原子发射光谱分析详解

根据量子化学，原子光谱的产生源于原子外层电子在不同能级之间的跃迁，由于原子内部不存在振动能级，因此电子跃迁所产生的是线状光谱，它出现在电磁波的紫外线、可见光和红外线区域。利用原子发射的光谱线来测定物质化学组成的方法就叫做原子发射光谱分析法。

光谱分析仪器由光源、分光系统（光谱仪）及观测系统三部分组成，如图3-17所示。

图3-17 发射光谱仪原理图

其中激发光源有化学火焰、电激发光源以及电感耦合等离子体光源（Hnducti？ely Coupled Plasma，HCP）。由于电感耦合等离子体光源具有工作温度高、电感耦合高频等离子炬的外观与火焰相似（但它的结构与火焰截然不同）、电子密度很高、测定碱金属时电离干扰很小、无极放电、没有电极污染、载气流速很低（通常0.5～2L/min）、有利于试样在中央通道中充分激发，而且耗样量也少，以Ar为工作气体，由此产生的光谱背景干扰较少等优点，使得电感耦合等离子体原子发射光谱（HCP-AES）具有灵敏度高、检测限低（10^-9～10^-11g/L）、精密度好（相对标准偏差一般为0.5%～2%）、工作曲线线性范围宽，因此同一份试液可用于从宏量至痕量元素的分析，试样中基体和共存元素的干扰小，甚至可以用一条工作曲线测定不同基体的试样同一元素。HCP也是当前发射光谱分析中发展迅速、极受重视的一种新型光源。表3-3列出了几种光源的性能特点。

表3-3 几种光源的比较

（1）原子发射光谱法的特点如下：

1）既可用于定量分析又可用于定性分析。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。元素周期表中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做几十个元素的定量测定，如钢厂炉前分析等。(www.xing528.com)

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、锆和铪、十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对AES来说则是轻而易举。

4）检出限低。一般可达0.1～1μg/g，绝对值可达10^-8～10^-9g。用HCP新光源，检出限可低1～3个数量级。

5）用HCP光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可达4～6个数量级，可同时测定高、中、低含量的不同元素。因此，HCP-AES已广泛应用于各个领域之中。

6）样品消耗少，适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出独特的优势。

（2）原子发射光谱法存在的问题如下：

1）在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高。

2）含量（浓度）较大时，准确度较差。

3）只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定。

4）大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线。