原子發射光譜分析(Atomic Emission Spectrosmetry, AES),是根據處于激發態的待測元素原子回到基態時發射的特征譜線對待測元素進行分析的方法。
學習原子發射光譜儀之前的幾個概念一定要知道:激發電位(Excited potential)、原子線、共振線(Resonance line)、電離電位(Ionization potential)和離子線。
激發電位(Excited potential):將原子中的一個外層電子從基態躍遷至激發態所需的能量,通常以電子伏特來( eV )表示。每條譜線對應一激發電位。
原子線:原子外層電子的躍遷所發射的譜線,以I表示,如Na(I)
共振線(Resonance line):由激發態直接躍遷至基態時所輻射的譜線,激發電位小、易激發、譜線強。
電離電位(Ionization potential)和離子線:原子受激后得到足夠能量而失去電子,成為離子——電離;所需的能量稱為電離電位;離子N外層電子躍遷——離子線。以II,III,IV等表示。
原子發射光譜的產生
原子的核外電子一般處在基態運動,當獲取足夠的能量后,就會從基態躍遷到激發態,處于激發態不穩定(壽命小于10-8 s),迅速回到基態時,就要釋放出多余的能量,若此能量以光的形式出顯,即得到發射光譜(線光譜)。
發射的光波長為:
每個元素有自己獨特的特征光譜。
產生過程:
能量(電或熱、光)→基態原命br /> 外層電子(低能態E1→高能態E2)
外層電子(低能態E1→高能態E2)
發出特征頻率(n)的光子:
DE = E2-E1 = hn=hc/l
從上式可見,每一條所發射的譜線的波長,取決于躍遷前后兩個能級之差。
只需根據是否出現元素的特征頻率或波長的譜線即可斷定試樣中是否存在該原子。
原子發射光譜線
原子的能級層次比較多,因此所發出仄紫咭彩侵詼嗟摹Ⅻ/p>
激發電位,低能態電子被激發到高能態需要的能量。
共振線、主共振線,由激發態直接躍遷至基態時輻射的譜線稱為共振線。由一激發態直接躍遷至基態的譜線稱為主共振線(一共振線)。
原子發射光譜儀器的構成
激發光源
激發光源對試樣有兩個方面的作用:
①蒸發——首先,
光源通常是決定測定靈敏度、準確度的重要因素。
激發源的類型:
直流電弧(DCA)
低壓交流電弧(ACA)
高壓火花
電感耦合等離子體ICP(Inductively Coupled Plasma)
微波等離子體
分光系統
將樣品中待測元素的激發態原子或離子所發射的特征光經分光后,得到按波長順序排列的光譜。
類型分光原件類型:
棱鏡分光系統(折射)紫外和可見光區和光柵分光系統(衍射和干涉)兩種。
棱鏡:棱鏡的色散作用是基于構成棱鏡的光學材料 對不同波長的光具有不同的折射率。波長大的折射率小,波長小的折射率大。
光柵:光柵攝譜儀應用衍射光柵作為色散元件,
檢測系統
將原子的發射光譜記錄或檢測下來,常用的檢測方法有:目視法,
目視法
用眼睛來觀察譜線強度的方法稱為看譜法,這種方法僅適用于可見光波段,常用的儀器叫看譜鏡。
攝譜法
把經過分光系統分光后得到的光照在感光板上,感光板感光、顯影、定影、得到許多距離不等、黑度不同的光譜線
光電檢測系統
利用光電倍增管作光電轉換元件,;檢測速度快,線性響應范圍寬。
原子發射光譜分析法的特點
(1)可多元素同時檢測各元素同時發射各自的特征光譜;
(3)選擇性高各元素具有不同的特征光譜;
(4)檢出限較低10~0.1μg⋅g-1(一般光源);ng⋅g-1(ICP)
(5)準確度較高5%~10% (一般光源); <1%(ICP) ;
(6)ICP-AES性能優越線性范圍4~6數量級,可測高、中、低不同含量試樣;
缺點:只能用于元素分析,不能確定其存在的狀態結構;非金屬元素不能檢測或靈敏度低。如惰性氣體、鹵素等元素幾乎無法分析;儀器設備比較復雜、昂貴。