生的跃迁中的概率。ijIij第20页，讲稿共89张，创作于星期日214.统计权重统计权重5.基态原子基态原子n谱线强度与基态原子密度谱线强度与基态原子密度N0成正比成正比IN0n在在一一定定条条件件下下,N0与与试试样样中中元元素素含含量量成成正正比比N0c，谱谱线线强度也与被测定元素含量成正比。强度也与被测定元素含量成正比。

14、IcIc光谱定量分析的基础光谱定量分析的基础谱线强度与统计权重成正比谱线强度与统计权重成正比 g=2J+1 J为原子的内量子数为原子的内量子数 2J+1为能级的简并度为能级的简并度第21页，讲稿共89张，创作于星期日22原子发射光谱法定量分析的基本公式原子发射光谱法定量分析的基本公式在一定条件下，在一定条件下，I与试样中待测元素的浓度成正比，只在浓与试样中待测元素的浓度成正比，只在浓度低时才成立，浓度较大时，将发生自吸现象度低时才成立，浓度较大时，将发生自吸现象罗马金经验公式：罗马金经验公式：I=a c bb：自吸系数；：自吸系数；c低低b1，c高高b 1在激发能、激发温度一定时，上式各项均为

15、常数：在激发能、激发温度一定时，上式各项均为常数：得得I=a clg I=b lg c+lg a *a与谱线性质、实验条件有关的常数与谱线性质、实验条件有关的常数第22页，讲稿共89张，创作于星期日23（三）谱线的自吸与自蚀（三）谱线的自吸与自蚀n在发射光谱中，谱线的辐射是从弧焰中心轴辐射出来的，在发射光谱中，谱线的辐射是从弧焰中心轴辐射出来的，中心部位温度高，边缘处的温度较低，元素的原子或离子中心部位温度高，边缘处的温度较低，元素的原子或离子从光源中心部位辐射被光源边缘基态或较低基态同类原子从光源中心部位辐射被光源边缘基态或较低基态同类原子吸收，使发射谱线减弱吸收，使发射谱线减弱谱线自吸。谱

16、线自吸。谱线的自吸不仅影响谱谱线的自吸不仅影响谱线强度，还影响谱线形状。线强度，还影响谱线形状。第23页，讲稿共89张，创作于星期日24nc小，原子密度小，原子密度低，谱线不呈低，谱线不呈现自吸现象现自吸现象nc，原子密度，原子密度，谱线便产生，谱线便产生自吸现象自吸现象nc大到一定程度，大到一定程度，自吸现象严重，自吸现象严重，谱线从中央一谱线从中央一分为二，称为分为二，称为谱线自蚀。谱线自蚀。无自吸无自吸2.自吸自吸3.自蚀自蚀第24页，讲稿共89张，创作于星期日256-3原子发射光谱仪原子发射光谱仪常用的原子发射光谱仪有：摄谱仪；光电直读仪；火焰常用的原子发射光谱仪有：摄谱仪；光电直读仪

17、；火焰分光光度计分光光度计摄谱仪火焰分光光度计第25页，讲稿共89张，创作于星期日26第26页，讲稿共89张，创作于星期日27第27页，讲稿共89张，创作于星期日286-3原子发射光谱仪原子发射光谱仪一、光源（激发源）一、光源（激发源）n作用作用:为试样的为试样的蒸发、解离、激发蒸发、解离、激发提供能量提供能量n对对光光源源的的要要求求灵灵敏敏度度高高，稳稳定定性性好好，再再现现性性好好，使用范围宽：使用范围宽：n光源影响检出限、精密度和准确度。光源影响检出限、精密度和准确度。光源的类型光源的类型 （1）直流电弧光源）直流电弧光源 （2）低压交流电弧光源）低压交流电弧光源（3）高压火花光源）高

18、压火花光源 （4）电感耦合等离子体光源）电感耦合等离子体光源 (Inductively Coupled Plasma，ICP）第28页，讲稿共89张，创作于星期日291.直流电弧光源直流电弧光源n两个碳电极为阴阳两极，试样装在阳两个碳电极为阴阳两极，试样装在阳极的孔穴中，电弧被引燃后，极的孔穴中，电弧被引燃后，阴极产阴极产生的电子不断轰击阳极生的电子不断轰击阳极，使阳极表面，使阳极表面形成炽热的形成炽热的阳极斑阳极斑，阳极头温度高达，阳极头温度高达3800K，有利于试样的，有利于试样的蒸发、解离。蒸发、解离。n气态原子、离子与其它粒子碰撞激发，气态原子、离子与其它粒子碰撞激发，产生原子、离子的

19、发射光谱。产生原子、离子的发射光谱。阳阳阴阴第29页，讲稿共89张，创作于星期日30 直流电弧光源电极头温度高，有利于直流电弧光源电极头温度高，有利于试样的蒸试样的蒸发；适用于难挥发物质的定性分析；发；适用于难挥发物质的定性分析；弧焰温度高，一般达弧焰温度高，一般达40007000K，激发能力，激发能力强，分析绝对灵敏度高；强，分析绝对灵敏度高；稳定性差，重现性不好；稳定性差，重现性不好；不适于高含量定量分不适于高含量定量分析；析；适用于矿物、难挥发试样的定性、半定量及适用于矿物、难挥发试样的定性、半定量及痕量组分分析。痕量组分分析。特点特点阳阳阴阴第30页，讲稿共89张，创作于星期日312.

20、低压交流电弧光源低压交流电弧光源n交流电弧具有与直流电弧相似的放电性质交流电弧具有与直流电弧相似的放电性质特点：特点：（1）每交流半周点弧一次，阴极或阳极亮斑不固定在某）每交流半周点弧一次，阴极或阳极亮斑不固定在某一局部，因此，一局部，因此，试样蒸发均匀试样蒸发均匀重现性好；重现性好；（2）电极头的温度比直流电弧阳极低，试样蒸发能力差，）电极头的温度比直流电弧阳极低，试样蒸发能力差，分析绝对灵敏度低；分析绝对灵敏度低；（3）弧焰温度高，可达）弧焰温度高，可达40008000K，激发能力强，激发能力强，适用于难激发元素；适用于难激发元素；（4）光源稳定性好、再现性好及精密度高，）光源稳定性好、再

21、现性好及精密度高，适用于金属、适用于金属、合金中低含量元素的定量分析；合金中低含量元素的定量分析；第31页，讲稿共89张，创作于星期日323.高压火花光源高压火花光源n特点：特点：（1）分析间隙电流密度高，弧焰温度瞬间可达）分析间隙电流密度高，弧焰温度瞬间可达10000K，适用于难激发元素的定量分析；适用于难激发元素的定量分析；（2）电极温度低，蒸发能力差，）电极温度低，蒸发能力差，适用于低熔点金属和合适用于低熔点金属和合金的定量分析；金的定量分析；（3）光源背景大，绝对灵敏度低，不适于分析微量和痕）光源背景大，绝对灵敏度低，不适于分析微量和痕量元素，量元素，适用于高含量的组分分析。适用于高含

22、量的组分分析。第32页，讲稿共89张，创作于星期日334.电感耦合等离子体光源电感耦合等离子体光源ICP光源光源n利用利用高频电感耦合高频电感耦合的方法产生等离子体放电的一种装置。的方法产生等离子体放电的一种装置。由以下几部分组成：由以下几部分组成：高频发生器，炬管，感应圈，供高频发生器，炬管，感应圈，供气系统和试样引入系统。气系统和试样引入系统。n高频发生器高频发生器作用是产生高频电流作用是产生高频电流ICP炬管炬管由三层同心石英管组由三层同心石英管组成：成：外层管外层管内引入内引入Ar气气作为等离子体工作作为等离子体工作气或冷却气；气或冷却气；中间管中间管内通入内通入Ar气气为辅助气；为辅

23、助气；内管内管又称喷管又称喷管，Ar气气为载气，将试为载气，将试样气溶胶引入到样气溶胶引入到ICP炬中。炬中。第33页，讲稿共89张，创作于星期日34 石英管外绕石英管外绕高频感应线圈高频感应线圈,用高频火花引燃，用高频火花引燃，Ar气气被电离，相互碰撞，更多的工作气体电离，形成被电离，相互碰撞，更多的工作气体电离，形成等等离子体离子体，当这些带电，当这些带电离子达到足够的导电率时，会离子达到足够的导电率时，会产生强大的感应电流，瞬间将产生强大的感应电流，瞬间将气体加热到气体加热到10000K高温。高温。试液被雾化后由载气带入等离试液被雾化后由载气带入等离子体内，试液被子体内，试液被蒸发、解离

24、、蒸发、解离、电离和激发，电离和激发，产生原子发射光产生原子发射光谱。谱。第34页，讲稿共89张，创作于星期日351.1.激激发发温温度度高高 一一般般在在5000-8000K5000-8000K，有有利利于于难难激发元素的激发。可测定激发元素的激发。可测定7070多种元素。多种元素。2.2.原原子子化化完完全全 化化学学干干扰扰少少，对对于于各各种种元元素素都都有很高的灵敏度和很低的检出限。有很高的灵敏度和很低的检出限。3.ICP3.ICP炬炬放放电电的的稳稳定定性性很很好好 分分析析的的精精密密度度高高，相对标准偏差在相对标准偏差在1%1%左右。左右。4.ICP4.ICP光光源源自自吸吸和

25、和自自蚀蚀效效应应小小 标标准准曲曲线线的的线线性性范范围围宽宽，可可达达4646个个数数量量级级，既既可可测测定定试试样样中的痕量组分元素，又可测定主分元素。中的痕量组分元素，又可测定主分元素。ICPICP光源具有以下突出的优点：光源具有以下突出的优点：第35页，讲稿共89张，创作于星期日36 各种光源性质比较各种光源性质比较第36页，讲稿共89张，创作于星期日37二二.光学系统光学系统n将试样中待测元素的激发态原子或离子所发射的将试样中待测元素的激发态原子或离子所发射的特征光色散分开，按波长顺序排列光谱。特征光色散分开，按波长顺序排列光谱。n常用的分光元件为常用的分光元件为棱镜和光栅棱镜和

26、光栅两类两类（一）棱镜：（一）棱镜：不同波长的光在同一介质中具有不同不同波长的光在同一介质中具有不同的折射率的折射率 n 波长越长，折射率越小波长越长，折射率越小，复合光通过棱镜时，不同波，复合光通过棱镜时，不同波长的光就会因长的光就会因折射率不同而分开。折射率不同而分开。棱镜是利用棱镜是利用光的折光的折射原理射原理进行分光的。进行分光的。棱镜可用棱镜可用玻璃、石英、岩盐玻璃、石英、岩盐等材料制成等材料制成第37页，讲稿共89张，创作于星期日38（二）光栅（二）光栅n利用光在光栅上产生利用光在光栅上产生衍射和干涉衍射和干涉来分光来分光n在光学玻璃或金属高抛光表面上，准确地刻制出许在光学玻璃或金

27、属高抛光表面上，准确地刻制出许多多等宽、等距、平行等宽、等距、平行刻痕刻痕n常用的光栅为平面反射光栅，常用的光栅刻痕密度常用的光栅为平面反射光栅，常用的光栅刻痕密度为为12001200条条/mm/mm，18001800条条/mm/mm或或24002400条条/mm/mm第38页，讲稿共89张，创作于星期日391.光栅的色散原理（光栅的色散原理（p79 自学）自学）光栅的分光作用是光在刻痕小反射面光栅的分光作用是光在刻痕小反射面上的上的衍射和干涉作用形成的。衍射和干涉作用形成的。第39页，讲稿共89张，创作于星期日402.光栅光谱仪的光学特性光栅光谱仪的光学特性常用常用色散率、分辨率和闪耀波长色

28、散率、分辨率和闪耀波长来表示来表示(1)色散率色散率表示不同波长的光谱线色散开的能力表示不同波长的光谱线色散开的能力n线色散率线色散率dl/d:表示单位波长差的两条谱线在焦平面上表示单位波长差的两条谱线在焦平面上分开的距离分开的距离单位单位:mm/nm多数情况下多数情况下,衍射角较小衍射角较小(8),因此因此cos=1K光谱级次，光谱级次，f 物镜焦距，物镜焦距，d光栅常数（相邻两刻痕间的光栅常数（相邻两刻痕间的距离），距离），dl/d 越大，仪器色越大，仪器色散能力越强。散能力越强。第40页，讲稿共89张，创作于星期日41n实际工作中常用实际工作中常用倒线色散率倒线色散率表示表示线色散率线色

29、散率它们与光栅常数它们与光栅常数d,光谱级次光谱级次K,物镜焦距物镜焦距f有关有关,与波与波长基本无关。长基本无关。光栅常数光栅常数d 越小越小,光谱级次光谱级次K越大越大,物镜焦距物镜焦距f 越大越大,倒线色散率越小倒线色散率越小,线色散率越大线色散率越大,仪器的分辨能力仪器的分辨能力越强。越强。第41页，讲稿共89张，创作于星期日42(2)光栅的理论分辨率光栅的理论分辨率n光谱仪的分辨率光谱仪的分辨率R：分辨清楚两条相邻光谱线的能力分辨清楚两条相邻光谱线的能力n分辨率等于光栅刻线总数分辨率等于光栅刻线总数N与光谱级次的乘积与光谱级次的乘积 两条相邻谱两条相邻谱线的平均波长线的平均波长 为波

30、长差为波长差l 为光栅长度为光栅长度b 为刻痕密度为刻痕密度第42页，讲稿共89张，创作于星期日43n增大增大K N 或或 l b，可提高分辨率，可提高分辨率n通常采用一级、二级光谱级次通常采用一级、二级光谱级次n采用大块光栅来增加总刻痕数采用大块光栅来增加总刻痕数n光谱仪的实际分辨率一般仅为理论光谱仪的实际分辨率一般仅为理论分辨率的分辨率的7080%。第43页，讲稿共89张，创作于星期日443.光谱重叠及消除光谱重叠及消除n在光栅光谱中，各级光谱之间在光栅光谱中，各级光谱之间出现部分光谱出现部分光谱重叠，重叠，造成干扰。造成干扰。n光谱干扰可利用光谱干扰可利用滤光片等滤光片等方法消除。方法消

31、除。第44页，讲稿共89张，创作于星期日45 分光原理不同，分光原理不同，折射和衍射折射和衍射。光栅具有较高的色散与分辨能力光栅具有较高的色散与分辨能力,使用的使用的波长范围宽波长范围宽,谱线按波长均匀排列；棱镜的谱线按波长均匀排列；棱镜的波长不均匀排列。波长不均匀排列。光栅的谱级重叠，有干扰，要考虑消除；光栅的谱级重叠，有干扰，要考虑消除；而棱镜不存在这种情况。而棱镜不存在这种情况。两种分光器的比较两种分光器的比较第45页，讲稿共89张，创作于星期日46三、三、检测系统检测系统n将原子的发射光谱记录或检测下来将原子的发射光谱记录或检测下来n常用的检测方法有：常用的检测方法有：摄谱法和光电直读

32、法摄谱法和光电直读法第46页，讲稿共89张，创作于星期日47（一）摄谱法（一）摄谱法n把经过分光系统分光后得到的光照在感光板上，感光板感光、把经过分光系统分光后得到的光照在感光板上，感光板感光、显影、定影、得到许多显影、定影、得到许多距离不等、黑度不同距离不等、黑度不同的光谱线。的光谱线。n在映谱仪上观察谱线的位置及大致强度，进行在映谱仪上观察谱线的位置及大致强度，进行光谱定性、光谱定性、半定量分析。半定量分析。n在测微光度计上测量谱线强度进行在测微光度计上测量谱线强度进行光谱定量分析。光谱定量分析。摄谱步骤摄谱步骤 A A安装感光板在摄谱仪的焦面上。安装感光板在摄谱仪的焦面上。B B激发试样

33、，产生光谱而感光。激发试样，产生光谱而感光。C C显影，定影，制成谱板。显影，定影，制成谱板。D D测量黑度，计算分析结果。测量黑度，计算分析结果。第47页，讲稿共89张，创作于星期日48（1 1）感光板与谱线黑度）感光板与谱线黑度n感光板受光变黑程度常用黑度感光板受光变黑程度常用黑度S表示表示主要取决主要取决于曝光量于曝光量H，曝光量与感光时间，曝光量与感光时间t与光的强度与光的强度I I的乘的乘积成正比积成正比 H Itn受光强度越大，曝光时间越长，则黑度越大。受光强度越大，曝光时间越长，则黑度越大。第48页，讲稿共89张，创作于星期日49 谱线黑度谱线黑度S一般用测微光度计进行测量一般用

34、测微光度计进行测量 未感光部分的透光强度未感光部分的透光强度受光变黑部分的透光强度受光变黑部分的透光强度谱线的黑度谱线的黑度S与照射在感光板上的曝与照射在感光板上的曝光量光量H有关，关系复杂，用乳剂特性曲有关，关系复杂，用乳剂特性曲线描述。线描述。i ii i0I I0（2 2）乳剂特性曲线）乳剂特性曲线第49页，讲稿共89张，创作于星期日50n以黑度以黑度S为纵坐标，曝光量为纵坐标，曝光量H的对数为横坐标得曲线。的对数为横坐标得曲线。BC为直线部分，为直线部分，S与与lg H成正比，线性部分，可进行成正比，线性部分，可进行定量分析定量分析 用直线方程表示：用直线方程表示：S=（lg H-lg

35、 H i）线性部分斜率，称为乳线性部分斜率，称为乳剂的剂的反衬度反衬度，表示乳剂在曝，表示乳剂在曝光量改变时黑度变化的快慢。光量改变时黑度变化的快慢。曝光过量曝光过量C D曝光正常曝光正常曝光不足曝光不足A Blg H i lg H 乳剂特性曲线乳剂特性曲线S lgH i 线性部分在横轴上线性部分在横轴上的截矩的截矩,H i 称惰延量称惰延量,表示表示感光板的灵敏度。感光板的灵敏度。第50页，讲稿共89张，创作于星期日51 ，H Hi i是感光板的重要特性是感光板的重要特性对一定乳剂，对一定乳剂，lgHi为常数，用常数为常数，用常数i表示表示S=(lgH-lgHi）=lgH-lgHiS=lgI

36、t-i谱线黑度谱线黑度S与谱线强度的关系式与谱线强度的关系式曝光量H I t第51页，讲稿共89张，创作于星期日52摄谱法的优点摄谱法的优点n 可同时记录整个波长范围的谱线可同时记录整个波长范围的谱线n 分辨能力强分辨能力强n 可用增加曝光时间的方法来增加谱线的黑度可用增加曝光时间的方法来增加谱线的黑度 摄谱法的缺点摄谱法的缺点操作繁琐，检测速度慢操作繁琐，检测速度慢8第52页，讲稿共89张，创作于星期日53（二）光电检测系统（二）光电检测系统利用利用光电倍增管光电倍增管把代表谱线强度的光信号转化成电把代表谱线强度的光信号转化成电信号，把电信号转换为数字显示出来。信号，把电信号转换为数字显示出

37、来。优点：准确度较高（相对标准偏差为优点：准确度较高（相对标准偏差为1%1%）；检测速）；检测速 度快，线性响应范围宽度快，线性响应范围宽缺点：定性较困难，测定受限制。价格昂贵缺点：定性较困难，测定受限制。价格昂贵当积分时间当积分时间t一定时，积分充电器的充电电压一定时，积分充电器的充电电压U与谱线与谱线强度强度I成正比：成正比：U=kIt 第53页，讲稿共89张，创作于星期日54四、仪器类型四、仪器类型（一）摄谱仪（一）摄谱仪第54页，讲稿共89张，创作于星期日55（二）光电直读光谱仪（二）光电直读光谱仪第55页，讲稿共89张，创作于星期日56（三）（三）火焰分光光度计火焰分光光度计第56页

38、，讲稿共89张，创作于星期日57（三）（三）火焰分光光度计火焰分光光度计第57页，讲稿共89张，创作于星期日58仪器装置仪器装置火焰光度法分析示意图火焰光度法分析示意图1.光源系统光源系统2.光学系统光学系统3.检测系统检测系统 光光源源：包包括括喷喷雾雾器器、雾雾化化室室和和喷喷灯灯。试试液液经经喷喷雾雾器器分分散散在在压压缩缩空空气气中中成成为为雾雾，然然后后与与可可燃燃气气体体混混合合，在在喷喷灯灯上上燃燃烧烧，待待测测组组分分被被激激发发发发射谱线。射谱线。光光学学系系统统：包包括括滤滤光光片片、光光栅栅等等，目目的的在在于于分分离离不不需需要要的的谱谱线，让被测元素灵敏线通过。线，让

39、被测元素灵敏线通过。检检测测系系统统：光光电电池池(或或光光电电管管)和检流计。和检流计。8第58页，讲稿共89张，创作于星期日596-4光谱定性及定量分析光谱定性及定量分析一光谱定性分析一光谱定性分析n原子发射光谱法是理想的、快速的定性分原子发射光谱法是理想的、快速的定性分析方法，可测析方法，可测70多种元素。多种元素。（一）光谱定性分析的原理（一）光谱定性分析的原理n各各种种元元素素的的原原子子结结构构不不同同，在在激激发发光光源源的的作用下，得到的特征光谱不同。作用下，得到的特征光谱不同。n在在元元素素光光谱谱定定性性分分析析时时，并并不不要要求求对对元元素素的的每每条条谱谱线线都都进进

40、行行鉴鉴别别，一一般般只只要要在在试试样样光光谱谱找找出出待待测测元元素素的的2-3条条元元素素的的灵灵敏敏线线，就可以确定试样中存在该元素。就可以确定试样中存在该元素。第59页，讲稿共89张，创作于星期日60灵敏线灵敏线n灵敏线灵敏线有一定强度有一定强度,能标记某元素存在的特征谱线能标记某元素存在的特征谱线 （最易激发或激发能较低的谱线（最易激发或激发能较低的谱线主共振线）主共振线）n主共振线的激发能越低，产生的谱线波长越长，灵敏主共振线的激发能越低，产生的谱线波长越长，灵敏 线大都在长波区线大都在长波区可见、近红外区，如：碱金属可见、近红外区，如：碱金属n主共振线的激发能越高，产生的谱线波

41、长越短，灵主共振线的激发能越高，产生的谱线波长越短，灵 敏线大都在远紫外区，如：非金属及惰性金属敏线大都在远紫外区，如：非金属及惰性金属n主共振线的激发能中等，产生的谱线在中波区主共振线的激发能中等，产生的谱线在中波区近近 紫外、可见区大部分金属及部分非金属。紫外、可见区大部分金属及部分非金属。第60页，讲稿共89张，创作于星期日61最后线最后线n当元素浓度稀释到一定程度时，坚持到最后当元素浓度稀释到一定程度时，坚持到最后的谱线。的谱线。n谱线强度与试样中元素的含量有关，当元素谱线强度与试样中元素的含量有关，当元素的含量减少时，其谱线数目亦相应减少，随的含量减少时，其谱线数目亦相应减少，随着元

42、素含量减少而最后消失的谱线称为该元着元素含量减少而最后消失的谱线称为该元素的最后线。素的最后线。n最后线往往就是元素的灵敏线，即元素的主最后线往往就是元素的灵敏线，即元素的主共振线。但是，当试样中元素含量较高时，共振线。但是，当试样中元素含量较高时，由于产生谱线自吸现象，元素的最后线往往由于产生谱线自吸现象，元素的最后线往往不是最灵敏线。不是最灵敏线。第61页，讲稿共89张，创作于星期日62对每一元素，通常选择对每一元素，通常选择23条灵敏线或最后条灵敏线或最后线来进行定性分析、定量分析，这种谱线线来进行定性分析、定量分析，这种谱线称为分析线。称为分析线。元素的分析线应该具备以下基本条件元素的

43、分析线应该具备以下基本条件:(1)元素的灵敏线元素的灵敏线(2)元素的特征线组；元素的特征线组；(3)无自吸的共振线；无自吸的共振线；(4)不应与其它干扰谱线重叠。不应与其它干扰谱线重叠。分析线分析线第62页，讲稿共89张，创作于星期日63（二）（二）光谱定性分析的方法光谱定性分析的方法n原子发射光谱定性分析一般采用摄谱法。原子发射光谱定性分析一般采用摄谱法。n按按照照分分析析目目的的和和要要求求不不同同，可可分分为为指指定定元元素分析和全部组分元素分析两种。素分析和全部组分元素分析两种。n目前确认谱线最常用的方法有目前确认谱线最常用的方法有标准试样光谱比较法标准试样光谱比较法标准光谱图比较法

44、标准光谱图比较法第63页，讲稿共89张，创作于星期日64（二）光谱定性分析的方法1 1标准试样光谱比较法标准试样光谱比较法 如果只定性分析如果只定性分析少数几种指定元素少数几种指定元素，同时这几种元，同时这几种元素的纯物质又比较容易得到时，采用该方法识谱比较方便。素的纯物质又比较容易得到时，采用该方法识谱比较方便。样品（指定元素）样品（指定元素）纯物质（指定元素）纯物质（指定元素）在相同条件下在相同条件下只适合于少数指定元素的定性分析只适合于少数指定元素的定性分析,即判断样品中是否即判断样品中是否含有某种或某几种指定元素时含有某种或某几种指定元素时,可用此种方法。可用此种方法。在映谱仪上对谱线

45、进行比较，如果试样光谱中有谱线与纯在映谱仪上对谱线进行比较，如果试样光谱中有谱线与纯物质光谱波长在相同位置，则说明试样中存在这些元素。物质光谱波长在相同位置，则说明试样中存在这些元素。第64页，讲稿共89张，创作于星期日652.2.标准光谱图比较法标准光谱图比较法铁光谱比较法铁光谱比较法 铁铁的的光光谱谱线线较较多多，4 4 5 5千千条条，波波长长分分布布范范围围较较宽宽210660nm210660nm 之之间间，每每条条谱谱线线的的波波长长都都已已精精确确测测定定，通通过过把把铁铁光光谱谱当当作作一一把把标标尺尺，在在放放大大20倍倍的的纯纯铁铁光光谱谱图图上上方方准准确确标标示示出出68

46、种种元元素素的的灵灵敏敏线线按按波波长长的的位位置置、相相对对强强度度原原子子线线、离离子子线线。制制成成“元素标准光谱图元素标准光谱图”铁光谱图铁光谱图：第65页，讲稿共89张，创作于星期日6611nm标准光谱图标准光谱图第66页，讲稿共89张，创作于星期日67样品样品纯铁样纯铁样在相同条件下在相同条件下定性分析时定性分析时样品光谱样品光谱铁光谱铁光谱 把摄得的谱板在映谱仪上放大把摄得的谱板在映谱仪上放大20倍，使纯铁光谱与标倍，使纯铁光谱与标准铁光谱图对齐，看样品光谱上的谱线与哪个元素的谱线准铁光谱图对齐，看样品光谱上的谱线与哪个元素的谱线重合，则可认为可能存在该元素。重合，则可认为可能存

47、在该元素。此法可同时进行多种元素的定性分析。此法可同时进行多种元素的定性分析。对对于于光光谱谱定定性性分分析析，除除了了要要给给出出试试样样中中存存在在哪哪些些元元素素外外，还还应应据据谱谱线线的的强强弱弱来来判判断断那那些些元元素素是是主主要要成成分分，那那些些元素为微量成分。元素为微量成分。第67页，讲稿共89张，创作于星期日68（三）光谱定性分析工作条件的选择（三）光谱定性分析工作条件的选择1光谱仪光谱仪一一般般选选用用色色散散率率较较大大的的中中型型摄摄谱谱仪仪。对对光光谱谱线线复复杂杂、谱谱线线干干扰扰严严重重的的可可采采用用色色散散率率大的大型摄谱仪。大的大型摄谱仪。2激发光源激发

48、光源n根据试样和分析目的选择激发光源；根据试样和分析目的选择激发光源；n根根据据待待测测物物质质和和基基体体成成分分选选择择合合适适的的电电流流强强度，一般在度，一般在520A。第68页，讲稿共89张，创作于星期日693感光板及曝光时间的选择感光板及曝光时间的选择n定性分析定性分析一般采用灵敏度高的感光板。一般采用灵敏度高的感光板。n曝光时间适当曝光时间适当4.狭缝狭缝n为了减少谱线的重叠干扰和提高分辨率，为了减少谱线的重叠干扰和提高分辨率，摄谱时狭缝宜小一些。摄谱时狭缝宜小一些。第69页，讲稿共89张，创作于星期日70二、光谱半定量分析二、光谱半定量分析n在实际工作中需对试样中组成元素的含量

49、作在实际工作中需对试样中组成元素的含量作粗略估计粗略估计。在。在钢材、合金的分类，矿石品级的评定钢材、合金的分类，矿石品级的评定以及在光谱定性分以及在光谱定性分析中，除需要给出试样中存在那些元素外，还需要析中，除需要给出试样中存在那些元素外，还需要给出给出元素的大致含量元素的大致含量。这时可用半定量分析法快速。这时可用半定量分析法快速、简便简便的解决问题。的解决问题。n半定量分析法的准确度较差。半定量分析法的准确度较差。n光谱半定量分析的依据是：光谱半定量分析的依据是：谱线的强度和谱线的出现情况谱线的强度和谱线的出现情况与元素含量有关。与元素含量有关。n常用的半定量分析法：常用的半定量分析法：

50、谱线黑度比较法谱线黑度比较法n谱线呈现法谱线呈现法 第70页，讲稿共89张，创作于星期日71（一）谱线黑度比较法（一）谱线黑度比较法n在在映映谱谱仪仪上上用用目目视视法法直直接接比比较较试试样样和和标标样样光光谱谱中中元元素素分分析析线线的的黑黑度度，从从而而估估计计试试样样中中待待测测元元素素的的含含量量。若若与与某某标标样样黑黑度度相相当当，表表明明待待测测元元素素与与此此标标样样的的含含量量近似。近似。n该该法法的的准准确确度度取取决决于于被被测测试试样样与与标标样样基基体组成的相似程度。体组成的相似程度。试样试样标准系列或标样标准系列或标样在相同条件下在相同条件下第71页，讲稿共89张