原子发射光谱（ICP/AES）理论知识（5）

 
激发光源
作用:提供使试样中被测元素蒸发解离、原子化和激发所需要的能量。
对激发光源的要求:必须具有足够的蒸发、原子化和激发能力；灵敏度高、稳定性好、光谱背景小；结构简单、操作方便、使用安全。
常用的激发光源的类型：
（一）直流电弧
（二）交流电弧
（三）电火花
（四）电感耦合等离子体(ICP)（Inductively coupled plasma）
重要术语的意义:
击穿电压：使电极间击穿而发生自持放 电的最小电压。
自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的电离作用，仍能继续保持电离，使放电持续。
燃烧电压：自持放电发生后，为了维持放电所必需的电压。
共振线、灵敏线、最后线及分析线:
由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振线。
由较低级的激发态（第一激发态）直接跃迁至基态的谱线称为第一共振线，一般也是元素的最灵敏线。
当该元素在被测物质里降低到一定含量时，出现的最后一条谱线，这是最后线，也是最灵敏线。用来测量该元素的谱线称分析线。
（一）直流电弧
1、工作原理
利用直流电作电源，使电极间隙产生电弧以使试样蒸发、原子化及激发。

直流电弧工作时，阴极释放出来的电子不断轰击阳极，使其表面上出现一个炽热的斑点。这个斑点称为阳极斑。阳极斑的温度较高，有利于试样的蒸发。因此，一般均将试样置于阳极碳棒孔穴中。在高温下，物质在阳极蒸发、电离、原子化、激发、 跃迁，产生特有的谱线。
2、电弧温度
分为电极表面温度和弧焰温度：电极表面温度与试样的蒸发有关，而弧焰温度则影响激发过程。
在直流电弧中，弧焰温度取决于弧隙中气体的电离电位，一般约4000 - 7000K，尚难以激发电离电位高的元素。电极头的温度较弧焰的温度低，且与电流大小有关，一般阳极可达3800K，阴极则在3000K以下。
3、直流电弧的特点
优点:
（1）电极头温度高（与其它光源比较），蒸发能力强，测定的灵敏度高；
（2）设备简单，不需高压，安全。
缺点:  
（1）放电不稳定，分析结果重现性差；
（2）弧较厚，自吸现象严重，故不适宜用于高含量定量分析，但可很好地应用于矿石等的定性、半定量及痕量元素的定量分析。
（二）交流电弧
交流电弧又分为高压交流电弧和低压交流电弧。高压交流电弧的工作电压为2000－4000V，电流为3－6A，利用高压直接引弧，由于装置复杂，操作危险，因此实际上已很少采用。低压交流电弧的工作电压为110－220V，设备简单，操作安全，应用较多。


 
低压交流电弧发生器由高频引弧电路（Ⅰ）和低压电弧电路（Ⅱ）组成。220V的交流电通过变压器T1使电压升至3000V左右向电容器充电，当升至G2的击穿电压时，电容器放电，产生高频高压感应电流，击穿G2，间隙气体电离，形成导电通道。
高频引弧电路的作用：
将普通的220V交流电直接连接在两个电极间是不可能形成弧焰的。这是因为电极间没有导电的电子和离子，采用高频高压引火装置，借助高频高压电流，不断地“击穿”电极间的气体，造成电离，维持导电。
在这种情况下，低频低压交流电就能不断地流过，维持电弧的燃烧。这种高频高压引火、低频低压燃弧的装置就是普通的交流电弧。
3.交流电弧的特点：
 交流电弧是介于直流电弧和电火花之间的一种光源。
优点：
（1）与直流相比，交流电弧的电极头温度稍低一些，但激发温度较之高；
（2）且由于有控制放电装置，故电弧较稳定。
这种电源广泛用于光谱定性、定量分析。
缺点：灵敏度较低。
(三）高压电火花
高压电火花通常使用10000V以上的高压交流电通过间隙放电，产生电火花。

电源电压U由调节电阻R适当降压后，经变压器B，产生10～25kV的高压，通过扼流线圈D向电容器C充电。当电容器C两极间的电压升高到分析间隙G的击穿电压时，储存在电容器中的电能立即向分析间隙放电，产生电火花。放电完了以后，又重新充电、放电，反复进行以维持火花放电不灭。
高压电火花的特点：
优点：稳定性较好，由于高压火花放电时间极短，故在这一瞬间内通过分析间隙的电流密度很大（高达10000-50000A/cm2，因此弧焰瞬间温度很高，可达10000K以上，故激发能量大，可激发电离电位高的元素。
缺点：由于电火花是以间隙方式进行工作的，平均电流密度并不高，所以电极头温度较低，且弧焰半径较小，蒸发能力较低。
这种光源主要用于金属合金分析、适于低熔点和难激发元素的定量分析。
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