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文件名称:第五章原子发射光谱.ppt
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总页数:25 页
更新时间:2025-07-08
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文档摘要

第1页,共25页,星期日,2025年,2月5日5.1概述定义:AES是据每种原子或离子在热或电激发下,发射出特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分析的方法。2.历史:1859年德国学者KirchhoffBensen——分光镜;随后30年——定性分析;1930年以后——定量分析第2页,共25页,星期日,2025年,2月5日3.AES特点1)多元素检测(multi-element);2)检出限低:10-0.1?g/g(?g/mL);ICP-AES可达ng/mL级3)选择性好:Nb与Ta;Zr与Ha,Rare-elements;5)准确度高:相对误差仅仅在5-10%,ICP可达1%以下;6)所需试样量少,测定范围广。局限性:1)只用于元素总量分析,2)常见的非金属元素,如氧,硫,氮无法检测;3)价格比较昂贵。第3页,共25页,星期日,2025年,2月5日ICP-AES对周期表中元素的检测能力(阴影面积表示使用的谱线数目;背景深浅表示检测限大小)第4页,共25页,星期日,2025年,2月5日5.2基本原理1.原子发射光谱的产生过程:1)能量(电或热、光)基态原子2)外层电子(outerelectron)(低能态E1高能态E2)3)外层电子(低能态E1高能态E2)4)发出特征频率(?)的光子:?E=E2-E1=h?=hc/?第5页,共25页,星期日,2025年,2月5日2.几个概念激发电位(Excitedpotential):由低能态--高能态所需要的能量,以eV表示。每条谱线对应一激发电位。原子线:原子外层电子的跃迁所发射的谱线,以I表示,如Na(I)共振线(Resonanceline):由激发态到基态(Groundstate)跃迁所产生的谱线;主共振线:从第一激发态到跃迁到基态所发射的谱线。电离电位(Ionizationpotential)和离子线:原子受激后得到足够能量而失去电子—电离;所需的能量称为电离电位;离子的外层电子跃迁—离子线。以II,III,IV等表示。第6页,共25页,星期日,2025年,2月5日5.AES定性原理量子力学基本理论告诉我们:1)原子或离子可处于不连续的能量状态,该状态可以光谱项来描述;2)当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时,其核外电子就从一种能量状态(基态)跃迁至另一能量状态(激发态);3)处于激发态的原子或离子很不稳定,经约10-8秒便跃迁返回到基态,并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来;4)将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱(线状光谱);5)由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的,因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱,通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析—定性原理。第7页,共25页,星期日,2025年,2月5日6.AES定量原理(Quantification)1)Boltzmann分布与谱线强度(Intensity)AES分析进行定量测量的基础就是谱线的强度特性。那么,谱线强度与待测物浓度之间到底有什么样的关系呢?样品光源样品蒸发基态原子(N0)等离子体(原子+离子+电子)从整体上看,处于热力学平衡状态!ArcSparkICPFlame激发态原子(Ni)样品激发E0Ei?第8页,共25页,星期日,2025年,2月5日当Plasm处于热力学平衡状态时,位于基态的原子数N0与位于激发态原子数Ni之间满足Boltzmann分布:其中,g为统计权重(2J+1);k为Boltzmann常数(1.38?10-23J/oC):电子在i,j能级间跃迁产生的谱线强度I与跃迁几率A及处于激发态的原子数Ni成正比,即由于激发态原子数目较少,因此基态原子数N0可以近似代替原子总数N总,并以浓度c代替N总:简单地,I?c,此式为光谱定量分析的依据。第9页,共25页,星期日,2025年,2月5日更进一步,考虑到谱线的自吸效应系数b:I=acb(Schiebe-L