第五章
原子发射光谱
分析法
一、光源
二,光谱仪
第二节
原子发射光谱分析
装置与仪器
device and instrument
of AES
atomic emission
spectrometry,AES
12:56:46
仪器流程
process of AES
原子发射光谱仪通常由 两大部分 构成：
激发光源,分光系统（ 光谱仪 ）及进行光谱分析的附属设备；
12:56:46
一、光源
作为光谱分析用的光源对试样都具有
两个作用过程 。首先，把试样中的组分
蒸发离解为气态原子，然后使这些气态
原子激发，使之产生特征光谱。因此光
源的主要作用是对试样的蒸发、解离和
激发 提供 所需的 能量 。最常用的光源有
直流电弧、交流电弧、电火花等
12:56:46
1,直流电弧（ DC)
直流电 作为激发 能源,电压 220 ～ 380V,电流 5～ 30A；
两支石墨电极，试样放置在一支电极 (下电极 )的凹槽内；
使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通电，电
极尖端被烧热，点燃电弧，再使电极相距 4 ～ 6mm；
12:56:46
电弧点燃后,热电子流 高速通过分析间隙 冲击阳极,产
生 高热, 试样 蒸发并 原子化,电子与原子碰撞电离出 正离子
冲向阴极 。电子、原子、离子在分析间隙相互碰撞，发生 能
量交换,使原子跃迁到 激发态,返回 基态 时发射出该原子的
光谱 。
弧焰温度, 4000～ 7000 K 可使约 70多种元素激发；
12:56:46
DC的特点
A.阳极 温度高,蒸发快，进入弧中物质多，
有较好检出性能,有利于难熔物质 分析，
但低熔点元素不利；
B,DC电弧设备简单，操作 安全 ；
C.稳定性差,再现性及精密度较差，定量分
析时需用内标法克服 光源波动 ；
D.光谱线易 自吸和自蚀, 不适于定量分析 。
故 DC电弧 适于 做难熔物质中痕量易激发
元素的 定性和半定量分析 。 ?? ??
12:56:46
2,低压 交流 电弧
工作电压,110～ 220 V。
采用 高频引燃装置 点燃电弧，在每一交流半周时引燃一
次，保持电弧不灭；
12:56:46
工作原理
（ 1）接通电源，由变压器 B1升压至 2.5～ 3kV，电容器 C1
充电；达到一定值时，放电盘 G1击穿； G1-C1-L1构成振荡回
路，产生高频振荡；
（ 2）振荡电压经 B2的次级线圈升压到 10kV，通过电容器
C2将电极间隙 G的空气击穿，产生 高频振荡放电 ；
（ 3）当 G被击穿时，电源的低
压部分沿着已造成的电离气体通道
，通过 G进行电弧放电；
（ 4）在放电的短暂瞬间，电压
降低直至电弧熄灭，在下半周高频
再次点燃，重复进行 ；
12:56:46
特点：
（ 1） 电弧 温度高，激发能力强 ；
（ 2） 电极 温度稍低，蒸发能力稍低；
（ 3）电弧 稳定性好,使分析重现性好,适用于定量分析 。
12:56:46
３, 高压火花
（ 1） 交流电压 经变压器 T后，产生 10～ 25kV的高压，然后
通过扼流圈 D向电容器 C充电，达到 G的击穿电压时，通过电
感 L向 G放电，产生振荡性的火花放电 ； 并伴有爆裂声。
12:56:46
高压火花的特点：
（ 1）放电 瞬间能量很大,产生的温度高,激发能力强,
某些难激发元素可被激发，且多为离子线 ；
（ 2）放电 间隔长,使得 电极温度低, 蒸发 能力稍 低,适
于 低熔点 金属与合金的分析；
（ 3）稳定性好，重现性好,适用定量分析 ；
缺点：
（ 1）火花光源的 背景较大,灵敏度
较差，适合做较高含量的分析 ；
（ 2） 噪音较大 ；
12:56:46
ICP光源是高频
感应电流 产生的类
似火焰的激发光
源。
由 高频发生
器, 等离子体炬管
和 雾化器 组成。
4.电感耦合等离子体光源
（ inductively coupled plasma,ICP)
12:56:46
工作原理
当高频发生器 接通电源 后，高频
电流 I通过感应线圈 产生交变磁场 (绿色
)。
开始时，管内为 Ar气，不导电，需
要用 高压电火花触发, 使 气体电离后
，在高频交流电场的作用下，带电粒
子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式
放电, 产生等离子体气流 。在垂直于
磁场方向将 产生感应电流 （ 涡电流,
粉色 ），其电阻很小，电流很大 (数百
安 ),产生高温 。又将气体加热、电离
，在管口 形 成稳定的等离子体焰炬 。
12:56:46
12:56:46
ICP 的特点
(1)温度高,惰性气氛,原子化 条件 好,有利于难熔化合物
的分解和元素激发，有很 高 的 灵敏度 和 稳定性 ；
(2),趋肤效应”，涡电流在 外表面 处密度 大,使表面温度
高,轴心 温度 低,中心通道进样对等离子的稳定性影响小。
也有效 消除自吸 现象，线性范围宽（ 4～ 5个数量级）；
(3) ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；
(4) Ar气体产生的 背景 干扰 小 ；
(5) 无电极放电，无电极污染；
ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰,气体放电 ；
缺点,对非金属测定的灵敏度低,仪器昂贵, 操作费用高 。
12:56:46
5.试样引入激发光源的方法
试样引入激发光源的方法，
依试样的性质而定。
（ 1）固体试样 金属 与合金
本身能导电，可直接做成电
极，称为 自电极 。
粉末 试样，通常 放入 制
成各种的 小孔 或 杯形 电极中，
作为 下电极 。
（ 2）溶液试样 ICP光源，
直接用雾化器将试样溶液引
入等离子体内。
12:56:46
对比
12:56:46
二、光谱仪 spectrophotometer
将原子发射出的辐射分光后 观察 其 光谱 的仪器。
按接受光谱方式分：看谱法,摄谱 法,光电 法；
按仪器分光系统分：棱镜光谱仪、光栅光谱仪；
光栅光谱仪比棱镜光谱仪有更大的分辨率。
12:56:46
1,摄谱仪光路图
12:56:46
感光板与谱线黑度
感光板主要由 玻璃片基 和 感光层 （乳剂）组成，
它是由感光物质 卤化银,明胶和增感剂等物质组
成。感光处理后，呈现黑色的光谱线。
感光板上的 谱线黑度 S主要决定于 曝光量 H，而
曝光量 H在一定时间内，又与光的强度 I成正比
H=KIt
但谱线黑度 S与曝光量 H之间的关系比较复杂，很
难用简单的数学公式表达，通常用图解法 S-lgH表
达。人们把 S-lgH关系曲线称为 乳剂特性曲线 。
12:56:46
在实际工作中, 由于 谱线强度 I与曝光量 H成正比, 可导
出关系式
S= ? lgI－ i
12:56:46
摄谱仪的观察装置
（ 1）光谱投影仪
（映谱仪），光谱定性分
析时将光谱图放大，放大
20倍。
（ 2）测微光度计
（黑度计）；定量分析时
，测定接受到的光谱线强
度；谱线越强，感光板上
谱线越黑。
12:56:46
2,光电直读等离子体发射光谱仪
光电直读是利用 光电法 直接获得光谱线的强度 ;U=kIt；
两种类型,多道 固定狭缝式和 单道 扫描式 ；
单道扫描式是 转动 光栅
进行扫描，在 不同时间 检测
不同谱线；
多道固定狭缝式则是安
装多个 （ 多达 70个 ） 固定 的
出射狭缝和光电倍增管, 同
时测定多个元素的谱线；
一个出射狭缝和一个光电倍增管, 可接受一条谱线,
构成一个 测量通道 ；
12:56:46
多道固定狭缝式 特点,
(1) 多达 70个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这
是其他金属分析方法所不具备的；
(2) 分析速度快，准确度高；
(3) 线性范围宽,4～ 5个数量级，高、中、低浓度都可分
析；
缺点,出射狭缝 固定,各通道检测的元素 谱线一定 ；
改进 型,n+1型 ICP光谱仪
在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个
可变通道；
12:56:46
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 定性、定量分析方法
qualitative and quantitative analysis method
结束
原子发射光谱
分析法
一、光源
二,光谱仪
第二节
原子发射光谱分析
装置与仪器
device and instrument
of AES
atomic emission
spectrometry,AES
12:56:46
仪器流程
process of AES
原子发射光谱仪通常由 两大部分 构成：
激发光源,分光系统（ 光谱仪 ）及进行光谱分析的附属设备；
12:56:46
一、光源
作为光谱分析用的光源对试样都具有
两个作用过程 。首先，把试样中的组分
蒸发离解为气态原子，然后使这些气态
原子激发，使之产生特征光谱。因此光
源的主要作用是对试样的蒸发、解离和
激发 提供 所需的 能量 。最常用的光源有
直流电弧、交流电弧、电火花等
12:56:46
1,直流电弧（ DC)
直流电 作为激发 能源,电压 220 ～ 380V,电流 5～ 30A；
两支石墨电极，试样放置在一支电极 (下电极 )的凹槽内；
使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通电，电
极尖端被烧热，点燃电弧，再使电极相距 4 ～ 6mm；
12:56:46
电弧点燃后,热电子流 高速通过分析间隙 冲击阳极,产
生 高热, 试样 蒸发并 原子化,电子与原子碰撞电离出 正离子
冲向阴极 。电子、原子、离子在分析间隙相互碰撞，发生 能
量交换,使原子跃迁到 激发态,返回 基态 时发射出该原子的
光谱 。
弧焰温度, 4000～ 7000 K 可使约 70多种元素激发；
12:56:46
DC的特点
A.阳极 温度高,蒸发快，进入弧中物质多，
有较好检出性能,有利于难熔物质 分析，
但低熔点元素不利；
B,DC电弧设备简单，操作 安全 ；
C.稳定性差,再现性及精密度较差，定量分
析时需用内标法克服 光源波动 ；
D.光谱线易 自吸和自蚀, 不适于定量分析 。
故 DC电弧 适于 做难熔物质中痕量易激发
元素的 定性和半定量分析 。 ?? ??
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2,低压 交流 电弧
工作电压,110～ 220 V。
采用 高频引燃装置 点燃电弧，在每一交流半周时引燃一
次，保持电弧不灭；
12:56:46
工作原理
（ 1）接通电源，由变压器 B1升压至 2.5～ 3kV，电容器 C1
充电；达到一定值时，放电盘 G1击穿； G1-C1-L1构成振荡回
路，产生高频振荡；
（ 2）振荡电压经 B2的次级线圈升压到 10kV，通过电容器
C2将电极间隙 G的空气击穿，产生 高频振荡放电 ；
（ 3）当 G被击穿时，电源的低
压部分沿着已造成的电离气体通道
，通过 G进行电弧放电；
（ 4）在放电的短暂瞬间，电压
降低直至电弧熄灭，在下半周高频
再次点燃，重复进行 ；
12:56:46
特点：
（ 1） 电弧 温度高，激发能力强 ；
（ 2） 电极 温度稍低，蒸发能力稍低；
（ 3）电弧 稳定性好,使分析重现性好,适用于定量分析 。
12:56:46
３, 高压火花
（ 1） 交流电压 经变压器 T后，产生 10～ 25kV的高压，然后
通过扼流圈 D向电容器 C充电，达到 G的击穿电压时，通过电
感 L向 G放电，产生振荡性的火花放电 ； 并伴有爆裂声。
12:56:46
高压火花的特点：
（ 1）放电 瞬间能量很大,产生的温度高,激发能力强,
某些难激发元素可被激发，且多为离子线 ；
（ 2）放电 间隔长,使得 电极温度低, 蒸发 能力稍 低,适
于 低熔点 金属与合金的分析；
（ 3）稳定性好，重现性好,适用定量分析 ；
缺点：
（ 1）火花光源的 背景较大,灵敏度
较差，适合做较高含量的分析 ；
（ 2） 噪音较大 ；
12:56:46
ICP光源是高频
感应电流 产生的类
似火焰的激发光
源。
由 高频发生
器, 等离子体炬管
和 雾化器 组成。
4.电感耦合等离子体光源
（ inductively coupled plasma,ICP)
12:56:46
工作原理
当高频发生器 接通电源 后，高频
电流 I通过感应线圈 产生交变磁场 (绿色
)。
开始时，管内为 Ar气，不导电，需
要用 高压电火花触发, 使 气体电离后
，在高频交流电场的作用下，带电粒
子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式
放电, 产生等离子体气流 。在垂直于
磁场方向将 产生感应电流 （ 涡电流,
粉色 ），其电阻很小，电流很大 (数百
安 ),产生高温 。又将气体加热、电离
，在管口 形 成稳定的等离子体焰炬 。
12:56:46
12:56:46
ICP 的特点
(1)温度高,惰性气氛,原子化 条件 好,有利于难熔化合物
的分解和元素激发，有很 高 的 灵敏度 和 稳定性 ；
(2),趋肤效应”，涡电流在 外表面 处密度 大,使表面温度
高,轴心 温度 低,中心通道进样对等离子的稳定性影响小。
也有效 消除自吸 现象，线性范围宽（ 4～ 5个数量级）；
(3) ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小；
(4) Ar气体产生的 背景 干扰 小 ；
(5) 无电极放电，无电极污染；
ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰,气体放电 ；
缺点,对非金属测定的灵敏度低,仪器昂贵, 操作费用高 。
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5.试样引入激发光源的方法
试样引入激发光源的方法，
依试样的性质而定。
（ 1）固体试样 金属 与合金
本身能导电，可直接做成电
极，称为 自电极 。
粉末 试样，通常 放入 制
成各种的 小孔 或 杯形 电极中，
作为 下电极 。
（ 2）溶液试样 ICP光源，
直接用雾化器将试样溶液引
入等离子体内。
12:56:46
对比
12:56:46
二、光谱仪 spectrophotometer
将原子发射出的辐射分光后 观察 其 光谱 的仪器。
按接受光谱方式分：看谱法,摄谱 法,光电 法；
按仪器分光系统分：棱镜光谱仪、光栅光谱仪；
光栅光谱仪比棱镜光谱仪有更大的分辨率。
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1,摄谱仪光路图
12:56:46
感光板与谱线黑度
感光板主要由 玻璃片基 和 感光层 （乳剂）组成，
它是由感光物质 卤化银,明胶和增感剂等物质组
成。感光处理后，呈现黑色的光谱线。
感光板上的 谱线黑度 S主要决定于 曝光量 H，而
曝光量 H在一定时间内，又与光的强度 I成正比
H=KIt
但谱线黑度 S与曝光量 H之间的关系比较复杂，很
难用简单的数学公式表达，通常用图解法 S-lgH表
达。人们把 S-lgH关系曲线称为 乳剂特性曲线 。
12:56:46
在实际工作中, 由于 谱线强度 I与曝光量 H成正比, 可导
出关系式
S= ? lgI－ i
12:56:46
摄谱仪的观察装置
（ 1）光谱投影仪
（映谱仪），光谱定性分
析时将光谱图放大，放大
20倍。
（ 2）测微光度计
（黑度计）；定量分析时
，测定接受到的光谱线强
度；谱线越强，感光板上
谱线越黑。
12:56:46
2,光电直读等离子体发射光谱仪
光电直读是利用 光电法 直接获得光谱线的强度 ;U=kIt；
两种类型,多道 固定狭缝式和 单道 扫描式 ；
单道扫描式是 转动 光栅
进行扫描，在 不同时间 检测
不同谱线；
多道固定狭缝式则是安
装多个 （ 多达 70个 ） 固定 的
出射狭缝和光电倍增管, 同
时测定多个元素的谱线；
一个出射狭缝和一个光电倍增管, 可接受一条谱线,
构成一个 测量通道 ；
12:56:46
多道固定狭缝式 特点,
(1) 多达 70个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这
是其他金属分析方法所不具备的；
(2) 分析速度快，准确度高；
(3) 线性范围宽,4～ 5个数量级，高、中、低浓度都可分
析；
缺点,出射狭缝 固定,各通道检测的元素 谱线一定 ；
改进 型,n+1型 ICP光谱仪
在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个
可变通道；
12:56:46
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 定性、定量分析方法
qualitative and quantitative analysis method
结束
