原子發(fā)射光譜(AES)

1、 3.3 原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜(AES) 的的 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)一、儀器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)及分析過(guò)程一、儀器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)及分析過(guò)程 進(jìn)行光譜分析的儀器設(shè)備主要進(jìn)行光譜分析的儀器設(shè)備主要 有光源有光源, 分光系統(tǒng)（光譜儀）及觀分光系統(tǒng)（光譜儀）及觀 測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)系統(tǒng)）三部分組成。三部分組成。(一一) 激發(fā)光源激發(fā)光源 (見(jiàn)圖見(jiàn)圖3-7) (二二) 分光系統(tǒng)分光系統(tǒng) (三三) 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)圖3-11 1. 激發(fā)光源激發(fā)光源: 提供蒸發(fā)能提供蒸發(fā)能, 激發(fā)能激發(fā)能 引入樣品（分析用的光源對(duì)試樣都引入樣品（分析用的光源對(duì)試樣都具有兩個(gè)作用過(guò)程：首先具有兩個(gè)作用過(guò)程：首先, 把試樣中的

2、把試樣中的組分蒸發(fā)、離解為氣態(tài)原子組分蒸發(fā)、離解為氣態(tài)原子, 然后使這然后使這些氣態(tài)原子激發(fā)，使之產(chǎn)生特征光譜，些氣態(tài)原子激發(fā)，使之產(chǎn)生特征光譜，因此，光源的主要作用是對(duì)試樣的蒸因此，光源的主要作用是對(duì)試樣的蒸 發(fā)和激發(fā)提供能量發(fā)和激發(fā)提供能量）1) 直線電弧直線電弧 電極溫度高，蒸發(fā)能力強(qiáng)，靈敏度高，電極溫度高，蒸發(fā)能力強(qiáng)，靈敏度高， 但重現(xiàn)性差（穩(wěn)定性差），不用來(lái)進(jìn)但重現(xiàn)性差（穩(wěn)定性差），不用來(lái)進(jìn) 行定量分析行定量分析,而用于定性分析而用于定性分析2) 交流電弧交流電弧 強(qiáng)制引燃，穩(wěn)定性好（重現(xiàn)性好）主強(qiáng)制引燃，穩(wěn)定性好（重現(xiàn)性好）主 要用于定量分析，電極溫度低，激發(fā)要用于定量分析，電極溫

3、度低，激發(fā) 能力強(qiáng)能力強(qiáng)3) 高壓火花高壓火花 激發(fā)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，用于難激發(fā)激發(fā)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，用于難激發(fā), 難電離元素進(jìn)行定量分析難電離元素進(jìn)行定量分析4). 電感耦合等離子體電感耦合等離子體(ICP)焰炬焰炬 使使Ar電離電離 電離度大于電離度大于1% 正、負(fù)電荷相等正、負(fù)電荷相等 激發(fā)能力強(qiáng)，激發(fā)能力強(qiáng)， 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好, 價(jià)格高價(jià)格高2. 分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)(又名光譜儀又名光譜儀) 光譜儀的作用：用來(lái)觀察光源的光譜儀的作用：用來(lái)觀察光源的 光譜的儀器，它將光源發(fā)射的電磁光譜的儀器，它將光源發(fā)射的電磁 波分解（把復(fù)合光分成單色光）為波分解（把復(fù)合光分成單色光）為 按一定波長(zhǎng)次序排列

4、的光譜。按一定波長(zhǎng)次序排列的光譜。 常用的分光元件可分為棱鏡和光常用的分光元件可分為棱鏡和光 柵兩類柵兩類1) 棱鏡棱鏡 . 棱鏡的色散作用棱鏡的色散作用 棱鏡是用玻璃，石英，巖鹽等材棱鏡是用玻璃，石英，巖鹽等材 料制作的分光元件。其色散作用料制作的分光元件。其色散作用 可由科?？捎煽葡?Cauchy)經(jīng)驗(yàn)公式看經(jīng)驗(yàn)公式看 出：出：242BACBAn 式中式中n為棱鏡材料的折射率；為棱鏡材料的折射率；為波長(zhǎng)為波長(zhǎng); A、B、C均為與棱鏡材料有關(guān)的常數(shù)。均為與棱鏡材料有關(guān)的常數(shù)。從上式可見(jiàn)從上式可見(jiàn)：(a) 對(duì)于給定棱鏡（即對(duì)于給定棱鏡（即A、B為定值），不為定值），不 同波長(zhǎng)的光通過(guò)時(shí)，其折射

5、率各不相同，同波長(zhǎng)的光通過(guò)時(shí)，其折射率各不相同， 波長(zhǎng)越短，折射率越大，譜線易分開(kāi)當(dāng)波長(zhǎng)越短，折射率越大，譜線易分開(kāi)當(dāng) 包含有不同波長(zhǎng)的復(fù)合光通過(guò)棱鏡時(shí)，包含有不同波長(zhǎng)的復(fù)合光通過(guò)棱鏡時(shí)， 不同的光就會(huì)因折射率不同而分散開(kāi)來(lái)，不同的光就會(huì)因折射率不同而分散開(kāi)來(lái)， 這種作用稱為棱鏡的色散作用。這種作用稱為棱鏡的色散作用。 (b) 對(duì)于不同材料制成的棱鏡（對(duì)于不同材料制成的棱鏡（A，B 不同）其折射率各不相同。不同）其折射率各不相同。 可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū) 玻璃的玻璃的dn/d值最大值最大 紫外區(qū)紫外區(qū) 石英和氟石的石英和氟石的dn/d值最大值最大 紅外區(qū)紅外區(qū) 巖鹽的巖鹽的dn/d值最大值最大 所以

6、，紫外區(qū)用石英棱鏡所以，紫外區(qū)用石英棱鏡, 可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)用玻璃棱鏡，而紅外區(qū)則用巖鹽棱鏡用玻璃棱鏡，而紅外區(qū)則用巖鹽棱鏡 . 色散率色散率 分光元件的色散率是指把不同波分光元件的色散率是指把不同波長(zhǎng)的光分散開(kāi)的能力，可用角色散率長(zhǎng)的光分散開(kāi)的能力，可用角色散率和線色散率表征和線色散率表征 棱鏡的角色散率用棱鏡的角色散率用d/d來(lái)表示來(lái)表示, 其物理意義是指兩條波長(zhǎng)相差其物理意義是指兩條波長(zhǎng)相差d的的光線被棱鏡色散后所分開(kāi)的角度的大光線被棱鏡色散后所分開(kāi)的角度的大小。小。 是入射光與出射光之間的夾角，是入射光與出射光之間的夾角，稱為棱鏡的偏向角。稱為棱鏡的偏向角。 線色散率是指波長(zhǎng)相差線色散

7、率是指波長(zhǎng)相差d的兩條的兩條譜線在焦面上被分開(kāi)的距離的大小。譜線在焦面上被分開(kāi)的距離的大小。ddfddlDlsin 式中式中f是照相物鏡焦距是照相物鏡焦距, 是焦面是焦面對(duì)波長(zhǎng)為對(duì)波長(zhǎng)為 的主光線的傾斜角。實(shí)的主光線的傾斜角。實(shí)用上常采用倒線色散率用上常采用倒線色散率d/dl，其意其意義是焦面上單位長(zhǎng)度內(nèi)容納的波長(zhǎng)義是焦面上單位長(zhǎng)度內(nèi)容納的波長(zhǎng)數(shù)，單位是數(shù)，單位是nm/mm。 棱鏡的色散率并非是一常數(shù)，其棱鏡的色散率并非是一常數(shù)，其數(shù)值隨波長(zhǎng)的增加而降低。數(shù)值隨波長(zhǎng)的增加而降低。. 分辨率分辨率 儀器的理論分辨率儀器的理論分辨率 R值值大大 分辨能力分辨能力強(qiáng)分辨率強(qiáng)分辨率 是是5000600

8、00之間之間R：兩條譜線的平均波長(zhǎng)：能分辨兩條譜線的波長(zhǎng)差2) 光柵光柵 光柵實(shí)際上就是一系列相距很光柵實(shí)際上就是一系列相距很 近，等距，等寬，平行排列的狹縫近，等距，等寬，平行排列的狹縫陣列。光柵有透射光柵和反射光柵陣列。光柵有透射光柵和反射光柵 之分，目前大多采用平面反射式閃之分，目前大多采用平面反射式閃 耀光柵作色散元件。光柵是利用光耀光柵作色散元件。光柵是利用光的衍射作用進(jìn)行分光。的衍射作用進(jìn)行分光。3. 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 在原子發(fā)射光譜中，被檢測(cè)的信在原子發(fā)射光譜中，被檢測(cè)的信 號(hào)是元素的特征輻射，常用的檢測(cè)號(hào)是元素的特征輻射，常用的檢測(cè) 方法有目視法、攝譜法和光電法。方法有目視法、

9、攝譜法和光電法。 1) 目視法目視法 是用眼睛觀察試樣中元素的特征是用眼睛觀察試樣中元素的特征 譜線或譜線組，以及比較譜線強(qiáng)譜線或譜線組，以及比較譜線強(qiáng) 度的大小來(lái)確定試樣的組成和含度的大小來(lái)確定試樣的組成和含 量。用于定性和半定量分析。量。用于定性和半定量分析。2) 光電法光電法 光電法利用光電倍增管作光電轉(zhuǎn)光電法利用光電倍增管作光電轉(zhuǎn)換元件，把代表譜線強(qiáng)度的光信號(hào)換元件，把代表譜線強(qiáng)度的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后由電表顯示出轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后由電表顯示出來(lái)，或進(jìn)一步把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字來(lái)，或進(jìn)一步把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示出來(lái)。顯示出來(lái)。3) 攝譜法攝譜法 是將感光板置于分光系統(tǒng)的焦面是將感光板置

10、于分光系統(tǒng)的焦面 處，接受被分析試樣的光譜的作用而處，接受被分析試樣的光譜的作用而 感光（攝譜），在經(jīng)過(guò)顯影、定影等感光（攝譜），在經(jīng)過(guò)顯影、定影等 操作制得光譜底片，譜片上有許多距操作制得光譜底片，譜片上有許多距 離不等，黑度不同的光譜線。然后在離不等，黑度不同的光譜線。然后在 映譜儀上，觀察譜線的位置及大致強(qiáng)映譜儀上，觀察譜線的位置及大致強(qiáng) 度，進(jìn)行定性分析及半定量分析。度，進(jìn)行定性分析及半定量分析。 在測(cè)微光度上測(cè)光譜線的黑度，進(jìn)在測(cè)微光度上測(cè)光譜線的黑度，進(jìn) 行定量分析行定量分析二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 1. 靈敏度高靈敏度高 10-210-4% 10-410-6% 2. 選擇性高選擇性高 3

11、. 分析速度快、方法簡(jiǎn)便分析速度快、方法簡(jiǎn)便 4. 用量少用量少三、定性方法三、定性方法 1. 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較法標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較法 分析樣品中一種或幾種元素時(shí)分析樣品中一種或幾種元素時(shí), 用此用此方法。方法。 例例: Cu 樣品樣品 含含Cu的兩條靈敏線的兩條靈敏線, 說(shuō)明試樣中含銅說(shuō)明試樣中含銅 Cu元素元素2. 標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較法標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較法 (“標(biāo)準(zhǔn)譜圖標(biāo)準(zhǔn)譜圖”是在一張張放大是在一張張放大20倍以后的不同波段的鐵光譜圖上準(zhǔn)倍以后的不同波段的鐵光譜圖上準(zhǔn)確標(biāo)出確標(biāo)出68種元素的主要光譜線的圖種元素的主要光譜線的圖片，片， 鐵光譜的譜線非常豐富，且在鐵光譜的譜線非常豐富，且在各波段中均有容易記憶的

12、特征光譜，各波段中均有容易記憶的特征光譜，故可作為一根很好的波長(zhǎng)標(biāo)尺，與故可作為一根很好的波長(zhǎng)標(biāo)尺，與實(shí)際光譜板進(jìn)行比較實(shí)際光譜板進(jìn)行比較) 分析試樣時(shí)分析試樣時(shí), 將試樣與純鐵并列攝將試樣與純鐵并列攝譜譜, 攝得的譜片置于映譜儀上放大攝得的譜片置于映譜儀上放大20倍倍, 再與標(biāo)準(zhǔn)光譜圖進(jìn)行比較再與標(biāo)準(zhǔn)光譜圖進(jìn)行比較, 比較時(shí)比較時(shí), 將兩套鐵光譜的譜線對(duì)準(zhǔn)后將兩套鐵光譜的譜線對(duì)準(zhǔn)后, 就可由就可由標(biāo)準(zhǔn)光譜圖上找出試樣中一些譜線是標(biāo)準(zhǔn)光譜圖上找出試樣中一些譜線是由那些元素產(chǎn)生的。由那些元素產(chǎn)生的。 Fe: 樣品樣品: 通過(guò)比較通過(guò)比較,可得到所含元素及波長(zhǎng)可得到所含元素及波長(zhǎng)適用于樣品的全分析適