原子发射光谱分析法

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1、8:50:17 第 十 三 章第 十 三 章第 十 三 章 原 子 发 射 光 谱原 子 发 射 光 谱原 子 发 射 光 谱分 析 法分 析 法分 析 法 一 、 光 谱 定 性 分 析qualitative spectrometric analysis二 、 光 谱 定 量 分 析quantitative spectrometric analysis三 、 特 点 与 应 用feature and applications第 四 节第 四 节第 四 节 定 性 、 定 量 分 析 方 法定 性 、 定 量 分 析 方 法定 性 、 定 量 分 析 方 法atomic emission sp

2、ectrometry,AESqualitative and quantitative analysis methods 8:50:18 一 、一 、一 、 光 谱 定 性 分 析光 谱 定 性 分 析光 谱 定 性 分 析 qualitative spectrometric analysis定 性 依 据 ： 元 素 不 同 电 子 结 构 不 同 光 谱 不 同 特 征 光 谱1. 元 素 的 分 析 线 、 最 后 线 、 灵 敏 线分 析 线 ： 复 杂 元 素 的 谱 线 可 能 多 至 数 千 条 ， 只 选 择 其 中 几 条特 征 谱 线 检 验 ， 称 其 为 分 析 线 ；最

3、 后 线 ： 浓 度 逐 渐 减 小 ， 谱 线 强 度 减 小 ， 最 后 消 失 的 谱 线 ；灵 敏 线 ： 最 易 激 发 的 能 级 所 产 生 的 谱 线 ， 每 种 元 素 都 有 一 条或 几 条 谱 线 最 强 的 线 ， 即 灵 敏 线 。 最 后 线 也 是 最 灵 敏 线 ；共 振 线 ： 由 第 一 激 发 态 回 到 基 态 所 产 生 的 谱 线 ； 通 常 也 是 最灵 敏 线 、 最 后 线 ； 8:50:20 2. 定 性 方 法标 准 光 谱 比 较 法 ： 最 常 用 的 方 法 ， 以 铁 谱 作 为 标 准 (波 长 标 尺 )； 为 什 么 选 铁

4、 谱 ？ 8:50:20 标 准 光 谱 比 较 定 性 法 为 什 么 选 铁 谱 ？（ 1） 谱 线 多 ： 在 210 660nm范 围 内 有 数 千 条 谱 线 ；（ 2） 谱 线 间 距 离 分 配 均 匀 ： 容 易 对 比 ， 适 用 面 广 ；（ 3） 定 位 准 确 ： 已 准 确 测 量 了 铁 谱 每 一 条 谱 线 的 波 长 。 标 准 谱 图 ： 将 其 他 元 素 的 分 析 线 标 记 在 铁 谱 上 ， 铁 谱 起到 标 尺 的 作 用 。 谱 线 检 查 ： 将 试 样 与 纯 铁 在 完 全 相 同 条 件 下 摄 谱 ， 将 两谱 片 在 映 谱 器

5、(放 大 器 )上 对 齐 、 放 大 20倍 ， 检 查 待 测 元 素 的分 析 线 是 否 存 在 ， 并 与 标 准 谱 图 对 比 确 定 。 可 同 时 进 行 多 元素 测 定 。 8:50:21 8:50:22 3. 定 性 分 析 实 验 操 作 技 术(1) 试 样 处 理 a. 金 属 或 合 金 可 以 试 样 本 身 作 为 电 极 ， 当 试 样 量 很 少时 ， 将 试 样 粉 碎 后 放 在 电 极 的 试 样 槽 内 ； b. 固 体 试 样 研 磨 成 均 匀 的 粉 末 后 放 在 电 极 的 试 样 槽 内 ； c. 糊 状 试 样 先 蒸 干 ， 残

6、渣 研 磨 成 均 匀 的 粉 末 后 放 在 电 极的 试 样 槽 内 。 液 体 试 样 可 采 用 ICP-AES直 接 进 行 分 析 。(2) 实 验 条 件 选 择 a. 光 谱 仪 在 定 性 分 析 中 通 常 选 择 灵 敏 度 高 的 直 流 电 弧 ； 狭 缝 宽 度 5 7m； 分 析 稀 土 元 素 时 ， 由 于 其 谱 线 复 杂 ， 要 选 择 色 散 率 较高 的 大 型 摄 谱 仪 。 8:50:23 b. 电 极电 极 材 料 ： 采 用 光 谱 纯 的 碳 或 石 墨 ， 特 殊 情 况 采 用 铜 电 极 ；电 极 尺 寸 ： 直 径 约 6mm， 长

7、 3 4 mm；试 样 槽 尺 寸 ： 直 径 约 3 4 mm， 深 3 6 mm； 试 样 量 ： 10 20mg ； 放 电 时 ， 碳 +氮 产 生 氰 (CN)，氰 分 子 在 358.4 421.6 nm产 生 带状 光 谱 ， 干 扰 其 他 元 素 出 现 在 该 区域 的 光 谱 线 ， 需 要 该 区 域 时 ， 可 采用 铜 电 极 ， 但 灵 敏 度 低 。 8:50:24 （ 3） 摄 谱 过 程 摄 谱 顺 序 ： 碳 电 极 (空 白 )、 铁 谱 、 试 样 ； 分 段 暴 光 法 ： 先 在 小 电 流 (5A)激 发 光 源 摄 取 易 挥 发 元 素光 谱

8、 调 节 光 阑 ， 改 变 暴 光 位 置 后 ， 加 大 电 流 (10A)， 再 次 暴 光摄 取 难 挥 发 元 素 光 谱 ； 采 用 哈 特 曼 光 阑 ， 可 多次 暴 光 而 不 影 响 谱 线 相 对 位置 ， 便 于 对 比 。 8:50:25 二 、二 、二 、 光 谱 定 量 分 析光 谱 定 量 分 析光 谱 定 量 分 析 quantitative spectrometric analysis1. 光 谱 半 定 量 分 析 与 目 视 比 色 法 相 似 ； 测 量 试 样 中 元 素 的 大 致 浓 度 范 围 ； 应 用 ： 用 于 钢 材 、 合 金 等 的

9、 分 类 、 矿 石 品 位 分 级 等 大 批量 试 样 的 快 速 测 定 。 谱 线 强 度 比 较 法 ： 测 定 一 系 列 不 同 含 量 的 待 测 元 素 标 准光 谱 系 列 ， 在 完 全 相 同 条 件 下 (同 时 摄 谱 )， 测 定 试 样 中 待 测元 素 光 谱 ， 选 择 灵 敏 线 ， 比 较 标 准 谱 图 与 试 样 谱 图 中 灵 敏 线的 黑 度 ， 确 定 含 量 范 围 。 8:50:26 2. 光 谱 定 量 分 析(1) 发 射 光 谱 定 量 分 析 的 基 本 关 系 式 在 条 件 一 定 时 ， 谱 线 强 度 I 与 待 测 元 素

10、 含 量 c关 系 为 ： I = a c a为 常 数 (与 蒸 发 、 激 发 过 程 等 有 关 )， 考 虑 到 发 射 光 谱 中存 在 着 自 吸 现 象 ， 需 要 引 入 自 吸 常 数 b ， 则 ：acbI caI b lglglg 发 射 光 谱 分 析 的 基 本 关 系 式 ， 称 为 塞 伯 -罗 马 金 公 式 （ 经验 式 ） 。 自 吸 常 数 b 随 浓 度 c增 加 而 减 小 ， 当 浓 度 很 小 ， 自吸 消 失 时 ， b=1。 8:50:27 (2) 内 标 法 基 本 关 系 式 影 响 谱 线 强 度 因 素 较 多 ， 直 接 测 定 谱

11、线 绝 对 强 度 计 算 难 以获 得 准 确 结 果 ， 实 际 工 作 多 采 用 内 标 法 （ 相 对 强 度 法 ） 。 在 被 测 元 素 的 光 谱 中 选 择 一 条 作 为 分 析 线 (强 度 I)， 再 选择 内 标 物 的 一 条 谱 线 (强 度 I0)， 组 成 分 析 线 对 。 则 ： 0000 bbcaI caI 相 对 强 度 R： AcbR cAca caIIR bbblglglg 0000 A为 其 他 三 项 合 并 后 的 常 数 项 ， 内 标 法 定 量 的 基 本 关 系 式 。 8:50:28 内 标 元 素 与 分 析 线 对 的 选 择

12、 ：a. 内 标 元 素 可 以 选 择 基 体 元 素 ， 或 另 外 加 入 ， 含 量 固 定 ；b. 内 标 元 素 与 待 测 元 素 具 有 相 近 的 蒸 发 特 性 ；c. 分 析 线 对 应 匹 配 ， 同 为 原 子 线 或 离 子 线 ， 且 激 发 电 位 相 近 (谱 线 靠 近 )， “ 匀 称 线 对 ” ； d. 强 度 相 差 不 大 ， 无 相 邻 谱 线 干 扰 ， 无 自 吸 或 自 吸 小 。 8:50:28 (3) 定 量 分 析 方 法 a. 内 标 标 准 曲 线 法 由 lgR = blgc +lgA 以 lgR 对 应 lgc 作 图 ， 绘

13、 制 标 准 曲 线 ， 在 相 同 条 件 下 ， 测 定试 样 中 待 测 元 素 的 lgR， 在 标 准 曲 线 上 求 得 未 知 试 样 lgc； b. 摄 谱 法 中 的 标 准 曲 线 法 S = lgR = blgc + lgA 在 完 全 相 同 的 条 件 下 ， 将 标 准 样 品 与 试 样 在 同 一 感 光 板 上摄 谱 ， 由 标 准 试 样 分 析 线 对 的 黑 度 差 (S )对 lgc作 标 准 曲 线 (三个 点 以 上 ， 每 个 点 取 三 次 平 均 值 )， 再 由 试 样 分 析 线 对 的 黑 度差 ,在 标 准 曲 线 上 求 得 未 知

14、 试 样 lgc 。 该 法 即 三 标 准 试 样 法 。 8:50:29 c.标 准 加 入 法 无 合 适 内 标 物 时 ， 采 用 该 法 。取 若 干 份 体 积 相 同 的 试 液 （ cX） ， 依 次 按 比 例 加 入 不 同 量 的待 测 物 的 标 准 溶 液 （ cO） ， 浓 度 依 次 为 ： cX ， cX +cO ， cX +2cO ， cX +3cO ， cX +4 cO 在 相 同 条 件 下 测 定 ： RX， R1， R2， R3， R4。 以 R对 浓 度 c做 图 得 一 直 线 ， 图 中 cX点 即 待 测 溶 液 浓 度 。 R=Ac bb=

15、1时 ， R=A(cx+ci )R=0时 ， cx = ci 8:50:30 三 、 特 点 与 应 用三 、 特 点 与 应 用三 、 特 点 与 应 用 feature and applications1. 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 十 几 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 0.1gg-1(一 般 光 源 )； n

16、gg-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 。 8:50:31 2.原 子 发 射 光 谱 分 析 法 的 应 用原 子 发 射 光 谱 分 析 法 的 应 用原 子 发 射 光 谱 分 析 法 的 应 用 原 子 发 射 光 谱 分 析 在 鉴 定 金 属 元 素 方 面 （ 定 性 分 析 ） 具有 较 大 的 优 越 性 ， 不 需

17、 分 离 、 多 元 素 同 时 测 定 、 灵 敏 、 快 捷， 可 鉴 定 周 期 表 中 约 70多 种 元 素 ， 长 期 在 钢 铁 工 业 （ 炉 前 快速 分 析 ） 、 地 矿 等 方 面 发 挥 重 要 作 用 ； 在 定 量 分 析 方 面 ， 原 子 吸 收 分 析 有 着 优 越 性 ； 80年 代 以 来 ， 全 谱 光 电 直 读 等 离 子 体 发 射 光 谱 仪 发 展 迅速 ， 已 成 为 无 机 化 合 物 分 析 的 重 要 仪 器 。 8:50:32 内 容 选 择 ：内 容 选 择 ：内 容 选 择 ：第 一 节 原 子 发 射 光 谱 分 析 基 本 原 理basic principle of atomic emission spectrometry第 二 节 发 射 光 谱 分 析 装 置 与 仪 器device and instrument of AES第 三 节 等 离 子 体 发 射 光 谱 仪plasma emission spectrometry第 四 节 定 性 、 定 量 分 析 方 法qualitative and quantitative analysis method 结 束结 束结 束