导图社区 光谱分析
以下是一篇关于光谱分析的导图笔记,讲述了光谱分析发基本导论、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法。
编辑于2022-03-23 21:15:38仪器分析
一、绪论
光谱分析
二、光谱分析法基本导论
物质是否能级跃迁
光谱分析
基本原理
电磁辐射
定义
性质
波动性
粒子性
分类
按照波长、频率
作用方式
物理作用
非光谱法
散射
光谱法
丁达尔散射
瑞利散射
拉曼散射
折射
反射
干涉
衍射
偏振
光谱作用
吸收
发射
分析方法
分类
作用方式
吸收
穆斯堡尔(Mössbauer)谱法
紫外—可见分光光度法
原子吸收光谱法
红外光谱法
顺磁共振波谱法
核磁共振波谱法
Raman散射
发射
γ射线光谱法
X射线荧光分析法
原子发射光谱分析法
原子荧光分析法
分子荧光分析法
分子磷光分析法
化学发光分析法
散射
波长
作用结果/作用对象
线状谱
原子光谱
原子吸收光谱(AAS
原子发射光谱(AES
原子荧光光谱(AFS
概要
基于原子外层电子跃迁
X射线荧光光谱(XFS
概要
基于原子内层电子跃迁
基于原子核与射作用的穆斯堡谱
概要
基于原子核与射线作用
带状谱
分子光谱:由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的光谱,由于各能级间的能量差较小,因而产生的谱线不易分辨开而形成所谓的带状光谱,其带宽达几个至几十个nm)
紫外光谱法(UV
红外光谱法(IR
分子荧光光谱法(MFS
分子磷光光谱法(MPS
核磁共振(NMR
电子自旋共振波谱法(EPR
概要
基于分子中电子能级、振-转能级跃迁
仪器结构
光源
条件
足够功率
稳定性
作用
选择
连续光源
线光源
脉冲光源
单色器
单色器
棱镜
波长大的折射率小,波长小的折射率大。 分辨率
光栅
N 为光栅的总刻线数,与面积有关 聚光本领
作用
狭缝
作用
构成
光谱通带
W=D*S
选择原则
吸收池
材料
作用
检测系统
作用
光
光电转换器
 S:以电压或电流为单位的电响应; K:校正灵敏度;P:辐射功率; KD: 暗电流(可通过线路补偿,使为0) 要求:灵敏度高; S/N大; 暗电流小; 响应快且在宽的波段内响应恒定
热
信号处理和读出系统
信号出理
放大信号
读出系统
非光谱分析
仅测定电磁辐射性质改变
折射法
旋光法
圆二色法
比浊法
衍射法
作用
定性
定量
I0 = Ia + It + Ir (1) I0 = Ia + It (2) T = It / I0 (3) A= -lgT (4)
结构
三、原子发射光谱法(AES)
概述
定义
作用
定量
半定量
定性
过程
激发
提供能量使样品蒸发形成气态原子,进一步激发而产生辐射
光谱
检测
波长
强度
特点
优点
缺点
基本原理
过程
蒸发——原子化——激发——发射 
单电子运动状态
多电子运动状态
光谱项
原子光谱是原子的外层电子(或称价电子)在两个能级之间跃迁而产生 能级:电子在稳定状态所具有的能量 原子的能级通常用光谱项符号表示:
表达式
能级图
选定原则(跃迁原则)
△n=0或任意正整数 △ L= 1,跃迁只允许在S项和P项, P项和S项或D项之间,D项和P项或F项之间 △ S=0,即单重态只能跃迁到单重态,三重态只能跃迁到三重态 △ J=0, 1 但当J=0时,△ J=0的跃迁是禁阻的 也有个别例外的情况,这种不符合光谱选律的谱线称为禁戒(阻)跃迁线 该谱线一般产生的机会很少,谱线的强度也很弱
谱线强度
公式
Iij = NiAijhvij Ni为单位体积内处于高能级i的原子数,Aij为i、j两能级间的跃迁几率,h为普朗克常数, ij为发射谱线的频率 麦克斯韦玻兹曼分布定律:Ni = N0 gi/g0e (-E / kT) Ni 为单位体积内处于激发态的原子数, N0为单位体积内处于基态的原子数, gi,g0为激发态和基态的统计权重,Ei为激发电位,k为玻兹曼常数(1.38×10-23J K-1),T为激发温度 Iij = gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
关系
Iij = gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT 统计权重、跃迁概率、激发温度、基态原子数:正比 激发能:反比
自吸与自蚀
产生原因
共振线、共振变宽
仪器
光源
直流电弧
过程
优点
缺点
适用
交流电弧
优点
缺点
电火花
优点
缺点
DCP
优点
缺点
ICP
原理
过程
3层Ar用途及优点
特性
环状结构
焰心区
内焰区
尾焰区
优点
缺点
适用
选择
待测元素性质
定性/量
含量
试样引入方法
溶液
气动雾化
超声雾化
电热蒸发(ETV)
气体
直接
间接
氢化
固体
直接插入
电弧、火花
电热蒸发
激光熔融
分光仪
棱镜
光栅
检测器
目视
摄谱
了解过程
光电
定义
作用
干扰及消除
光谱干扰
非光谱干扰
四、原子吸收光谱法与原子荧光光谱法
三、原子发射光谱法(AES)
概述
定义
作用
定量
半定量
定性
过程
激发
提供能量使样品蒸发形成气态原子,进一步激发而产生辐射
光谱
检测
波长
强度
特点
优点
缺点
基本原理
过程
蒸发——原子化——激发——发射 
单电子运动状态
多电子运动状态
光谱项
原子光谱是原子的外层电子(或称价电子)在两个能级之间跃迁而产生 能级:电子在稳定状态所具有的能量 原子的能级通常用光谱项符号表示:
表达式
能级图
选定原则(跃迁原则)
△n=0或任意正整数 △ L= 1,跃迁只允许在S项和P项, P项和S项或D项之间,D项和P项或F项之间 △ S=0,即单重态只能跃迁到单重态,三重态只能跃迁到三重态 △ J=0, 1 但当J=0时,△ J=0的跃迁是禁阻的 也有个别例外的情况,这种不符合光谱选律的谱线称为禁戒(阻)跃迁线 该谱线一般产生的机会很少,谱线的强度也很弱
谱线强度
公式
Iij = NiAijhvij Ni为单位体积内处于高能级i的原子数,Aij为i、j两能级间的跃迁几率,h为普朗克常数, ij为发射谱线的频率 麦克斯韦玻兹曼分布定律:Ni = N0 gi/g0e (-E / kT) Ni 为单位体积内处于激发态的原子数, N0为单位体积内处于基态的原子数, gi,g0为激发态和基态的统计权重,Ei为激发电位,k为玻兹曼常数(1.38×10-23J K-1),T为激发温度 Iij = gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
关系
Iij = gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT 统计权重、跃迁概率、激发温度、基态原子数:正比 激发能:反比
自吸与自蚀
产生原因
共振线、共振变宽
仪器
光源
直流电弧
过程
优点
缺点
适用
交流电弧
优点
缺点
电火花
优点
缺点
DCP
优点
缺点
ICP
原理
过程
3层Ar用途及优点
特性
环状结构
焰心区
内焰区
尾焰区
优点
缺点
适用
选择
待测元素性质
定性/量
含量
试样引入方法
溶液
气动雾化
超声雾化
电热蒸发(ETV)
气体
直接
间接
氢化
固体
直接插入
电弧、火花
电热蒸发
激光熔融
分光仪
棱镜
光栅
检测器
方法
光电
定义
作用
摄谱
了解过程
目视
光谱仪
光谱仪的作用是将光源发射的电磁辐射经色散后,得到按波长顺序排列的光谱,并对不同波长的辐射进行检测与记录。光谱仪按照使用色散元件的不同,分为棱镜光谱仪和光栅光谱仪;按照光谱记录与测量方法的不同,又分为照相式摄谱仪和光电直读光谱仪。
摄谱仪
光电直读光谱仪
单道
多道
干扰及消除
光谱干扰
背景干扰
基本原则
背景校准
等效浓度法
非光谱干扰
试样激发过程
基体效应的抑制
分析方法
定性
由于各种元素的原子结构不同,在光源的激发作用下,试样中每种元素都发射自己 的特征光谱。 每种元素发射的特征谱线有多有少(多的可达几千条)。当进行定性分析时,只须检出几条谱线即可。
线
分析线
最后线
灵敏线
检出某元素是否存在必须有两条以上不受干扰的最后线与灵敏线
方法
铁光谱比较法
原因
特点
标准试样光谱比较法
半定量
黑度法
定量
公式
光谱定量分析主要是根据谱线强度与被测元素浓度的关系来进行的。当温度一定时谱线强度I与被测元素浓度c成正比,即: I = ac 当考虑到谱线自吸时,有如下关系式(赛伯罗马金公式): I = a cb 此式为光谱定量分析的基本关系式。 式中b为自吸系数。b随浓度c增加而减小,当浓度很小无自吸时, b=1,因此,在定量分析中,选择合适的分析线是十分重要的。
方法
电弧、电火花光源
内标法
过程
设分析线强度I,内标线强度I0,被测元素浓度与内标元素浓度分别为c和c0,b和b0分别为分析线和内标线的自吸系数。 I = a cb I0 = a0 c0bo 分析线与内标线强度之比R称为相对强度 R = I / I0 = a cb / a0 c0bo 式中内标元素c0为常数,实验条件一定时,A = a / a0 c0bo 为常数,则 R = I / I0 =Acb 取对数,得 lgR = blgc + lgA 此式为内标法光谱定量分析的基本关系式
内标元素、分析线对选择
作用
ICP
标准曲线法
内标法
标准加入法
背景消除
背景来源
分子辐射
连续辐射
谱线扩散
电子与离子复合过程产生连续背景
杂散光
消除方法
工作条件选择
光源
狭缝
内标元素和内标线
光谱缓冲剂
试样组份影响弧焰温度,弧焰温度又直接影响待测元素的谱线强度。这种由于其它元素存在而影响待测元素谱线强度的作用称为第三元素的影响。 为了减少试样成分对弧焰温度的影响,使弧焰温度稳定,试样中加入一种或几种辅助物质,用来抵偿试样组成变化的影响,这种物质称为光谱缓冲剂。常用的缓冲剂有:碱金属盐类用作挥发元素的缓冲剂;碱土金属盐类用作中等挥发元素的缓冲剂,碳粉也是缓冲剂常见的组份。 此外,缓冲剂还可以稀释试样,这样可减少试样与标样在组成及性质上的差别。在矿石光谱分析中,缓冲剂的作用是不可忽视的。
光谱载体
进行光谱定量分析时, 在样品中加入一些有利于分析的高纯度物质称为光谱载体。它们多为一些化合物、盐类、碳粉等。 载体的作用主要是增加谱线强度,提高分析的灵敏度,并且提高准确度和消除干扰等。 如AgCl可使难挥发的Nb,Ta,Ti,Zr,Hf等转变为易挥发的氯化物,改善蒸发条件,提高谱线强度,从而提升灵敏度。
分析性能
分析应用