第三章第二節(jié)原子發(fā)射光譜儀器詳解演示文稿

第三章第二節(jié)原子發(fā)射光譜儀器詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16優(yōu)選第三章第二節(jié)原子發(fā)射光譜儀器目前二頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16在正常狀態(tài)下，元素處于基態(tài)，元素在受到熱（火焰）或電（電火花）激發(fā)時，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時，發(fā)射出特征光譜（線狀光譜）；特征輻射基態(tài)元素M激發(fā)態(tài)M*熱能、電能E目前三頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16元素在受到熱或電激發(fā)時，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時，發(fā)射出特征光譜，依據(jù)特征光譜進行定性、定量的分析方法。試樣

E氣態(tài)原子

E

激發(fā)態(tài)

低能態(tài)+hν

基態(tài)檢測

原子發(fā)射光譜儀通常由三部分構(gòu)成：光源、分光、檢測；目前四頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16一、光源光源的作用：把試樣中的組分蒸發(fā)離解為氣態(tài)原子使氣態(tài)原子激發(fā)，產(chǎn)生特征光譜（氣化而不能電離）光譜分析用的光源應該適合于各種要求目的，根據(jù)分析試樣有所選擇。常用的光源有直流電弧、交流電弧、電火花、近年來常見的有電感耦合等離子體ICP光源目前五頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/161.直流電弧

直流電作為激發(fā)能源，電壓150～380V，電流5～30A；兩支石墨電極，試樣放置在一支電極(下電極)的凹槽內(nèi)；使分析間隙的兩電極接觸或用導體接觸兩電極，通電，電極尖端被燒熱，點燃電弧，再使電極相距4～6mm；目前六頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16發(fā)射光譜的產(chǎn)生

電弧點燃后，熱電子流高速通過分析間隔沖擊陽極，產(chǎn)生高熱，試樣蒸發(fā)并原子化，電子與原子碰撞電離出正離子沖向陰極。電子、原子、離子間的相互碰撞，使原子躍遷到激發(fā)態(tài)，返回基態(tài)時發(fā)射出該原子的光譜。

弧焰溫度：4000～7000K可使約70多種元素激發(fā)；

特點：絕對靈敏度高，背景小，適合定性分析；

缺點：弧光不穩(wěn)，再現(xiàn)性差；電極頭（蒸發(fā)）溫度高，不適合定量分析。目前七頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/162.低壓交流電弧

工作電壓：110～220V。

采用高頻引燃裝置點燃電弧，在每一交流半周時引燃一次，保持電弧不滅；目前八頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16工作原理（1）接通電源，由變壓器B1升壓至2.5～3kV，電容器C1充電；達到一定值時，放電盤G1擊穿；G1-C1-L1構(gòu)成振蕩回路，產(chǎn)生高頻振蕩；（2）振蕩電壓經(jīng)B2的次級線圈升壓到10kV，通過電容器C2將電極間隙G的空氣擊穿，產(chǎn)生高頻振蕩放電；（3）當G被擊穿時，電源的低壓部分沿著已造成的電離氣體通道，通過G進行電弧放電；（4）在放電的短暫瞬間，電壓降低直至電弧熄滅，在下半周高頻再次點燃，重復進行；目前九頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16特點：

（1）電弧溫度高，激發(fā)能力強；（2）電極溫度稍低，蒸發(fā)能力稍低；（3）電弧穩(wěn)定性好，使分析重現(xiàn)性好，適用于定量分析。目前十頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16３.高壓火花（1）交流電壓經(jīng)變壓器T后，產(chǎn)生10～25kV的高壓，然后通過扼流圈D向電容器C充電，達到G的擊穿電壓時，通過電感L向G放電，產(chǎn)生振蕩性的火花放電；（2）轉(zhuǎn)動續(xù)斷器M，2,3為鎢電極，每轉(zhuǎn)動180度，對接一次，轉(zhuǎn)動頻率(50轉(zhuǎn)/s)，接通100次/s，保證每半周電流最大值瞬間放電一次；目前十一頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16高壓火花的特點：

（1）放電瞬間能量很大，產(chǎn)生的溫度高，激發(fā)能力強，某些難激發(fā)元素可被激發(fā)，且多為離子線；

（2）放電間隔長，使得電極溫度低，蒸發(fā)能力稍低，適于低熔點金屬與合金的分析；

（3）穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好，適用定量分析；缺點：

（1）靈敏度較差，但可做較高含量的分析；

（2）噪音較大；目前十二頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/164、電感耦合高頻等離子體光源（inductivecoupledhighfrequencyplasma,ICP)主要部分：1.高頻發(fā)生器2.等離子體炬管三層同心石英玻璃管3.試樣霧化器等離子體：電離了的但在宏觀上呈電中性的物質(zhì)目前十三頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16炬管與霧化器三層同心石英玻璃炬管置于高頻感應線圈中，等離子體工作氣體從管內(nèi)通過，試樣在霧化器中霧化后，由中心管進入火焰；外層Ar從切線方向進入，保護石英管不被燒熔，中層Ar用來點燃等離子體；目前十四頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16原理當高頻發(fā)生器接通電源后，高頻電流I通過感應線圈產(chǎn)生交變磁場(綠色)。開始時，管內(nèi)為Ar氣，不導電，需要用高壓電火花觸發(fā)，使氣體電離后，在高頻交流電場的作用下，帶電粒子高速運動，碰撞，形成“雪崩”式放電，產(chǎn)生等離子體氣流。在垂直于磁場方向?qū)a(chǎn)生感應電流（渦電流，粉色），其電阻很小，電流很大(數(shù)百安)，產(chǎn)生高溫。又將氣體加熱、電離，在管口形成穩(wěn)定的等離子體焰炬。目前十五頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16特點(1)溫度高，惰性氣氛，原子化條件好，有利于難熔化合物的分解和元素激發(fā)，有很高的靈敏度和穩(wěn)定性；(2)“趨膚效應”，渦電流在外表面處密度大，使表面溫度高，軸心溫度低，中心通道進樣對等離子的穩(wěn)定性影響小。也有效消除自吸現(xiàn)象，線性范圍寬（4～5個數(shù)量級）；(3)

Ar氣體產(chǎn)生的背景干擾小；(4)無電極放電，無電極污染；

ICP焰炬外型像火焰，但不是化學燃燒火焰，氣體放電；缺點：對非金屬測定的靈敏度低，儀器昂貴，操作費用高。目前十六頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16對比(幾種光源的比較）光源蒸發(fā)溫度激發(fā)溫度/K放電穩(wěn)定性應用范圍直流電弧高4000-7000稍差定性分析，礦物、純物質(zhì)、難揮發(fā)元素的定量分析交流電弧中4000-7000較好試樣中低含量組分的定量分析高壓火花低瞬間10000好金屬與合金、難激發(fā)元素的定量分析ICP很高6000-8000很好線性范圍寬，溶液定量分析目前十七頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16二、試樣的引入1、液體和氣體原子化器——試樣轉(zhuǎn)變成原子蒸汽的場所。氣動霧化進樣：將試樣變成氣溶膠并傳輸?shù)皆踊鞯姆椒ā７譃槿箢悾和男?、直角型和特殊型超聲霧化進樣：根據(jù)超聲波的空化作用把溶液霧化成氣溶膠后再進樣的方法。電熱蒸汽進樣：蒸發(fā)器將試樣蒸發(fā)并由惰性氣體攜帶進入霧化器。氫化物發(fā)生法：通過化學反應轉(zhuǎn)變成氣體進入霧化器。目前十八頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/162、固體試樣的引入試樣直接插入進樣電弧和火花熔融法電熱蒸發(fā)進樣激光熔融法目前十九頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/16三、檢測器根據(jù)記錄方式：看譜儀——看譜法：定性、半定量攝譜儀——攝譜法：準確度、精密度高、設備費用不高，適應性強光電光譜儀——光電光譜法：準確度高、精密度高，但價格昂貴。目前二十頁\總數(shù)二十二頁\編于十七點2023/5/161.看譜法又稱為目視法:用眼睛來觀測譜線強度的方法。僅適用于可見光波。主要用于定性