第二章光谱分析法教案

第二章光谱分析法导论

一.教学内容

1．电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量

2．物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学

3．光学分析法的分类及特点

4．光学分析法的基本仪器

二．重点与难点

1．电磁辐射与电磁波谱的特殊

2．各物理量的相互换算

3．物质与电磁辐射相互作用的机制

4．各种能级跃迁的概念及相应的光谱

三.教学要求

1．牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质

2．熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算

3．清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱

4．清晰光学分析法分类的线索

5．了解光谱法的基本仪器部件

四．学时安排2学时

第一节光学分析法及其分类

光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。

这些电磁辐射包括从 射线到无线电波的所有电磁波谱范围

(不只局限于光学光谱区)。电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。

光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。

光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量

子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。

光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。

原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（A AS），原子荧光光谱法（A FS）以及X射线荧光光谱法（X FS）等。

分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分

光光度法（U V-Vi s），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（M F S）和分子磷光光谱法（M P S）等。

非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。

本章主要介绍光谱法。

一、发射光谱法

物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。

M* ?→M +hv

通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性和定量分

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法不同，发射光谱法分为：

1.γ射线光谱法

天然或人工放射性物质的原子核在衰变的过程中发射α和β粒子后，使自身的核激发，然后核通过发射γ射线回到基态。测量这种特征γ射线的能量（或波长），可以进行定性分析，测量γ射线的强度（检测器每分钟的记数），可以进行定量分析。

2. X射线荧光分析法

原子受高能辐射激发，其内层电子能级跃迁，即发射出特征X 射线，称为X射线荧光。用X射线管发生的一次X射线来激发X射线荧光是最常用的方法。测量X射线的能量（或波长）可以进行定性分析，测量其强度可以进行定量分析。

3. 原子发射光谱分析法

用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原子或离子

的外层电子受激发发射特征光学光谱，利用这种光谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分析法。波长范围在190 ~ 900n m。

4. 原子荧光分析法

气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到较高能态，约经10-8s，又跃迁至基态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共振荧光）或不同的辐射（非共振荧光—直跃线荧光、阶跃线荧光、阶跃激发荧光、敏化荧光等），称为原子荧光。波长在紫外和可见光区。在与激发光源成一定角度（通常为90?）的方向测量荧光的强度，可以进行定量分析。

5. 分子荧光分析法

某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射而成为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出比入射波长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析的方法称为荧光分析法。波长在光学光谱区。

6. 分子磷光分析法

物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激发跃迁至第一激发单重态轨道，由第一激发单重态的最低能级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态（系间窜跃），并经过振动弛豫至最低振动能

级，由此激发态跃迁回至基态时，便发射磷光。

根据磷光强度进行分析的方法成为磷光分析法。它主要用于环境分析、药物研究等方面的有机化合物的测定。

7. 化学发光分析法

由化学反应提供足够的能量，使其中一种反应的分子的电子被激发，形成激发态分子。激发态分子跃迁回基态时，发出一定波长的光。其发光强度随时间变化。在合适的条件下，峰值与被分析物浓度成线形关系，可用于定量分析。

由于化学发光反应类型不同，发射光谱范围为400~ 1400n m。

二、吸收光谱法

当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E= h v的关系时，将产生吸收光谱。

M+ hv?→M*

吸收光谱法可分为：

1. Mōssb au e r（莫斯鲍尔）谱法

由与被测元素相同的同位素作为γ射线的发射源，使吸收体（样品）原子核产生无反冲的γ射线共振吸收所

形成的光谱。光谱波长在γ射线区。

从Mōs s b au er谱可获得原子的氧化态和化学键、原子核周围

电子云分布或邻近环境电荷分布的不对称性以及原子核处的有效

磁场等信息。

2. 紫外-可见分光光度法

利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光区产生分子外层电子能级跃迁所形成的吸收光谱。根据吸收光谱用于定性和定量测定。

3. 原子吸收光谱法

利用待测元素气态原子对共振线的吸收进行定量测定

的方法。其吸收机理是原子的外层电子能级跃迁，波长在紫外、可见和近红外区。

4. 红外光谱法

利用分子在红外区的振动- 转动吸收光谱来测定物质的成分

和结构的光谱分析法。

5. 核磁共振波谱法

在强磁场作用下，核自旋磁矩与外磁场相互作用分裂为能量

不同的核磁能级，核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电磁波。利用吸收光谱可进行有机化合物结构鉴定，以及分子的动态效应、氢键的形成、互变异构反应等化学研究。

三、Ra ma n散射

频率为 0的单色光照射透明物质，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换引起，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为R a ma n散射。这种散射光的频率（νm）与入射光的频率不同，称为R a ma n位移。R am a n位移的大小与分子的振动和转动的能级有关，利用R am a n位移研究物质结构的方法称为R am a n光谱法。

第二节光谱仪器

用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光

光度计。光谱仪或分光光度计一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品容器、

检测器和读出器件。

由光源发射的待测元素的锐线光束（共振线），通过原子化器，被原子化器中的基态原子吸收，再射入单色器中进行分光后，被检测器接收，即可测得其吸收信号。

由光源发出的光，经过第一单色器（激发光单色器）后，得

到所需的激发光。通过样品池，由于一部分光线被荧光物质所吸收，荧光物质被激发后，将向四面八方发射荧光，为了消除入射光和散射光的影响，

荧光的测量应在与激发光成直角方向进行，第二单色器为荧光单色器，主要是消除溶液中可能共存的其它光线的干扰，以获得所需的荧光，荧光作用于检测器上，得到相应的电信号。

一、光源

光谱分析中，光源必须具有足够的输出功率和稳定性。由于

光源辐射功率的波动与电源功率的变化成指数关系，因此往往需用

稳压电源以保证稳定或者用参比光束的方法来减少光源输出对测

定所产生的影响。

光源为连续光源和线光源等。

一般连续光源主要用于分子吸收光谱法；线光源用于荧光、原子吸收和Ra man光谱法。

1. 连续光源

连续光源是指在波长范围内主要发射强度平稳的具有连续光

谱的光源。

（1）紫外光源

紫外连续光源主要采用氢灯和或氘灯。在低压（?1.3 ?103P a）下以电激发的方式产生的连续光谱，光谱范围为160~375nm。高压氢灯以2000 ~ 6000V的高压使两个铝电极之间发生放电。低压氢灯是在有氧化物涂层的灯丝和金属电极间形成电弧，启动电压约为400V直流电压，而维持直流电弧的电压为40V。

氘灯的工作方式与氢灯相同，光谱强度比氢灯大3~ 5倍，寿命也比氢灯长。

（2）可见光源

可见光区最常见的光源是钨丝灯。在大多数仪器中，钨丝的

工作温度约为2870K，光谱波长范围为320 ~ 2500nm。氙灯也可用作可见光源，当电流通过氙灯时，产生强辐射，发射的连续光谱分布在250 ~ 700nm。

（3）红外光源

常用的红外光源是一种用电加热到温度在1500 ~2000K之间

的惰性固体，光强最大的区域在6000 ~ 5000cm-1。在长波侧667c m-1和短波侧10000c m-1的强度已降到峰值的1%左右。常用的有能斯特灯、硅碳棒。

2. 线光源

（1）金属蒸气灯

在透明封套内含有低压气体元素，常见的是汞灯和钠蒸气灯。把电压加到固定在封套上的一对电极上，会激发出元素的特征线光谱。汞灯产生的线光谱的波长范围为254 ~ 734n m，钠灯主要是589.0n m和589.6n m处的一对谱线。

（2）空心阴极灯

主要用于原子吸收光谱，能提供许多元素的特征光谱。

（3）激光

激光的强度高，方向性和单色性好，作为一种新型光源应用

于R am a n光谱、荧光光谱、发射光谱、fo ur i er变换红外光谱等领域。

二、单色器

单色器的主要作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的

谱带。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。

单色器

1. 棱镜

棱镜的作用是把复合光分解为单色光。由于不同波长的光在

同一介质中具有不同的折射率，波长短的光折射率大，波长长的光折射率小。因此，平行光经色散后按波长顺序分解为不同波长的光，经聚焦后在焦面的不同位置成像，得到按波长展开的光谱。

常用的棱镜有C o rn u（考纽）棱镜是顶角α为60?的棱镜；为了防止生成双像，Li t t r o w（立特鲁）棱镜是由2个30?棱镜组成，一边为左旋石英，另一边为右旋石英，左旋、右旋石英做成30?棱镜。

对于同一材料，光的折射率为其波长的函数。在可见-紫外光谱区域，可用下式表示：

n = A+ B/λ2 + C/λ4

式中n为折射率，λ为波长，A、B、C为常数。

由公式可见，波长越长，折射率愈小。当包含有不同波长的

复合光通过棱镜时，不同波长的光就会因折射率不同而分开。这种

作用称为棱镜的色散作用。色散能力常以色散率和分辨率表示。（1）色散率（角色散率、线色散率和倒线色散率）

棱镜的角色散率用dθ/dλ表示。表示入射线与折射线的夹角，即偏向角θ对波长的变化率。角色散率越大，波长相差很小的两条谱线分得越开。

取一个棱角为α（A）的等边棱镜，它的折射线与入射线的夹角叫做偏向角θ。当入射线射入棱镜内的折射线与棱镜底边平行时，入射角与出射角相等，此时偏向角最小。

根据折射率定律，可以证明：从最小偏向角θ和棱镜的顶角A ，可以求出棱镜的折射率。将上式微分得到：

在光谱仪中，棱镜一般安装在最小偏向角的位置（入射光通过棱镜是与底边平行），这时棱镜的顶角α越大或折射率n越大，棱镜的角色散率越大。

如果光谱仪中安装数个相同的棱镜，且其位置都处在最小偏

向角位置，则总的角色散率等于单个棱镜的角色散率乘以所用的棱镜数目。

若要增加光谱仪的角色散率，可以采用下列办法：

①增加棱镜的数目

使用这种办法时，要考虑成本和光强减小的问题。

②增大棱镜的顶角这种办法将受到入射角大于临界角时发生全反射的限制。例如，对于棱镜，当顶角等于65?时，紫外线就不能折射出来，所以其顶角一般为60?。

③改变棱镜的材料

即改变d n /dλ。在400nm~ 800nm波长范围内，玻璃棱镜比石英棱镜的色散率大。但在200nm ~ 400nm的波长范围内，由于玻璃强烈地吸收紫外光，无法采用，故只能采用石英棱镜。对于同一种材料的棱镜，波长越短，

d n /dλ越大，角色散率也越大，因此，短波部分的谱线分得较开一些，长波部分的谱线靠得紧些。在光谱仪中，谱线最终是被聚焦在光谱焦面上，以便进行检测。此时，用角色散率难以表示谱线之间的色散距离，而采用线色散率d l/dλ来表示。

线色散率表示波长相差dλ的两条谱线在焦面上的距离d l。线色散率越大，表示两条谱线之间的距离也越大。在实际工作中，常用线色散率的倒数dλ/ d l表示，此值越大，色散率越小。

（2）分辨率

棱镜的分辨率R是指将两条靠得很近的谱线分开的能力。在最小偏向角的条件下，R可表示为

式中λ为两条谱线的平均波长，?λ为刚好能分开的两条谱线间的波

长差。

由上式可知，分辨率随波长而变化，在短波部分分辨率较大。棱镜的顶角较大和棱镜材料的色散率较大时，棱镜的分辨率较高。但是棱镜顶角增大时，反射损失也增大，因此通常选择棱镜顶角为的60°。对紫外光区，常使用对紫外光有较大色散率的石英棱镜；而对可见光区，最好的是玻璃棱镜。由于介质材料的折射率n与入射光的波长λ有关，因此棱镜给出的光谱与波长有关，是非均排光谱。

2.光栅

光栅分为透射光栅和反射光栅，常用的是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅（或称闪耀光栅）和凹面反射光栅。

光栅由玻璃片或金属片制成，其上准确地刻有大量宽度和距离都相等的平行线条（刻痕），可近似地将它看成一系列等宽度和等距离的透光狭缝。

光栅是一种多狭缝部件，光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用的结果。

干涉

当频率相同、振动方向相同、周相相等或周相差保持恒定的波源所发射的相干波互相叠加时，会产生波的干涉现象。

通过干涉现象，可以得到明暗相间的条纹。当两列波相互加强时可得到明亮的条纹；当两列波互相抵消是则得到暗条纹。这些明暗条纹称为干涉条纹。

若两光波光程差为δ，波长为λ，则当光程差等于波长λ的整数倍时，两波将互相加强到最大程度，即

δ=±Kλ（K = 0，1，2…）此时，两光波在焦点上将相互加强形成明条纹。

相反，当两波的光程差等于半波长的奇数倍时，两波将相互减弱到最大程度，即

δ=±（2K+1）?λ / 2 （K= 0，1，2…）

衍射

光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象，称为波的衍

射现象。

若以平行光束通过狭缝A B，狭缝宽度为a，入射角为?角方向传播，经透镜聚焦后会聚于P点，则AP与BP的光程差AC（△）应为

△=a s i n?

P点的明暗取决于光程差△。

对应于某确定角度?，如果狭缝可以分成为偶数波带（λ/2），则在P点出现暗条纹。如果狭缝可以分成为奇数波带，则出现明条纹。

当?=0时，为零级条纹。

当?符合 a s i n?= 2 K（λ/2），K= ±1，±2，?时，

为暗条纹；

当?符合a s i n?= （2K+1）?（λ /2），

K= ±1，±2，?时，为明条纹

随着K= ±1，±2，?出现第一级、第二级?明暗条纹。如右图。其中P0点出现零级亮条纹，紫色光的条纹离P0最近，红色光的条纹离P0最远，在P0的两边排列着P2、P1、P1′、P2′各级光谱。

多缝干涉决定光谱出现的位置，单缝衍射决定谱线的强度分布。

右图为平面反射光栅的一段垂直于刻线的截面。

它的色散作用可用光栅公式表示

d（si nα+ s i nθ）= nλ

公式中α和θ分别为入射角和衍射角，整数n为光谱级次，d为光栅常数。若用a表示每一狭缝的宽度，c表示两条狭缝之间的距离，则（a+c）称为光栅常数。α角规定为正值；如果α角和θ角在光

栅法线同侧，θ取正值，异侧则取负值；当n=0时，

即零级光谱，衍射角与波长无关，也就是无分光作用。当n不等于零时，衍射角或反射角θ随波长而异，即不同波长的辐射经光栅反射后将分散在不同空间位置上，这就是光栅进行分光的依据。

光栅的特性可用色散率、分辨能力和闪耀特性来表征。当入射角α不变时，光栅的角色散率可用光栅公式微分求得

式中dθ/ dλ为衍射角对波长的变化率，也就是光栅的角色散率。当θ很小时且变化不大时，可认为co sθ≈1。因此，光栅的角色散率只决定于光栅常数d和光谱级次n，可以认为是常数，不随波长而变，这样的光谱称为“匀排光谱”。这是光栅优于棱镜的一个方面。

在实际工作中用线色散率dl /dλ表示。对于平面光栅，线色散率为

式中f为会聚透镜的焦距。由于co s θ≈1（θ≈6°）

光栅的分辨能力是根据R a yl e i gh（瑞利）准则来确定。如右图所示。R a yl e i gh准则认为，等强度的两条谱线(Ⅰ和Ⅱ)中，一条(Ⅱ)

的衍射最大强度落在另一条(Ⅰ)的第一最小强度上，这时，两衍射图样中间的光强约为中央最大的80%，而在这种情况下两谱线中央最大的距离是光学仪器能分辨的最小距离。光栅的分辨率R等于光谱级次n与光栅刻痕总数N的乘积，即

由此可见，分辨率与光谱级数和光栅总刻线数成正比，与波长无关。在实际工作中，要想获得高分辨率，最现实的办法是采用大块的光栅，以增加总刻线数。目前，有些光谱仪已有254m m大光栅，起分辨率可达6?105。

闪耀光栅

非闪耀光栅其能量分布与单缝衍射相似，大部分能量集中在没有被色散的“零级光谱”中，小部分能量分散在其它各级光谱。零级光谱不起分光作用，不能用于光谱分析。而色散越来越大的一级、二级光谱，强度却越来越小。

为了降低零级光谱的强度，将辐射能集中于所要求的波长范围，近代的光栅采用定向闪耀的办法。即将光栅刻痕刻成一定的形状，使每一刻痕的小反射面与光栅平面成一定的角度，使衍射光强主最大从原来

与不分光的零级主最大重合的方向，转移至由刻痕形状决定的反射方向。结果使反射光方向光谱变强，这种现象称为闪耀，（如右图所示）。辐射能量最大的波长称为闪耀波长。光栅刻痕反射面与光栅平面的夹角，称为闪耀角。每一个小反射面与光栅平面的夹角β保持一定，以控制每一小反射面对光的反射方向，使光能

集中在所需要的一级光谱上，这种光栅称为闪耀光栅。

当α=θ=β时，在衍射角θ的方向上可得到最大的相对光强。β角称为闪耀角。

常用光栅类型

机刻光栅和全息光栅。

用机械方法刻制的光栅称为机刻光栅。

直接刻制的光栅称为原刻光栅；由原刻光栅复制的光栅称为复制光栅。

由透明材料制成的衍射光栅，称为透射光栅。

由反射材料制成的衍射光栅称为反射光栅。

按照光学反射面的形状，反射光栅又分为平面光栅和凹面光栅。

由于机刻方法的局限性，一般光栅都存在一定的缺陷。用激光全息照相制造的光

栅称为全息光栅。全息光栅有透射式和反射式两种。

光谱重叠及消除

由光栅方程d（si nα+si nθ）= nλ

可见，当d、α一定时，衍射角的大小和入射角的波长有关。当n与λ的乘积相同的辐射将分散在同一空间位置，即谱线重叠。

例如，波长为400n m的Ⅰ级线，与波长为200n m的Ⅱ级线，波长为133.33nm的Ⅲ级线，互相重叠，造成干扰。消除谱线重叠的方法有：

（1）利用滤光片吸收干扰波长

例如，只要600n m谱线，则可用红色滤光片滤去其它组分。（2）利用感光板的灵敏区不同，消除干扰波段

例如，若拍摄Ⅱ级250 ~350n m波段的谱线，可选用“未增感”的乳剂干板（感光范围为250 ~500n m），则干扰250 ~350nm的一级光谱（500 ~700n m）和三级光谱（166 ~233n m）将不会在感光板上感光。

（3）利用谱级分离器消除干扰

在光路中附加一个低色散的棱镜（分级器），配合工作，以使检测器只单独接受某一级的光谱。

3.狭缝

狭缝是由两片经过精密加工，且具有锐利边缘的金属片组成，其两边必须保持互相平行，并且处于同一平面上。

狭缝宽度对分析有重要意义。单色器的分辨能力表示能分开

最小波长间隔的能力。波长间隔大小决定于分辨率、狭缝宽度和光学材料性质等，它用有效带宽S表示

S= D W

式中，D为线色散率倒数，W为狭缝宽度。

当仪器的色散率固定时，S将随W而变化。对于原子发射光谱，在定性分析时一般用较窄的狭缝，这样可一提高分辨率，使邻近的谱线清晰分开。

在定量分析时则采用较宽的狭缝，以得到较大的谱线强度。对于原子吸收光谱分析，由于吸收线的数目比发射线少得多，谱线重叠的几率小，因此常采用较宽的狭缝，以得到较大的光强。

当然，如果背景发射太强，则要适当减小狭缝宽度。一般原则，在不引起吸光度减少的情况下，采用尽可能大的狭缝宽度。三、吸收池

吸收池一般由光透明的材料制成。在紫外光区，采用石英材料；可见光区，则用硅酸盐玻璃；红外光区，则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶体制成吸收池的窗口。

四、检测器

检测器可分为两类，一类对光子有响应的光检测器，另一类

为对热产生响应的热检测器。光检测器有硒光电池、光电管、光电倍增管、半导体等。热检测器是吸收辐射并根据吸收引起的热效应来测量入射辐射的强度，包括真空热电偶、热释电检测器等。

五、读出装置

由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安计数

字显示器、计算机等显示和记录结果。

了解光学分析法的分类，掌握光学分析法的基本特性。掌握光谱分析法的仪器结构，了解单色器的分光特征。

仪器分析[第十章原子吸收光谱分析法]山东大学期末测验知识点复习

仪器分析[第十章原子吸收光谱分析法]山东大学期末测验知识点复习

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第十章原子吸收光谱分析法 1．共振线与元素的特征谱线 基态→第一激发态，吸收一定频率的辐射能量，产生共振吸收线(简称共振线)；吸收光谱。 激发态→基态，发射出一定频率的辐射，产生共振吸收线(也简称共振线)；发射光谱。 元素的特征谱线： (1)各种元素的原子结构和外层电子排布不同，基态→第一激发态：跃迁吸收能量不同——具有特征性。 (2)各种元素的基态→第一激发态，最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。 (3)利用特征谱线可以进行定量分析。 2．吸收峰形状 原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线。实际上用特征吸收频率左右范围的辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一定宽度)。 由 I t =I e-Kvb 透射光强度I t 和吸收系数及辐射频率有关。以K v 与v作图得图10一1所示 的具有一定宽度的吸收峰。

3．表征吸收线轮廓(峰)的参数 (峰值频率)：最大吸收系数对应的频率或波长； 中心频率v 中心波长：最大吸收系数对应的频率或波长λ(单位为nm)； 半宽度：△v 0B 4．吸收峰变宽原因 (1)自然宽度在没有外界影响下，谱线仍具有一定的宽度称为自然宽度。它与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。不同谱线有不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级。 多普勒效应：一个运动着的原子发出的光， (2)多普勒变宽(温度变宽)△v 如果运动方向离开观察者(接受器)，则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。 (3)劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽(碰撞变宽)△v 由于原子相互碰撞使能 L 量发生稍微变化。 劳伦兹变宽：待测原子和其他原子碰撞。 赫鲁兹马克变宽：同种原子碰撞。 (4)自吸变宽空心阴极灯光源发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象，灯电流越大，自吸现象越严重，造成谱线变宽。 (5)场致变宽场致变宽是指外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象，但一般影响较小。 为主。 在一般分析条件下△V 5．积分吸收与峰值吸收 光谱通带0．2 nm，而原子吸收线的半宽度10-3nm，如图10—2所示。 若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0．5％。灵敏度极差。

1 原子荧光光谱法的基本原理

1 原子荧光光谱法的基本原理 1.1 原子荧光光谱法原理 原子荧光光谱法（AFS)是原子光谱法中的一个重要分支，是介于原子发射(AES）和原子吸收（AAＳ)之间的光谱分析技术，它的基本原理就是：固态、液态样品在消化液中经过高温加热，发生氧化还原、分解等反应后样品转化为清亮液态,将含分析元素的酸性溶液在预还原剂的作用下，转化成特定价态，还原剂 KBH 4 反应产生氢化物和氢气，在载气（氩气)的推动下氢化物和氢气被引入原子化器(石英炉）中并原子化。特定的基态原子(一般为蒸气状态)吸收合适的特定频率的辐射,其中部分受激发态原子在去激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光,检测器测定原子发出的荧光而实现对元素测定的痕量分析方法。1.2 原子荧光的类型 原子荧光是一种辐射的去活化(ｄｅcactｉｖatioｎ)过程。当有原子吸收由一合适的激发光源发射出的特征波长辐射后被激发，接着辐射区活化而发射出荧光。基本上，荧光线的波长和激发线的波长相同,也有可能比激发线的波长长，但比激发线波长短的情况也有，但不多。原子荧光有5中基本类型:①共振荧光。即激发波长与产生的荧光波长相同时，这种荧光称为共振荧光,是原子荧光分析中最常用的一种荧光;②直跃线荧光。即激发波长大于产生的荧光波长相同时，这种荧光称为直跃线荧光；③阶跃线荧光。即激发波长小于产生的荧光波长相同 时,这种荧光称为阶跃线荧光;④热助阶跃线荧光.既原子吸收能量由基态E 激发 至E 2能级时,由于受到热能的进一步激发,电子可能跃迁至于E 2 相近的较高能级 E 3，当其由E 3 跃迁到较低能级E 1 时所发射的荧光，称为热助阶跃线荧光;⑤热助 反Stokes荧光。即电子从基态E 0邻近的Ｅ ２ 能级激发至E ３ 能级时，其荧光辐射 过程可能是由Ｅ ３回到Ｅ 所发出的荧光成为热助反Sｔokes荧光。 1．3 汞的检测方法 汞及其化合物属于剧毒物质,是国际国内进出口商品中一项重要理化指标。汞在体内达到一定量时，将对人的神经系统、肾、肝脏产生严重的损害。汞测定方法有冷原子吸收光谱法、二硫腙比色法、原子荧光光谱分析法、电热原子吸收

光谱分析法导论

第二章光谱分析法导论 一.教学内容 1．电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量 2．物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学 3．光学分析法的分类及特点 4．光学分析法的基本仪器 二．重点与难点 1．电磁辐射与电磁波谱的特殊 2．各物理量的相互换算 3．物质与电磁辐射相互作用的机制 4．各种能级跃迁的概念及相应的光谱 三.教学要求 1．牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质 2．熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算 3．清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱 4．清晰光学分析法分类的线索 5．了解光谱法的基本仪器部件 四．学时安排2学时 第一节光学分析法及其分类 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。 这些电磁辐射包括从 射线到无线电波的所有电磁波谱范围

(不只局限于光学光谱区)。电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量 子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（A AS），原子荧光光谱法（A FS）以及X射线荧光光谱法（X FS）等。 分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分 光光度法（U V-Vi s），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（M F S）和分子磷光光谱法（M P S）等。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。 本章主要介绍光谱法。 一、发射光谱法 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M* ?→M +hv 通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性和定量分 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法不同，发射光谱法分为： 1.γ射线光谱法

(完整word版)原子吸收光谱定量分析方法

原子吸收定量分析方法 一、定量分析方法(P145) (1)标准曲线法： 配制一系列浓度不同的标准溶液，在相同测定条件下，测定标准系列溶液和待测试样溶液的吸光度，绘制A-c标准曲线，由待测溶液的吸光度值在标准曲线上得到其含量。 (2) 标准加入法 当试样组成复杂，待测元素含量很低时，应采用标准加入法进行定量分析。 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+4cO … 分别测得吸光度为：AX ，A1 ，A2 ，A3 ，A4 … 直线外推法：以A对浓度c做图得一直线，图中c X点即待测溶液浓度。 (3)稀释法： (4)内标法： 在标准试样和被测试样中，分别加入内标元素，测定分析线和内标线的吸光度比，并以吸光度比与被测元素含量或浓度绘制工作曲线。 内标元素的选择：内标元素与被测元素在试样基体内及在原子化过程中具有相似的物理化学性质，样品中不存在，用色谱纯或者已知含量 二、灵敏度和检出限 (1)灵敏度 1、定义： 在一定浓度时，测定值（吸光度）的增量(ΔA)与相应的待测元素浓度(或质量)的增量(Δc 或Δm)的比值（即分析校正曲线的斜率） PS:习惯上用特征浓度和特征质量表征灵敏度 2、特征浓度 定义：能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量浓度定义为元素的特征浓度 3、特征质量 定义：能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量定义为元素的特征质量。 (2)检出限 定义： 适当置信度下，能检测出的待测元素的最低浓度或最低质量。用接近于空白的溶液，经若干次重复测定所得吸光度的标准偏差的3倍求得。

光谱分析法导论题库

光谱分析法导论 1．在下列激发光源中,何种光源要求试样制成溶液？( 1 ) (1)火焰(2)交流电弧(3)激光微探针(4)辉光放电 2．发射光谱法用的摄谱仪与原子荧光分光光度计相同的部件是( 3 ) (1)光源(2)原子化器(3)单色器(4)检测器 3．在光学分析法中, 采用钨灯作光源的是( 3 ) (1)原子光谱(2)分子光谱(3)可见分子光谱(4)红外光谱 可见光源通常使用钨灯 5. 原子光谱(发射、吸收与荧光)三种分析方法中均很严重的干扰因素是( 2 ) (1)谱线干扰(2)背景干扰(3)杂散干扰(4)化学干扰 6. 三种原子光谱(发射、吸收与荧光)分析法在应用方面的主要共同点为( 2 ) (1)精密度高,检出限低(2)用于测定无机元素(3)线性范围宽(4)多元素同时测定7. __紫外__和__可见_辐射可使原子外层电子发生跃迁. 原子发射光谱法 1. 几种常用光源中，产生自吸现象最小的是( 2 ) (1) 交流电弧(2) 等离子体光源（即为ICP）(3) 直流电弧(4) 火花光源 2. 闪耀光栅的特点之一是要使入射角α、衍射角β和闪耀角θ之间满足下列条件( 4 ) (1) α=β(2) α=θ(3) β=θ(4) α=β=θ 3. 当不考虑光源的影响时，下列元素中发射光谱谱线最为复杂的是( 4 ) (1) K (2) Ca (3) Zn (4) Fe 所以选择铁谱作为标准 4. 矿物中微量Ag、Cu的发射光谱定性分析应采用的光源是 (1) I CP光源(2) 直流电弧光源(3) 低压交流电弧光源(4) 高压火花光源直流电弧光源用于矿石难溶物中低含量组分的定量测定 5. 下列哪种仪器可用于合金的定性、半定量全分析测定 (1)极谱仪(2)折光仪(3)原子发射光谱仪(4)红外光谱仪(5)电子显微镜6. 发射光谱摄谱仪的检测器是( ) (1) 暗箱(2) 感光板(3) 硒光电池(4) 光电倍增管 7. 对原子发射光谱法比对原子荧光光谱法影响更严重的因素是( ) (1) 粒子的浓度(2) 杂散光(3) 化学干扰(4) 光谱线干扰 8. 原子发射光谱激发源的作用是提供足够的能量使试样____蒸发________ 和__激发__。 9. 影响谱线强度的内因是______各元素的激发电位统计权重____________ ，外因是__被测元素浓度和弧焰温度________________ 。 10. 自吸：原子在高温下被激发而发射某一波长的辐射, 但周围温度较低的同种原子(包括低能级原子或基态原子)会吸收这一波长的辐射 11. (1)海水中的重金属元素定量分析___高频电感耦合等离子体____________ (2)矿物中微量Ag、Cu的直接定性分析_____直流电弧_________ (3)金属锑中Sn、Bi的直接定性分析______电火花________

原子吸收光谱法的研究现状及展望

原子吸收光谱法的研究现状及展望 *** 天津科技大学化工与材料学院天津 300457 摘要：本文简要概述了原子吸收光谱法的发展历程，阐述了原子吸收光谱法的优缺点和基本原理，综述了原子吸收光谱法在现代分析检测技术中的最新进展并做了展望。 关键词：原子吸收；分析；现状 自美国Perkin-E1mer公司1961年推出了世界上第一台火焰原子吸收分光光度计到第一台商品石墨炉的推出，从横向交变磁场到纵向交变磁场塞曼背景校正，从纵向加热石墨炉到横向加热无温度梯度石墨炉，从光电倍增管到半导体固态检测器……原子吸收光谱仪的发展跨越了一个又一个的里程碑[1]。 近年来，随着科研水平的不断提升，对仪器分析的高效性、精密性和便捷性提出了更高的要求，仪器分析的水平也在不断提升。原子吸收光谱分析法凭借其诸多优势，已成为普及程度最高的仪器分析方法之一。 1.原子吸收光谱法的特点 原子吸收光谱法以其高效精密的分析方法，成为普及度最高的仪器分析方法之一，它具有以下诸多优点[2-3]: 1)高精密度。火焰原子吸收法的精密度可达1%-2%，石墨炉原子化法的灵敏度高达 10-12g。 2)高灵敏度。火焰原子吸收可测质量浓度mg/L～μg/L级的金属，是目前最灵敏的 分析方法之一。 3)测定元素广泛。采用空气-乙炔火焰可测定近70种元素。 4)谱线简单。干扰少，选择性好，多数情况下可不经分离除去共存成分而直接测定。 5)操作简便快捷。自动进样每小时可测数百个样品，即使手工操作每小时也可测数十 个样品。 原子吸收光谱也存在一定的缺陷。比如，它不能对多种元素同时分析，对难溶元素的测定灵敏度也不十分令人满意，对共振谱线处于真空紫外区的元素，如P、S等还无法测定。

光学分析法导论发射光谱习题

第二章光学分析法导论习题（P223） 1、光谱法的仪器由哪几部分组成？它们的作用是什么？ 2、单色器由几部分组成？它们的作用是什么？ 3、简述光栅和棱镜分光的原理。 4、影响光栅色散率（线色散率）的因素有哪些？线色散率的单位是什么？ 5、波长为500nm和520nm的光谱线垂直照射到光栅上，经焦距为两米的成像物镜系统进 行光谱测量，若光栅刻线数分别为600条/mm，1200条/mm，问一级光谱和二级光谱中这两条线之间的距离为多少？ 6、一台配有长63.5mm，刻线数为600条/mm光栅的光谱仪，理论上至少要用哪一级光谱 才能分辨开309.990nm和309.997nm的铁双线？ 7、某光谱仪光栅长5cm，刻线数为1000条/mm，暗箱物镜焦距为1m，光线垂直光栅入射， 问分别用一、二级光谱时在衍射为30°处的波长各为多少？在此波长下所能分辨开的最小波长差各为什么？此时的倒线色散率为多大？ 第三张原子发射光谱法习题（P242） 1、光谱项的意义是什么？ 2、光谱分析常用的激发光源有哪几种？比较它们各自的特点？ 3、发射光谱分析中，如何选择分析线和分析线对？ 补充题 1、原子发射光谱是怎样产生的？其特点是什么？ 2、原子发射光谱仪由哪几部分组成？其主要作用是什么？ 3、名词解释：（1）激发电位；（2）电离电位；（3）原子线；（4）；离子线；（5）共振线；（6） 灵敏线（7）等离子体；（8）自吸；（9）基体效应 4、简述ICP的形成原理及其特点。 5、光谱定性分析摄谱时，为什么要使用哈特曼光阑？为什么要同时摄取铁光谱？ 6、光谱定量分析的依据是什么？为什么要采用内标法？简述内标法的原理。 7、为什么原子发射光谱可采用内标法来消除实验条件的影响？ 8、采用原子发射光谱分析下列试样时，选用什么光源为宜？ （1）矿石中组分的定性、半定量分析； （2）合金中铜的质量分数（10-2数量级） （3）钢中锰的质量分数（10-4~10-3数量级） （4）污水中的Cr、Mn、Cu、Fe等的质量分数（10-6~10-3数量级） 9、某合金中Pb的光谱的定量测定，以Mg作为内标，实验测得数据如下：根据下面数据，（1） 绘制工作曲线； （2）求溶液中A、B、C的质量浓度。 溶液黑度计读数（透光率）Pb的浓度（mg mL-1） Mg Pb 1 7.3 17.5 0.151 2 8.7 18.5 0.201 3 7.3 11.0 0.301 4 10.3 12.0 0.402 5 11. 6 10.4 0.502 A 8.8 15.5 B 9.2 12.5 C 10.7 12.2

第四章原子吸收光谱法与-原子荧光光谱法

第四章原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 4-1 . Mg原子的核外层电子31S0→31P1跃迁时吸收共振线的波长为285.21nm,计算在2500K 时其激发态和基态原子数之比. 解: Mg原子的电子跃迁由31S0→31P1 ,则 g i／g0=3 跃迁时共振吸收波长λ=285.21nm ΔEi=h×c／λ =（6.63×10-34）×（3×108）÷（285.31×10-9） =6.97×10-19J 激发态和基态原子数之比： Ni／N0＝（g i／g0）×e-ΔEi／kT 其中: g i／g0=3 ΔEi／kT=-6.97×10-19÷〔1.38×10-23×2500〕 代入上式得： Ni／N0＝5.0×10-9 4-2 .子吸收分光光度计单色器的倒线色散率为1.6nm／mm，欲测定Si251.61nm的吸收值，为了消除多重线Si251.43nm和Si251.92nm的干扰，应采取什么措施？ 答： 因为: S1 =W1/D = (251.61-251.43)/1.6 = 0.11mm S2 =W2/D =（251.92-251.61）/1.6 =0.19mm S1＜S2 所以应采用0.11mm的狭缝. 4-3 .原子吸收光谱产生原理，并比较与原子发射光谱有何不同。 答： 原子吸收光谱的产生：处于基态原子核外层电子，如果外界所提供特定能量（E）的光辐射恰好等于核外层电子基态与某一激发态（i）之间的能量差（ΔEi）时，核外层电子将吸收特征能量的光辐射有基态跃迁到相应激发态，从而产生原子吸收光谱。 原子吸收光谱与原子发射光谱的不同在于： 原子吸收光谱是处于基态原子核外层电子吸收特定的能量，而原子发射光谱是基态原子通过电、热或光致激光等激光光源作用获得能量；原子吸收光谱是电子从基态跃迁至激发态时所吸收的谱线，而原子发射光谱是电子从基态激发到激发态，再由激发态向基态跃迁所发射的谱线。

光谱分析法概述

光谱分析法概论 ~ 第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用 （一）电磁辐射和电磁波谱 光是一种电磁辐射（又称电磁波），是一种以强大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光量子流，它具有波粒二象性 1 光的波动性：用波长、波数、频率作为表征 波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点之间的线性距离，常用nm作为单位 波数是每厘米长度中波的数目，单位cm-1 频率是每秒内的波动次数，单位Hz 在真空中波长、波数和频率的关系 C是光在真空中的传播速度，C=2.997925*10 10cm*s 所有电磁辐射在真空中的传播速度均相同 在其他透明介质中，由于电磁辐射与介质分子的相互作用，传播速度比在真空中稍小一些 2 光的微粒性：用每个光子具有的能量E作为表征 光子的能量与频率成正比，与波长成反比 H是普朗克常数，其值等于6.6262*10-34 J*s 能量E的单位常用电子伏特（eV）和焦耳（J）表示 电磁辐射与物质的相互作用包括以下两种： 1 涉及物质内能变化的：吸收、产生荧光、磷光、拉曼散射 2 不涉及物质内能变化的：透射、折射、非拉曼散射、衍射、旋光 当辐射通过固体、液体或气体等透明介质时，电磁辐射的交变电场导致分子（或原子）外层电子相对其核的震荡，造成这些分子（或原子）周期性的变化 1如果入射的电磁辐射能量正好与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差相等，介质分子（或原子）就会选择性地吸收这部分辐射能，从基态跃迁到激发态（激发态的寿命很短） 处于激发态的分子（或原子）通常以（1）热的形式（2）发生化学变化（光化学变化）（3）以荧光及磷光的形式发射出所吸收的能量并回到基态 2 如果入射的电磁辐射能量与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差不相等，则电磁辐射不被吸收，分子（或 原子）极化所需的能量仅被介质分子（或原子）瞬间保留，然后被再发射，从而产生光的透射、非拉曼发射、反射、折射等物理现象 第二节 光学分析法的分类 一、常用的光学分析方法

液相色谱原子荧光光谱联用方法通则

《液相色谱-原子荧光光谱联用方法通则》 （征求意见稿） 编制说明 中国广州分析测试中心 《液相色谱-原子荧光光谱联用方法通则》 广东省地方标准起草小组 2017年10月 《液相色谱-原子荧光光谱联用方法通则》 （征求意见稿）编制说明 一、任务来源和起草单位 本标准根据广东省质监局《关于批准下达2016年省地方标准制修订计划项目（第二批）的通知》（粤质监标函[2017] 106号）立项，要求中国广州分析测试中心承担广东省地方标准《液相色谱-原子荧光光谱联用方法通则》的制定任务。 《液相色谱-原子荧光光谱联用方法通则》标准由广东省分析测试标准化技术委员会（GD/TC22）归口管理，中国广州分析测试中心负责组织制定。 二、标准制订的目的和意义 目前国内重金属污染情况较为严重，受能源及冶金工业影响，进入环境中的砷、汞等重金属已成为全球性的污染物质。其中1956年日本发生甲基汞中毒引起“水俣病”震惊全球，不同形态的砷其毒性也大不同。在各个领域内对重金属污染物以及其形态的分析检

测技术应用迫在眉睫。 同时，液相色谱-原子荧光光谱联用仪（简称：LC-AFS）具备对能形成氢化物或原子蒸气如砷、硒、锑、汞等元素的不同形态进行定性定量分析的能力。 本标准拟研究制订液相色谱-原子荧光光谱联用方法的使用通则，为各应用液相色谱-原子荧光光谱联用仪器进行分析的方法提供依据，以此规范液相色谱-原子荧光光谱联用仪器 三、标准的制定过程 （1）成立《液相色谱-原子荧光光谱联用方法通则》标准制定工作组。 依据项目计划和标准化工作程序，工作组于2017年2月成立，工作组成员中国广州分析测试中心的有关技术人员。 （2）调研和资料收集。 根据粤质监标函[2017] 106号下达的广东省地方标准制修订计划（第二批）任务的通知，中国广州分析测试中心组织标准编制工作小组，查询、收集和认真研究国内外标准及相关资料，并结合实验室的自身条件、仪器特性和方法技术特点，初步设计编制方案。 （3）形成标准草案。 在标准的制定过程中，中国广州分析测试中心结合我国的实际情况，邀请中心和行业内相关专家进行探讨，吸取专业意见建议，并结合液相色谱-原子荧光光谱联用方面相对成熟的检测方法及其相关文献资料，修编形成标准的草案。

原子荧光复习题

原子荧光法复习题 一、填空： 1.原子荧光分析中，荧光类型有、、、热助线荧光和敏化原子荧光等。 答案：共振荧光、直跃线荧光、阶跃线荧光 2.原子荧光光谱仪中，目前有和两类仪器。 答案：色散系统、非色散系统 3.七十年代末，由于、及各种高效原子化器的使用，AFS技术得到了较大发展。 答案：高强度空心阴极灯、激光器 4.荧光猝灭的程度与及有关。 答案：被测元素、猝灭剂的种类 5.在原子荧光分析中，原子浓度较高时容易发生，它可使荧光信号变化和荧光谱线，从而峰值强度。 答案：自吸、变宽、减少 6.在原子荧光分析中，无论是连续光源或者线光源，光源强度越高，其测量线性工作范围。答案：越宽 7.原子荧光光谱仪的检测部分主要包括、以及放大系统和输出装置。 答案：分光系统、光电转换装置 8.在原子荧光分析中，石英原子化器炉温过高会使降低、增高，但较高的炉温又有利于消除干扰，所以应根据实际情况确定原子化温度。 答案：灵敏度、噪声、气相 9.在原子荧光分析中，测定灵敏度随观测高度增加而，观测高度太低时，会增加，观测高度太高时，会使和下降。 答案：降低、噪声、灵敏度、精度 10.原子荧光光谱仪中，以供电的空心阴极灯，可以使增强几十至几百倍。 答案：脉冲、谱线 11.在原子荧光分析的实际工作中，会出现空白大于样品强度的情况，这是因为空白溶液中不存在的原因。 答案：荧光、干扰 12.在原子荧光分析中，样品分析时，标准溶液的应和样品完全一致，同时必须做。 答案：介质、空白 13.在原子荧光分析中，当光电倍增管的负高压增加时，和水平同时增加，当灵敏度可以满足要求时，应尽量采用的负高压。 答案：信号、噪声、较低 14. 原子荧光光谱仪一般由四部分组成：、、和。 答案：光源（激发光源）、原子化器、光学系统（单色仪）、检测器 15.石英原子化器的外屏蔽气是用以防止周围的进入，产生，以保证较高及稳定的。

原子荧光光谱

第4章原子荧光光谱分析 4.1 原子荧光光谱的产生和特性 4.2 原子荧光光谱分析的定量关系 4.3 原子荧光光谱仪器 4.4 蒸气发生样品导入技术 4.5 蒸气发生-原子荧光光谱分析技术4.6 蒸气发生-原子荧光光谱分析的干扰4.7 蒸气发生-原子荧光测量要点 4.8 非蒸气发生原子荧光光谱分析技术

4.1 原子荧光光谱的产生和特性 原子荧光光谱分析法是上世纪60年代中期发展起来的一种新的痕量分析方法。 原子荧光光谱分析法具有很高的灵敏度，校正曲线的线性范围宽，能进行多元素同时测定。 在冶金、地质、石油、农业、生物医学、地球化学、材料科学、环境科学等各个领域内获得了相当广泛的应用。

气态自由原子处于基态，当吸收激发光源发出的一定频率的辐射能量后，原子由基态跃迁至高能态，即处于激发状态。处于激发态的原子很不稳定，在极短的时间(≈10-8s)内即会自发地释放能量返回到基态。若以辐射的形式释放能量，则所发射的特征光即为原子荧光。 原子荧光是光致发光，所以当激发光源停止照射之后，再发射过程立即停止。

4.1.2.1 共振荧光 共振荧光是指激发波长与发射波长相同的荧光。 由于原子的激发态和基态之间共振跃迁的概率一般比其他跃迁的概率大得多，所以共振跃迁产生的谱线是最有用的分析谱线。 当原子处于由热激发产生的较低的亚稳能级，则共振荧光也可从亚稳能级上产生：称为热助共振荧光。

4.1.2.2 非共振荧光 非共振荧光是指激发波长与发射波长不同的荧光。 （1）斯托克斯荧光 当发射荧光波长比激发光波长长时，即为斯托克斯荧光。 ①直跃线荧光 直跃线荧光是指激发谱线和荧光谱线的高能级相同的荧光。原子受到光辐射激发，从基态跃迁到较高的激发态，然后直接跃迁到能量高于基态的亚稳态能级，发射出波长比激发光波长要长的原子荧光。 类似的，当原子处于由热激发产生的较低亚稳能级，再通过吸收非共振线而激发的直跃线荧光称为热助直跃线荧光。 ②阶跃线荧光 阶跃线荧光是指当激发谱线和发射谱线的高能级不同时所产生的荧光，也分为正常阶跃线荧光和热助阶跃线荧光两类。

原子吸收光谱法的优缺点

主要有以下优点： 1 选择性强。这是因为原子吸收带宽很窄的缘故。因此，测定比较快速简便，并有条件实现自动化操作。在发射光谱分析中，当共存元素的辐射线或分子辐射线不能和待测元素的辐射线相分离时，会引起表观强度的变化。 而对原子吸收光谱分析来说：谱线干扰的几率小，由于谱线仅发生在主线系，而且谱线很窄，线重叠几率较发射光谱要小得多，所以光谱干扰较小。即便是和邻近线分离得不完全，由于空心阴极灯不发射那种波长的辐射线，所以辐射线干扰少，容易克服。在大多数情况下，共存元素不对原子吸收光谱分析产生干扰。在石墨炉原子吸收法中，有时甚至可以用纯标准溶液制作的校正曲线来分析不同试样。 2、灵敏度高。原子吸收光谱分析法是目前最灵敏的方法之一。火焰原子吸收法的灵敏度是ppm到ppb级，石墨炉原子吸收法绝对灵敏度可达到10-10～10-14克。常规分析中大多数元素均能达到ppm数量级。如果采用特殊手段，例如预富集，还可进行ppb数量级浓度范围测定。由于该方法的灵敏度高，使分析手续简化可直接测定，缩短分析周期加快测量进程；由于灵敏度高，需要进样量少。无火焰原子吸收分析的试样用量仅需试液5～100?l。固体直接进样石墨炉原子吸收法仅需0.05～30mg，这对于试样来源困难的分析是极为有利的。譬如，测定小儿血清中的铅，取样只需10?l 即可。 3 分析范围广。发射光谱分析和元素的激发能有关，故对发射谱线处在短波区域的元素难以进行测定。另外，火焰发射光度分析仅能对元素的一部分加以测定。例如，钠只有1%左右的原子被激发，其余的原子则以非激发态存在。 在原子吸收光谱分析中，只要使化合物离解成原子就行了，不必激发，所以测定的是大部分原子。目前应用原子吸收光谱法可测定的元素达73种。就含量而言，既可测定低含量和主量元素，又可测定微量、痕量甚至超痕量元素；就元素的性质而言，既可测定金属元素、类金属元素，又可间接测定某些非金属元素，也可间接测定有机物；就样品的状态而言，既可测定液态样品，也可测定气态样品，甚至可以直接测定某些固态样品，这是其他分析技术所不能及的。 4、抗干扰能力强。第三组分的存在，等离子体温度的变动，对原子发射谱线强度影响比较严重。而原子吸收谱线的强度受温度影响相对说来要小得多。和发射光谱法不同，不是测定相对于背景的信号强度，所以背景影响小。在原子吸收光谱分析中，待测元素只需从它的化合物中离解出来，而不必激发，故化学干扰也比发射光谱法少得多。 5、精密度高。火焰原子吸收法的精密度较好。在日常的一般低含量测定中，精密度为1～3%。如果仪器性能好，采用高精度测量方法，精密度为

仪器分析练习题(第2章 光谱分析法导论)

仪器分析练习题 第2章光谱分析法导论 一.选择题 1. 在1900～3600?区域测量某一分子的吸收光谱，使用光源的最佳选择是（B ） A. 钨灯 B. 氘灯（中山大学2011年：分析化学基础） C.汞灯 D. 空心阴极灯 2. 欲分析165～360nm的波谱区的原子吸收光谱，选用的光源为（C） A. 钨灯 B. 能斯特灯（南开大学2007年） C.空心阴极灯 D. 氘灯 3. 下列色散元件中，色散均匀、波长范围广且色散率大的是（D）？（厦门大学2010年） A.滤光片 B.玻璃棱镜 C.石英棱镜 D.光栅 4. 棱镜或光栅可作为（C）（中国海洋大学2011年博士研究生） A.滤光元件 B.聚焦元件 C.分光元件 D.感光元件 5. 用光电倍增管检测光强度时，增大检测信号值的方法是（B）？（厦门大学2010年） A.增大光源电压 B.增大光电倍增管电压 C.增大采光狭缝宽度 D.以上方法均可 6.下列两种光源均是线光源的是（B）（东北大学2010年） A. W灯和空心阴极灯 B.激光和空心阴极灯 C.氘灯和能斯特灯 D. ICP光源和硅碳棒 7. 三种原子光谱（发射、吸收与荧光）分析法在应用方面的主要共同点为（B ） A.精密度高，检出限低 B.用于测定无机元素（南京大学2006年） C.线性范围宽 D.多元素同时测定 8.原子光谱（发射、吸收与荧光）三种分析方法中均很严重的干扰因素是（B） A.光谱线干扰 B.背景（华中师范大学2007年） C.杂散光 D.化学干扰 9. 如果设定一个单色器（采用光栅为分光元件）使其能允许600nm的光通过，则下列光线 中还有哪条也能通过该单色器？（D）（中国海洋大学2011年、2013年） A. 1000nm B. 800nm C. 400nm D. 300nm 10.某摄谱仪刚好可以分辨310.030nm及309.9920nm的两条谱线，则用该摄谱仪可以分辨 出的谱线组还有（D）（中国海洋大学2012年） A. Si 251.61 -Zn 251.58nm B. Ni 337.56 -Fe 337.57nm C. Mn 325.40 -Fe 325.395nm D. Cr 301.82 -Ce301.88nm 11. 以下分析方法适宜用于定性分析的是（A）？（中国海洋大学2011年） A.原子发射光谱法 B.原子吸收光谱法 C.紫外可见光谱法 D.荧光光谱法 12. 关于原子光谱分析，下列说法错误的是（C）？（中国海洋大学2012年） A.在原子发射光谱的光源中，激发温度最高的是高压电火花 B.与原子荧光光谱法相比，光谱线干扰对原子发射光谱法影响更严重 C.原子发射光谱法可以测定待测元素的存在状态 D.采用原子吸收法测定待测元素，其灵敏度、准确度主要取决于原子化系统

第2章 光谱分析法概论

第2章 光谱分析法概论 根据物质发射的电磁辐射或物质与辐射的相互作用建立起来的一类仪器分析方法，统称 为光学分析法。 光是电磁辐射(又称电磁波)，是一种不需要任何物质作为传播媒介就可以以巨大速度通 过空间的光子流（量子流），具有波粒二象性（波动性与微粒性）。 光的波动性体现在反射、折射、干涉、衍射以及偏振等现象。波长λ 、波数σ 和频率υ 相互关系为：λν/c = 和c //1νλσ==，c =2.997925×1010cm/s 。 光的微粒性体现在吸收、发射、热辐射、光电效应、光压现象以及光化学作用等方面， 用每个光子具有的能量E 作为表征。光子的能量与频率成正比，与波长成反比，关系为： σλνhc hc h E ===/ 从γ 射线一直至无线电波都是电磁辐射，光是电磁辐射的一部分，若把电磁辐射按照波 长或频率的顺序排列起来，就可得到电磁波谱（electromagnetic spectrum ）。 波长在360～800nm 范围的光称为可见光，具有同一波长、同一能量的光称为单色光，由 不同波长的光组合成的称为复合光。 复合光在与物质相互作用时，表现为其中某些波长的光被物质所吸收，另一些波长的光 透过物质或被物质所反射，透过物质的光（或反射光）能被人眼观察到的即为物质所呈现的颜色。不同波长的光具有不同的颜色，物质的颜色由透射光（或发射光）的波长所决定。 当物质与辐射能相互作用时，其内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，对所产生的辐 射能强度随波长(或相应单位)变化作图，所得到的谱图称为光谱（也称波谱）。 利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析法或光谱法。 以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方 法为原子光谱法， 由分子中电子能级（n ）、振动能级（v ）和转动能级（J ）的变化而产生的光谱为基础的 定性、定量和物质结构分析方法为分子光谱法。有紫外-可见分光光度法（UV-Vis ），红外吸收光谱法（IR ），分子荧光光谱法（MFS ）和分子磷光光谱法（MPS ）等。 物质吸收相应的辐射能而产生的光谱为吸收光谱。利用物质的吸收光谱进行定性、定量 及结构分析的方法称为吸收光谱法。 物质受激，跃迁到激发态M*后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生 的光谱为发射光谱。物质发射的光谱有三种：线状光谱、带状光谱和连续光谱。 利用测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性、定量的方法称为发射光谱法。 用于研究吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计， 一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品池、检测器和读出器。 单色器的主要作用是将来自光源的连续光谱（复合光）分解并分离出所需要的单色光（即 仅含特定波长的光）或有一定宽度的谱带，由入射狭缝和出射狭缝、准直镜、聚焦镜以及色散元件（如棱镜或光栅）等组成，分色散型和干涉型。 当一束波长为λ 的平行单色光（强度为I 0）通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体 介质时，光的强度由I 0减弱为I t ，定义I t 与I 0的比值为透光率（transmittance ，0t I I T = ），其

原子荧光光谱仪操作步骤及原理分析2012

氢化物（蒸气）发生 -原子荧光 原子荧光的发展史 ●原子荧光谱法(AFS)是原子光谱法中的一个重要分支。从其发光机理看属于一种原子发 射光谱(AES)，而基态原子的受激过程又与原子吸收(AAS)相同。因此可以认为AFS是AES和AAS两项技术的综合和发展，它兼具AES和AAS的优点。 ●1859年Kirchhoof研究太阳光谱时就开始了原子荧光理论的研究，1902年Wood等首 先观测到了钠的原子荧光，到20世纪20年代，研究原子荧光的人日益增多，发现了许多元素的原子荧光。用锂火焰来激发锂原子的荧光由BOGROS作过介绍，1912年WOOD 年用汞弧灯辐照汞蒸气观测汞的原子荧光。Nichols和Howes用火焰原子化器测到了钠、锂、锶、钡和钙的微弱原子荧光信号，Terenin研究了镉、铊、铅、铋、砷的原子荧光。 1934年Mitchll和Zemansky对早期原子荧光研究进行了概括性总结。1962年在第10次国际光谱学会议上，阿克玛德(Alkemade)介绍了原子荧光量子效率的测量方法，并予言这一方法可能用于元素分析。1964年威博尼尔明确提出火焰原子荧光光谱法可以作为一种化学分析方法，并且导出了原子荧光的基本方程式，进行了汞、锌和镉的原子荧光分析。 ●美国佛罗里达州立大学Winefodner教授研究组和英国伦敦帝国学院West教授研究 小组致力于原子荧光光谱理论和实验研究，完成了许多重要工作。 ● 20世纪70年代，我国一批专家学者致力于原子荧光的理论和应用研究。西北大学杜 文虎、上海冶金研究所、西北有色地质研究院郭小等均作出了贡献。尤其郭小伟致力于氢化物发生(HG)与原子荧光(AFS)的联用技术研究，取得了杰出成就，成为我国原子荧光商品仪器的奠基人，为原子荧光光谱法首先在我国的普及和推广打下了基础。 幻灯片3 国外AFS仪器发展史 ＊1971年Larkins用空心阴极灯作光源，火焰原子化器，采用泸光片分光，光电倍增管检测。测定了A u、B i、Co、H g、M g、N i 等20多种元素； ＊1976年Technicon公司推出了世界上第一台原子荧光光谱仪AFS-6。该仪器采用空心阴极灯作光源，同时测定6个元素，短脉冲供电，计算机作控制和数据处理。由于仪器造价高，灯寿命短，且多数被测元素的灵敏度不如AAS和ICP-AES，该仪器未能成批投产，被称之为短命的AFS-6。 ＊20世纪80年代初，美国Baird公司推出了AFS-2000型ICP-AFS仪器。该仪器采用脉冲空心阴极灯作光源，电感耦合等离子体(ICP)作原子化器，光电倍增管检测，12道同时测量，计算机控制和数据处理。该产品由于没有突出的特点，多道同时测定的折衷条件根本无法满足，性能/价格比差，在激烈的市场竞争中遭到无情的淘汰。 ＊20世纪90年代，英国PSA公司开始生产HG-AFS。

原子荧光光谱法

原子荧光光谱法 原子荧光谱（AFS）是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）之间的光谱分析技术，它的基本原理就是：基态原子（一般蒸气状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。 一、原子荧光光谱法原理 1．1原子荧光的类型以及荧光猝灭 （1）共振荧光 当原子受到波长为λA的光能照射时，处于基态E0（或处于E0邻近的亚稳态E1）的电子跃迁到激发态E2，被激发的原子由E2回到基态E0（或亚稳态E1）时，它就放出波长λF的荧光。这一类荧光称为共振荧光。 （2）直跃线荧光 荧光辐射一般发生在二个激发态之间，处于基态E0的电子被激发到E2能级，当电子回到E1能级时，放出直跃荧光。 （3）阶跃线荧光 当处于激发态E2的电子在放出荧光之前，由于受激碰撞损失部分能量而至E1回到基态时，放出阶跃线荧光。 （4）热助阶跃线荧光 原子通过吸收光辐射由基态E0激发至E2能级，由于受到热能的进一步激发，电子可能跃迁至E2相近的较高能级E3，当其E3跃迁至较低的能级E1（不是基态E0）时所发射的荧光称为热助阶跃荧光。小于光源波长称为反stoke效应。 （5）热助反stokes荧光 （略） 某一元素的荧光光谱可包括具有不同波长的数条谱线。一般来说，共振线是最灵敏的谱线。处于激发态的原子寿命是十分短暂的。当它从高能级阶跃到低能级时原子将发出荧光。 M*→M+hr 除上述以外，处于激发态的原子也可能在原子化器中与其他分子、原子或电子发生非弹性碰撞而丧失其能量。在这种情况下，荧光将减弱或完全不产生，这种现象称为荧光的猝灭。荧光猝灭有下列几类型： 1）与自由原子碰撞 M*+X=M+X M*→激发原子X、M→中性原子 2）与分子碰撞 M*+AB=M+AB 这是形成荧光猝灭的主要原因。AB可能是火焰的燃烧产物； 3）与电子碰撞 M*+e-=M+E- 此反应主要发生在离子焰中 4）与自由原子碰撞后，形成不同激发态 M*+A=M×+A M*、M×为原子M的不同激发态 5）与分子碰撞后，形成不同的激发态 M*+AB= M×+AB 6）化学猝灭反应 M*+AB=M+A+B

原子荧光形态分析仪技术参数

原子荧光形态分析仪技术参数 1、用途与要求 根据元素形态分析的特殊要求设计的一体化机，可实现对包括色谱泵、消解系统、蒸气发生和检测系统的统一协同自动控制。同时具备砷（As）、汞（Hg）、硒（Se）、锑（Sb）等元素形态分析功能和砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）、汞（Hg）、硒（Se）、碲（Te）锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）等元素的总量分析功能。 2、技术性能指标要求 2.1 内置式管内在线消解装置：全封闭一体化结构，管内在线消解，无需氧化剂，大大缩短管路，避免柱后峰形展宽，提高仪器分析性能。 2.2 气液分离装置：降低进入原子荧光检测器的水汽含量，提高分析灵敏度，降低噪声，降低检测限。 2.3 专用的液相色谱和氢化物发生原子荧光光谱仪接口：可以把柱后流出液和氢化物发生液体混合。 2.4 配接专用的液相色谱-原子荧光检测软件，可以实现连续的检测，实时采集数据，实现软件的统一协同自动控制。 2.5 数据处理也可以直接配接色谱工作站，具有谱图处理功能，操作简单方便。 2.6 可检测的砷形态 可定性定量检测： 砷酸盐[As(V)]、亚砷酸盐[As(III)]、一甲基砷酸[MMA(V)]、二甲基砷酸[DMA(V)]、砷甜菜碱(AsB)、砷胆碱(AsC)、饲料中的有机砷制剂(阿散酸p-ASA和洛克沙生Roxarsone） 可定性半定量检测： 一甲基亚砷酸[MMA(III)]、二甲基亚砷酸[DMA(III)]、二甲基砷酸的硫代物 可定性检测： 砷糖(AsS） 以上均须有使用该型号仪器实际分析样品图谱举例。 2.7 可检测的硒形态

可定性定量检测： 亚硒酸盐[Se(IV)]、硒酸盐[Se(VI)]、硒代胱氨酸(SeCys)、硒甲基硒代半胱氨酸(SeMeCys)、硒代蛋氨酸(SeMet） 以上均须有使用该型号仪器实际分析样品图谱举例。 2.8 可检测的汞形态 可定性定量检测： 无机汞(Hg2+)、甲基汞(MetHg)、乙基汞(EtHg)、苯机汞(PhHg) 以上均须有使用该型号仪器实际分析样品图谱举例。 2.9可检测的锑形态 可定性定量检测： 锑酸盐[Sb(V)]、三价锑[Sb(III)] 以上均须有使用该型号仪器实际分析样品图谱举例。 2.10 技术指标 2.10.1、检出限： As（Ⅲ）＜0.04ng、DMA＜0.08 ng、MMA＜0.08 ng、As（Ⅴ）＜0.2 ng SeCys＜0.3 ng、SeMeCys＜1 ng、Se(IV) ＜0.1 ng、SeMet＜2 ng Hg(II) ＜0.05 ng、MeHg＜0.05 ng、EtHg＜0.05 ng、PhHg＜0.1 ng Sb(III) ＜0.1ng Sb(V) ＜0.5ng 2.10.2、精密度＜5% 2.10.3、线性范围三个数量级 2.10.4、相关系数：>0.999 3. 液相泵技术参数 3.1输送模式: 具有主动和辅助活塞的双柱塞输送泵，具有突出的流速稳定性； 3.2柱塞反冲: 虹吸自动冲洗； 3.3可更换泵头式设计，10ml与50ml泵头两种可选； 3.4.溶剂接触材料:宝石、PEEK和不锈钢； 3.5.流速范围: 10 ml 泵头0.001 –9.999 ml/min； 3.6.流量精度: <0.1%（1ml/min，12 MPa）；