原子发射光谱分析原理PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1．光谱的种类和分析内容 1

1·1光谱种类 1

1·2光谱分析内容 1

1·3原子发射光谱分析过程和仪器组成 3

2．发射光谱分析法发展历史 4

2·1萌芽时期 4

2·2定性分析、新元素发现和原子结构理论的建立 4

2·3定量分析方法的建立 5

2·4近代发展时期 6

2·5发射光谱法在我国的发展 7

3．发射光谱分析法的优点和局限性 7

4．发射光谱分析法应用范围 8

5．原子发射光谱法常用术语和符号 9

5·1常用物理量术语和符号 9

5·2与辐射能及其测量有关的术语、符号和单位 11

5·3用于数据说明方面的术语、符号和单位 11

主要参考资料 12

第二章 原子光谱和辐射跃迁 13

1．原子光谱的起源和规律性 13

1·1原子量子数和光谱项 13

1·2原子能级图和原子光谱精细结构 19

1·3塞曼效应、原子核效应和原子光谱超精细结构 21

1·4原子光谱和离子光谱的规律性 23

2．辐射跃迁和光谱线强度量子辐射理论 27

2·1自发发射、受激发射和吸收 27

2·2辐射跃迁几率和振子强度 28

2·3光谱线发射强度和吸收强度 30

3．光谱线轮廓和峰值强度测量原理 32

3·1光谱线轮廓和半宽度 32

3·2光谱线变宽原因 33

3·3光谱线轮廓函数 34

3·4谱线峰值强度测量原理 37

4．自吸收效应和光谱线强度经典辐射理论 37

4·1单纯发射层－单纯吸收层模式（不均勺光源自吸收效应之一） 37

4·2均匀光源发射－吸收层单层模式和强度方程 38

4·3发射吸收层－单纯吸收层双层模式（不均匀光源自吸收效应之二） 41

4·4发射吸收层－单纯吸收层－发射吸收层三层模式（不均匀光源自吸收效应之三） 41

主要参考资料 42

第三章 火焰、电弧和火花光源 44

1．光源概述 44

1·1光源的作用和分类 44

1·2对光谱分析用光源的一般要求 44

2．火焰 45

2·1火焰的基本特性 45

2·2燃烧器类型 46

3．直流电弧 46

3·1直流电弧装置和放电过程 46

3·2直流电弧温度、电子密度及其空间分布 47

3·3极性问题和阴极层效应 48

3·4直流电弧放电的伏－安特性曲线和稳定放电的条件 48

3·5碳电极和碳电弧 49

3·6直流电弧的分析性能和应用 52

4．交流电弧 53

4·1高压交流电弧装置及放电特性 53

4·2低压交流电弧工作原理 54

4·3低压交流电弧放电的稳定性 55

4·4水平交流电弧装置 56

4·5交流电弧分析性能和应用 57

5．火花 58

5·1简单高压火花装置和放电过程 58

5·2火花放电形状、温度和时间展布 60

5·3控制火花光源 60

5·4低压火花 63

5·5火花放电工作状态选择原理 63

5·6火花光源分析性能和应用 65

6．样品导入电弧和火花光源的其他方法 66

6·1固体自电极进样 66

6·2溶液进样 66

7．几种常用电弧和火花发生器 69

7·1WPF-2型交流电弧发生器 69

7·2可控硅交直流电弧发生器 69

7·3UBI-1型万能电弧脉冲发生器 71

7·4WPF-3型火花发生器 71

7·5HFI-1型高压脉冲火花发生器 72

7·6可控波形高压火花光源 73

7·7TGS型高速火花光源 74

8．电弧和火花发生器的维护和一般故障检修 74

8·1维护要求 74

8·2电弧发生器一般故障检修 75

8·3火花发生器一般故障检修 75

主要参考资料 75

第四章 等离子体光源 76

1．等离子体光源概述 76

2．电感耦合等离子体光源（ICP） 76

2·1ICP炬的形成和形状 76

2·2ICP放电温度和电子密度及其空间分布 78

2·3高频发生器及工作状态的选择 79

2·4炬管结构、工作气流和ICP装置类型 81

2·5进样技术 85

2·6ICP光源的分析性能和应用 89

3．直流等离子体喷焰（DCP） 91

3·1DCP装置和放电形状 91

3·2DCP放电温度、电子密度及其空间分布 92

3·3DCP光源分析性能和应用（与ICP光源比较） 93

3·4三相交流等离子体弧光源 94

4．电容耦合微波等离子炬（CMP）和微波感生等离子炬（MIP） 95

4·1电容耦合微波等离子炬（CMP） 95

4·2MIP装置原理和维持稳定放电的条件 96

4·3MIP放电的温度和电子密度及其影响的因素 98

4·4MIP的进样技术 99

4·5MIP光源分析性能和应用（与ICP-AES比较） 99

5．高频和微波防护 99

5·1高频和微波电磁场对人体的影响 99

5·2高频和微波的防护——屏蔽和接地 100

5·3高频和微波辐射的容许标准 101

主要参考资料 101

第五章 辉光放电和激光显微光源 102

1．辉光放电的形成和放电特性 102

2．空心阴极放电光源（空心阴极灯，HCL） 103

2·1HCL装置原理 103

2·2直流高压电源和供气系统 104

2·3空心阴极放电光源的分析性能和应用 105

3．格里姆辉光放电光源（Grimm灯） 105

3·1Grimm灯装置原理 105

3·2格里姆辉光放电光源分析性能和应用 105

4．激光显微光源 106

4·1激光的产生 107

4·2激光器 108

4·3显微聚焦系统 111

4·4火花辅助激发系统 112

4·5控制电源系统 112

4·6激光与固体的相互作用 112

4·7激光－ICP装置（LMICP） 113

4·8激光显微光源的分析性能和应用 113

主要参考资料 115

第六章 棱镜光谱仪 116

1．光谱仪的作用和分类 116

2．棱镜光谱仪构造原理 117

2·1棱镜色散原理 117

2·2棱镜种类 122

2·3狭缝 123

2·4准光系统和投影系统 124

3．棱镜光谱仪主要性能 126

3·1放大率 126

3·2线色散率及光谱长度 126

3·3分辨率 128

3·4成像质量 130

4．光谱仪照明系统 132

4·1对照明系统的要求 132

4·2不用透镜的照明 133

4·3利用透镜将光源成像于狭缝上 134

4·4利用球面透镜使光源成像于准光镜或色散元件上 135

4·5中间成像的三透镜照明系统 136

5．几种常用棱镜摄谱仪 137

5·1中型石英摄谱仪 137

5·2中型玻璃摄谱仪 138

5·3三个棱镜玻璃摄谱仪 138

5·4大型自准式摄谱仪 138

6．棱镜光谱仪的安装调整、使用及维护 140

6·1光源及照明系统的安装和调整 140

6·2摄谱仪的调焦 140

6·3摄谱仪的使用及维护 141

主要参考资料 142

第七章 光栅光谱仪 143

1．光栅及其色散原理 143

1·1光栅种类 143

1·2光栅衍射和光栅方程 143

1·3衍射光强分布和光栅闪耀特性 147

2．平面光栅装置 155

2·1垂直对称式装置 155

2·2水平对称式装置 157

2·3自准式装置 157

3．凹面光栅装置 157

3·1罗兰（Rowland）和艾伯内（Abney）装置 157

3·2伊格尔（Eagle）装置 158

3·3帕邢（Paschen）装置或帕邢－龙格（Runge）装置 158

3·4瓦兹渥斯（wadswocth）式装置 159

4．光栅光谱仪的主要性能 159

4·1线色散率 159

4·2分辨率 161

4·3集光本领 163

4·4成像质量 163

4·5光栅光谱仪与棱镜光谱仪主要性能比较 166

5．中阶梯光栅光谱仪 167

6．几种常用光栅光谱仪 168

6·1平面光栅摄谱仪 168

6·2WZG-200型真空光量计 172

6·3Jarrell-Ash7000型光量计 173

7．光栅光谱仪的安装和调试 174

7·1摄谱仪的安装和调试 174

7·2光电直读光谱仪的调试 175

7·3直读光谱仪对实验室的要求 180

主要参考资料 181

第八章 光谱检测仪器和设备 182

1．摄谱检测仪器 182

1·1感光板 182

1·2感光板的使用与暗室处理 187

1·3映谱仪 190

1·4测微光度计 191

2．光电直读光谱仪检测仪器 194

2·1光电倍增管 194

2·2析像管 197

2·3光电信号积分、放大和读出系统 198

3．看谱镜及光电析钢仪 201

3·1看谱镜 201

3·2WKD-1型光电析钢仪 204

3·3看谱分析仪器的使用及维护 204

主要参考资料 205

第九章 分析物蒸发、原子化、激发和电离机理 206

1．光源中发生过程一般介绍 206

2．蒸发－扩散过程和气态分析物浓度 209

2·1分析物蒸发－扩散平衡和气态分析物浓度一般表达式 209

2·2样品蒸发固－气平衡热力学活度理论 212

2·3溶液气溶胶进样时物料衡算 213

3．激发—电离—离解平衡及其对谱线发射强度的贡献 214

3·1激发平衡和波耳兹曼分布定律 214

3·2电离平衡和沙哈方程 217

3·3离解平衡 219

3·4LTE条件下谱线发射强度与气态分析物浓度的关系及强度一温度曲线 221

3·5等离子体温度和电子密度光谱诊断原理 223

4．等离子体中非局部热平衡过程和过布居效应 227

4·1等离子体偏离LTE状态的主要特征 227

4·2产生过布居效应的原因 228

4·3等离子体按过布居效应的分类 230

5．谱线发射强度与分析物浓度关系及时、空分布特性 231

5·1强度－浓度函数形式 231

5·2强度－时间曲线轮廓 232

5·3强度竖向和径向分布轮廓 234

5·4双极扩散效应 238

6．分析物蒸发—原子化—激发—电离行为与元素周期律关系 238

6·1元素沸点及气化热变化规律 238

6·2化合物离解能变化规律 240

主要参考资料 240

第十章 干扰效应、载体效应和缓冲效应 242

1．概述 242

2．非光谱干扰来源 243

2·1附随物对温度的影响 243

2·2附随物对电子密度的影响和电离干扰 247

2·3原子化干扰 248

2·4扩散迁移干扰及附随物对强度的空间分布的影响 249

2·5挥发干扰及附随物对强度的时间分布的影响 250

2·6雾化去溶干扰 252

2·7亚稳态能量转移干扰效应 253

3．光谱干扰来源 255

3·1背景辐射和背景干扰 255

3·2带光谱发射和谱线重叠干扰 257

4．干扰的补偿和校正原理 259

4·1减小和消除干扰的途径 259

4·2电弧光谱法非光谱干扰校正 260

4·3格里姆（Grimm）辉光放电光谱法非光谱干扰校正 261

4·4背景和光谱干扰校正 261

5．光谱载体和缓冲剂作用原理 265

5·1载体和缓冲剂作用及分类 265

5·2载体作用函数 267

5·3控制气氛效应 270

5·4缓冲效率 272

5·5载体效应与元素周期律的关系 274

6．各类光源干扰水平比较 277

主要参考资料 278

第十一章 发射光谱定性、半定量和定量分析技术 279

1．概述 279

2．光谱定性分析 279

2·1元素的灵敏线、最后线及分析线 279

2·2谱线图及波长表 281

2·3摄谱定性分析 281

2·4看谱定性分析 283

3．光谱半定量分析 285

3·1摄谱半定量分析 285

3·2看谱半定量分析 287

4．光谱定量分析浓度校准技术基础 288

4·1谱线强度与分析物浓度关系经验式 289

4·2强度比校准技术——内参比法原理 290

4·3浓度比校准技术——可变内参比法原理 293

4·4谱线宽度法原理 294

5．摄谱定量分析 294

5·1分析线强度及分析线对强度比的测量 294

5·2分析校准曲线法 296

5·3标准加入法 296

5·4摄谱定量分析的特点 297

6．光电直读定量分析 298

6·1谱线强度的测量 298

6·2分析校准曲线法 299

6·3浓度直读法 299

6·4标准加入法和广义标准加入法 300

6·5光电直读定量分析的特点 300

7．分析样品和标准样品的制备及处理 301

7·1分析样品制备和处理的一般原则及要求 301

7·2固体样品制备和处理 301

7·3粉末样品的制备和处理 301

7·4溶液样品的制备和处理 302

7·5标准样品制备处理的一般原则和要求 304

7·6标样制备方法 305

7·7标准值的确定和标样的检查及鉴定 306

7·8固体光谱标样的通用性 306

8．发射光谱分析工作一般程序 309

8·1仪器设备及操作参数的选择 309

8·2样品处理及导入光源方法的选择 309

8·3分析校准技术的选择 310

8·4分析结果检验 310

主要参考资料 311

第十二章 发射光谱法检出限和精密度 312

1．误差统计和数据处理一般知识 312

1·1几个基本概念 312

1·2高斯（Gauss）正态分布 314

1·3误差传递规则和平均值误差 316

1·4测量结果置信区间和t分布 317

1·5平均值比较和系统误差检验 319

1·6回归分析和相关分析 320

2．发射光谱法偶然误差来源 322

2·1光源的起伏波动 322

2·2样品不均匀性 323

2·3检测器噪声 324

2·4参比样品浓度及测量信号的波动 324

2·5偶然误差的其他来源 325

2·6偶然误差各因素的相对作用 325

3．发射光谱法检出限及其影响因素 326

3·1检出限不同表示方式及其测量 326

3·2背景（或空白）噪声来源及分布特性 329

3·3信背比与分析过程基本参数的关系 329

3·4元素检出限与元素周期律关系 331

4．发射光谱法精密度及其影响因素 333

4·1精密度各种表示方式及标准偏差的测量 333

4·2精密度与分析过程基本参数和分析物浓度的关系 334

5．改善发射光谱分析检出限和精密度的途径 336

6．痕量分析沾污问题及其消除方法 337

6·1痕量分析的一般概念和空白干扰 337

6·2痕量分析实验室的要求 338

6·3痕量分析用容器材科的选择和清洗 339

6·4痕量分析用试剂的纯化 341

主要参考资料 344

第十三章 分离富集－发射光谱分析技术 345

1．概述 345

1·1分离富集技术在现代发射光谱分析中的地位和作用 345

1·2发射光谱分析中分离富集技术的要求 346

1·3分离富集－发射光谱分析技术分类 346

2．载体蒸馏发射光谱分析法 347

2·1载体蒸馏法一般原理 347

2·2工作条件的选择 349

2·3载体蒸馏法性能和应用 352

2·4室电极和双电弧发射光谱法 353

3．电弧浓缩和加罩电极发射光谱分析法 354

3·1电弧浓缩法一般原理和工作条件选择 355

3·2加罩电极法一般原理和工作条件选择 355

3·3电弧浓缩法和加罩电极法的性能和应用 358

4．蒸发法发射光谱分析 358

4·1蒸发法一般原理 358

4·2杂质蒸发和冷凝条件的选择 359

4·3蒸发法性能和应用 362

5．化学－光谱法及常用化学分离富集技术 362

5·1化学光谱法一般原理 362

5·2溶液直接蒸发法 364

5·3基体挥发分离法 364

5·4沉淀及共沉淀分离富集法 365

5·5溶剂萃取分离富集法 366

5·6离子交换分离法 368

5·7反相萃取色谱分离法 371

6．色谱－等离子体发射光谱法联用技术 374

6·1色－光联用技术的特点和分类 374

6·2气相色谱－等离子体发射光谱联用技术 374

6·3液相色谱－等离子体发射光谱联用技术 375

主要参考资料 376

附录 378