原子發(fā)射光譜分析技術(shù)及應(yīng)用

前言

原子發(fā)射光譜(atomic emission spectroscopy，簡稱AES)是由原子中核外電子受到外來能量的作用，激發(fā)躍遷到激發(fā)態(tài)，再由高能態(tài)回到各較低的能態(tài)或基態(tài)時，以輻射形式放出其激發(fā)能而產(chǎn)生的光譜。在實(shí)際應(yīng)用中最為普及、最為有效的原子發(fā)射光譜分析技術(shù)及光譜儀器主要有：火花源原子發(fā)射光譜法(sparkatomic emission spectroscopy，簡稱SparkAES)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasmaatomic emission spectroscopy，簡稱ICPAES)及輝光放電原子發(fā)射光譜法(glow dischargeoptical emission spectroscopy，簡稱GDOES)。 20世紀(jì)50年代，原子發(fā)射光譜就開始在我國推廣和普及，特別是在地質(zhì)、冶金、機(jī)械等部門得到了廣泛的應(yīng)用，建立了國產(chǎn)原子發(fā)射光譜儀器生產(chǎn)基地。1975年，由錢振彭教授和黃本立教授等組織編寫的《發(fā)射光譜分析》很好地總結(jié)了前一時期我國原子發(fā)射光譜分析的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，原子發(fā)射光譜儀器性能及其分析技術(shù)不斷提高，SparkAES已成為冶金爐前工藝控制、機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的常規(guī)分析測試手段。ICPAES和GDOES由于商品儀器優(yōu)越性能，成為在元素分析及薄層分析上的有力檢測手段。尤其是20世紀(jì)70年代迅速興起的ICPAES，既保留了原子發(fā)射光譜多元素同時分析的特點(diǎn)，又具有溶液進(jìn)樣的靈活性與穩(wěn)定性，使原子發(fā)射光譜分析進(jìn)入了一個嶄新的發(fā)展階段，其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到各行各業(yè)。隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，世界上先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)也迅速傳播到我國。同時20世紀(jì)80年代初，我國有關(guān)的研發(fā)單位開始用自己組裝的儀器開展ICPAES技術(shù)的研究工作，90年代國產(chǎn)的ICPAES儀器問世?，F(xiàn)在ICPAES已成為實(shí)驗(yàn)室廣泛使用的常規(guī)分析儀器。 本書簡要編輯了原子發(fā)射光譜分析的原理和必要的基礎(chǔ)知識，重點(diǎn)介紹在原子發(fā)射光譜儀器中幾種實(shí)用類型儀器的組成、結(jié)構(gòu)及其使用要求，尤其是新型現(xiàn)代化儀器的性能及其在標(biāo)準(zhǔn)分析方法上的應(yīng)用。著重介紹原子發(fā)射光譜分析方法在各行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用和典型實(shí)例，并介紹了各類光譜分析方法在國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用及其執(zhí)行情況，同時簡要介紹了光譜分析的誤差分析及測定結(jié)果不確定度的數(shù)理統(tǒng)計方法，為發(fā)射光譜分析數(shù)據(jù)的可比性和溯源性提供參考。 本書應(yīng)用方面的內(nèi)容多為作者多年來從事原子發(fā)射光譜分析及使用各種類型儀器的體會與工作經(jīng)驗(yàn)編輯而成，火花直讀光譜分析及光譜分析數(shù)據(jù)處理部分由鄭國經(jīng)主筆，電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析部分由計子華主筆，輝光放電光譜分析部分由余興主筆，全書由鄭國經(jīng)統(tǒng)稿。 本書可供大專院校、科學(xué)研究單位、廠礦企業(yè)從事發(fā)射光譜分析工作人員，作為工作參考或技術(shù)培訓(xùn)之用。 由于作者水平所限，所從事分析領(lǐng)域的局限性所致，難免以偏概全，存在不足之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書以實(shí)際中廣泛應(yīng)用的發(fā)射光譜現(xiàn)代分析儀器為對象，介紹了原子發(fā)射光譜分析技術(shù)的原理和必要的基礎(chǔ)知識，主要發(fā)射光譜儀器的分析技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用。全書共由六章組成：原子光譜分析概述、原子發(fā)射光譜分析導(dǎo)論、火花源原子發(fā)射光譜分析、電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析、輝光放電發(fā)射光譜分析和光譜分析的誤差統(tǒng)計及數(shù)據(jù)處理。著重介紹火花源原子發(fā)射光譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜和輝光放電發(fā)射光譜的儀器結(jié)構(gòu)、分析技術(shù)及其應(yīng)用，并分別列舉了這三種光譜分析方法在各行業(yè)中的典型分析實(shí)例，及其在國家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用情況，同時簡要介紹了光譜分析過程中的誤差分析及測定結(jié)果不確定度的數(shù)理統(tǒng)計方法，為發(fā)射光譜分析數(shù)據(jù)的可比性和溯源性提供參考知識。同時，書中也介紹了原子發(fā)射光譜儀器中實(shí)用類型儀器的結(jié)構(gòu)、附件及其使用要求和儀器的日常維護(hù)知識，列舉了新型現(xiàn)代化儀器的性能、特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。     本書可供大專院校、科學(xué)研究單位、廠礦企業(yè)從事發(fā)射光譜分析工作人員作為工作參考或技術(shù)培訓(xùn)之用。

書籍目錄

第1章　原子光譜分析概述　1.1　光譜分析概況 　1.2　光譜分析的發(fā)展歷史 　　1.3　原子光譜儀器的發(fā)展 　1.4　原子發(fā)射光譜分析技術(shù)的進(jìn)展 第2章　原子發(fā)射光譜分析導(dǎo)論 　2.1　光譜和光譜分析 　　2.1.1　光和光譜 　　2.1.2　原子光譜 　2.2　原子光譜的基礎(chǔ)概念 　　2.2.1　原子狀態(tài)與光譜項(xiàng) 　　2.2.2　原子能級圖 　　2.2.3　基態(tài)、激發(fā)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài) 　　2.2.4　共振線 　　2.2.5　原子線、離子線 　　2.2.6　激發(fā)能、電離能 　2.3　原子發(fā)射光譜的基礎(chǔ)理論 　　2.3.1　光譜光源等離子體 　　2.3.2　原子的碰撞與激發(fā) 　　2.3.3　激發(fā)態(tài)原子的輻射 　　2.3.4　激發(fā)過程 　　2.3.5　激發(fā)能級的分布 　　2.3.6　原子的電離 　　2.3.7　元素激發(fā)和電離與周期表的關(guān)系 　2.4　原子發(fā)射光譜分析的基礎(chǔ) 　　2.4.1　元素光譜線類型和波長分布 　　2.4.2　譜線的輪廓 　　　2.4.3　譜線的強(qiáng)度 　　2.4.4　光譜定性分析 　　2.4.5　光譜定量分析 　2.5　原子發(fā)射光譜的儀器結(jié)構(gòu) 　　2.5.1　激發(fā)光源 　　2.5.2　色散系統(tǒng) 　　2.5.3　檢測系統(tǒng) 　　2.5.4　數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng) 　2.6　原子發(fā)射光譜的儀器類型 　　2.6.1　火花光源發(fā)射光譜儀 　　2.6.2　電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 　　2.6.3　輝光放電光譜儀 　參考文獻(xiàn) 第3章　火花光源發(fā)射光譜分析 　3.1　概述 　　3.1.1　發(fā)射光譜的電弧、火花激發(fā)光源 　　3.1.2　火花光源直讀光譜儀的結(jié)構(gòu) 　　3.1.3　火花光源直讀光譜儀及其使用方式 　3.2　火花光源的能量激發(fā)作用 　　3.2.1　火花激發(fā)光源的特點(diǎn) 　　3.2.2　火花放電的激發(fā)機(jī)理 　　3.2.3　火花放電特性與火花線路參數(shù)的關(guān)系 　3.3　火花光源直讀光譜儀的光源系統(tǒng) 　　3.3.1　火花光源的類型及其電路特點(diǎn) 　　3.3.2　高壓火花光源 　　3.3.3　低壓電容放電火花光源 　……第4章　電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析 第5章　輝光放電發(fā)射光譜分析 第6章　光譜分析的誤差統(tǒng)計及數(shù)據(jù)處理附錄

章節(jié)摘錄

插圖：1.1 光譜分析概況光譜分析是利用物質(zhì)的電磁輻射所形成的光譜來分析測定物質(zhì)的組成，也是研究物質(zhì)的原子、分子結(jié)構(gòu)的有力工具和手段。由此發(fā)展起來的分析技術(shù)有原子光譜分析法和分子光譜分析法，并形成了各類光譜分析儀器。光譜分析最早應(yīng)用的是原子發(fā)射光譜（atomic emission spectrometry，AES），它為發(fā)現(xiàn)新元素發(fā)揮了重大的作用。原子發(fā)射光譜儀器則是最為常用的元素分析儀器。隨著技術(shù)的進(jìn)步，它經(jīng)由攝譜儀、看譜鏡到光電光譜儀，再到各種類型的直讀光譜儀，現(xiàn)已發(fā)展成為一種非常實(shí)用、非常廣泛的分析儀器。由于它是利用原子發(fā)射特征譜線所提供的信息來進(jìn)行元素分析，具有多元素同時、快速、直接測定的優(yōu)點(diǎn)，因此，在冶金、地質(zhì)、機(jī)械制造、金屬加工等工業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮了巨大的作用。盡管原子發(fā)射光譜（AES）法是最早發(fā)展并應(yīng)用于實(shí)際分析中的原子光譜分析技術(shù)，但是早期原子發(fā)射光譜分析法有其不足之處：分析時需要有一套組成、結(jié)構(gòu)相似的標(biāo)準(zhǔn)樣品，一些元素不易激發(fā)、靈敏度低、測定誤差較大等。因此，發(fā)射光譜的發(fā)展曾經(jīng)歷了停滯階段。20世紀(jì)50年代，由于原子吸收光譜（AAS）分析法的出現(xiàn)，促進(jìn)了原子光譜的發(fā)展。隨后電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）分析法的出現(xiàn)，更將發(fā)射光譜分析推向了新的發(fā)展階段。隨著聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代后期，ICP光譜分析與質(zhì)譜分析的聯(lián)用，出現(xiàn)了等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）分析法，則是分析化學(xué)中又一個重大突破，被認(rèn)為是具有更高靈敏度、更低檢測限、光譜干擾少的最理想元素檢測技術(shù)之一。20世紀(jì)90年代，由于分光系統(tǒng)和檢測器的技術(shù)創(chuàng)新，光譜儀器結(jié)構(gòu)上發(fā)生了重大變化，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著信息化和數(shù)字化時代的到來，發(fā)射光譜儀器向小型化、數(shù)字化發(fā)展，向所謂“全譜”直讀功能發(fā)展，成為發(fā)射光譜分析的又一發(fā)展趨勢。

編輯推薦

《原子發(fā)射光譜分析技術(shù)及應(yīng)用》簡要編輯了原子發(fā)射光譜分析的原理和必要的基礎(chǔ)知識，重點(diǎn)介紹在原子發(fā)射光譜儀器中幾種實(shí)用類型儀器的組成、結(jié)構(gòu)及其使用要求，尤其是新型現(xiàn)代化儀器的性能及其在標(biāo)準(zhǔn)分析方法上的應(yīng)用。著重介紹原子發(fā)射光譜分析方法在各行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用和典型實(shí)例，并介紹了各類光譜分析方法在國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用及其執(zhí)行情況，同時簡要介紹了光譜分析的誤差分析及測定結(jié)果不確定度的數(shù)理統(tǒng)計方法，為發(fā)射光譜分析數(shù)據(jù)的可比性和溯源性提供參考。

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