光谱分析仪器.doc

光谱分析仪器仪器分析是通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数来确定其化学组成、含量或结构的分析方法。在测量过程中,利用物质的这些性质获得定性、定量、结构以及解决实际问题的信息。仪器分析一般分为电化学分析法、色谱分析法和光谱分析法。光谱分析是基于物质发光或光与物质相互作用的一类分析方法。光谱分析法可按不同的电磁波谱区、产生光谱的基本粒子、辐射传递的情况等进行分类。表 1列出不同光谱区相应的光谱分析法,各种光谱分析法的应用范围见表2。原子发射光谱或原子吸收光谱法常用于痕量金属的测定;紫外-可见分光光度法和荧光光谱法可用于金属、非金属和有机物质的测定;红外吸收光谱常用于有机物官能团的检出及结构分析。核磁共振波谱主要用于结构分析。表1光谱区及对应的光谱分析法光谱区波长范围光谱分析法真空(远)紫外 10~200nm 远紫外吸收光谱法(近)紫外 200 ~400nm 紫外-可见光度法、发射光谱法和荧光光谱法可见光 400 ~750nm 红外光 ~1000 μm红外吸收光谱微波 1~1000mm 微波吸收无线电波 ~10m核磁共振波谱表2光谱分析法的应用范围方法名称检出限相对标准偏差/%主要用途 g(绝对)μg·g(相对) 原子发射光谱法 10~ 101~ 20多元素连续或同时测定原子吸收光谱法 10~ 10 (非火焰) 10~ 10 (火焰) ~ 10单元素分析等原子荧光光谱法 10~ 10 10~ 10 ~ 10单元素分析等紫外可见吸收光谱法 10~ 101~ 10有机物定性定量分子荧光光谱法 10~ 101~ 50有机物定性定量红外光谱法 10~ 105~ 20结构分析及有机物定性定量拉曼光谱法 10~ 105~ 20结构分析及有机物定性定量核磁共振波谱法 10~ 101~ 10结构分析顺磁共振波谱法 10~ 10半定量结构分析 X-射线荧光法 10~ 10 ~ 10多元素同时测定光谱分析法一般基于吸收、荧光、磷光、散射、发射和化学发光等六种现象。各种仪器的组成略有不同,但都包含五个部分:( 1)光源;( 2)样品池; (3)单色器;( 4)检测器;( 5)讯号处理显示器或记录仪。五个部分的三种不同搭配方式构成了六种光谱测量的分析仪器(见图1)。 、磷光及散射光谱法 (一)光源光谱测量使用的光源要求稳定,强度大。一般采用高压放电或加热的方式获得,而且用稳压装置以保证获得稳定的外加电压。光源有连续光源、线光源等. 也可将光源分作激发光源和背景光源。 、直流电弧、交流电弧、火花、电感耦合高频等离子体( ICP )、微波等离子体、激光光源等。其性质及应用见表3。表3几种常见原子发射光源的性质及应用光源蒸发温度/K激发温度/K放电稳定性用途火焰低 1000 ~ 3000 好溶液、碱金属、碱土金属的定量分析直流低弧 800 ~ 3800 4000 ~ 7000 较差难挥发元素的定性、半定量及低含量杂质的定量分析交流电弧比直流电弧低比直流电弧略高较好矿物、低含量金属的定性、定量分析火花比交流电弧低 10000 好高含量金属、难激发元素的定量分析 ICP 很高 6000 ~ 8000 很好溶液中痕量元素的定量分析电感耦合高频等离子体光源是最常用的原子发射光谱法光源,获得电感耦合高频等离子体装置的原理示意图如图2所示。通常,它是由高频发生器、感应线圈、等离子矩管和供气系统等四部分组成。炬管通常由三根石英管组合而成,并相应通入外气流、中气流和内气流。外气流常称作冷却气,主要是将高温等离子体与石英管隔开,以防石英管被烧坏, 另外,高流量的冷却气的“热箍缩”效应可压缩等离子体,有助于等离子体的稳定。中气流主要作用是调节等离子体放电高度,并保护石英内管。其流量通常为 1L·min -1,有时可以关闭不用。内气流称作载气,其主要作用是打通中心通道和把样品载入 ICP ,其流量大小对中心通道的形成、通道内温度、样品的停留时间等均有很大影响,必须仔细加以选择和控制。图2电感耦合高频等离于体光源示意图当感应线圈中有高频电流通过时,周围空间产生高频电磁场,磁力线为椭圆闭合曲线,在炬管内是轴向的。用电子打火枪向辅助气或冷却气中引入电子和(或)阳离子,即“种子”。这些种子带有电荷,被高频电场加速,在炬管内沿闭合电路流动,形成涡流。由于涡流的热效应,使气体温度上升,更多的气体电离,从而形成了等离子体。此时,感应线圈象一个高频变压器的初级线圈,等离子体相当于只有一匝的短路次级,高频能量通过感应线圈耦合给等离子体,而使放电维持不灭。 。空心阴极灯的结构