原子发射光谱分析法AES_xps.ppt

一、概述 generalization
原子发射光谱分析法(atomic emission spectroscopy ,AES):元素在受到热或电激发时,由基态跃迁到激发态,返回到基态时,发射出特征光谱,依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。
1859年,基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W)
研制第一台用于光谱分析的分光镜,实现了光谱检验;
1930年以后,建立了光谱定量分析方法;
在原子吸收光谱分析法建立后,其在分析化学中的作用下降,新光源(ICP)、新仪器的出现,作用加强。
2017/11/10
原子发射光谱分析法的特点:
(1)可多元素同时检测各元素同时发射各自的特征光谱;
(2)分析速度快试样不需处理,同时对几十种元素进行定量分析(光电直读仪);
(3)选择性高各元素具有不同的特征光谱;
(4)检出限较低 10~gg-1(一般光源);ngg-1(ICP)
(5)准确度较高 5%~10% (一般光源); <1% (ICP) ;
(6)ICP-AES性能优越线性范围4~6数量级,可测高、中、低不同含量试样;
缺点:非金属元素不能检测或灵敏度低。
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二、原子发射光谱的产生 formation of atomic emission spectra
在正常状态下,元素处于基态,元素在受到热(火焰)或电(电火花)激发时,由基态跃迁到激发态,返回到基态时,发射出特征光谱(线状光谱);
特征辐射
基态元素M
激发态M*
热能、电能
E
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原子的共振线与离子的电离线
原子由第一激发态到基态的跃迁:
第一共振线,最易发生,能量最小;
原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一个电子,一次电离。
离子由第一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线):
电离线,其与电离能大小无关,离子的特征共振线。
原子谱线表:I 表示原子发射的谱线;
II 表示一次电离离子发射的谱线;
III表示二次电离离子发射的谱线;
Mg:I nm ;II nm;
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Na 能级图
由各种高能级跃迁到同一低能级时发射的一系列光谱线;
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三、谱线强度 spectrum line intensity
原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁,所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。
在热力学平衡时,单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律:
gi 、g0为激发态与基态的统计权重; Ei :为激发能;k为玻耳兹曼常数;T为激发温度;
发射谱线强度: Iij = Ni Aijhij
h为Plank常数;Aij两个能级间的跃迁几率; ij发射谱线的频率。将Ni代入上式,得:
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谱线强度
影响谱线强度的因素:
(1)激发能越小,谱线强度越强;
(2)温度升高,谱线强度增大,但易电离。
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四、谱线的自吸与自蚀 self-absorption and self reversal of spectrum line
等离子体: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。等离子体内温度和原子浓度的分布不均匀,中间的温度、激发态原子浓度高,边缘反之。
自吸:中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收,使辐射强度降低的现象。
元素浓度低时,不出现自吸。随浓度增加,自吸越严重,当达到一定值时,谱线中心完全吸收,如同出现两条线,这种现象称为自蚀。
谱线表,r:自吸;R:自蚀;
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一、仪器类型与流程 types and process of AES
原子发射光谱分析仪器的类型有多种,如:火焰发射光谱、微波等离子体光谱仪、感耦等离子体光谱仪、光电光谱仪、摄谱仪等;
原子发射光谱仪通常由三部分构成:
光源、分光、检测;
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二、火焰光度计 flame spectrometer
利用火焰作为激发光源,仪器装置简单,稳定性高。该仪器通常采用滤光片、光电池检测器等元件,价格低廉,又称火焰光度计。
常用于碱金属、钙等谱线简单的几种元素的测定,在硅酸盐、血浆等样品的分析中应用较多。对钠、钾测定困难,仪器的选择性差。
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