第六章原子发射光谱法课件

第第6 6章章 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法（atomic emission spectrometry atomic emission spectrometry，AESAES）元素的原子在受到热或电激发时，由基态跃元素的原子在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。特征辐射特征辐射激发态激发态M*热能、电能热能、电能E基态元素基态元素MLiNaKCaSrBa焰色反应焰色反应激发光源分光仪检测器由光源提供能量使样品蒸发，形成气态原子，由光源提供能量使样品蒸发，形成气态原子，并使气态原子激发而产生光辐射并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，形成光谱序排列的谱线，形成光谱用检测器检测光谱中谱线的波长或强度，进行定用检测器检测光谱中谱线的波长或强度，进行定性分析或定量分析性分析或定量分析定义：原子发射光谱法是根据待测元素的激发态原子所辐射的特征谱线的波长和强度，对元素进行定性和定量测定的分析方法。原子发射光谱法的分析过程：二、原子发射光谱分析法的特点二、原子发射光谱分析法的特点 (1)(1)可多元素同时检测可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征光谱；各元素同时发射各自的特征光谱；(2)(2)分析速度快分析速度快 试样不需处理，同时对几十种元素进行定量试样不需处理，同时对几十种元素进行定量分析分析(光电直读仪光电直读仪)；(3)(3)选择性高选择性高 各元素具有不同的特征光谱；各元素具有不同的特征光谱；(4)(4)检出限较低检出限较低 10100.10.1 g g g g-1-1(一般光源一般光源)；n ng g g g-1-1(ICP(ICP）(5)(5)准确度较高准确度较高 5%5%10%10%(一般光源）；一般光源）；1%(1%(ICP)ICP)；(6)(6)线性范围宽线性范围宽 ICP-AES 4ICP-AES 46 6数量级数量级，可测高、中、低不同可测高、中、低不同含量试样；含量试样；缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。仪器设备比较复杂、昂贵。仪器设备比较复杂、昂贵。（3）第一节 原子发射光谱分析基本原理一、原子发射光谱发展历程一、原子发射光谱发展历程1.1826年，泰尔博建立年，泰尔博建立原子特征谱线原子特征谱线的概念，光的概念，光谱化学分析的奠基人。谱化学分析的奠基人。“无无论论什什么么时时候候，只只要要在在棱棱镜镜中中观观察察到到在在火火焰焰里里有有某某一一种种颜色光线出现时，就有一定的化合物的存在。颜色光线出现时，就有一定的化合物的存在。”2.1859年年，基尔霍夫、本生研制第一台光谱仪，基尔霍夫、本生研制第一台光谱仪，原子发射光谱进入原子发射光谱进入定性分析定性分析阶段。阶段。新元素镓、铯、氮在这一事期被发现。新元素镓、铯、氮在这一事期被发现。第一节 原子发射光谱分析基本原理3.1920年年，格格拉拉赫赫提提出出了了内内标标法法，奠奠定定了了定定量量分分析的基础。析的基础。4.1930年，年，工作曲线法工作曲线法的提出使得光谱定量分析的提出使得光谱定量分析趋于完善。趋于完善。5.1931-1938年年，出出现现了了直直流流电电弧弧光光源源、火火花花光光源源高压交流电弧。高压交流电弧。6.1945年，光电直读光谱仪。年，光电直读光谱仪。7.70年代，等离子体光源的出现，多元素同时分年代，等离子体光源的出现，多元素同时分析，液体试样分析。析，液体试样分析。第一节 原子发射光谱分析基本原理二、原子发射光谱的产生原理二、原子发射光谱的产生原理特征辐射特征辐射基态元素基态元素A激发态激发态A*热能、电能热能、电能E激发态寿命小激发态寿命小于于10-8s吸收吸收发射发射第一节 原子发射光谱分析基本原理在在正正常常状状态态下下，元元素素处处于于基基态态，元元素素在在受受到到热热（火火焰焰）或或电电（电电火火花花）激激发发时时，由由基基态态跃跃迁迁到到激激发发态态（寿寿命命小小于于10-8s），返返回回到到基基态态时时，发发射射出特征光谱（线状光谱）出特征光谱（线状光谱）。原子发射光谱的产生原子发射光谱的产生必须明确如下几个问题：1.原原子子外外层层电电子子能能量量分分布布量量子子化化，E不不连续连续,或或不连续不连续-线光谱线光谱。2.同同一一原原子子中中，电电子子能能级级多多，在在不不同同能能级级间间跃跃迁迁，E不同，可发射许多不同不同，可发射许多不同或或的辐射线的辐射线-多谱线多谱线。根据量子力学的原理，不是任何能级之间都能发生跃迁，跃迁要根据量子力学的原理，不是任何能级之间都能发生跃迁，跃迁要遵循遵循“光谱选律光谱选律”。原子能级原子能级（核外外层电子的运动状态）光谱项光谱项n2S+1LJ光谱选律光谱选律：1)n=0或任意整数；或任意整数；n为主量子数为主量子数，取值为，取值为1，2,3.,相应的符号是相应的符号是s,p,d,f,.2)L=1；跃迁只能容许在；跃迁只能容许在S项和项和P项，项，P项和是项或项和是项或D项项3.不不同同元元素素的的原原子子具具有有不不同同的的能能级级构构成成，E不不一一样样，所所以以或或也不同，各种元素都有其特征的光谱线也不同，各种元素都有其特征的光谱线-定性分析定性分析。4.元元素素特特征征谱谱线线强强度度与与分分析析试试样样中中该该元元素素的的含含量量有有确确定定的的关关系系，所所以以可可通通过过测测定定谱谱线线的的强强度度确确定定元元素素在在分分析析试试样样中中的的含含量量-定定量分析量分析。3）S=0；即单重态只能跃迁到单重态，三重态只能跃迁到三重态，；即单重态只能跃迁到单重态，三重态只能跃迁到三重态，4)J=0，=1。J为内量子数，为内量子数，J=L+S第一节 原子发射光谱分析基本原理三、几个基本术语三、几个基本术语1.共共振振线线：原原子子中中外外层层电电子子从从基基态态被被激激发发到到激激发发态态后后，由由该激发态跃迁回基态所发射出来的辐射线。该激发态跃迁回基态所发射出来的辐射线。2.第第一一共共振振线线：由由最最低低激激发发态态（第第一一激激发发态态）回回基基态态所所发发射的辐射线，通常把第一共振线称为共振线。射的辐射线，通常把第一共振线称为共振线。3.原原子子线线:由由原原子子外外层层电电子子被被激激发发到到高高能能态态后后跃跃迁迁回回基基态态或或较较低低能能态态所所发发射射的的谱谱线线，在在谱谱线线表表图图中中用用罗罗马马字字“”表表示。示。4.离离子子线线:离离子子也也可可能能被被激激发发，其其外外层层电电子子跃跃迁迁也也发发射射光光谱谱，称为离子线。称为离子线。：表示一次电离离子发射的谱线；表示一次电离离子发射的谱线；：表示二次电离离子发射的谱线。表示二次电离离子发射的谱线。第一节 原子发射光谱分析基本原理四、谱线强度四、谱线强度在在高高能能级级Em和和低低能能级级Ek两两能能级级间间跃跃迁迁，谱谱线线强度可表示为：强度可表示为：Nm：高能级上的原子总数：高能级上的原子总数;Amk：两个能级间的跃迁几率；：两个能级间的跃迁几率；h:Plank常数；常数；mk:发射谱线的频率。发射谱线的频率。第一节 原子发射光谱分析基本原理在在热热力力学学平平衡衡时时，各各能能级级上上原原子子分分布布遵遵守守玻玻耳耳兹曼分布定律兹曼分布定律：基态原子基态原子Ek=E0=0gm、g0:激发态与基态的统计权重；激发态与基态的统计权重；k:玻耳兹曼常数；玻耳兹曼常数；T:激发温度。激发温度。第一节 原子发射光谱分析基本原理-定量分析基础定量分析基础一定条件下，一定条件下，第一节 原子发射光谱分析基本原理影响谱线强度的因素影响谱线强度的因素：（1 1）内内部部因因素素：谱谱线线的的统统计计全全重重，跃跃迁迁几几率率，激激发发能能等；等；（2 2）外外部部因因素素：主主要要表表现现为为激激发发温温度度。激激发发温温度度越越高高，强强度度越越大大。但但激激发发温温度度高高，又又会会引引起起原原子子的的电电离，影响原子线的强度。离，影响原子线的强度。五、谱线的自吸与自蚀五、谱线的自吸与自蚀等等离离子子体体：以以气气态态形形式式存存在在的的包包含含分分子子、离离子子、电电子子等等粒粒子子的的整整体体电电中中性性集集合合体体。等等离离子子体体内内温温度度和和原原子子浓浓度度的的分分布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘反之。布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘反之。自自吸吸：中中心心发发射射的的辐辐射射被被边边缘缘的的同同种种基基态态原原子子吸吸收收，使使辐射强度降低的现象。辐射强度降低的现象。浓浓度度增增加加自自吸吸严严重重，当当达达到到一一定定值值时时，谱谱线线中中心心完完全全被被吸吸收收，如如同同出出现现两两条线条线现象称为自蚀。现象称为自蚀。谱线表，谱线表，r r：自吸；自吸；R R：自蚀；自蚀；b1：无自吸；：无自吸；b1：自吸增强；：自吸增强；b0:严重自蚀严重自蚀。原原子子谱谱线线并并不不是是单单一一波波长长的的谱谱线线，而而是是具具有有一一定定的的波波长长范范围围。谱谱线线的的强强度度随随波波长长的的分分布布称称为为谱谱线线轮轮廓廓(图图6-1)6-1)。谱谱线线的的波波长长是是指指谱谱线线强强度度峰峰值值I I0 0处处的的波波长长0 0。习习惯惯上上把把谱谱线线强强度度峰峰值值一一半半(I(I0 02)2)处处谱谱线线轮轮廓廓的的宽宽度度即即半半宽宽度度 (2 2-1 1)称称为为谱谱线线宽宽度度。在在发发射射光光谱谱分分析析条条件件下下，谱谱线宽度为线宽度为1010-3-3nmnm数量级。数量级。六、原子谱线的轮廓与宽度六、原子谱线的轮廓与宽度七、七、原子化过程原子化过程和谱线强度和谱线强度 原子化过程原子化过程包括蒸发过程、离解和电离过程、激发过程。包括蒸发过程、离解和电离过程、激发过程。(一一)蒸发过程蒸发过程 在光谱分析中，分析物在光源中先蒸发为气体，形成蒸气云。在一般的在光谱分析中，分析物在光源中先蒸发为气体，形成蒸气云。在一般的光源条件下，蒸气云中带正电荷微粒与带负电荷微粒的密度几乎相等，物质光源条件下，蒸气云中带正电荷微粒与带负电荷微粒的密度几乎相等，物质处于等离子状态，称之为处于等离子状态，称之为等离子体等离子体。等离子体中分析物的密度等离子体中分析物的密度N Nt t与样品中分析物的浓度与样品中分析物的浓度C C一般有如下关系一般有如下关系:式中，式中，为分析物蒸发的速度常数，它与分析物的沸点、蒸发温度及蒸发时的物理为分析物蒸发的速度常数，它与分析物的沸点、蒸发温度及蒸发时的物理化学过程有关；化学过程有关；是气态分析物在等离子体中的平均停留时间，其值与光源性质、是气态分析物在等离子体中的平均停留时间，其值与光源性质、温度及粒子质量有关；温度及粒子质量有关；q q是与分析物蒸发时发生的化学反应有关的常数，如果蒸发是与分析物蒸发时发生的化学反应有关的常数，如果蒸发时无化学反应发生，则时无化学反应发生，则q q等于等于1 1。此时，式。此时，式(6-1)(6-1)可写成可写成等等离离子子体体(plasma)(plasma)：是是一一种种电电离离度度大大于于0.1%0.1%的的电电离离气气体体，由由电电子子、原原子子、离离子和分子组成，其电子数目与离子数目基本相等，整体呈现中性。子和分子组成，其电子数目与离子数目基本相等，整体呈现中性。6-16-2(二二)离解和电离过程离解和电离过程气态分析物的分子在等离子体中会发生离解，生成气态原子；气态原子气态分析物的分子在等离子体中会发生离解，生成气态原子；气态原子会部分电离生成气态离子。存在着如下的离解平衡和电离平衡会部分电离生成气态离子。存在着如下的离解平衡和电离平衡原子化只要分析物的离解度和电离度保持恒定，只要分析物的离解度和电离度保持恒定，等离子体中分析物等离子体中分析物原子及离子的密度就与气态分析物的总密度成正比原子及离子的密度就与气态分析物的总密度成正比。对于一定的。对于一定的分析物，其离解度和电离度的大小主要取决光源的温度。分析物，其离解度和电离度的大小主要取决光源的温度。(三三)激发过程激发过程 在等离子体中，在等离子体中，分析物的气态原子与其它粒子碰撞获得能量而被激发分析物的气态原子与其它粒子碰撞获得能量而被激发。在局部热力学平衡条件下在局部热力学平衡条件下，某一激发态原子密度，某一激发态原子密度N Nj j与基态原子密度与基态原子密度N N0 0的关系的关系符合玻尔兹曼符合玻尔兹曼(Boltzmann)(Boltzmann)分布分布(式中式中gj和和g0分别为分别为j激发态和基态的统计权重；激发态和基态的统计权重；Ej为激发态的共振电位；为激发态的共振电位；K为玻尔兹曼常数，其值为为玻尔兹曼常数，其值为1.3810-23JK-1；T为光源的绝对温度。为光源的绝对温度。当光源温度恒定时，分析物某一激发态原子的密度与气态分析物的当光源温度恒定时，分析物某一激发态原子的密度与气态分析物的总密度成正比。总密度成正比。光谱仪光谱仪 spectrophotometer，光源、分光、检测系统，光源、分光、检测系统将光源中原子发射出的辐射分光后观察/检测其光谱的仪器。按读取光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电直读法。按读取光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电直读法。按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪。按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪。光栅摄谱仪比棱镜摄谱仪有更大的分辨率。摄谱仪在钢铁工业应用广泛。摄谱仪在地质、钢铁工业应用广泛。性能指标：色散率、分辨率、集光能力。第三节第三节 原子发射光谱仪器原子发射光谱仪器原子发射光谱分析的三个主要过程原子发射光谱分析的三个主要过程:1.样品蒸发、原子化，原子激发并产生光辐射；样品蒸发、原子化，原子激发并产生光辐射；2.分光，形成按波长顺序排列的光谱；分光，形成按波长顺序排列的光谱；3.检测光谱中谱线的波长和强度。检测光谱中谱线的波长和强度。激发源激发源(光源光源)单色器单色器检测器检测器数据处理与显示数据处理与显示全全谱谱直直读读等等离离子子体体发发射射光谱仪光谱仪Varian710-ES全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪(rmb:61万万)一、一、光源光源(原子化器原子化器,atomizer)“光源光源”的作用的作用：提供能量提供能量使物质从试样中蒸发出来，再使蒸发出来的物使物质从试样中蒸发出来，再使蒸发出来的物质离解成原子，或继续使原子电离成离子，最后使原子或离子激发，产生辐质离解成原子，或继续使原子电离成离子，最后使原子或离子激发，产生辐射。射。-提供提供试样蒸发、原子化和原子激发试样蒸发、原子化和原子激发所需要的能量。所需要的能量。对对“光源光源”的要求的要求温温度度较较高高，在在高高温温下下，试试样样中中大大多多数数元元素素才才能能有有效效地地蒸蒸发发和和激激发发，产产生较强的辐射。生较强的辐射。稳稳定定性性好好，使使蒸蒸发发过过程程和和激激发发过过程程比比较较稳稳定定，从从而而得得到到比比较较稳稳定定的的辐辐射强度，以提高分析结果的精密度和准确度。射强度，以提高分析结果的精密度和准确度。另另外外，一一个个好好的的光光源源还还应应有有光光谱谱背背景景较较小小、自自吸吸现现象象不不严严重重、应应用用广广泛泛、操作方便和使用安全等优点。操作方便和使用安全等优点。（一）火焰光源（一）火焰光源（二）低压直流（二）低压直流电弧光源电弧光源（三）交流（三）交流电弧光源电弧光源（四）电（四）电火花光源火花光源（五）（五）电感耦合等离子炬电感耦合等离子炬 （ICP)ICP)（重点掌握）（重点掌握）不同光源，产生的原不同光源，产生的原理不同，性能不同，理不同，性能不同，进样方式也不同。进样方式也不同。重点掌握怎样选择光源和ICP（一）火焰光源（一）火焰光源1、原原理理火火焰焰光光源源由由可可燃燃气气体体燃燃烧烧而而形形成成。试试样样溶溶液液由由喷喷雾雾器器以以气气溶溶胶胶的的形形式式引引入入火火焰焰光光源源中中，依依靠靠火火焰焰的的热热能能使使试试样样蒸蒸发发、原原子子化化和和激激发发，产生元素的特征辐射。产生元素的特征辐射。常常用用的的火火焰焰有有乙乙炔炔-空空气气、丙丙炔炔-空空气气、乙乙炔炔-氧氧气气和和乙乙炔炔-氧氧化化亚亚氮氮等等。按照燃烧的方式，可分为预混型火焰和全耗型火焰两种。按照燃烧的方式，可分为预混型火焰和全耗型火焰两种。2、特特点点稳稳定定性性好好，测测定定的的精精密密度度和和准准确确度度较较高高；温温度度较较低低，一一般般在在2500K左右左右。简单方便。简单方便。3、应用、应用只能用于易挥发、易激发元素如碱金属和碱土金属的分析。只能用于易挥发、易激发元素如碱金属和碱土金属的分析。液体进样，血液中钠、钾元素含量的测定液体进样，血液中钠、钾元素含量的测定1 1、闪电、放电、闪电、放电2 2、击穿、击穿3 3、击穿电压：、击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。要使空使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。要使空气中通过电流，需要有很高的电压气中通过电流，需要有很高的电压（二）（二）电弧光源电弧光源u电弧：由于电场过强，气体发生电崩溃而持续形成等离子电弧：由于电场过强，气体发生电崩溃而持续形成等离子体，使得电流通过了通常状态下的绝缘介质（例如空气）所体，使得电流通过了通常状态下的绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花现象。产生的瞬间火花现象。u电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E=U/d)。当电场强度超过3106V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A=1/2mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。几几个个概概念念闪电是大气中的强放电现象。如果我们在两根电极之间施加很高的电压，并把它们慢慢地靠近。当两根电极靠近到一定的距离时，在它们之间就会被击穿，出现电火花，这就是所谓“弧光放电”现象。闪电是一种自然现象，通常是暴风云（积雨云）产生电荷，底层为阴电，顶层为阳电，而且还在地面产生阳电荷，如影随形地跟着云移动。正电荷和负电荷彼此相吸，但空气却不是良好的传导体。正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有负电的云层相遇；负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面。最后正负电荷终于克服空气的阻障而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去，产生出一道明亮夺目的闪光。闪电的温度：170002800C，也就是等于太阳表面温度的35倍。当聚集的电荷达到一定的数量时，在云内不同部位之间或者云与地面之间就形成了很强的电场。电场强度平均可以达到几千伏特/厘米，局部区域可以高达1万伏特/厘米。这么强的电场，足以把云内外的大气层击穿，于是在云与地面之间或者在云的不同部位之间以及不同云块之间激发出耀眼的闪光。2.1低压直流电弧光源低压直流电弧光源1、原理、原理基本电路基本电路如图如图4-3所示。图中所示。图中G为放电间隙，为放电间隙，R为镇流电阻，为镇流电阻，L为电感为电感线圈，线圈，E为直流电源。直流电源电压在为直流电源。直流电源电压在200-300V之间。镇流电阻之间。镇流电阻R用以稳用以稳定和调节电流强度。电感线圈的作用是减小电流波动。两根距离保持一定定和调节电流强度。电感线圈的作用是减小电流波动。两根距离保持一定的电极组成放电间隙。的电极组成放电间隙。对于电路只要求了解 工作原理工作原理 工作时，使上下电极瞬间接触。接触点由于电阻较高而被加热。工作时，使上下电极瞬间接触。接触点由于电阻较高而被加热。当两电极拉开一定距离时，阴极发射的热电子在电场的加速下与间隙内的气体分子当两电极拉开一定距离时，阴极发射的热电子在电场的加速下与间隙内的气体分子碰撞而使之碰撞而使之电离电离。中性分子对高速带电粒子运动的阻碍作用产生高温，在隙间。中性分子对高速带电粒子运动的阻碍作用产生高温，在隙间形成形成电弧电弧。电弧温度可达电弧温度可达4000-7000K4000-7000K。另外，由于电极极性不变，被电场加速的电子持。另外，由于电极极性不变，被电场加速的电子持续地轰击阳极，在阳极上形成灼热的续地轰击阳极，在阳极上形成灼热的阳极斑点阳极斑点，使置于阳极的样品蒸发而进入放电，使置于阳极的样品蒸发而进入放电间隙，在电弧中进一步激发，产生辐射。直流电弧除用间隙，在电弧中进一步激发，产生辐射。直流电弧除用接触法引燃接触法引燃而外，亦可用而外，亦可用高高频火花引燃。频火花引燃。LAVED220V30ARG石墨或金属电极工作原理：接触引燃，二次电子发射放电可用两种方法引燃电弧：一种是在接通电源后使上下电极接触短路引弧；一种是用高频引弧。燃弧产生的热电子在通过分析间隙G飞向阳极的过程中被加速，当其撞击在阳极上，形成炽热的阳极斑，温度可达3800K，使试样蒸发和原子化。电子流过分析间隙时，使蒸气中的气体分子和原子电离，产生的正离子撞击阴极又使阴极发射电子，这个过程反复进行，维持电弧不灭。原子与电弧中其它粒子碰撞受到激发而发射光谱。电极电极 如果分析的材料是易导电的金属，则电极可用该金属制成。如果分析的材料是易导电的金属，则电极可用该金属制成。如果分析不导电物质，则需使用如果分析不导电物质，则需使用石墨支持电极石墨支持电极，一般将分析物，一般将分析物粉末置于粉末置于支持电极的孔穴中支持电极的孔穴中(图图4-4)4-4)。也常用石墨粉做稀释剂与。也常用石墨粉做稀释剂与分析物分析物粉末混合。粉末混合。下电极，装样品2、特点、特点优点：优点：电极头温度高电极头温度高(阳极温度可达阳极温度可达3800K)，蒸发能力强，元素的，蒸发能力强，元素的检出限比较低。检出限比较低。适应于定性分析。适应于定性分析。缺点：缺点：电弧漂移较严重，稳定性差，定量分析的精密度不高；电弧漂移较严重，稳定性差，定量分析的精密度不高；电弧温度低电弧温度低还不足以使磷、硫等高电离电位的元素激发；还不足以使磷、硫等高电离电位的元素激发；电弧弧柱的径向温度梯度较大，弧柱中心温度高而外侧温度电弧弧柱的径向温度梯度较大，弧柱中心温度高而外侧温度低，存在着严重的自吸现象。低，存在着严重的自吸现象。3、应用、应用常用于矿物和金属材料样品中痕量元素的常用于矿物和金属材料样品中痕量元素的定性和半定量分析，特别定性和半定量分析，特别是难熔物质的分析。是难熔物质的分析。2.2交流电弧光源交流电弧光源1、原理、原理交交流流电电源源电电压压为为220V，频频率率为为50Hz。在在低低压压交交流流电电弧弧中中，电电压压及及电电流流的的方方向向和和强强度度周周期期性性地地发发生生变变化化。必必须须采采用用引引燃燃装装置置，每每交交流流半半周周至至少少引引燃燃一一次次，才能维持电弧持续不灭。常用的引燃装置是高压高频火花装置。才能维持电弧持续不灭。常用的引燃装置是高压高频火花装置。2、特点、特点(1)精密度较高精密度较高交流电弧每交流半周至少强制引燃一次。每次引燃，交流电弧每交流半周至少强制引燃一次。每次引燃，电极上的放电斑点都移到新的位置。这样，交流电弧较快的无规则移动，电极上的放电斑点都移到新的位置。这样，交流电弧较快的无规则移动，代替了直流电弧的缓慢无规则游移，取样比较均匀，代替了直流电弧的缓慢无规则游移，取样比较均匀，放电比较稳定放电比较稳定，分析，分析的精密度较高。的精密度较高。(2)激发能力强激发能力强交流电孤的放电半径较小，瞬时电流密度较高，有较强交流电孤的放电半径较小，瞬时电流密度较高，有较强的激发能力（的激发能力（4000-7000K），可激发部分离子线。），可激发部分离子线。(3)蒸发能力较弱蒸发能力较弱由于交流电弧电极的极性交替变化，所以电极温度较由于交流电弧电极的极性交替变化，所以电极温度较低，蒸发能力较弱。低，蒸发能力较弱。3、应用、应用适用于金属及矿物样品的定量分析。适用于金属及矿物样品的定量分析。交流电弧：高频高压引燃、低压放电。低压交流电弧工作原理工作原理低压交流电弧发生器由高频引弧电路（I）与低压电弧电路（II）组成。外电源电压经变压器T1升至3000V，向电容器C1充电，通过变阻器R2 调节供给变压器初级线圈的电压来调节充电速度。当C1中所充电压达到放电盘G的击穿电压时，G的空气绝缘被击穿，在振荡电路C1-L1-G 中产生高频振荡，高频振荡电流经电感L1、L2耦合到低压电路中。振荡电压经小功率高压变压器进一步升压至10000V，使分析间隙G击穿，低压电流沿着已经造成的游离空气通道，通过G进行弧光放电。随着分析间隙电流增大，出现明显的电压降，当电压降至低于维持放电所需电压时，电弧即熄灭。此时在下半周高频引弧作用下,电弧又重新点燃，这样的过程反复进行，使交流电弧维持不灭。（三）电火花光源三）电火花光源 1 1、原理、原理 电极间不连续的气体放电叫火花放电。火花放电电极间不连续的气体放电叫火花放电。火花放电形成火花光源。火花光源分高压火花和低压火花两种形成火花光源。火花光源分高压火花和低压火花两种3 3、应用、应用 一般适用于难激发元素、高含量组分、低熔点金属和合金试一般适用于难激发元素、高含量组分、低熔点金属和合金试样的定量分析。样的定量分析。（1 1）交流电压经变压器）交流电压经变压器T T后，产生后，产生101025kV25kV的高压，的高压，然后通过扼流圈然后通过扼流圈D D向电容器向电容器C C充电，达到充电，达到G G的击穿电压时，的击穿电压时，通过电感通过电感L L向向G G放电，产生振荡性的火花放电放电，产生振荡性的火花放电；（2 2）转动续断器）转动续断器M M，2 2、3 3为钨电极，每转动为钨电极，每转动180180度，对度，对接一次，转动频率接一次，转动频率(50(50转转/s)/s)，接通，接通100100次次/s/s，保证每半，保证每半周电流最大值瞬间放电一次周电流最大值瞬间放电一次.2 2、特点、特点 （1 1）放电瞬间能量很大，温度高，激发能）放电瞬间能量很大，温度高，激发能力强，某些难激发元素可被激发，且多为离子线力强，某些难激发元素可被激发，且多为离子线；（2 2）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，适于低熔点金属与合金的分析；适于低熔点金属与合金的分析；缺点：缺点：（1 1）灵敏度较差）灵敏度较差；（2 2）噪音较大）噪音较大。高压火花：高频高压引燃并放电。高压电火花高压电火花工作原理工作原理电源电压E由调节电阻R适当降压后经变压器B，产生1025kV的高压，然后通过扼流圈D向电容器C充电。当电容器C上的充电电压达到分析间隙G的击穿电压时，就通过电感L向分析间隙G放电，产生具有振荡特性的火花放电。放电完了以后，又重新充电、放电，反复进行。火花放电火花放电 当当高压电源高压电源的功率不太大时，高电压的功率不太大时，高电压电极电极间的间的气体气体被被击穿击穿，出，出现现闪光闪光和爆裂声的气体和爆裂声的气体放电放电现象。在通常现象。在通常气压气压下，当在下，当在曲率曲率不太大不太大的冷电极间加高电压时，若的冷电极间加高电压时，若电源电源供给的供给的功率功率不太大，就会出现不太大，就会出现火花火花放电，火花放电时，碰撞电离并不发生在电极间的整个区域内，只放电，火花放电时，碰撞电离并不发生在电极间的整个区域内，只是沿着狭窄曲折的发光通道进行，并伴随爆裂声。由于气体击穿后是沿着狭窄曲折的发光通道进行，并伴随爆裂声。由于气体击穿后突然由突然由绝缘体绝缘体变为良导体，变为良导体，电流电流猛增，而电源功率不够，因此电压猛增，而电源功率不够，因此电压下降，放电暂时熄灭，待下降，放电暂时熄灭，待电压恢复电压恢复再次放电。所以火花放电具有间再次放电。所以火花放电具有间隙性。隙性。雷电雷电就是就是自然界自然界中大规模的火花放电。火花放电可用于中大规模的火花放电。火花放电可用于金属金属加工加工，钻细孔。火花间隙可用来保护电器设备，使之在受，钻细孔。火花间隙可用来保护电器设备，使之在受雷击雷击时不时不会被破坏。会被破坏。在在电势差电势差很高的正负带电区域之间所产生的很高的正负带电区域之间所产生的气体放电气体放电现象。在大气现象。在大气压或高气压下的一种气体放电形式，因发电通道似火花而得名压或高气压下的一种气体放电形式，因发电通道似火花而得名 温度温度精密度（稳定性）精密度（稳定性）掌握光源的特点和选择（四）电感耦合等离子炬（四）电感耦合等离子炬 (Inductively Coupled Plasma,ICP)(Inductively Coupled Plasma,ICP)光谱分析传统光源的主要缺点：光谱分析传统光源的主要缺点：检测能力差，大多数元素的检出限在检测能力差，大多数元素的检出限在1 1l0 l0 g gg g-1-1；精密度差，金属与合金样品测定的相对标准偏差为精密度差，金属与合金样品测定的相对标准偏差为5 57 7，岩石，岩石矿物为矿物为10102020。长期以来，这些缺点阻碍着发射光谱分析的发展。新型光源长期以来，这些缺点阻碍着发射光谱分析的发展。新型光源ICPICP的应用，标志着发射光谱分析进入了一个新的阶段。的应用，标志着发射光谱分析进入了一个新的阶段。20 20世纪世纪6060年代，电感偶合等离子体（年代，电感偶合等离子体（ICPICP）光源的引入，大大）光源的引入，大大推动了发射光谱分析的发展。推动了发射光谱分析的发展。2020世纪世纪7070年代商品化。年代商品化。1.1.ICP-AESICP-AES的结构的结构主要部分：主要部分：a.高频发生器；高频发生器；b.等离子体炬管；等离子体炬管；c.雾化器。雾化器。选择选择ArAr理由：理由：性质稳定，不与试样形成性质稳定，不与试样形成难解离的化合物，本身的难解离的化合物，本身的光谱简单。光谱简单。2.等离子体炬管结构：等离子体炬管结构：三层同心石英玻璃管组成。三层同心石英玻璃管组成。外外层层管管：通通入入冷冷却却气气Ar以以避避免免等等离离子炬烧坏石英管子炬烧坏石英管;中层管：中层管：通入通入Ar以维持等离子体；以维持等离子体；内内层层管管：由由Ar将将试试样样气气溶溶胶胶从从内内管管引入等离子体。引入等离子体。（3 3）ICP ICP 工作原理工作原理 当当高高频频发发生生器器接接通通电电源源后后，高高频频电电流流I I通通过过感感应应线线圈圈产产生生交交变变磁磁场场(绿绿色色)。开开始始工工作作时时，中中管管内内为为ArAr气气，不不导导电电，需需要要用用高高压压电电火火花花触触发发，使使气气体体电电离离后后，在在高高频频交交流流电电场场的的作作用用下下，带带电电粒粒子子高高速速运运动动，碰碰撞撞，形形成成“雪雪崩崩”式式放放电电，产产生生等等离离子子体体气气流流。在在垂垂直直于于磁磁场场方方向向将将产产生生感感应应电电流流（涡涡电电流流，粉粉色色），其其电电阻阻很很小小，电电流流很很大大(数数百百安安)，产产生生高高温温，又又将将气气体体加加热热、电电离离，在在管管口口形形成成稳稳定定的的等等离离子子体体焰焰炬炬。液液体体试试样样被被雾雾化化后后细细入入等等离离子子体体焰焰炬炬，试试样样被被高高温温离离解解、原原子子化化和激发，产生和激发，产生光辐射光辐射。焰心区：焰心区：预热区预热区呈呈白白炽炽不不透透明明，温温度度高高达达10000K。试试液被预热和蒸发。液被预热和蒸发。内焰区：内焰区：测光区测光区淡淡蓝蓝色色半半透透明明，感感应应线线圈圈以以上上约约10-20mm，温温度度约约6000-8000K，试试液液中中原原子子主主要要在在该该区区被被激激发发、电电离离，并并产产生生辐射。辐射。尾焰区：尾焰区：呈呈无无色色透透明明，温温度度约约6000K，在在内内焰焰区的上方，仅激发低能态的试样。区的上方，仅激发低能态的试样。工作气体用氩气的优点工作气体用氩气的优点：氩氩为为单单原原子子惰惰性性气气体体，不不与与试试样样组组分分形形成成难难解解离离的的稳稳定定化化合合物物，也不像分子那样因离解而消耗能量。本身光谱很简单。也不像分子那样因离解而消耗能量。本身光谱很简单。缺点：费用贵缺点：费用贵环状结构与趋肤效应环状结构与趋肤效应 由由于于等等离离子子气气和和辅辅助助气气体体都都从从切切线线方方向向的的引引入入，因因此此,高高温温气气体体形形成成旋旋转转的的环环流流。同同时时，感感应应电电流流具具有有趋趋肤肤效效应应（等等离离子子体体外外层层电电流流密密度度最最高高），涡涡流流在在圆圆形形回回路路的的外外周周流流动动。这这样样，ICPICP就就必必然然具具有有环环状状结结构构。这这样样的的环环状状结结构构就就造造成成一一个个电电学学屏屏蔽蔽的的中中心心通通道道。中中心心通通道道具具有有较较低低的的气气压压、较较低低的的温温度度、较较小小的的阻阻力力，使使试试样样容容易易进进入入焰焰炬炬，并并有有利利于于蒸蒸发发、解离、激发等。几乎没有自吸效应。解离、激发等。几乎没有自吸效应。2 2、ICPICP的的特点特点 元素的检出限低。元素的检出限低。温度高温度高，试样在等离子炬中滞留的时间长试样在等离子炬中滞留的时间长，试样原，试样原子化完全，激发充分，因而谱线强度大，子化完全，激发充分，因而谱线强度大，元素的检出限低元素的检出限低一般溶液样品，元一般溶液样品，元素检出限可低至素检出限可低至0.0l ng0.0l ngmLmL-1-1。由于光源的激发能力很强，所以使用此光源可。由于光源的激发能力很强，所以使用此光源可以分析包括卤素在内的绝大多数元素。以分析包括卤素在内的绝大多数元素。精密度和准确度好。光源十分稳定精密度和准确度好。光源十分稳定。试样从等离子体中心通道引入不会引。试样从等离子体中心通道引入不会引起等离子体阻抗的明显变化。因此，测定的起等离子体阻抗的明显变化。因此，测定的精密度较好精密度较好。相对标准偏差在。相对标准偏差在1 1左左右。右。基本没有自吸效应。基本没有自吸效应。样品集中在中心通道，被等离子炬包围，温度均样品集中在中心通道，被等离子炬包围，温度均匀，周围无低温的吸收层，基本匀，周围无低温的吸收层，基本没有自吸效应没有自吸效应。校准曲线的线性范围有。校准曲线的线性范围有4 46 6个个数量级。数量级。光谱背景较小。光谱背景较小。样品原子或离子在惰性气体气氛中被激发，样品原子或离子在惰性气体气氛中被激发，光谱背景较光谱背景较小小。缺点缺点：因氩气用量较大而费用大；粉末直接进样技术不够完善。：因氩气用量较大而费用大；粉末直接进样技术不够完善。光源光源蒸发温度蒸发温度激发温度激发温度/K放电稳定性放电稳定性直流电弧直流电弧交流电弧交流电弧电火花电火花ICP高高中中低低很高很高4000-70004000-7000瞬间瞬间100006000-8000较差较差较好较好好好很好很好几种光源性能的比较几种光源性能的比较a）试样的性质：如挥发性、电离电位等b）试样形状：如块状、粉末、溶液c）含量高低d）光源特性：蒸发特性、激发特性、放电稳定性（下表）光源的选择依据光源的选择依据光源光源蒸发温度蒸发温度K激发温度激发温度K稳定稳定性性分析对象分析对象直流电弧800-4000（高）4000-7000较差定性、难熔样品及稀土定量分析交流电弧中4000-7000较好 矿物、低含量金属定量分析高压火花低10000好难激发元素、高含量金属定量分析ICP100006000-8000很好溶液、难激发元素、大多数元素火焰2000300020003000很好溶液、碱金属、碱土金属（五）、（五）、试样引入激发光源方式试样引入激发光源方式 试样引入激发光源的方式，对方法的分析性能影响极大。试样引入激发光源的方式，对方法的分析性能影响极大。要求：一般来说，试样引入系统应要求：一般来说，试样引入系统应重现和高效重现和高效地将具有地将具有代表性的试样代表性的试样转入到激发光源中。转入到激发光源中。1.1.溶液试样溶液试样 一般采用一般采用雾化器。雾化器。气动雾化器气动雾化器：利用：利用动力学动力学原理原理将液体试样变成气将液体试样变成气溶胶并传输到原子化器溶胶并传输到原子化器的进样方式。的进样方式。(a)(a)同心雾化器同心雾化器;(b)(b)交叉型雾化器交叉型雾化器;(c)(c)烧结玻璃雾化器烧结玻璃雾化器;(d)(d)BabingtonBabington雾化器雾化器 ICP ICP 为液为液体进体进样样超声雾化器超声雾化器进样是根据进样是根据超声波振动的空化作用超声波振动的空化作用把溶液雾化成气把溶液雾化成气溶胶后，由载气传输到火焰或等离子体的进样方法。溶胶后，由载气传输到火焰或等离子体的进样方法。与气动雾化器相比，超声雾化器具有雾化效率高，可产生与气动雾化器相比，超声雾化器具有雾化效率高，可产生高密度均匀的气溶胶，不易被阻塞等优点。高密度均匀的气溶胶，不易被阻塞等优点。电热蒸发进样电热蒸发进样（ETVETV）是将蒸发器放在一个有惰性气体（氩气）流）是将蒸发器放在一个有惰性气体（氩气）流过的密闭室内。当有少量的液体或固体试样放在碳棒或钽丝制成的过的密闭室内。当有少量的液体或固体试样放在碳棒或钽丝制成的蒸发器上，电流迅速地将试样蒸发并被惰性气体携带进入原子化器。蒸发器上，电流迅速地将试样蒸发并被惰性气体携带进入原子化器。与一般雾化器不同，电热蒸发产生的是不连续的信号。与一般雾化器不同，电热蒸发产生的是不连续的信号。2 2、气体试样气体试样气体试样可气体试样可直接引入直接引入激发源进行分析。激发源进行分析。有些元素可以转变成其相应的挥发性化合物而采用气体发生进样，如有些元素可以转变成其相应的挥发性化合物而采用气体发生进样，如氢化物发生法。例如砷、锑、铋、锗、锡、铅、硒和碲等元素。氢化物发生法。例如砷、锑、铋、锗、锡、铅、硒和碲等元素。氢化物发生法可以提高对这些元素的检出限氢化物发生法可以提高对这些元素的检出限1010100100倍。倍。3 3、固体试样固体试样将固体直接进入原子化器有如下几种形式：将固体直接进入原子化器有如下几种形式：(1).(1).试样直接插入进样试样直接插入进样 （金属固体直接用，固体粉末与碳粉混合）（金属固体直接用，固体粉末与碳粉混合）(2).(2).电弧和火花熔融法电弧和火花熔融法 (3).(3).电热蒸发进样电热蒸发进样 (4).(4).激光熔融法激光熔融法 优点：简单，不用溶样。缺点：均匀性差，技术不成熟。优点：简单，不用溶样。缺点：均匀性差，技术不成熟。二、分光系统二、分光系统物物质质产产生生的的辐辐射射，一一般般为为具具有有各各种种不不同同波波长长的的复复合合光光。把把复复合合光光按按照照波波长长的的顺顺序序展展开开，获获得得光光谱谱的的过过程程称称为为分光或称为色散。分光或称为色散。将将光光源源发发出出的的复复合合光光进进行行分分光光获获得得光光谱谱并并进进行行光光谱谱观观测测的的仪仪器器叫叫作作光光谱谱仪仪.分分光光仪仪是是发发射射光光谱谱分分析析仪仪器器的的主主要要组成部分。组成部分。原原子子发发射射光光谱谱仪仪包包括括光光源源、分分光光仪仪和和检测系统。检测系统。作用：将来自分析物质发射的光谱按不同的波长分开，然后加以记录或测量。组成：照明系统转光系统色散系统投影系统分类：棱镜摄谱仪光栅摄谱仪 照明系统照明系统 通常附设在光谱仪的主体之外，由一个或几个透镜和光阑组通常附设在光谱仪的主体之外，由一个或几个透镜和光阑组成，光源发出的光经过照明系统后，均匀地照射在狭缝上。成，光源发出的光经过照明系统后，均匀地照射在狭缝上。准光系统准光系统 包括狭缝和准直物镜，狭缝位于准直物镜的焦面上。从狭缝入包括狭缝和准直物镜，狭缝位于准直物镜的焦面上。从狭缝入射的发散光束通过准直物镜后变成平行光束。射的发散光束通过准直物镜后变成平行光束。色散系统色散系统 由一个或数个色散元件组成。从准直光路射入的平行复合光束由一个或数个色散元件组成。从准直光路射入的平行复合光束经色散元件包散后，形成按一定波长顺序、以不同角度分布的单色平行光束。经色散元件包散后，形成按一定波长顺序、以不同角度分布的单色平行光束。色散元件是光谱仪的核心部分。色散元件是光谱仪的核心部分。以棱镜为色散元件的光谱仪叫棱镜光谱仪；以光栅为色散元件的叫光栅光以棱镜为色散元件的光谱仪叫棱镜光谱仪；以光栅为色散元件的叫光栅光谱仪。谱仪。投影系统投影系统 主要是投影物镜。色散后的平行单色光束经投影物镜聚焦，在主要是投影物镜。色散后的平行单色光束经投影物镜聚焦，在投影物镜焦面上，形成按波长须序排列的狭缝的单色像投影物镜焦面上，形成按波长须序排列的狭缝的单色像光谱。光谱。摄谱仪摄谱仪 在物镜焦面上放置感光板，用照相法记录和检测光谱，这样的在物镜焦面上放置感光板，用照相法记录和检测光谱，这样的光谱仪称为摄谱仪。光谱仪称为摄谱仪。光电直读光谱仪光电直读光谱仪 在焦面上设置多个出射狭缝，用光电法记录和检测光在焦面上设置多个出射狭缝，用光电法记录和检测光谱，则为光电直读光谱仪。谱，则为光电直读光谱仪。光谱仪的好坏主要取决于色散元件光谱仪的好坏主要取决于色散元件.光谱仪的性能指标光谱仪的性能指标:色散率色散率(把不同波长光把不同波长光分开的能力分开的能力););分辨率分辨率;聚聚(集集)光本能光本能 (光谱仪传递光的能力光谱仪传递光的能力).).（）棱镜摄谱仪（）棱镜摄谱仪n光路光路原理原理色散率与分辨色散率与分辨率率波段范围波段范围集集光光使用范围使用范围棱棱镜镜折射折射低、与低、与有关有关窄、已定窄、已定弱弱一般元素一般元素光光栅栅衍射衍射高、与高、与无关无关宽、可任宽、可任选选强强谱线复杂元素谱线复杂元素三、三、检测器检测器发射光谱分析使用的检测器有人的发射光谱分析使用的检测器有人的眼睛、感光板和光电元件眼睛、感光板和光电元件。用眼睛。用眼睛直接观察光谱的方法称为看谱法。用感光板记录光谱的方法称为摄谱法。直接观察光谱的方法称为看谱法。用感光板记录光谱的方法称为摄谱法。用光电元件检测光谱的方法称为光电直读光谱法。用光电元件检测光谱的方法称为光电直读光谱法。1、人眼、人眼-看谱看谱法检测器法检测器,看谱看谱镜镜记录和检测光谱信息的方法记录和检测光谱信息的方法。2 2、感光板、感光板-摄谱法检测器摄谱法检测器 摄谱法的检测器是感光板。发射光谱分析用的摄谱法的检测器是感光板。发射光谱分析用的感光板一般由感光层感光板一般由感光层和玻璃板组成。感光层是均匀分布在玻璃板上含有卤化银颗粒的乳剂涂和玻璃板组成。感光层是均匀分布在玻璃板上含有卤化银颗粒的乳剂涂层。层。工作时，将感光板置于光谱仪的谱面上，感光板接受试样中元素产工作时，将感光板置于光谱仪的谱面上，感光板接受试样中元素产生的辐射而感光，这个过程称为生的辐射而感光，这个过程称为摄谱摄谱。摄谱后的感光板经过。摄谱后的感光板经过显影和定影显影和定影处理，得到光谱底板。光谱底板亦称谱板。谱板上分布着试样中各元素处理，得到光谱底板。光谱底板亦称谱板。谱板上分布着试样中各元素的谱线。在映谱仪上观察谱板上谱线的位置和大致强度，可进行定性和的谱线。在映谱仪上观察谱板上谱线的位置和大致强度，可进行定性和半定量分析；用测微光度计测量谱线的黑度，可进行定量分析。半定量分析；用测微光度计测量谱线的黑度，可进行定量分析。乳剂特性曲线乳剂特性曲线S-S-黑度，一般用测微光度计测量；黑度，一般用测微光度计测量；H-H-曝光曝光量量H=EtH=Et，E-E-照度；照度；t-t-曝光时间曝光时间透射比透射比T=T=i i/i i0 0S=lg(1/T)=S=lg(1/T)=lglg(i i0 0/i i)S=S=(lglgH H-lg-lgH Hi i)=)=lglgH H-I I 反衬度反衬度H H与光源发射的光强度与光源发射的光强度I I成正比成正比,而光强度而光强度I I 与待测物质浓度与待测物质浓度c c成正比成正比.3 3、光电元件、光电元件-光电直读法检测器光电直读法检测器 光电直读法以光电元件为检测器，常用的光电元件是光电倍增管。光电直读法以光电元件为检测器，常用的光电元件是光电倍增管。光电直读法中，谱线强度是通过光电直读法中，谱线强度是通过光电转换把光信号变成电信号，然后光电转换把光信号变成电信号，然后测量电信号来确定的测量电信号来确定的。但是，由于激发光源的不稳定性会使光信号强度发。但是，由于激发光源的不稳定性会使光信号强度发生波动，导致电信号亦随之波动。所以瞬时信号不能准确地反映元素的含生波动，导致电信号亦随之波动。所以瞬时信号不能准确地反映元素的含量。只有将几十秒内的信号积分，才能消除其随机的起伏，较准确地反映量。只有将几十秒内的信号积分，才能消除其随机的起伏，较准确地反映元素的含量。元素的含量。(1)(1)光电倍增管光电倍增管(2)(2)固态成像器件固态成像器件电荷注入器件电荷注入器件(CID),(CID),电荷偶合电荷偶合器件器件(CCD)(CCD)电荷耦合器件(CCD)是由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件。CCD是一种用电荷量来表示不同状态的动态移位寄存器电荷耦合器件由间隔极小的金属-氧化物-半导体电容器阵列和适当的输入、输出电路构成。电荷耦合器件主要应用于固态成像、信号处理和大容量存储器三个方面。在遥感、雷达、通信、电子计算机、电视摄像等领域具有重要应用。CCD是一种半导体装置，能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。摄谱法中，感光板实际上是一个积分检测器，它能自动地将曝摄谱法中，感光板实际上是一个积分检测器，它能自动地将曝光时间内的强度积分。但在光电检测器中，光电倍增管本身不是积光时间内的强度积分。但在光电检测器中，光电倍增管本身不是积分装置，它响应的是瞬时辐射强度，因此，常用积分电信号积分。分装置，它响应的是瞬时辐射强度，因此，常用积分电信号积分。光电直读法使用的仪器是光电直读光谱仪，其构造与摄谱仪相光电直读法使用的仪器是光电直读光谱仪，其构造与摄谱仪相似。所不同的只是在投影物镜的焦面上安装似。所不同的只是在投影物镜的焦面上安装一个或多个出射狭缝一个或多个出射狭缝，并并以光电倍增管取代了感光板以光电倍增管取代了感光板。光电直读光谱仪有。光电直读光谱仪有单道和多道两种单道和多道两种基本类型。一个通道由一个出射狭缝、一个光电倍增管和通道组件基本类型。一个通道由一个出射狭缝、一个光电倍增管和通道组件(主要是积分器主要是积分器)组成。组成。单道直读光谱仪只有一个通道，它通过波长单道直读光谱仪只有一个通道，它通过波长扫描进行多元素分析。多道直读光谱仪通道可多达几十个，可以同扫描进行多元素分析。多道直读光谱仪通道可多达几十个，可以同时测定几十种元素时测定几十种元素。图。图4-15是多道光电直读光谱仪的示意图。光电是多道光电直读光谱仪的示意图。光电直读光谱法省去了处理感光板和测量谱线强度等操作手续，信号经直读光谱法省去了处理感光板和测量谱线强度等操作手续，信号经光电倍增管检测、计算机处理，可直接读出分析结果。因此，不但光电倍增管检测、计算机处理，可直接读出分析结果。因此，不但分析速度提高，而且具有较高的精密度和准确度。但这种方法适应分析速度提高，而且具有较高的精密度和准确