仪器分析光学部分PPT讲稿.ppt

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1、仪器分析光学部分第1页，共20页，编辑于2022年，星期四2.摄谱仪由哪几部分构成？各组成部件的主要作用是什么？摄谱仪由哪几部分构成？各组成部件的主要作用是什么？解：摄谱仪是用来观察光源的光谱的仪器，主要由照明系统、准光系解：摄谱仪是用来观察光源的光谱的仪器，主要由照明系统、准光系统、色散系统及投影系统构成。统、色散系统及投影系统构成。照明系统的作用是将光源产生的光均匀地照明于狭缝上。照明系统的作用是将光源产生的光均匀地照明于狭缝上。准光系统的作用是将通过狭缝的光源辐射经过准光镜变成平行光束照射准光系统的作用是将通过狭缝的光源辐射经过准光镜变成平行光束照射在分光系统（色散系统上）。在分光系统（

2、色散系统上）。色散系统为棱镜或光栅，其作用是将光源产生的光分开，成为分立的色散系统为棱镜或光栅，其作用是将光源产生的光分开，成为分立的谱线。谱线。投影系统的作用是将摄得的谱片进行放大，并投影在屏上以便观察。投影系统的作用是将摄得的谱片进行放大，并投影在屏上以便观察。在定量分析时还需要有观测谱线黑度的黑度计及测量谱线间距的比长在定量分析时还需要有观测谱线黑度的黑度计及测量谱线间距的比长仪。仪。第2页，共20页，编辑于2022年，星期四3.简述简述ICP的形成原理及其特点。的形成原理及其特点。解：解：ICP是利用高频加热原理。是利用高频加热原理。当在感应线圈上施加高频电场时，由于某种原因（如电火花

3、等）当在感应线圈上施加高频电场时，由于某种原因（如电火花等）在等离子体工作气体中部分电离产生的带电粒子在高频交变电磁在等离子体工作气体中部分电离产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，形成雪崩式放电，电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭形成雪崩式放电，电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同合环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合，这种高频感应电流产生的高温相当于初级线圈的感应线圈耦合，这种高

4、频感应电流产生的高温又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰矩。体焰矩。其特点如下：其特点如下：第3页，共20页，编辑于2022年，星期四（1）工作温度高、同时工作气体为惰性气体，因此原子化条件良好，）工作温度高、同时工作气体为惰性气体，因此原子化条件良好，有利于难熔化合物的分解及元素的激发，对大多数元素有很高的灵有利于难熔化合物的分解及元素的激发，对大多数元素有很高的灵敏度。敏度。（2）由于趋肤效应的存在，稳定性高，自吸现象小，测定的线性范围）由于趋肤效应的存在，稳定性高，自吸现象小，测定的线性范围宽。宽。（3）由于

5、电子密度高，所以碱金属的电离引起的干扰较小。）由于电子密度高，所以碱金属的电离引起的干扰较小。（4）ICP属无极放电，不存在电极污染现象。属无极放电，不存在电极污染现象。（5）ICP的载气流速较低，有利于试样在中央通道中充分激发，而且的载气流速较低，有利于试样在中央通道中充分激发，而且耗样量也较少。耗样量也较少。（6）采用惰性气体作工作气体，因而光谱背景干扰少。）采用惰性气体作工作气体，因而光谱背景干扰少。第4页，共20页，编辑于2022年，星期四4.何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线，它们之间有何联系？何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线，它们之间有何联系？解：由激发态向基态跃迁所

6、发射的谱线称为解：由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线共振线(resonance line)。共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。灵敏线灵敏线(sensitive line)是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振线振线(resonance line)。最后线最后线(last line)是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。它也是该元素的最灵敏线。察到的几条谱线。它也是该元素的最灵敏线。进

7、行分析时所使用的谱线称为进行分析时所使用的谱线称为 分析线分析线(analytical line)。由于共振线是最强的谱线，所以在没有其它谱线干扰的情况下，通常选择由于共振线是最强的谱线，所以在没有其它谱线干扰的情况下，通常选择共振线作为分析线。共振线作为分析线。第5页，共20页，编辑于2022年，星期四5.光谱定性分析的基本原理是什么？进行光谱定性分析时可以有光谱定性分析的基本原理是什么？进行光谱定性分析时可以有哪几种方法？说明各个方法的基本原理和使用场合。哪几种方法？说明各个方法的基本原理和使用场合。解：由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发下，可以产生各自解：由于各种元素的原子结构不同

8、，在光源的激发下，可以产生各自的特征谱线，其波长是由每种元素的原子性质决定的，具有特征性和的特征谱线，其波长是由每种元素的原子性质决定的，具有特征性和唯一性，因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素唯一性，因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在，这就是光谱定性分析的基础。是否存在，这就是光谱定性分析的基础。进行光谱定性分析有以下三种方法：进行光谱定性分析有以下三种方法：（1）比较法。）比较法。将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。若两者谱线出现在同感光板

9、上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。本方法简单易行，但一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。本方法简单易行，但只适用于试样中指定组分的定性。只适用于试样中指定组分的定性。第6页，共20页，编辑于2022年，星期四（2）对于复杂组分及其光谱定性全分析，需要用铁的光谱进行）对于复杂组分及其光谱定性全分析，需要用铁的光谱进行比较。比较。采用铁的光谱作为波长的标尺，来判断其他元素的谱线。采用铁的光谱作为波长的标尺，来判断其他元素的谱线。（3）当上述两种方法均无法确定未知试样中某些谱线属于何种元素）当上述两种方法均无法确定未知试

10、样中某些谱线属于何种元素时，可以采用波长比较法。即准确测出该谱线的波长，然后从元素时，可以采用波长比较法。即准确测出该谱线的波长，然后从元素的波长表中查出未知谱线相对应的元素进行定性。的波长表中查出未知谱线相对应的元素进行定性。第7页，共20页，编辑于2022年，星期四6.结合实验说明进行光谱定性分析的过程。结合实验说明进行光谱定性分析的过程。解：光谱定性分析包括试样处理、摄谱、检查谱线等几个基本解：光谱定性分析包括试样处理、摄谱、检查谱线等几个基本过程。过程。第8页，共20页，编辑于2022年，星期四7.光谱定性分析摄谱时，为什么要使用哈特曼光阑？为什么要同时摄光谱定性分析摄谱时，为什么要使

11、用哈特曼光阑？为什么要同时摄取铁光谱？取铁光谱？解：使用哈特曼光阑是为了在摄谱时避免由于感光板移动带来的机械误解：使用哈特曼光阑是为了在摄谱时避免由于感光板移动带来的机械误差，从而造成分析时摄取的铁谱与试样光谱的波长位置不一致。差，从而造成分析时摄取的铁谱与试样光谱的波长位置不一致。摄取铁光谱是由于铁的光谱谱线较多，而且每条谱线的波长都已经精确摄取铁光谱是由于铁的光谱谱线较多，而且每条谱线的波长都已经精确测定，并载于谱线表内，因此可以用铁个谱线作为波长的标尺，进而确测定，并载于谱线表内，因此可以用铁个谱线作为波长的标尺，进而确定其它元素的谱线位置。定其它元素的谱线位置。第9页，共20页，编辑于

12、2022年，星期四8.光谱定量分析的依据是什么？为什么要采用内标？简述内标法光谱定量分析的依据是什么？为什么要采用内标？简述内标法的原理。内标元素和分析线对应具备哪些条件？为什么？的原理。内标元素和分析线对应具备哪些条件？为什么？解：在光谱定量分析中，元素谱线的强度解：在光谱定量分析中，元素谱线的强度I与该元素在试样中的浓度与该元素在试样中的浓度C呈下述关系：呈下述关系：I=aCb在一定条件下，在一定条件下，a,b为常数，因此为常数，因此 log I=b logC +loga亦即谱线强度的对数与浓度对数呈线性关系，这就是光谱定量分亦即谱线强度的对数与浓度对数呈线性关系，这就是光谱定量分析的依据

13、。析的依据。第10页，共20页，编辑于2022年，星期四在光谱定量分析时，由于在光谱定量分析时，由于a,b随被测元素的含量及实验条件（如蒸发、随被测元素的含量及实验条件（如蒸发、激发条件，取样量，感光板特性及显影条件等）的变化而变化，而且激发条件，取样量，感光板特性及显影条件等）的变化而变化，而且这种变化往往很难避免，因此要根据谱线强度的绝对值进行定量常常这种变化往往很难避免，因此要根据谱线强度的绝对值进行定量常常难以得到准确结果。所以常采用内标法消除工作条件的变化对测定结难以得到准确结果。所以常采用内标法消除工作条件的变化对测定结果的影响。果的影响。用内标法进行测定时，是在被测元素的谱线中选

14、择一条谱线作为分析用内标法进行测定时，是在被测元素的谱线中选择一条谱线作为分析线，在基体元素（或定量加入的其它元素）的谱线中选择一条与分析线，在基体元素（或定量加入的其它元素）的谱线中选择一条与分析线均称的谱线作为内标线，组成分析线对，利用分析线与内标线绝对线均称的谱线作为内标线，组成分析线对，利用分析线与内标线绝对强度的比值及相对强度来进行定量分析。这时存在如下的基本关系：强度的比值及相对强度来进行定量分析。这时存在如下的基本关系：logR=log(I1/I2)=b1logC+logA其中其中A=a1/I2第11页，共20页，编辑于2022年，星期四内标元素和分析线对应具备的条件内标元素和分

15、析线对应具备的条件内标元素与被测元素在光源作用下应有相近的蒸发性质；内标元素与被测元素在光源作用下应有相近的蒸发性质；内标元素若是外加的，必须是试样中不含或含量极少可以忽内标元素若是外加的，必须是试样中不含或含量极少可以忽略的。略的。分析线对选择需匹配；分析线对选择需匹配；两条原子线或两条离子线两条原子线或两条离子线,两条谱线的强度不宜相差过大。两条谱线的强度不宜相差过大。分析线对两条谱线的激发电位相近。分析线对两条谱线的激发电位相近。若内标元素与被测元素的电离电位相近，分析线对激发电位也相若内标元素与被测元素的电离电位相近，分析线对激发电位也相近，这样的分析线对称为近，这样的分析线对称为“均

16、匀线对均匀线对”。分析线对波长应尽可能接近。分析线对波长应尽可能接近。分析线对两条谱线应没有自吸或自吸很小，并不受其它谱线的干分析线对两条谱线应没有自吸或自吸很小，并不受其它谱线的干扰。扰。内标元素含量一定的。内标元素含量一定的。第12页，共20页，编辑于2022年，星期四9.何谓三标准试样法？何谓三标准试样法？解：三标准试样法就是将三个或三个以上的标准试样和被分析试样解：三标准试样法就是将三个或三个以上的标准试样和被分析试样于同一实验条件下，在同一感光板上进行于同一实验条件下，在同一感光板上进行 摄谱。由每个标准试样分摄谱。由每个标准试样分析线对的黑度差与标准试样中欲测成分含量析线对的黑度差

17、与标准试样中欲测成分含量 c 的对数绘制工作曲线，的对数绘制工作曲线，然然 后由被测试样光谱中测得的分析线后由被测试样光谱中测得的分析线 对的黑度差，从工作曲线中查对的黑度差，从工作曲线中查出待测成分的含量。出待测成分的含量。第13页，共20页，编辑于2022年，星期四10.试述光谱半定量分析的基本原理，如何进行？试述光谱半定量分析的基本原理，如何进行？解解：光谱半定量分析主要有三种方法：光谱半定量分析主要有三种方法（）谱线呈现法，当分析元素含量降低时，该元素的谱线数目也会（）谱线呈现法，当分析元素含量降低时，该元素的谱线数目也会逐渐减少，可以根据一定实验条件下出现特征谱线的数目来进行半定逐渐

18、减少，可以根据一定实验条件下出现特征谱线的数目来进行半定量分析量分析（）谱线强度比较法可以将被测元素配制成不同浓度的标（）谱线强度比较法可以将被测元素配制成不同浓度的标准系列，然后分别与试样同时摄谱，并控制相同的摄谱条件，准系列，然后分别与试样同时摄谱，并控制相同的摄谱条件，通过比较被测元素的灵敏线与标准试样中该元素的相应谱线的通过比较被测元素的灵敏线与标准试样中该元素的相应谱线的黑度，用目视进行比较，进行半定量分析黑度，用目视进行比较，进行半定量分析第14页，共20页，编辑于2022年，星期四（）均称线对法（）均称线对法选择基体元素或样品中组成恒定的某元素的一些选择基体元素或样品中组成恒定的

19、某元素的一些谱线做为待测元素分析线的均称线对谱线做为待测元素分析线的均称线对(激发电位相近的谱线激发电位相近的谱线)，通，通过二者的比较来判断待测成分的近似含量。过二者的比较来判断待测成分的近似含量。第15页，共20页，编辑于2022年，星期四11.某合金中Pb的光谱定量测定,以Mg作为内标,实验测得数据如下:黑度计读数溶液MgPbPb的质量浓度/(mg.mL-1)12345ABC7.38.77.310.311.68.89.210.717.518.511.012.010.415.59.210.70.1510.2010.3010.4020.502第16页，共20页，编辑于2022年，星期四根据以

20、上数据,(1)绘制工作曲线,(2)求溶液A,B,C的质量浓度.解:以DS=SPb-SMg 对logC作图,即得如下的工作曲线.根据图中查出的相应logC数据,即可求得A,B,C浓度分别为0.236,0.331,0.396m.mL-1第17页，共20页，编辑于2022年，星期四12.用内标法测定试样中镁的含量.用蒸馏水溶解MgCl2以配制标准镁溶液系列.在每一标准溶液和待测溶液中均含有25.0ng.mL-1的钼.钼溶液用溶解钼酸铵而得.测定时吸取50mL的溶液于铜电极上,溶液蒸发至干后摄谱,测量279.8nm处镁谱线强度和281.6nm处钼谱线强度,得到下列数据.试据此确定试液中镁的浓度.rMg

21、相对强度rMg相对强度ng.mL-1279.8nm281.6nmng.mL-1279.8nm281.6nm1.0510.5100.50.673.4181.81.61.5105010500分析试样1157392.51.71.91.8第18页，共20页，编辑于2022年，星期四解:根据绘内标法制标准曲线的要求,将上页表格做相应的变换如下:logrMgLog(IMg/IMo)logrMgLog(IMg/IMo)0.02121.022.00-0.430.331.13.024.02试样1.82.60.14以log(IMg/IMo)对logrMg作图即得如下页所示的工作曲线.第19页，共20页，编辑于2022年，星期四从图中查得从图中查得,logr r=0.768,故试液中镁的浓度为故试液中镁的浓度为5.9ng.mL-1第20页，共20页，编辑于2022年，星期四