原子发射光谱法及其应用
摘要：本文介绍了原子发射光谱法的原理、特点及分析仪器。并对原子发射光谱法尤其是电感耦合等离子体原子发射光谱法在环境、冶炼、矿产开发、材料等领域的应用做了介绍。
关键词：原子发射、光谱法、应用
1.原子发射光谱法概述
1.1原子发射光谱法简介
原子发射光谱法（AES，atomic emission spectrometry），是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种。
原子发射光谱法的研究对象是被分析物质所发出的线光谱，利用待测物质的原子或离子所发射的特征光谱线的波长和强度来确定物质的元素种类及其含量。
原子发射光谱分析过程分为三步，即激发、发光和检测。第一步是利用激发光源使试样蒸发，解离成原子，或进一步解离成离子，最后使原子或离子得到激发，发射辐射；第二步是利用光谱仪把光源发射的光按波长展开，获得光谱；第三步是利用检测系统记录光谱，测量谱线波长、强度，根据谱线波长进行定性分析，根据谱线强度进行定量分析。
1.2原子发射光谱法发展概况
原子发射光谱法是光学分析法中产生和发展最早的一种。早在1860年，德
国学者霍夫（Kirchhoff）和本生（Bunsen）把分光镜应用于化学分析，发现了光谱与物质组成之间的关系，确认和证实各种物质都具有其特征光谱，从而奠定了光谱定性分析的基础。
随着光谱仪器和光谱理论的发展，发射光谱分析进入了新的阶段。火焰、火花和弧光光源稳定性的提高，给定量分析的发展开辟了道路。20世纪20年代，W.Gerlach提出了内标原理，奠定了定量分析的基础；30年代，棱镜光谱仪形成了系列，促进了定量分析的发展，形成了定量分析的经验公式；40年代，棱镜光谱仪飞速发展，使发射光谱分析得到了广泛的应用；50年代，光栅光谱仪基本上形成系列；60年代，电感耦合等离子体（ICP）光源的引入，大大推动了发射光谱分析的发展。
近几十年来，中阶梯光栅光谱仪、干涉光谱仪等仪器的出现，加之电子计算机的应用，使发射光谱分析进入了自动化阶段。
原子发射光谱法不仅过去曾在原子结构理论的建立及元素周期表中某些元素的发现过程中对科学的发展起到重要推动作用，而且已经并将继续在各种材料的定性定量分析中占有重要地位。
1.3原子发射光谱法的特点
与其他分析方法相比，原子发射光谱法具有如下特点。
（1）灵敏度高。一般光源灵敏度可达0.1~10μg·g-1(或μg·ml-1），ICP 光源可达10-4~10-3μg·ml-1。
（2）选择性好。每种元素的原子被激发后，都产生一组特征光谱，根据这些特征光谱，便可以准确无误地确定该元素的存在，所以发射光谱分析至今仍是元素定性分析的最好方法。
（3）准确度较高。发射光谱分析的相对误差一般为5%~10%，使用ICP 光源，相对误差可达1%以下。
（4）能同时测定多种元素，分析速度快。
（5）试样消耗少。利用几毫克至几十毫克的试样便可完成光谱全分析。
原子发射光谱法的不足之处是：
（1）应用只限于多数金属和少数非金属元素，对大多数非金属和少数金属不适用；
（2）一般只能用于元素分析，而不能确定元素在样品中存在的化合物状态；
（3）基体效应较大，必须采用组成与分析样品相匹配的参比试样；
（4）仪器昂贵，难以普及。
2.原子发射光谱法介绍
2.1原子发射光谱法的基本理论
2.1.1原子发射光谱的产生
物质是由各种元素的原子组成的，原子有结构紧密的原子核，核外围绕着不断运动的电子，电子处在一定的能级上，具有一定的能量。从整个原子来看，在一定的运动状态下，它也是处在一定的能级上，具有一定的能量。在一般情况下，大多数原子处在最低的能级状态，即基态。基态原子在激发光源（即外界能量）的作用下，获得足够的能量，外层电子跃迁到较高能级状态的激发态，这个过程叫激发。处在激发态的原子是很不稳定的，在极短的时间内（10－8s）外层电子便跃迁回基态或其它较低的能态而释放出多余的能量。释放能量的方式可以是通过与其它粒子的碰撞，进行能量的传递，这是无辐射跃迁，也可以以一定波长的
电磁波形式辐射出去，其释放的能量及辐射线的波长（频率）要符合波尔的能量定律：
式中，E2及E1分别是高能态与低能态的能量，E p为辐射光子的能量，、、分别为辅射的频率、波长、波数，c为光速，h为普朗克常数。
2.2原子发射光谱分析仪器
在进行发射光谱分析时，待测样品要经过蒸发、离解、激发等过程而发射出特征光谱，再经过分光、检测而进行定性、定量分析。发射光谱仪器主要由激发光源、分光系统及检测系统三部分组成。
2.2.1激发光源
光源的作用是提供足够的能量，使试样蒸发、解离并激发，产生光谱。光源的特性在很大程度上影响分析方法的灵敏度、准确度及精密度。理想的光源应满足高灵敏度、高稳定性、背景小、线性范围宽、结构简单、操作方便、使用安全等要求。目前可用的激发光源有火焰、电弧、火花、等离子体、辉光、激光光源等。
2.2.1.1经典光源
1.直流电弧
直流电弧是光谱分析中常用的光源。直流电弧通常用石墨或金作为电极材料。
当采用电弧或火花光源时，需要将试样处理后装在电极上进行摄谱。当试样
为导电良好的固体金属或合金时可将样品表面进行处理，出去表面的氧化物或污物，加工成电极，与辅助电极配合，进行摄谱。这种用分析样品自身做成的电极称为自电极，而辅助电极则是配合自电极或支持电极产生放电效果的电极，通常用石墨作为电极材料，制成外径为6mm的柱体。如果固体试样少或不导电时，可将其粉碎后装在支持电极上，与辅助电极配合摄谱。支持电极的材料为石墨，在电极头上钻有小孔，以盛放试样。
对于液体试样，可将其滴于平头电极上蒸干后摄谱；当试样为有机物时，先将其炭化、灰化，然后将灰化产物置于支持电极中进行摄谱。这些电极也可用于交流电弧和火花光源。
直流电弧的点燃可用带有绝缘把的石墨棒等把上下电极短路再拉开而引燃，称为点弧和拉弧，也可以用高频引燃装置来引燃。
直流电弧工作时，阴极释放的电子不断轰击阳极，使阳极表面出现阳极斑，阳极斑温度可达3800K，而阴极温度一般在3000K，因此通常将样品放在阳极，以利于试样蒸发。在电弧燃烧过程中，电弧温度可达4000~7000K，一般产生原子线。
直流电弧设备简单，电极温度较高，蒸发能力强，灵敏度高，检出限低，但电弧温度较低，激发能力差，因此适用于易激发、熔点较高的元素的定性分析。由于其产生的谱线容易发生自吸和自蚀，故不适于高含量元素的分析。而且直流电弧的稳定性较差，不适于定量分析。
2.交流电弧
在光谱分析中，常使用低压交流电弧。
低压交流电弧由于交流电压和极性随时间而发生周期性变化，不能像直流电
弧那样点燃后可持续放电，需要利用高频引燃装置，借助高频高压电流，不断击穿电极间的气体，造成电离，引燃电弧，低压电路便产生电弧放电，当电压降至不能维持放电时，下半周高频引燃又起作用，使电弧重新被点燃，如此反复，维持放电。
交流电弧电流具有脉冲性，其电流密度比直流电弧大，弧温较高，激发能力较强，甚至可产生一些离子线。但交流电弧放电的间歇性使电极温度比直流电弧略低，因而蒸发能力较差，适用于金属和合金中低含量元素的分析。由于交流电弧的电极上无高温斑点，温度分布较均匀，蒸发和激发的稳定性比直流电弧好，分析的精密度较高，有利于定量分析。
3.火花
当施加于两个电极间的电压达到击穿电压时，在两级间断迅速放电产生电火花，电火花可分为高压火花和低压火花。高压火花电路与低压交流电弧的引燃电路相似，但高压火花电路放电功率较大。
由于瞬间通过分析间隙的电流密度很大，因此火花瞬间稳定很高，可达10000K以上，激发能力很强，可产生离子线。但由于放电时间短，停熄时间长，所以电极温度低，蒸发能力差，因此火花适于测定激发电位较高、熔点低、易挥发的高含量样品。火花光源的稳定性要比电弧好得多，故分析结果的再现性较好，可用于定量分析。
2.2.1.2等离子体光源
1.电感耦合等离子体
电感耦合高频等离子体（ICP）是二十世纪60年代提出，70年代获得迅速发展的一种新型的激发光源。等离子体在总体上是一种呈中性的气体，由离子、
电子、中性原子和分子所组成，其正负电荷密度几乎相等。通常，它是由高频发生器、等离子炬管和雾化器等三部分组成。
高频发生器的作用是产生高频磁场，供给等离子体能量。它的频率一般为30－40MHz，最大输出功率2－4kW。等离子矩管由三层同心石英玻璃管组成，三层石英管均通以氩气，外层以切线方向通入冷却用氩气，用于稳定等离子体矩且冷却管壁以防烧毁，第二层矩管内通入工作氩气，用以点燃等离子体，内层以氩气作为载气，将试样气溶胶引入等离子体中。
将高频发生器与石英管外层的高频线圈接通后，在石英管内产生一个轴向高频磁场。如果利用电火花引燃第二层矩管中的气体，则会产生气体电离，当电离产生的电子和离子足够多时，会产生一股垂直于管轴方向的环形涡电流，使气体温度高达10000K，在管口形成火炬状的等离子矩焰，试样气溶胶在此获得足够能量，产生特征光谱。
使用ICP光源时，通常需要制成溶液后进样。可以通过气动雾化、超声雾化和电热蒸发的方式将试样引入ICP光源。
ICP光源具有很高的温度，因而激发和电离能力强，能激发很难激发的元素，可产生离子线，灵敏度高、检出限低，适于微量及痕量分析。由于高频电流的趋肤效应（指高频电流在导体表面的集聚现象），使等离子体矩形成一个环状的中心通道，因而气溶胶能顺利地进入到等离子体内，保证等离子体具有较高的稳定性，使分析的精密度和准确度都很高。ICP光源的背景发射和自吸效应小，可用于高含量元素的分析，定量分析的线性范围在4~6个数量级。此外，ICP光源不用电极，避免了由电极污染带来的干扰；但设备较复杂，氩气消耗量大，维持费用较高。
2.直流等离子体喷焰
直流等离子体喷焰（direct current plasma jet，DCP）实际上是一种被气体压缩了的大电流直流电弧，其形状类似火焰。早期的直流等离子体喷焰由一个环形碳电极（阳极）和上电极（阴极）构成。
电弧由上电极中间的喷口喷出来，得到等离子体喷焰，从切线方向通入氩气或氦气，将电弧压缩，以获得高电流密度。试样溶液经雾化器后由环形碳电极进入等离子体。
这种光源的激发温度可达6000K，基体效应和共存元素影响较小，稳定性较高，有适当的灵敏度，但背景较大。20世纪70年代以后推出三电极系统。三电极DCP的主要优点是具有良好的稳定性以及承受有机物和水溶液的能力；设备费用和运转费用比ICP低，氩气消耗量约为ICP的三分之一。现在可用DCP 测定的元素已超过54种，是难熔难挥发元素、特别是铂族和稀土元素等最有效的分析方法之一。但从测定元素的数目及应用范围来看，目前DCP仍不如ICP 广泛。
2.2.2分光系统
分光系统的作用是将由激发光源发出的含有不同波长的复合光分解成按波序排列的单色光。
2.2.2.1光路系统
光路系统由照明、准光、色散及投影四部分组成。
（1）照明系统：其作用是使入射狭缝获均匀、明亮的照射，以获得清晰、均匀、强度足够及背景低的谱线。通常采用三透镜照明系统。
（2）准光系统：把进入狭缝的入射光转变为平行光。由进光狭缝、反射镜
及透镜（或凹面镜）组成。要求色差小，光能损失少。
（3）色散系统：把不同波长的光分解，即分光、色散。色散系统的主要元件是棱镜或光栅，按其不同把光谱仪分为棱镜光谱仪和光栅光谱仪两种。要求色散系统的色散率高、分辨率好及光能损失少。
(4)投影系统：把色散元件分解的各种不同波长的平行光进行聚焦，形成按
波长顺序排列的光谱，聚焦在焦面上。要求色差小、能量损失少、分辨率好。
2.2.2.2色散元件
1.棱镜
棱镜对光的色散基于光的折射现象，构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率，波长短的光折射率大，波长长的光折射率小。因此平行光经过棱镜色散后，按波长顺序被分解成不同波长的光。
棱镜的性能指标可用色散率和分辨率来表征。
色散率是指将不同波长的光分开的能力，可用角色散率、线色散率及倒线色散率表示。要增大色散能力，可通过增加棱镜数目、增大棱镜的顶角、改变棱镜材料及投影物镜焦距等手段来实现，但同时要考虑成本增加以及光强度减小等因素，一般棱镜数目不超过三个，棱镜顶角采用60°。
分辨率是指能正确分辨出紧邻两条谱线的能力，可用能被正确分辨的两条谱线波长的平均值与其波长之差之比来表示。
2.光栅
光栅分为透射光栅和反射光栅，用得较多的是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅（或称闪耀光栅）及凹面反射光栅。光栅是一种多狭缝元件，光栅
光谱的产生是单狭缝衍射和多狭缝干涉两者联合作用的结果。单狭缝衍射决定谱线的强度分布，多狭缝干涉决定谱线出现的位置。
光栅的光学指标也可以用色散率和分辨率来表征。
2.2.3光谱记录及检测系统
光谱记录及检测系统的作用是接受、记录并测定光谱。常用的记录及检测方法有摄谱法和光电直读法。
2.2.
3.1摄谱法
摄谱法用感光板记录光谱。将感光板置于摄谱仪焦面上，再将从光学系统输出的不同波长的辐射能在感光板上转化为黑的影像，然后通过映谱仪和测微光度计来进行定性、定量分析，是早期常用的记录和显示光谱的方法。用于记录并显示光谱的感光板主要由片基和感光层组成。感光物质卤化银、支持剂明胶和增感剂构成了感光层，均匀涂布在片基上，片基的材料通常为玻璃或醋酸纤维。改变增感剂，则可制得不同感色范围及灵敏度的各种型号的感光板。
摄谱时，卤化银在不同波长光的作用下形成潜影中心。在显影剂的作用下，包含有潜影中心的卤化银晶体迅速还原成金属银，形成明晰的影，再利用定影剂除去未还原的卤化银，即可得到具有一定波长和黑度的光谱仪。利用映谱仪将底片放大20倍，可进行定性分析，用测微光度计测定谱线黑度，可进行定量分析。
摄谱仪就是利用摄谱法来进行分析的光谱仪。
2.2.
3.2光电直读法
光电直读法是利用光电测量的方法测定谱线波长和强度。目前常用的光电转换元件包括光电倍增管和固体成像器件。
光电倍增管是利用次级电子发射原理放大光电流的光电管，由光电阴极、阳极及若干个打拿极组成。
使用光电倍增管的光电直读摄谱仪具有分析速度快、准确度高、适用于较宽的波长范围、可用同一分析条件对样品中多种含量范围差别很大的元素同时进行测定、线性范围宽等优点，但灵活性较差，而且实验条件要求严格、仪器昂贵，限制了其普及使用。
2.3原子发射光谱的定性、半定量及定量分析
2.3.1光谱定性分析
对于不同元素的原子，由于它们的结构不同，其能级的能量也不同，因此发射谱线的波长也不同，可根据元素原子所发出的特征谱线的波长来确认某一元素的存在，这就是光谱定性分析。
2.3.1.1元素的灵敏线、共振线、分析线、最后线
（1）灵敏线。元素的一条或几条信号很强的谱线。
（2）共振线。电子由激发态跃迁至基态所发射的谱线。
（3）第一共振线。电子从第一激发态跃迁至基态发出的谱线。通常也是最灵敏线、最后线。
（4）分析线。用来判断某种元素是否存在及其含量的谱线。常采用灵敏线作为分析线。
（5）最后线。当被测元素浓度逐渐降低时，其谱线强度逐渐减小，最后仍然存在谱线称为最后线。最后线一般也是灵敏线。
2.3.1.2定性分析方法
定性分析的方法主要有标准试样比较法和铁光谱比较法。
⑴ 标准试样比较法
将欲检出元素的物质或纯化合物与未知试样在相同条件下并列摄谱于同一块感光板上。显影、定影后在映谱仪上对照检查两列光谱，以确定未知样中某元素是否存在。此法多应用于不经常遇到的元素分析。
⑵ 铁光谱比较法
此法是以铁的光谱为参比，通过比较光谱的方法检测试样的谱线。由于铁元素的光谱非常丰富，在210nm-660nm范围内有几千条谱线，谱线间相距都很近，分布均匀，并且铁元素的谱线波长均已准确测定，在各个波段都有一些易于记忆的特征谱线，所以是很好的标准波长标尺。在一张张比实际摄得的光谱图放大20倍以后的不同波段的铁光谱图上方，准确标绘上68种元素的主要光谱线，构成了"标准光谱图"。在实际分析时，将试样与纯铁在完全相同条件下并列紧挨着摄谱。摄得的谱片置于映谱仪上，谱片也放大了20倍，再与标准光谱图比较。当两个谱图上的铁光谱完全对准重叠后，检查元素谱线，如果试样中的某谱线也与标准谱图中标绘的某元素谱线对准重叠，即为该元素的谱线。铁光谱比较法可同时进行多元素定性鉴定。
2.3.2半定量分析方法
光谱半定量分析方法可用于初略估计试样中元素大概含量，其误差范围可允许在30%~200%之间。常用的半定量方法有谱线强度比较法，谱线呈现法和均称线对法等。
（1）谱线强度比较法
待测元素的含量很高，则谱线的黑度越强。采用谱线强度比较法进行半定量
分析时，将待测试样与被测元素的标准系列在相同条件下并列摄谱，在映谱仪上用目视法比较待测试样与标准物质的分析线的黑度，黑度相同时含量也相等，据此可估测待测物质的含量。该方法只有在标准样品与试样组成相似时，才能获得较准确的结果。
（2）谱线呈现法
当试样中某种元素的含量逐渐增加时，谱线强度也随之增加，当含量增加到一定程度时，一些弱线也相继出现。因此，可以将一系列已知含量的标准样品摄谱，确定某些谱线刚出现时对应的浓度，制成谱线呈现表，据此来测定待测试样中元素的含量。该方法不需要采用标准样品，测定速度快，但方法受试样组成变化影响较大。
2.3.3定量分析方法
光谱定量分析就是根据样品中被测元素的谱线强度来确定该元素的准确含量。
元素的谱线强度与元素含量的关系是光谱定量分析的依据。各种元素的特征谱线与其浓度之间，在一定条件下都存在确定关系，这种关系可用赛伯-罗马金公式来表示。
式中，I为谱线强度；c为被测元素浓度。a 和b 为常数。
常用的光谱定量分析方法有标准曲线法和标准加入法。
1.标准曲线法
又称三标准试样法。是指在分析时，配制一系列被测元素的标准样品（不少于三个），将标准样品和试样在相同的实验条件下，在同一感光板上摄谱，感光
板经处理后，测量标准样品的分析线对的黑度值差ΔS，将ΔS与其含量的对数值lg C绘制标准曲线。再由试样的分析线对的黑度值差，从标准曲线上查出试样中被测元素的含量。
2.标准加入法
又称增量法。在测定微量元素时，若不易找到不含被分析元素的物质作为配制标准样品的基体时，可以在试样中加入不同已知量的被分析元素来测定试样中的未知元素的含量，这种方法称为标准加入法。
3.原子发射光谱法的应用
原子发射光谱法具有不经分离即可同时进行多种元素快速定性定量分析的特点，是分析化学中重要的元素成分分析手段之一，在环境、钢铁冶金、矿产开发，材料分析等领域得到了广泛应用。
3.1原子发射光谱法在环境领域的应用
电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）在水环境分析中主要用于天然水体、饮用水、工业废水和城市废水中金属及非金属元素的测定。陈金忠等人采用ICP-AES法测定自来水中痕量铜、汞和铅。通过加入调节液，加入有机添加剂等措施提高被测元素的谱线强度及增大光谱的信背比。优化试验条件下，铜、汞和铅的方法检出限（3s）依次为2.32,8.34,5.16μg·L-1。为研究自来水中重金属污染提供了一定的理论及实验依据。【1】
徐红波等人应用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定废水中的Zn,Cr,Pb,Cd,Cu和As 6种元素。对波长、入射功率、雾化压力、提升
量等分析条件进行优化。样品中的干扰因子通过谱线的背景校正方法予以消除。测定各元素的线性关系良好,相关系数均在0.9994以上,各元素的检出限在0.000 7-0.008 5μg/mL之间,样品分析结果的相对标准偏差均小于5.46%,加标回收率在94.0%-105.0%。【2】
3.2原子发射光谱法在冶炼过程的应用
在钢铁冶炼，特别是特种钢的冶炼过程中，控制钢材中添加元素的含量，是控制钢材质量的一个重要方法，用火花原子发射光谱法可以很好地完成任务。
曹吉祥等人用火花源原子发射光谱法测定铁素体不锈钢中低含量碳。采用试验优化的方法，并且为适应低含量碳的测定，制备了一套专用的光谱标样，汞制作工作曲线用。所得碳的测定值与用高频燃烧红外吸收法的测定结果相符，测定值的相对标准偏差（n=11）均小于8%。【3】
陆军等人采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铸铁中镧和铈。样品用硝酸和高氯酸溶解,蒸发冒烟至近干,盐酸溶解后,在379.478 nm或408.672 nm波长下,用ICP-AES测定镧,检出限为0.022μg/mL或0.012μg/mL,测定下限为0.22 gg/mL或0.12μg/mL;在413.380 nm波长下测定铈,检出限和测定下限分别为0.010μg/mL和0.10μg/mL。测定中的基体效应用基体匹配方法消除,共存元素的干扰应用仪器软件中谱线干扰校正程序克服。方法已成功地应用于球墨铸铁标准样品中镧和铈的测定,结果与认定值相吻合。【4】
3.3原子发射光谱法在矿产开发中的应用
矿物中各种元素的分析是原子发射光谱法应用中的一个主要领域，全世界每年分析的地球化学样品超过一千万件。
靳芳等人采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定光卤石矿中钾、钠、钙、镁和硫酸根。选择波长为766.5,330.2,317.9,279.8,181.9 nm 5条谱线依次作为测定钾、钠、钙、镁和硫的分析线。钾、钠、钙、镁和硫的方法检出限(3s)依次为0.8,1.6,0.8,0.8,2.4mg·L-1。应用此法测定了光卤石样品中5种元素的含量,回收率在97.2%～102.1%之间,相对标准偏差(n=10)小于3.5%。【5】马生凤等人采用四酸溶样-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁、铜、锌、铅等硫化物矿石中22个元素，应用四酸(硝酸,盐酸,氢氟酸,高氯酸)混合溶矿,电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定了铁矿石、铜矿石、铅矿石、锌矿石及多金属矿石样品中Al、Fe、Cu、Pb、Zn、Ca、Mg、K、Na、Sb、Mn、Ti、Li、Be、Cd、Ag、Co、Ni、Sr、V、Mo和S 22个元素量。实验确定了方法的分解条件以及测定元素的检出限及干扰条件。用国家一级标准物质GBW07162(多金属贫矿石)和GBW07163(多金属矿石)进行精密度实验,统计数据显示,结果精密度(RSD)和准确度(RE)都小于10%,而且大多数元素的精密度和准确度在5%范围内。通过标准物质进行方法验证,非单矿物或精矿的一般硫化物矿石的检测结果基本都在标准值的范围内,符合地质矿产开发的要求。本方法具有同时测定元素多、线性范围宽、检出限低等优点,实际使用性强,结果满意。【6】
3.4原子发射光谱法在材料分析中的应用
随着经济和科技发展，对材料分析的要求亦提出了越来越高的要求，由于原子发射光谱能够进行多元素同时测定，而且灵敏度也比较高，因此被广泛地应用于各种材料中多种杂质成分的测定。
余莉莉的ICP-AES测定金属材料中元素的研究现状及进展的论文根据
ICP-AES分析金属材料的不同,分别综述了ICP-AES在新型金属材料钕铁合金、铝合金、锆合金、钢铁、高温合金等材料中的元素分析应用。此外,对ICP-AES 技术在金属元素测定中的研究现状进行了总结和展望。【7】
何志明采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝质耐火材料中钙、镁、铁、钛及钾的含量。样品用碳酸锂-硼酸(2+1)混合熔剂熔融,盐酸(1+1)溶液浸取,电感耦合等离子体原子发射光谱法直接测定铝质耐火材料中钙、镁、铁、钛、钾五元素。优化了仪器参数和分析谱线,采用基体匹配法并应用仪器软件中的谱线干扰校正程序有效消除铝基体的干扰。对不同含量的2个试样进行精密度试验,测定结果的相对标准偏差(n=10)小于4.0%,该方法的检出限(3S/N)为0.004～0.06 mg·L-1。对铝质耐火材料标准样品进行测定,结果与标准值相符。【8】
参考文献
【1】陈金忠; 陈凤玲; 丁振瑞; 梁伟华; 李旭电感耦合等离子体原子发射光谱法测定自来水中铜、汞和铅理化检验(化学分册), Physical Testing and Chemical Analysis(Part B:Chemical Analysis), 2011年04期
【2】徐红波; 孙挺; 姜效军; 电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定废水中锌、铬、铅、镉、铜和砷冶金分析, Metallurgical Analysis, 2008年11期
【3】曹吉祥; 张征宇; 芦飞; 火花源原子发射光谱法测定铁素体不锈钢中低含量碳理化检验(化学分册), Physical Testing and Chemical Analysis(Part B:Chemical Analysis), 2011年07期
【4】陆军; 张艳; 孟平电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铸铁中镧和铈冶金分析, Metallurgical Analysis, 2007年05期
【5】靳芳; 王洪彬; 王英; 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定光卤石矿中钾、钠、钙、镁和硫酸根理化检验(化学分册), Physical Testing and Chemical Analysis(Part B:Chemical Analysis), 2011年10期
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原子光谱法的特点和具体应用 一、引言 原子光谱法是一种应用广泛的分析化学方法，通过测量原子（离子）在特定能级之间的电磁辐射吸收或发射来获得样品中元素的信息。本文将重点介绍原子光谱法的特点以及其在实际应用中的具体应用。 二、原子光谱法的特点 1.高选择性和灵敏度 原子光谱法能够对不同元素之间的能级进行准确测量和分离，其具有很高的选择性和灵敏度。利用不同元素的特定能级可以实现对复杂样品中多个元素的同时分析，且在低浓度下依然可以获得较高的分析灵敏度。 2.宽线性范围 原子光谱法的线性范围广，能够在低浓度和高浓度下同时进行准确测量。这一特点使得原子光谱法在不同样品中测量元素含量时具有很大的灵活性和适用性。 3.无需样品预处理 相比其他分析方法，原子光谱法无需对样品进行复杂的预处理步骤，可以直接对样品进行测量。这一特点简化了分析流程，同时减少了样品损失和误差的可能性。 4.高分辨率 原子光谱法能够提供高分辨率的测量结果。通过细致调节仪器参数和优化实验条件，可以获得更准确的分析结果，尤其在复杂基质中的准确性更为突出。 三、原子光谱法的具体应用 1.火焰光谱法
火焰光谱法是原子光谱法中最常用的分析方法之一。它利用样品在火焰中的燃烧产生的火焰光谱，通过测量吸收或发射光的强度来分析样品中的元素。火焰光谱法广泛应用于环境监测、食品安全、农产品品质评价等领域。 2.原子吸收光谱法 原子吸收光谱法是一种测量样品中特定元素吸收光的强度的方法。它基于原子在特定能级间吸收特定波长光线的原理，通过测量吸收光强度来推断样品中目标元素的含量。原子吸收光谱法广泛应用于环境监测、药物分析、矿产资源勘探等领域。 3.原子荧光光谱法 原子荧光光谱法是一种基于样品中目标元素发射光谱的分析方法。它利用目标元素在电磁场激励下发射特定波长的荧光光谱，通过测量发射光强度来推断样品中目标元素的含量。原子荧光光谱法在金属材料分析、环境污染监测等领域具有广泛应用。 4.原子发射光谱法 原子发射光谱法是一种测量样品中元素发射光强度的方法。它通过将样品原子激发至高能级，使其发射特定波长的光，通过测量发射光谱来分析样品中的元素。原子发射光谱法广泛应用于金属材料分析、石油质量评价等领域。 四、结论 原子光谱法作为一种高选择性、高灵敏度、无需样品预处理的分析方法，在不同领域具有重要的应用价值。无论是火焰光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法还是原子发射光谱法，都可以根据不同的实际需求进行选择，为科研和生产提供准确、快速的元素分析手段。原子光谱法的不断发展和创新将进一步推动其应用领域的拓展，为人们探索、理解微观世界提供更多可能性。
原子发射光谱分析法冶金方面的应用 摘要：原子发射光谱分析法在发现新元素和推动原子结构理论的建立方面曾做出过重要贡献，在各种无机材料的定性、半定量及定量分析方面也曾发挥过重要作用。近几十年来，由于新型光源、色散仪和检测技术的飞速发展，原子发射光谱分析法得到更广泛的应用。本文主要从原子发射光谱在冶金分析中的应用方面进行简要论述。 关键词：原子发射光谱分析等离子体电感耦合冶金分析 一、基本原理原子发射光谱法基本原理 原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry ,简称AES）是利用物质在热激发或电激发下，激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析并进行定性与定量分析，是利用每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成的分析的方法。原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即：由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、 并进一步使气态原子激发而产生光辐射 ↓ 将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱 ↓ 用检测器检测光谱中谱线的波长和强度 由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。 二、原子发射光谱在冶金方面应用的背景 ICP-AES在冶金分析中应用的首例报道,应属1975年Butler等人用ICP-AES 法测定钢铁及其高合金钢中12个元素。从早期的综述性报道便可看出,ICP-AES 法在钢铁及其合金分析中的应用,已见报道的测定元素多达50个以上。进入20世纪90年代以来,随着ICP仪器的普及,应用领域不断扩大,公开报道也增多起来。20世纪90年代以来ICP仪器功能的不断提高和普及,多道直读及单道高速扫描性能的提高和仪器性价比的不断优化、具有全谱特性的中阶梯光栅固体检测器仪器的出现,ICP-AES法已成为钢铁及其合金分析的常规手段。已有报导用ICP-AES 法同时测定铁、低合金钢、不锈钢和高温合金中痕量、低含量和常量元素的多元素分析;也有应用于钢中碳化物和稳定夹杂物分析、钢中酸溶铝的快速测定等方面的报道;20世纪90年代以来,在冶金分析上有报道用ICP法测定炉渣中主量成分、高碳铬铁、低碳铬铁、稀土硅铁、高纯铁、硒碲合金、锂铝合金、压铸锌合金中主、次和痕量杂质元素、氟石粉、锌精矿、氧化锆制品、铅锡焊料中杂质元素、锆铀合金中痕量杂质元素和冶金环境的监测即:冶金生产中废水、废气、废料有害元素的测定等,可以看出ICP-AES在冶金分析中的应用范围已迅速扩大。
原子发射光谱分析进展及应用 一、进祥系统 G．E．BaMescu认为，在一个样品的整个分析过程中，取样和进样部分应占40％，测量占20％，而数据采集和数据处理占40％。取样和进样系统的可靠性代表着分析化学家技术水平的高低。 近年来，电热蒸发技术(ETV)与流动注射技术(n)的应用，使电感锅台等离子体光谱(ICP)与微波等离子体(MIP)的进样系统有较大改进。提高了分析的灵敏度，简化了分析过程。 (1)电热蒸发技术 电热蒸发技术目前已成为ICP的一种较通用的进样系统，适合于固体粉末样品的直接分析和微量液体样品的分析。电热蒸发系统代替气动雾化器作为ICP的进样系统，使样品的传输效率提高，检出限降低1—2个数量级。 固体粉末样品可用500一700微升的样品杯来代替称重，液体样品的取样量为微升。将样品置于石墨桥上，石墨桥密闭后与ICP炬管直接相通，通大电流加热，最高温度可达2900K，使样品完全蒸发和原子化后进1CP炬管。固体样品的常规化学处理耗时长、空白高、灵敏度低，田由执兹常林术育按讲行固体粉末样品的分析可以克服以上缺点。G011nch等曾用以上ETV—ICP系统进行了多元素同时测定，分析了合金钢、碳化硅、淤泥、土壤以及灰中的痕量元素，基体干扰通过选择蒸发时间来消除。测量的相对标准偏差(RSD)为3—11％，动态线性范围为104一105，用不同标样制作同一个分析元素的工作曲线，线性很好。 电热蒸发技术的最大问题是Iv—VI族元素以及稀土元素(REE)和碳形成难熔的碳化物，很难蒸发，从而使这些元素的信噪比低、记忆效应较严重。江祖成等人用聚四氟乙烯(PTFE)作氟化剂，使Ⅳ—Ⅵ族及稀土元素分析的检出限降低了1—2个数量级，并且基体效应减小，固体样品的颗粒效应也明显减小，允许进行直接固体粉末样品分析的颗粒尺寸增大了15倍。他们使用该氟化剂，用ETV—ICP系统分析了生物样品中的Cr、B、Mo、V和REE。 (2)流动注射进样系统 流动注射技术作为一种高效率的液体样品的分离和富集技术c41，近年来用于作ICP和MIP的进样系统，显示了它的优越性：样品传输效率高；所需的溶液样品量少，一般仅为30一300微升；此外，可以分析高盐分样品溶液，即使注入含盐量为40％的样品溶液，也不会堵塞雾化器。 用FI—ICP在线分析钢铁中硼元素时，流动注射系统有效地消除了基体铁对硼灵敏线的光谱干扰。当样品溶液经过用732阳离子树脂填充的交换校时，铁离子留在了阳离子交换柱中，而含硼的样品溶液直接进入ICP被测定。 金钦汉等人，将流动注射技术应用于作微波等离子炬(MPT)的样品在线宫集系统，降低了MPT的检出限，减小了基体效应。首先，蠕动泵使样品溶液通过离子交换柱，分离基体，待测元素的溶液被富集后，经过雾化器进入MPT。当用硫代树脂填充交换柱，1mol/L的盐酸作淋洗液时，Cd、Cu、Mn和Zn的检出限可分别为3.6，2.2，3.1和1.8ng／m1。该方法能有效地消除易电离元素(EIEs)对测定的影响。 但是，流动注射作为ICP的进样系统有二个问题需要注意。第一，流动注射离子交换柱所用的淋洗液不能是有机溶液，国为有机溶液容易引起ICP的等离子体焰熄弧。第二，FI—ICP所产生的测量信号为短信号，而大多数商售的ICP测量系统在设计时末考虑测量短信号的问题。黄本立、王小如等人用活性碳作吸附剂，硝酸作淋洗液，并开发了测量短信号的测量软件，用FI—ICP进行了雨水、海水等样品中的多元素同时测定，预富集可达4—87倍，RSD为l一3％，检出限为0.01一0.1ng／ml。为了减小氢硼化钠对测量的影响，他们又在流动注射的系统中采用了一个薄层流动氢化物发生器。分析As、Se和Sb的检出限可分别为0.63，2.41和0.20ng／m1。
原子发射光谱法原理及利用 原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，AES）是一种常用的材料分析方法，其主要通过对样品中元素产生的光子特征进行检测和分析，进而实现对样品中元素的定性和定量分析。本文将主要介绍原子发射光谱法在元素分析、化学态分析、表面分析、合金分析和质量检测等方面的原理及应用。 1.元素分析 原子发射光谱法在元素分析方面的应用主要体现在对样品中元素的种类进行识别和定量测定。其基本原理是每种元素都具有独特的原子结构，因此会在特定的能量条件下发射出具有特征波长的光子。通过对这些光子的检测和分析，可以确定样品中含有的元素种类。 在具体实践中，原子发射光谱法通常与火花、电弧或激光等激发源配合使用，以产生足够的光子用于检测。该方法可以同时检测多种元素，且具有较高的灵敏度和准确性。例如，在地质学领域，原子发射光谱法常用于测定岩石、矿物等样品中的常量、微量和痕量元素。 2.化学态分析 原子发射光谱法在化学态分析方面的应用主要是通过对元素产生的化学键合状态进行分析，以了解元素的化合物组成和结构等信息。不同化学态的同一种元素在原子发射光谱法中可能会表现出不同的特征波长，这是因为不同的化学键合状态会导致元素的原子结构发生变化。 例如，在环境科学领域，原子发射光谱法可用于分析水样或土壤
样品中的重金属元素及其化学形态，以了解这些元素对环境的污染程度和生物毒性的影响。 3.表面分析 原子发射光谱法在表面分析方面的应用主要是通过对样品表面的元素组成和化学状态进行分析，以了解样品的表面形貌、表面化学成分和结构等信息。原子发射光谱法可以应用于各种材料的表面分析，如金属、合金、陶瓷、高分子材料等。 在具体实践中，原子发射光谱法通常与离子束铣削、等离子体刻蚀等手段结合使用，以制备干净的表面样品并进行深入的分析。例如，在材料科学领域，原子发射光谱法可用于研究材料的表面氧化、腐蚀等行为，以及表面涂层的质量检测和评估。 4.合金分析 原子发射光谱法在合金分析方面的应用主要是通过对合金中的元素组成进行分析，以了解合金的成分和相组成等信息。合金中的不同元素在原子发射光谱法中会表现出不同的特征波长，通过对这些特征波长的检测和分析，可以确定合金中含有的元素种类和含量。 例如，在航空航天领域，原子发射光谱法可用于分析航空发动机叶片、涡轮盘等高温合金部件的成分和相组成，以确保其具有优良的力学性能和抗腐蚀性能。此外，原子发射光谱法还可以用于对合金中的相变温度、相变产物等进行深入研究和分析。 5.质量检测 原子发射光谱法在质量检测方面的应用主要是通过对生产过程
原子发射光谱法及其应用 摘要：本文介绍了原子发射光谱法的原理、特点及分析仪器。并对原子发射光谱法尤其是电感耦合等离子体原子发射光谱法在环境、冶炼、矿产开发、材料等领域的应用做了介绍。 关键词：原子发射、光谱法、应用 1.原子发射光谱法概述 1.1原子发射光谱法简介 原子发射光谱法（AES，atomic emission spectrometry），是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种。 原子发射光谱法的研究对象是被分析物质所发出的线光谱，利用待测物质的原子或离子所发射的特征光谱线的波长和强度来确定物质的元素种类及其含量。 原子发射光谱分析过程分为三步，即激发、发光和检测。第一步是利用激发光源使试样蒸发，解离成原子，或进一步解离成离子，最后使原子或离子得到激发，发射辐射；第二步是利用光谱仪把光源发射的光按波长展开，获得光谱；第三步是利用检测系统记录光谱，测量谱线波长、强度，根据谱线波长进行定性分析，根据谱线强度进行定量分析。 1.2原子发射光谱法发展概况 原子发射光谱法是光学分析法中产生和发展最早的一种。早在1860年，德
国学者霍夫（Kirchhoff）和本生（Bunsen）把分光镜应用于化学分析，发现了光谱与物质组成之间的关系，确认和证实各种物质都具有其特征光谱，从而奠定了光谱定性分析的基础。 随着光谱仪器和光谱理论的发展，发射光谱分析进入了新的阶段。火焰、火花和弧光光源稳定性的提高，给定量分析的发展开辟了道路。20世纪20年代，W.Gerlach提出了内标原理，奠定了定量分析的基础；30年代，棱镜光谱仪形成了系列，促进了定量分析的发展，形成了定量分析的经验公式；40年代，棱镜光谱仪飞速发展，使发射光谱分析得到了广泛的应用；50年代，光栅光谱仪基本上形成系列；60年代，电感耦合等离子体（ICP）光源的引入，大大推动了发射光谱分析的发展。 近几十年来，中阶梯光栅光谱仪、干涉光谱仪等仪器的出现，加之电子计算机的应用，使发射光谱分析进入了自动化阶段。 原子发射光谱法不仅过去曾在原子结构理论的建立及元素周期表中某些元素的发现过程中对科学的发展起到重要推动作用，而且已经并将继续在各种材料的定性定量分析中占有重要地位。 1.3原子发射光谱法的特点 与其他分析方法相比，原子发射光谱法具有如下特点。 （1）灵敏度高。一般光源灵敏度可达0.1~10μg·g-1(或μg·ml-1），ICP 光源可达10-4~10-3μg·ml-1。 （2）选择性好。每种元素的原子被激发后，都产生一组特征光谱，根据这些特征光谱，便可以准确无误地确定该元素的存在，所以发射光谱分析至今仍是元素定性分析的最好方法。
原子发射光谱的原理和应用 1. 原理 原子发射光谱是一种利用原子在高温或高压下被激发而产生的光线进行分析的 方法。该方法利用原子被加热或激发后产生的特定频率的光谱线来确定样品中存在的元素及其浓度。原子发射光谱的原理基于原子的激发和跃迁过程。 1.1 原子的激发和跃迁 在原子发射光谱中，原子首先被加热或激发，使其内部能级上的电子跃迁到更 高的能级。这些跃迁会产生特定频率或波长的电磁辐射，也就是光谱线。原子跃迁的能级差决定了产生的光谱线的频率或波长。 1.2 光谱仪的原理 原子发射光谱实验中使用的光谱仪是通过将原子发射的光线分解为不同频率或 波长的组成部分。常见的光谱仪包括单色仪、光栅光谱仪和干涉仪。 单色仪是一种使用光栅或棱镜分离光束的光学仪器。它通过调整入射光线的角 度或光栅的间距，将不同波长的光线分散，形成可观测到的光谱线。 光栅光谱仪通过使用光栅的光栅片或光纤间隔和替代的相位差，使光线发生干涉，将光线分散为不同的频率或波长。 干涉仪是一种利用光的干涉现象进行测量的仪器。它通过将光束分为两条，经 过不同的路径后再合并，从而产生干涉。通过调整干涉仪的结构，可以观察到不同频率或波长的干涉条纹。 2. 应用 原子发射光谱广泛应用于材料分析、环境监测、食品安全和医学诊断等领域。 2.1 材料分析 原子发射光谱可以用来确定材料中的元素组成和浓度。例如，在金属矿石和合 金中，原子发射光谱可以用来分析元素的含量，并确定材料的质量和纯度。 2.2 环境监测 原子发射光谱在环境监测中起着重要作用。它可以用于分析水和土壤中的污染 物并确定其浓度。原子发射光谱还可以用于检测大气中的有害物质，监测空气质量。
发射光谱的原理及应用 1. 原理介绍 发射光谱是一种分析方法，通过测量样品在受到能量激发后发出的光的波长和 强度，来推断样品的组成和性质。这种光谱常用于元素分析、化学反应动力学研究、材料表征等领域。 发射光谱的原理基于原子和分子在激发能量下产生准确波长的光的现象。当样 品受到能量激发时，原子或分子中的电子从低能级跃迁到高能级。随后，电子会自发退回到低能级并释放能量，这些能量以光的形式发出并构成发射光谱图。 2. 发射光谱的应用 发射光谱由于其非常适合进行定性和定量分析，因此在多个领域都得到广泛应用。以下是发射光谱的几个常见应用。 2.1 元素分析 利用发射光谱可以对样品中的元素进行快速分析。不同元素具有不同的光谱特征，因此通过测量光谱图可以确定样品中的元素种类和含量。这种方法被广泛应用于环境监测、食品安全检测、药品质量控制等领域。 2.2 化学反应动力学研究 发射光谱还可以用于研究化学反应的速率和动力学行为。在反应中，反应物和 产物的光谱特征会发生变化。通过监测光谱随时间的演变，可以获得关于反应速率、活化能等信息。这对于理解和优化化学反应机理具有重要意义。 2.3 材料表征 发射光谱可以用于材料的表征和质量控制。通过测量材料的发射光谱，可以获 得材料的成分、杂质含量、晶格结构等信息。这对于材料的研究、改进以及质量控制具有关键性的作用。 2.4 燃烧研究 发射光谱可以用于燃烧过程的研究。通过分析燃烧产生的发射光谱，可以确定 燃烧物质的组成和燃烧过程的特点。这对于提高燃烧效率、减少污染物排放具有重要意义。
3. 发射光谱的优势 发射光谱具有许多优势，使其成为一种常用的分析方法。 •非破坏性分析：样品在进行发射光谱分析过程中不受损失，可以保持其完整性，适用于对样品数量有限或无法获取大量样品的情况。 •高灵敏度：发射光谱可以提供极低浓度下的元素检测，尤其在金属或合金分析中具有重要意义。 •宽线性范围：发射光谱在分析元素浓度时具有广泛的线性范围，使其适用于不同浓度范围的样品。 •快速分析速度：发射光谱的分析速度快，能够在短时间内获得准确的结果，提高工作效率。 4. 发射光谱的实现方式 发射光谱可以通过多种方式来实现，包括原子发射光谱（AES）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和拉曼光谱等。 5. 结论 发射光谱作为一种常用的分析方法，可以在多个领域提供有用的信息。其原理简单，应用广泛，具有许多优点，是一种非常有价值的分析工具。未来随着技术的进一步发展，发射光谱将在不同领域中发挥更重要的作用。
发射光谱分析法的广泛应用 发射光谱分析法是一种广泛应用于材料、化学、生物等领域的分析手段，它基于样品激发后产生的辐射光谱，通过分析这些光谱特征来确定样品的化学组成和结构。本文将详细介绍发射光谱分析法的基本原理、常见应用以及未来发展方向。 一、基本原理 发射光谱分析法是基于样品被激发后自发发射出的辐射光谱来确定其化学组成和结构的一种分析方法。在激发过程中，样品中的原子或分子吸收了一定量的能量，进入激发态，然后由于外光场的作用，会从激发态返回基态，释放出一些能量，包括光能和热能。当释放出的能量为光能时，被称为发射光谱，它所包含的波长和强度取决于样品中存在的元素种类和化学络合情况。 发射光谱分析法有两种主要的实现方式：原子发射光谱（atomic emission spectroscopy, AES）和分子发射光谱（molecular emission spectroscopy, MES）。原子发射光谱是一 种基于原子能级跃迁的分析方法，它可用于分析单质、金属和合金等样品中的金属元素及其含量。而分子发射光谱则是一种基于分子能级跃迁的方法，用于分析大分子或含有官能团的复杂有机物样品。这两种方法都可通过火焰、等离子体或激光等方式来激发样品，从而产生发射光谱。 二、常见应用
发射光谱分析法具有很多优点，如快速、灵敏、准确、非破坏性等，因此被广泛应用于材料、化学、生物等领域。以下是几种常见应用： 1. 金属材料分析 发射光谱分析法最常见的应用是用于金属材料的分析，如钢铁、铜、铝、锡等合金材料。通过发射光谱分析法，可以快速准确地测定金属材料中的元素含量及其化学状态，评估材料的质量和性能。同时，这种方法还可用于监测金属材料中的不良元素，如铅、汞、镉等，以及通过加入微量元素来改善金属材料性能的效果。 2. 土壤污染检测 随着人类活动的增加，地球环境中的土壤污染问题逐渐凸显。发射光谱分析法可用于检测土壤中的污染物，如重金属、有机化合物、农药残留等。通过分析土壤样品中的元素或化合物成分，可以确定污染程度和污染物来源，提供有效的治理方案。 3. 生化分析 发射光谱分析法也可用于生化分析领域。例如，用于蛋白质结构分析，通过分析蛋白质样品的分子发射光谱，可以获得关于蛋白质分子的信息，如氨基酸序列、空间构型等。此外，这种方法还可用于药物分析、食品分析等领域。 三、未来发展方向
原子发射光谱技术在分析化学中的应用 原子发射光谱技术（Atomic Emission Spectroscopy，AES）是一种重要的分析化学方法。它可以用于定量和定性分析，也可以用于元素组分分析和化学反应动力学研究。本文将介绍AES的原理、发展历程和在分析化学中的应用。 一、AES原理及发展历程 AES利用原子在高温热源中发射的光谱特征进行分析。原子在高温条件下被激发后会从低能级跃迁到高能级，这个过程中会释放出一定波长的光。通过分析这些光的频率和强度，可以得到样品中不同元素的含量。 AES的发展历程可以追溯到19世纪，但由于技术限制，直到20世纪50年代才真正得到发展。1955年，Cary和Glenney首次利用气体放电光源进行AES分析。1960年代，随着电子学和计算机技术的发展，AES得到了广泛应用，成为一种重要的分析化学方法。 二、AES在分析化学中的应用
AES在分析化学中的应用非常广泛，以下分别从定量分析、定性分析、元素组分分析和化学反应动力学研究几个方面介绍。 1. 定量分析 AES可以用于测定样品中某种元素的含量。在测定前，需先建立标准曲线。这可以通过测定不同浓度标准溶液的发射光谱，得到元素发射线的强度与浓度之间的关系。然后，将待测样品和标准溶液的光谱同时记录，利用标准曲线计算出待测样品中元素的含量。这种方法具有快速、灵敏和准确的特点。 2. 定性分析 AES可以通过分析元素的光谱特征，对样品中各种元素进行鉴定。这种方法适用于分析未知物质或检测微量元素。 3. 元素组分分析
AES可以同时测定多种元素的含量，常用于金属、化肥、土壤 等样品的分析。比如在钢铁行业，AES可以同时测定铁、锰、磷、硫等元素的含量，以保证产品质量。 4. 化学反应动力学研究 AES还可以用于研究化学反应的动力学过程。在反应中，原子 会发生能级跃迁或电子跃迁，导致光谱发生变化。通过分析这些 变化，可以研究反应动力学过程。这种方法适用于研究催化反应、氧化还原反应等。 三、结论 总的来说，AES是一种重要的分析化学方法，具有快速、灵敏、准确和可同时测定多种元素的特点。它在定量分析、定性分析、 元素组分分析和化学反应动力学研究等方面有广泛的应用。在未来，随着技术的不断改进，AES将能够更好地满足人们对于分析 化学方法和技术的需求。
原子发射光谱分析技术及其发展和应用 文章主要对光谱分析的发展历程、谱线接收装置的发展和功能以及原子发射光谱分析技术的应用进行了探讨，希望对深入研究光谱分析技术的实验人员能起到抛砖引玉的作用。 标签：原子发射光谱；摄谱仪；直读光谱仪；激发光源 引言 作为一个优秀的光谱分析工作者，不应仅仅是一名仪器的操作者，而更应该掌握光谱分析理论、熟悉光谱仪器的工作原理、仪器的结构，甚至于要了解重要的电路元件的相关知识。只有这样，才能在分析工作中变得得心应手：让分析数据准确可靠、让使用的光谱仪器正常运行。 1 光谱分析的发展历程 19世纪中期德国学者基尔霍夫和本生他们利用分光镜研究盐和盐溶液在光焰中加热时所产生的特征光辐射，说明了某些波长的光线是表征某些元素的特征，从而开辟了原子发射光谱的领域也奠定了光谱分析的基础，这也成为了原子发射光谱分析技术发展的开始。20世纪30年代以后，世界科学领域在光谱定量研究方面投入大量精力，科学家们采用了内标准法以及标准试样摄谱法对原子发射光谱技术进行定量方面的研究，为今后的原子发射光谱分析技术应用于元素的定量分析方面奠定了坚实基础。 原子发射光谱分析的原理是元素原子一般处于基态（最低能量状态）。当原子获得足够的能量后，外层电子就会从低能级跃迁至高能级，这种状态就称为激发态，但原子外层电子处于激发态时是很不稳定的，当它从激发态回到基态或其他较低能级时，此时就会以光的形式释放出多余的能量，得到发射光谱。又因为不同元素原子的结构各有差异，辐射固有的特征光谱就各不相同。所以正因为如此原子发射光谱分析技术就是利用元素的特征光谱对样品进行分析检测。 原子发射光谱研究最初采用的是摄谱用的感光板来接收光谱，此种方式因操作过程十分繁琐影响了科学分析的速度。后来到了1945年，光电直读光谱仪的出现对元素的光谱进行直接分析，不需要经过复杂过程，分析的结果准确性也大大得到提高。随着科学技术的不断进步，之后研发出了真空光电直读光谱仪将原仪器不可完成的读取C、S、P等元素的情况得到解决，直读光谱仪开始在金属检测领域得到广泛应用。后来研发出的电感耦合的等离子体激发光源的直读光谱仪在真空光电直读光谱仪的基础上更加进步，完成了材料在液体状态下进行测定的领域突破，使人类对原子光谱分析的研究进入到一个全新的阶段。 2 元素谱线接收装备的发展和功能
原子发射光谱分析方法应用 一,光谱定性分析 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。光谱定性分析一般多采用摄谱法。试样中所含元素只要达到一定的含量,都可以有谱线摄谱在感光板上.摄谱法操作,价格便宜,快速.它是目前进行元素定性检出的最好方法. (一)元素的分析线与最后线 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. 进行分析时所使用的谱线称为分析线.如果只见到某元素的一条谱线,不可断定该元素确实存在于试样中,因为有可能是其它元素谱线的干扰。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。灵敏线是元素激发电位低,强度较大的谱线,多是共振线.最后线是指当样品中某元素的含量逐渐减少时,最后仍能观察到的几条谱线.它也是该元素的最灵敏线. (二)分析方法 (1)铁光谱比较法 目前最通用的方法,它采用铁的光谱作为波长的标尺,来判断其他元素的谱线.。铁光谱作标尺有如下特点: ① 谱线多. 在210 ~ 660nm范围内有几千条谱线. ② 谱线间距离都很近. 在上述波长范围内均匀分布.对每一条谱线波长,人们都已进行了精确的测量.在实验室中有标准光谱图对照进行分析。标准光谱图是在相同条件下,在铁光谱上方准确地绘出68种元素的逐条谱线并放大20倍的图片。铁光谱比较法实际上是与标准光谱图进行比较,因此又称为标准光谱图比较法。在进行分析工作时将试样与纯铁在完全相同条件下并列并且紧挨着摄谱,摄得的谱片置于映谱仪(放大仪)上;谱片也放大20倍,再与标准光谱图进行比较。比较时首先须将谱片上的铁谱与标准光谱图上的铁谱对准,然后检查试样中的元素谱线。若试样中的元素谱线与标准图谱中标明的某一元素谱线出现的波长位置相同,即为该元素的谱线。判断某一元素是否存在,必须由其灵敏线决定.铁谱线比较法可同时进行多元素定性鉴定。 (3)标准试样光谱比较法 将要检出元素的纯物质和纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上,在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱.若两者谱线出现在同一波长位置上,即可说明某一元素的某条谱线存在。 二,光谱半定量分析 光谱半定量分析可以给出试样中某元素的大致含量.若分析任务对准确度要求不高,多采用光谱半定量分析.例如钢材与合金的分类,矿产品位的大致估计等等,特别是分析大批样品时,采用光谱半定量分析,尤为简单而快速。光谱半定量分析常采用摄谱法中比较黑度法,这个方法须配制一个基体与试样组成近似的被测元素的标准系列.在相同条件下,在同一块感光板上标准系列与试样并列摄谱,然后在映谱仪上用目视法直接比较试样与标准系列中被测元素分析线的黑度.黑度若相同,则可做出试样中被测元素的含量与标准样品中某一个被测元素含量近似相等的判断。 例如,分析矿石中的铅,即找出试样中灵敏线283.3 nm,再以标准系列中的铅283.3nm线相比较,如果试样中的铅线的黑度介于0.01% ~ 0.001%之间,并接近于0.01%,则可表示为0.01% ~
光学分析法及其特点：是建立在电磁辐射与待测物质相互作用基础上，利用电磁辐射为“探针”来探测物质性质、组成、含量及结构的一种分析方法。它是分析化学的重要组成，特别在物质组成和结构的研究、基因识别和表面分析等方面，更具优越性，并越来越广泛地应用于各基础学科研究，以及生命、环境、材料等新兴学科领域。 三个基本过程：(1)光源提供能量（2）能量与被测物之间的相互作用（3）产生信号。 光谱法分类，本质(1) 原子光谱特征是线状光谱(2)分子光谱特征是带状光谱； 作用机理(1) 发射光谱(2)吸收光谱(3) 拉曼光谱 原子光谱法：原子发射，原子吸收，原子荧光，X射线荧光。 分子光谱法：紫外可见，红外可见，分子荧光，分子磷光，核磁共振，化学发光。 吸收光谱法：原子吸收，紫外可见，红外吸收，核磁共振。 发射光谱法：原子发射，原子荧光，分子荧光，分子磷光，X射线荧光，化学发光。 原子发射光谱分析法（AES）：是利用元素的原子或离子在热或电能的激发下，其外层电子在不同能级之间的跃迁，发射不同的特征谱线，根据发射的谱线波长进行定性分析，测量谱线的强度进行定量分析的方法。 根据待测原子的结构和浓度不同，引起发射普线特征和发射强度的不同，分为定性分析与定量分析。 原子发射光谱分析经历的过程： 式样→蒸发→原子(基态)→激发态→基态 ↓ 发射谱线→检测 .AES的特点：(1) 具有多元素同时分析能力, 各元素同时发射各自的特征光谱； (2) 既可进行定性、也可进行定量分析; (3) 具有较高的灵敏度和选择性（ng/ml ~ pg/ml）。 缺点：只能确定物质的元素组成与含量，不能给出物质分子结构的有关信息；不适用于部分非金属元素的分析。 原子发射光谱的产生：在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）。 原子线：原子的外层电子跃迁产生的谱线 自吸(self-absorption)：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低的现象。 元素光谱性质与周期表的关系：主族元素，在同一周期，电子排在同一电子层上，半径逐渐减小，共振电位逐渐增大，相应的共振线波长则逐渐减小。同族电子层不同，价电子数相同，故具有相同的光谱结构。过渡金属一般都具有中等大小的共振电位和电离电位，故共振线波长都在近紫外和可见光区。
原子发射光谱的应用原理 1. 引言 原子发射光谱是一种常用的分析技术，广泛应用于物质成分分析、环境监测、 金属材料分析等领域。本文将介绍原子发射光谱的应用原理及其在各个领域的具体应用。 2. 原子发射光谱的基本原理 原子发射光谱是通过激发和退激发原子而产生的特定波长的光信号进行分析的 方法。其基本原理可分为以下几个步骤： 2.1 原子激发 通过热激发、电子束激发或化学反应激发等方法，使样品中的原子处于激发态。激发态的原子处于较高能级，具有较大的能量差。不同原子的激发态能级和能量差都是唯一的。 2.2 原子退激发 激发态的原子在一定时间后会退激发到基态。退激发过程中释放出的能量以光 子形式发射出来。退激发过程中，原子会发射出具有特定波长的光信号，称为光谱线。 2.3 光谱分析 通过光学仪器（如光电倍增管、光栅光谱仪等）对发射的光信号进行收集和分析。根据光信号的波长或频率，可以确定激发原子的种类和数量。 3. 原子发射光谱的应用 3.1 物质成分分析 原子发射光谱在物质成分分析中具有广泛应用。通过测量样品中特定元素的发 射光谱，可以确定样品中该元素的含量。例如，在环境监测中，原子发射光谱可以用来分析大气中的重金属含量，以评估环境污染程度。 3.2 金属材料分析 原子发射光谱在金属材料分析中也有重要应用。通过测量金属材料样品中的元 素发射光谱，可以确定金属材料的成分。这对于质量控制和材料鉴定具有重要意义。例如，原子发射光谱可以用来确定不同牌号不锈钢中的铬含量。
3.3 天文学研究 原子发射光谱在天文学研究中也发挥着重要作用。通过天文观测仪器测量星体发射的光谱，可以分析星体的结构和成分。例如，原子发射光谱可以用来研究恒星的温度、化学组成和演化过程。 4. 结论 原子发射光谱是一种重要的分析技术，广泛应用于物质成分分析、环境监测、金属材料分析和天文学研究等领域。通过测量样品发射的特定波长的光信号，可以准确地确定激发原子的种类和数量。随着科学技术的不断发展，原子发射光谱在各个领域的应用将会进一步拓展和深化。
原子光谱分析法及其应用 概述： 原子光谱分析法是一种常用的分析技术，通过测量原子在特定能级间的能量差，可以确定样品中元素的种类和含量。本文将介绍原子光谱分析法的原理、仪器和应用。 一、原子光谱分析法的原理 原子光谱分析法基于原子的能级结构和光谱特性。当原子受到能量激发时，电 子会跃迁到更高的能级，并在返回基态时释放出能量。这些能量以光子的形式发射出来，形成特定波长的光谱线。每个元素都有独特的能级结构和光谱特性，因此可以通过测量元素发射或吸收的光谱线来确定其存在和含量。 二、原子光谱分析法的仪器 1. 原子吸收光谱仪（AAS）：AAS通过测量样品吸收特定波长的光谱线来确定元素含量。样品先被蒸发成气态，然后通过光谱仪测量吸收光强度。吸收光强度与元素浓度成正比，通过与标准曲线比较，可以得出样品中元素的含量。 2. 原子发射光谱仪（AES）：AES通过测量元素发射的光谱线来确定其存在和 含量。样品被加热到高温，使元素原子激发到高能级，然后通过光谱仪测量发射的光强度。发射光强度与元素浓度成正比，通过与标准曲线比较，可以确定样品中元素的含量。 三、原子光谱分析法的应用 1. 环境监测：原子光谱分析法可用于检测大气中的重金属污染物，如铅、汞等。通过分析大气样品中的元素含量，可以评估环境污染程度，并采取相应的措施保护环境。
2. 食品安全：原子光谱分析法可用于检测食品中的有害元素，如铅、镉等。食 品中的有害元素会对人体健康造成危害，通过分析食品样品中的元素含量，可以确保食品的安全性。 3. 医药研究：原子光谱分析法在药物研发和制造过程中起着重要作用。通过分 析药物样品中的元素含量，可以确保药物的质量和纯度，保证其疗效和安全性。 4. 材料分析：原子光谱分析法可用于材料的成分分析和质量控制。通过分析材 料样品中的元素含量，可以确定材料的组成和性质，为材料的制备和应用提供依据。 总结： 原子光谱分析法是一种重要的分析技术，广泛应用于环境监测、食品安全、医 药研究和材料分析等领域。通过测量元素发射或吸收的光谱线，可以确定样品中元素的种类和含量，为相关领域的研究和应用提供重要支持。随着技术的不断发展，原子光谱分析法将会在更多领域展现其潜力和价值。
仪器分析结课大作业 ------原子发射光谱技术在环境分析中的应用 学院：环境与化学工程学院 专业班级：环境工程07级（01）班 学生姓名：姚婧婧 学号：40704040131 授课教师：常薇
原子发射光谱技术在环境分析中的应用 摘要： 目前，原子发射光谱在材料分析中已经广泛应用，主要集中在金属合金材料、高纯稀土、难熔陶瓷材料、化学试剂、化工试剂、化工原材料及矿石等。其中，绝大部分方法为ICP-AES 法，而以火花/为激发光源的光电直读光谱法则主要用于钢铁冶炼过程中的炉前分析。环境水样、植物茎叶、煤灰飞、水系沉淀物、土壤等试样的重金属及稀土元素测定是新近原子发射光谱法用于环境分析研究的焦点，其中以形态分析备受人们关注。【10】 关键字：原子发射光谱材料分析应用电感耦合等离子体 1.概述 原子发射光谱法（AES），是利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的方法。原子发射光谱法是一种根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。 其方法包括了三个主要的过程，即： （1）由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气态原子激发而产生光辐射；（2）将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱；用检测器检测光谱中谱线的波长和强度； （3）由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。2. 原子发射光谱法的特点 <1>.既可用定量分析又可用定性分析：每种元素的原子被激发后，都能发射出各自的特征谱线，所以，根据其特征谱线就可以准确无误的判断元素的存在，因此原子发射光谱是迄今为止进行元素定性分析最好的方法。周期表中大约70余种元素都可以用发射光谱法测定。 <2>.分析速度快：试样多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，同时还可多元素同时测定，若用光电直读光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。如钢厂炉前分析等。 <3>.选择性好：由于光谱的特征性强，所以对于一些化学性质极相似的元素的分析具有特别重要的意义。如铌和钽、铣和铪、十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对AES 来说是毫无困难之举。