文档介绍：原子光谱分析
§1概论
§1-1光学分析法及其分类
广义地说,光学分析法是基于物质和电磁波(包括从γ射线到无线电波的整个电磁波谱)的相互作用,即光学分析法是基于测量物质所发射或吸收的电磁波的波长和强度的分析方法。
所有的光学分析法可以分为两大类:
光谱法:测量的信号是物质内部能级跃迁所产生的发射、吸收或散射光谱的波长和强度。
非光谱法:基于当电磁波和物质相互作用时,电磁波只改变了方向和物理性质,如:折射、反射、散射、干涉、衍射和偏振等现象。非光谱技术包括折射法、干涉法、旋光测定法,浊度法,X-射线衍射法等。
§1-2电磁波谱
实验证明,光是一种电磁波(或称电磁辐射),电磁波具有波动性和粒子性。
所有的电磁波在真空中的传播速度都等于3×1010cm/s,但在波长或频率上有差别,按照它们的波长或频率次序排列成谱,称为电磁波谱。
电磁波谱表
波长
800nm 500μm
10nm 200nm 400nm 3μm 25μm 3cm
光谱区
γ射线
X射线
远
近
可见
近
中
远
无线电波
紫外
红外
微波
射频
量子跃迁类型
核能级跃迁
内层电子能级跃迁
原子和分子外层电子能级跃迁
分子振动能级跃迁
分子转动能级跃迁
核自旋能级跃迁
光学方法
γ射线光谱,穆氏堡尔光谱
X射线光谱法
紫外光谱法
比色法和可见分光光度法
红外分光光度法
微波谱顺磁共振光谱法
核磁共振光谱法
高能辐射:包括γ射线和X射线,高能辐射的粒子性比较突出。
中间部分:包括紫外区、可见区和红外区,统称为光学光谱区。
长波部分:包括微波和射频,通常称为波谱。
§1-3光谱和光谱分析法的分类
电磁波和物质相互作用(即交换能量)的结果,可以产生发射、吸收和联合散射三种类型的光谱。
发射光谱
物质从能量较高的激发态M*过渡到能量较低的状态M,多余的能量以光的形式发射出来:M*→M+hν
通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。根据发射光谱所在的光谱区和激发方式的不同,发射光谱分析法有:
γ射线光谱法
荧光X射线光谱法
原子发射光谱分析法
原子荧光分析法
分子荧光法
吸收光谱
入射的电磁波和物质中的电荷或磁矩相互作用,就产生吸收光谱。M+hν→M*
要产生吸收光谱,入电磁波的能量hν应该正好等于原子核、原子或分子的两个能级跃迁的能量差值,即hν=E2-E1
利用物质的特征吸收光谱进行分析的方法叫做吸收光谱分析法。根据所在的光谱区不同,吸收光谱分析法有:
穆氏堡尔光谱法
紫外和可见分光光度法
原子吸收光谱法
红外分光光度法
顺磁共振光谱法
核磁共振光谱法
联合散射光谱:主要用于研究分子结构(和红外光谱相补充),也可对物质进行定量测定。
§2原子发射光谱分析
§2-1原理
原子在外界能量作用下,即能发射其特征光谱。测量原子发射光谱强度来推断样品中待测元素含量的分析方法,就是原子发射光谱分析法。
§2-2激发光源
光源一般应该符合以下条件:
分析的绝对灵敏度高;
激发过程中,光源应有;良好的稳定性及再现性。
要求获得的光谱没有背景或背景小。
光源要有足够的亮度,曝光时间便可缩短,以加快分析速度。
§2-2-1常用的激发光源
目前常用的激发光源,按其特性分类可概括为:
热激发光源
火焰:常用的火焰温度在2000-3000K左右,视火焰的组成而改变。用火焰作激发源的优点是设备简单,稳定性好,在测定谱线强度时可以读取瞬时强度,分析速度快。但火焰温度低,只能激发有低激发能谱线的元素,因此能够分析的元素有限,而且容易产生化学干扰和背景干扰(带状光谱)。
电弧:无论是低压或常压下的自激放电,当电路中功率比较大,能提供较大电流时,称为电弧放电。电弧放电分为直流电弧和交流电弧两种。电弧放电有以下特点:激发温度高,仅次于火花放电;蒸发能力强,检出限较低,因电极温度高,电弧不易低熔点的金属和合金试样;由于稳定性较差,故分析精度差。
火花放电:电极间部连续的气体放电叫火花放电,火花放电的电流是由周期性充电的电容供给。火花放电分为高压火花、控制火花、高频火花和低压火花四种。火花放电的特点是:与电弧相比有比较大的稳定性,其分析精度好;对于高含量的试样,其含量变化的灵敏度一般比电弧高;电流密度大,激发温度高,能激发具有高激发电位的谱线;电极头不容易发热,可以分析低熔点的轻金属及合金。但火花放电的检出限较差,不宜分析微量元素。
直流等离子体(DCP):直流等离子体实际上是一种气体压缩的大电流电弧放电,其形状类似火焰。这种光源稳定性好,相对标准偏差可达2%以内,而且