固體物質(zhì)的表征——組成和純度匯報人：袁鵬

物質(zhì)的表征組成分析含量測定物相確定所含雜質(zhì)的種類含量測定等

物質(zhì)的表征化學(xué)組成分析方法先將試樣分解并溶解，再測定溶液中各組分離子含量直接分析固體試樣，不需要預(yù)先處理樣品可以提供固體材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)的信息以及元素在固體中的位置和固體表面狀況的信息

點擊添加單位分析方法化學(xué)分析原子光譜分析法分光光度法特征X射線分析法X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜質(zhì)譜中子活化分析

化學(xué)分析重量分析根據(jù)試樣經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后生成產(chǎn)物的質(zhì)量來計算試樣的化學(xué)組成，精度達0.001%容量分析根據(jù)試樣在反應(yīng)中所需要消耗的標準試液的體積來計算待測物質(zhì)含量，可測主要成分，也可測次要成分，精度一般為0.1-0.01%

原子光譜分析法吸收光譜吸收光譜是物質(zhì)的基態(tài)原子吸收光源輻射所產(chǎn)生的光譜發(fā)射光譜構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子或離子受到熱能、電能或化學(xué)能的激發(fā)而產(chǎn)生的光譜分析法：根據(jù)測定物質(zhì)發(fā)射或吸收的電磁輻射的波長和強度為基礎(chǔ)而建立的一類分析方法

原子吸收光譜K為吸收系數(shù)；γ為頻率；最大吸收值的一半處所對應(yīng)的寬度叫譜線寬度，用△γ表示K0/2

K

K0

0

K

~（譜線輪廓）原子結(jié)構(gòu)較分子結(jié)構(gòu)簡單，理論上應(yīng)產(chǎn)生線狀光譜吸收線。實際上用特征吸收頻率輻射光照射時，獲得一峰形吸收(具有一定寬度)

原子吸收光譜

原子發(fā)射光譜發(fā)射光譜只能確定物質(zhì)的元素組成和含量，不能給出分子的有關(guān)信息

原子發(fā)射光譜發(fā)射光譜分析的三個主要過程：樣品蒸發(fā)、原子化，原子激發(fā)并產(chǎn)生光輻射分光，形成按波長順序排列的光譜檢測光譜中譜線的長度

原子光譜分析法

分光光度法基于物質(zhì)吸收紫外或可見光引起分子中價電子躍遷、產(chǎn)生分子吸收光譜與物質(zhì)組分之間的關(guān)系建立起來的分析方法，稱為紫外可見分光光度法吸收分光光度法是應(yīng)用最廣泛的分析溶液方法之一，許多生成部門和研究部門的例行分析大部是分光光度法完成的

分光光度法原理朗伯(Lambert)和比爾(Beer)分別于1760年和1852年研究吸光度Ａ與溶液厚度Ｌ和其濃度Ｃ的定量關(guān)系：朗伯定律：A=k1×L比爾定律：A=k2×CA=kCL朗伯-比爾定律:吸光系數(shù)濃度液層厚度一束平行單色光通過一均勻、非散射的吸光物質(zhì)溶液時，在入射光的波長、強度以及溶液溫度等保持不變時，該溶液的吸光度A與其濃度C及液層厚度L的乘積成正比。

分光光度法特點：（1）靈敏度高，可測到10-7g/ml（2）準確度好，相對誤差為1%-5%，滿足微量組分測定要求（3）選擇性好，多種組分共存，無需分離直接測定某物質(zhì)（4）操作簡便、快速、選擇性好、儀器設(shè)備簡單、便宜（5）應(yīng)用廣泛，無機、有機物均可測定

特征X射線分析法用電子探針照射在試樣表面待測的微小區(qū)域上，來激發(fā)試樣中各元素的不同波長（或能量）的特征X射線（或熒光X射線）。然后根據(jù)射線的能量或波長進行元素定性分析，根據(jù)射線強度進行元素定量分析特征X射線分析法是一種顯微分析和成分分析相結(jié)合的微區(qū)分析，特別適合于分析試樣中的微小區(qū)域的化學(xué)成分原理：分類：根據(jù)激發(fā)方式的不同，細分為X射線熒光光譜和電子探針X射線微區(qū)分析

X射線熒光光譜法式中k,S是常數(shù)，所以只要測出了特征x射線的波長λ，就可以求出產(chǎn)生該波長的元素。即可做定性分析X射線熒光光譜法是利用樣品對X射線的吸收隨樣品中的成分及其眾寡變化而變化來定性或定量測定樣品中成分的一種方法特征X射線是各種元素固有的，它與元素的原子系數(shù)有關(guān)。兩者有這樣的關(guān)系

X射線熒光光譜法式中μm是樣品對一次X射線和熒光射線的總質(zhì)量吸收系數(shù)，K為常數(shù)，與入射線強度I和分析元素對入射線的質(zhì)量吸收系數(shù)有關(guān)。在一定條件下（樣品組成均勻，表面光滑平整，元素見無相互激發(fā)），熒光X射線強度與分析元素含量之間存在線性關(guān)系。當用X射線（一次X射線）做激發(fā)原照射試樣，使試樣中元素產(chǎn)生特征X射線（熒光X射線）時，若元素和實驗條件一樣，熒光X射線的強度Ii與分析元素的質(zhì)量百分濃度Ci的關(guān)系可以用下式表示：

X射線熒光光譜法定性分析：

同一元素的同系列特征譜線同時產(chǎn)生，根據(jù)這幾根同系列譜線，對相應(yīng)元素做準確辨認橫軸為波長，縱軸為X射線的相對強度定量分析：

常采用單線條對比法，即將試樣中某一元素的某根特征譜線的強度與標準試樣的同一根譜線的強度進行對比，確定該元素的含量

X射線熒光光譜法

特點：可以對試樣進行無損分析除了原子序數(shù)小于10以下元素外，大多數(shù)元素都可以用X射線熒光光譜分析法，特別是用于化學(xué)性質(zhì)相似，難以分離得元素的分析使用的試樣很少

X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜Mg原子的X射線熒光電子和俄歇電子發(fā)射過程示意圖

X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜X射線熒光光譜儀（D、F為準直器）

電子探針X射線微區(qū)分析將X射線熒光光譜分析加以改進，發(fā)展成為電子探針X射線微區(qū)分析。將聚焦到直徑約為1μm的電子束來激發(fā)試樣，使其中的組成元素產(chǎn)生特征X射線光譜，然后分析光譜的波長和強度，得到關(guān)于固體試樣中各微區(qū)內(nèi)的組成元素及其含量。測定組分的濃度可低至0.1-0.01%，分析誤差在3%以內(nèi)，測定的固體試樣的微區(qū)面積和深度均為1-3μm

電子探針X射線微區(qū)分析如右圖：電子槍產(chǎn)生高能電子束（5kV－50kV）經(jīng)電磁透鏡聚焦成小于1μm微束（激發(fā)源）轟擊樣品待分析微區(qū)可以在樣品表面幾個立方微米的范圍產(chǎn)生特征X射線，二次電子和背散射電子等

電子探針X射線微區(qū)分析X射線：電子探針分析一般使用10－34kV的工作電壓，入射電子具有很高的速度。入射電子轟擊樣品，受到庫侖場的作用而驟然減速，產(chǎn)生電子能量損失，于是輻射出X射線背散射電子：廣義理解為電子入射到樣品表面，從表面散射出來的電子，與入射電子方向相反，能量范圍從0ev至入射的一次電子的能量的這部分電子。廣義上說，二次電子屬于背散射電子的范疇，但背散射電子的能量較高（>50ev）二次電子：能量小于50eV的背散射電子。但嚴格的說，入射的一次電子轟擊試樣原子，從原子的電子層中激發(fā)出的電子稱為真正的二次電子

電子探針X射線微區(qū)分析通過測定特征X射線的波長，即可確定樣品中含有哪些元素，這就是電子探針定性分析保持相同的測試條件（電壓、電流、檢測器效率），將試樣中所測得某元素A的特征X射線強度與標準樣品中元素A的特征X射線強度相比，即得到X射線強度比Kα。再經(jīng)過原子序數(shù)修正，吸收效應(yīng)修正和熒光效應(yīng)修正（即ZAF修正）后，可得到準確的A元素的實際濃度

電子探針X射線微區(qū)分析

X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜是利用固體發(fā)光現(xiàn)象來進行成分分析，從這種特征光譜譜線的波長和強度來確定這些元素的含量這種方法特別適用于稀土元素的測定。X射線能激發(fā)固溶在Y2O3，LaO3,CeO2,Gd2O3中的其他稀土元素，使之發(fā)生非常特征可見熒光光譜，能測定的稀土含量分別為：Nd,Tb,Dy——1ng/gSm,Eu,Tm——10ng/gPr,Gd,Ho,Er,Yb——100ng/g

X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜X-射線熒光產(chǎn)生機理與特征X射線相同，只不過是采用了X射線為激發(fā)手段。所以X射線熒光只包含特征譜線，而沒有連續(xù)譜線當X-射線的能量使K層電子激發(fā)生成光電子后，L層電子便落入K層空穴。這時能量⊿E=EK-EL以輻射形式釋放出來，即Kα射線，這就是熒光X射線

X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜X射線激發(fā)光學(xué)熒光光譜主要特點:分析靈敏度高、快速試樣預(yù)處理步驟復(fù)雜、費時，因為預(yù)先需要把待測試樣與基質(zhì)材料混合燒制成發(fā)光體，才能分析檢測使用基質(zhì)材料不同，燒制條件不同，待測元素的熒光光譜波長和強度會發(fā)生變化，分析靈敏度改變

質(zhì)譜質(zhì)譜分析法是在高真空系統(tǒng)中測定樣品的分子離子及碎片離子質(zhì)量，以確定樣品相對分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)的方法利用具有不同的荷質(zhì)比的離子在靜電場和磁場中所受的作用力不同，因而運動方向不同，導(dǎo)致彼此分離。經(jīng)過分別捕獲收集，確定離子的種類和相對含量。化合物分子受到電子流沖擊后，形成的帶正電荷分子離子及碎片離子，按照其質(zhì)量m和電荷z的比值m/z（質(zhì)荷比）大小依次排列而被記錄下來的圖譜，稱為質(zhì)譜

質(zhì)譜產(chǎn)生機理質(zhì)譜法是將樣品置于高真空中（＜10-3Pa），并受到高速電子流或強電場等作用，失去外層電子而生成分子離子，或化學(xué)鍵斷裂生成各種碎片離子，然后將分子離子和碎片離子引入到一個強的正電場中，使之加速，加速電位通常用到6~8kV，此時可認為各種帶正電荷的離子都有近似相同的動能

質(zhì)譜不同質(zhì)荷比（m/z）的離子具有不同的速度，利用離子不同質(zhì)荷比及其速度差異，質(zhì)量分析器可以將其分離，然后由檢測器測量其強度，記錄后得到一張以質(zhì)荷比為橫坐標，以相對強度為縱坐標的質(zhì)譜圖

質(zhì)譜通過合適的進樣裝置將樣品引入并進行氣化；氣化后的樣品引入到離子源進行電離—離子化過程；電離后的離子經(jīng)過適當?shù)募铀俸筮M入質(zhì)量分析器，按不同的質(zhì)荷比（m/z）進行分離；經(jīng)檢測、記錄，獲得一張譜圖進樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器記錄（質(zhì)譜圖）檢測器

質(zhì)譜質(zhì)譜儀的組成：質(zhì)譜儀一般由進樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器和記錄系統(tǒng)等組成，還包括真空系統(tǒng)和自動控制數(shù)據(jù)處理等輔助設(shè)備進樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器檢測器

質(zhì)譜質(zhì)譜分析特點：：可作全元素分析分析靈敏度高用樣量少分析速度快

中子活化分析用中子照射樣品，使其中所含的各元素的原子核俘獲入射中子，從而發(fā)生核反應(yīng)。反應(yīng)生成的產(chǎn)物多數(shù)具有放射性，因此會以一定的半衰期蛻變或蛻變的同時輻射出一種或多種不同波長的γ射線。通過檢查蛻變的產(chǎn)物，或用試樣中待測元素與射線的相互作用，從而變成某種反射性元素，通過γ譜儀測定輻射的能譜，就可以得到待測試樣中各種元素的定性或定量數(shù)據(jù)。

中子活化分析中子與物質(zhì)相互作用核反應(yīng)：中子可以與所有原子核發(fā)生核反應(yīng)彈性散射：中子與原子核發(fā)生彈性散射---中子慢化核裂變：將重核裂變?yōu)檩p核中子活化：原來穩(wěn)定的原子核，經(jīng)俘獲中子后變成具有放射性的原子核的過程

中子活化分析中子的探測：中子不帶電,不能直接使原子電離,中子探測分二步:1)利用中子同原子核發(fā)生某種作用產(chǎn)生帶電粒子或光子;2)利用核探測器探測這些帶電粒子或光子。主要探測方法有：1）核反應(yīng)法：產(chǎn)生帶電粒子，對物質(zhì)產(chǎn)生電離；2）核反沖法：中子與核彈性碰撞，反沖核能量耗于電離；3）核裂變法：裂變碎片能量耗于電離，產(chǎn)生脈沖；4）激活探測法:中子照射物質(zhì),使其部分變?yōu)榉派湫栽亍?/p>

中子活化分析中子活化分析及步驟：1.樣