DIN 51009-2013 Optical atomic spectral analysis - Principles and definitions《原子光谱分析 原理和定义》.pdf

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1、November 2013DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 21DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 01.040.71; 71.040.50!%(Q“2054697www.din.

2、deDDIN 51009Optische Atomspektralanalyse Allgemeine Grundlagen und BegriffeOptical atomic spectral analysis Principles and definitionsSpectromtrie atomique optique Principes et dfinitionsAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 51009:2001-12www.beuth.deGesamtumfang

3、59 SeitenDIN 51009:2013-11 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Spektralanalyse. 4 4 Physik der Atomisierung und Anregung 6 5 Spektrum (einer Strahlung) . 9 6 Spektralanalytische Begriffe . 13 7 Analysenvorschrift . 14 8 Probe 14 9 Probenzufhrungssysteme .

4、18 10 Strahlungsquelle . 19 11 Spektrometer und Strahlungsfhrung 23 12 Strahlungsmessung . 27 13 Kalibrieren . 36 14 Auswerten; Auswertung 39 15 Besondere Verfahren . 40 16 Analytische Grenzwerte und Bewertung 40 17 Strungen durch Begleitsubstanzen 47 18 Analysenaufzeichnungen 51 19 Prfbericht . 51

5、Literaturhinweise . 52 Stichwortverzeichnis . 54 Stichwortverzeichnis mit Hinweisen auf andere Normen 59 DIN 51009:2013-11 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-08-15 AA Grundlagen der analytischen Atomspektroskopie“ im Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DIN ausgearbeitet.

6、 Fr die Festlegungen in dieser Norm war es notwendig, zahlreiche bergeordnete Begriffe herauszustellen, auf andere Normen und Empfehlungen zu beziehen oder zu definieren und gegeneinander abzugrenzen. Die vorliegenden Begriffe sind so abgefasst, dass sie auch von anderen Fachbereichen bernommen und

7、zitiert werden knnen. Mit weiteren Begriffen und gertetechnischen Festlegungen der Atomabsorptionsspektro-metrie (AAS) befassen sich DIN 51401 bzw. DIN 51401-1 Bbl 1, mit Teilgebieten der Optischen Emissions-spektrometrie DIN 51008-1 (OES mit Funken und Niederdruckentladungen), DIN 51008-2 (OES mit

8、Flammen und Plasmen), mit Begriffen der Rntgenspektralanalyse DIN 51418-1 und DIN 51418-2. Besonderer Wert wurde auf die Abstimmung mit DIN ISO 5725-1 und den Normen der Reihe DIN 55350 gelegt. Dabei wurden nach den Empfehlungen der Normen der Reihe DIN 55350 dort sehr allgemeine Be-nennungen, wie z

9、. B. Erkennungsgrenze oder Ermittlungsverfahren, durch die in der Spektralanalyse rele-vanten Benennungen, z. B. Nachweisgrenze bzw. Analysenverfahren oder Bestimmungsverfahren, ersetzt. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN

10、 ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 51009:2001-12 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Begriffe mit den neu herausgegebenen Normen DIN 32645 und DIN 51401 abgeglichen; b) Abschnitt 14 Auswerten; Auswertung“ berar

11、beitet und an den Stand der Technik angepasst. Frhere Ausgaben DIN 51009: 2001-12 DIN 51009:2013-11 4 1 Anwendungsbereich In dieser Norm werden Begriffe fr Analysenverfahren festgelegt, bei denen der Nachweis von Elementen und deren Gehaltsbestimmung durch Messen der Emission, Absorption oder Fluore

12、szenz von optischer Strahlung erfolgt. Ziel dieser Grundlagennorm ist es, das Aufstellen von speziellen Festlegungen fr die verschiedenen Gebiete der optischen Atomspektralanalyse: Optische Emissionsspektrometrie (OES), Atomabsorptions-spektrometrie (AAS) und Atomfluoreszenzspektrometrie (AFS) zu ve

13、reinheitlichen und auch soweit wie mglich bereinstimmung mit der Rntgenspektralanalyse und der Massenspektrometrie mit induktiv gekop-peltem Plasma (ICP-MS) zu erreichen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die An

14、wendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 1310, Zusammensetzung von Mischphasen (Gasgemische, Lsungen, Mischkri

15、stalle) Begriffe, Formelzeichen DIN 5030-2, Spektrale Strahlungsmessung Strahler fr spektrale Strahlungsmessungen Auswahl-kriterien DIN 5031-8, Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik Strahlungsphysikalische Begriffe und Konstanten DIN 55303-2, Statistische Auswertung von Daten Testve

16、rfahren und Vertrauensbereiche fr Erwartungs-werte und Varianzen DIN 55350-13, Begriffe der Qualittssicherung und Statistik Begriffe zur Genauigkeit von Ermitt-lungsverfahren und Ermittlungsergebnissen 3 Spektralanalyse 3.1 Spektralanalyse (en: spectral analysis) Nachweis von chemischen Elementen, I

17、sotopen sowie Verbindungen (Qualitative Analyse) und Bestimmung ihrer Massen, Stoffmengen oder Volumina sowie von deren Anteilen, Konzentrationen oder Verhltnissen mit Hilfe ihrer Spektren (Quantitative Analyse) Anmerkung 1 zum Begriff: Anstelle der Benennung Spektralanalyse“ ist auch die Benennung

18、Spektrochemische Analyse“ (en: spectrochemical analysis) blich. Anmerkung 2 zum Begriff: Definition der Begriffe Emission“, Absorption“ und Fluoreszenz“ siehe DIN 58960-1. 3.2 Strahlung optische Strahlung) (en: optical radiation Aussendung oder bertragung von Energie in Form von elektromagnetischen

19、Wellen Anmerkung 1 zum Begriff: Strahlungsphysikalische Gren knnen mit Hilfe von Photonenanzahlen je Zeiteinheit ausgedrckt werden (siehe DIN 5031-1). DIN 51009:2013-11 5 Anmerkung 2 zum Begriff: Intensitt“ ist der Sammelbegriff fr strahlungsphysikalische Gren (siehe auch DIN 5030). QUELLE: DIN 5031

20、-8:1982-03, 1.5 3.3 Atomspektralanalyse (en: atomic spectral analysis) Spektralanalyse zum Nachweis und zur Bestimmung von chemischen Elementen oder deren Isotope mit den Spektren ihrer Atome Anmerkung 1 zum Begriff: Durch Kalibrieren wird der funktionelle Zusammenhang zwischen bekannten Gehalten in

21、 Proben und zugehrigen gegebenenfalls auch gemittelten Messwerten, z. B. Intensitten, ermittelt. Anmerkung 2 zum Begriff: Gehalt“ dient als allgemeiner Begriff fr Anteile“, z. B. Massenanteil w in g/g oder Konzentration“, z. B. Stoffmengenkonzentration c in mol/l oder Massenkonzentration in g/l (sie

22、he DIN 1310). 3.3.1 optische Atomspektralanalyse (en: optical atomic spectral analysis) Atomspektralanalyse im optischen Spektralbereich, d. h. von 100 nm bis 1 mm (siehe DIN 5030-2), unter Ausnutzung der charakteristischen Linienspektren freier (neutraler oder ionisierter) Atome von sich im gas-frm

23、igen Zustand befindlichen Elementen Anmerkung 1 zum Begriff: Diese freien Atome entstehen durch weitere Energiezufuhr nach der Verdampfung oder Zerstubung fester, flssiger oder gasfrmiger Analysenproben. 3.3.2 Spektroskopie (en: spectroscopy) Beobachtung und visuelle Auswertung von Spektren mit Hilf

24、e eines dispersiven Spektralapparates Anmerkung 1 zum Begriff: Spektroskopie ist der Oberbegriff fr alle spektroskopischen Mess- und Beobachtungs-verfahren. 3.3.3 Spektrographie (en: spectrography) gleichzeitige und kontinuierliche Erfassung aller Komponenten eines Spektrums mit einer photographisch

25、en Schicht 3.3.4 Spektrometrie (en: spectrometry) direkte, photoelektrische Messung und Auswertung von spektralen Strahlungsgren mit einem dispersiven Spektralapparat oder Interferenzspektralapparat Anmerkung 1 zum Begriff: Spektrometrie im optischen Spektralbereich wird als optische Spektrometrie b

26、ezeichnet. 3.3.4.1 optische Emissionsspektrometrie OES (en: optical emission spectrometry) optische Spektrometrie unter Ausnutzung der emittierten Strahlung, die als Folge der Wechselwirkung freier Atome mit der umgebenden Materie in einer Flamme oder einem Entladungsplasma erzeugt wird Anmerkung 1

27、zum Begriff: Wegen der Verwechslungsmglichkeit mit der Auger Electron Spectroscopy“ wird von dem Gebrauch des Akronyms AES“ anstelle von OES“ abgeraten. DIN 51009:2013-11 6 Anmerkung 2 zum Begriff: Fr Entladungsplasma oder Flamme siehe z. B. DIN 51008-1 und DIN 51008-2. 3.3.4.2 Atomabsorptionsspektr

28、ometrie AAS (en: atomic absorption spectrometry) optische Spektrometrie unter Ausnutzung der Schwchung (Absorption) einer Primrstrahlung durch Wech-selwirkung mit freien Atomen 3.3.4.3 Atomfluoreszenzspektrometrie AFS (en: atomic fluorescence spectrometry) optische Spektrometrie unter Ausnutzung der

29、 emittierten Strahlung, die nach Absorption von Primrstrahlung ausgesandt wird 4 Physik der Atomisierung und Anregung 4.1 thermisches Gleichgewicht (en: thermal equilibrium) Zustand eines Systems, z. B. eines Gases oder Plasmas, in dem sowohl zwischen den verschiedenen Bewegungsformen (Translation,

30、Rotation, Schwingung) seiner Teilchen (z. B. Ionen, Molekle, Atome, Elektronen) als auch von Teilchenart zu Teilchenart ein Gleichgewicht des Energieaustausches besteht, folg-lich der Zustand des Systems durch eine einzige Temperatur bestimmt ist Anmerkung 1 zum Begriff: Die physikalisch exakte Beze

31、ichnung ist thermodynamisches Gleichgewicht“. 4.1.1 lokales thermisches Gleichgewicht LTG (en: local thermal equilibrium (LTE) thermisches Gleichgewicht, jedoch mit ortsabhngiger Temperatur, wenn sich die Temperatur ber die freie Weglnge nur relativ wenig ndert Anmerkung 1 zum Begriff: Im analytisch

32、 genutzen Plasma liegt hufig kein LTG vor. Es wird ein partiell lokales thermisches Gleichgewicht (p-LTG) angenommen. Die ortsabhngige Temperatur ndert sich innerhalb eines kleinen Beobachtungsraumes nicht. 4.2 Dissoziation (en: dissociation) Zerfall von Moleklen in Bruchstcke Anmerkung 1 zum Begrif

33、f: Mit Bruchstcke sind z. B. Atome oder Radikale gemeint. 4.2.1 Dissoziationsgrad (en: degree of dissociation) Verhltnis der Anzahl der durch Dissoziation zerfallenen Molekle zu der Anzahl der eingebrachten Molekle 4.2.2 Dissoziationsgleichgewicht (en: dissociation equilibrium) Gleichgewichtszustand

34、, in dem Bildung und Zerfall von Moleklen durch das Massenwirkungsgesetz be-schrieben werden DIN 51009:2013-11 7 4.3 Atomisieren (en: atomization) Erzeugen von atomarem Dampf des Analyten 4.4 Energiezustand (en: energy state) innere Energie des Elektronensystems eines Atoms oder Molekls Anmerkung 1

35、zum Begriff: Atome besitzen diskrete Energiezustnde. Anmerkung 2 zum Begriff: Molekle besitzen ebenfalls diskrete Energiezustnde, jedoch sind diese meist so dicht benachbart bzw. so stark verbreitert, dass sie quasi kontinuierliche Bnder besitzen. 4.4.1 Grundzustand (en: ground state) niedrigster En

36、ergiezustand des Elektronensystems eines (neutralen) Atoms, Ions (ionisierten Atoms) oder Molekls 4.4.2 angeregter Zustand (en: excited state) Energiezustand, der hher ist als der Grundzustand Anmerkung 1 zum Begriff: Die Anregung erfolgt durch Aufnahme thermischer, elektrischer oder optischer Energ

37、ie. Anmerkung 2 zum Begriff: Der angeregte Zustand ist nicht stabil, das Atom (oder Molekl) geht nach kurzer Zeit, meist nach einer Lebensdauer der Grenordnung von 108s, in einen niedrigeren Energiezustand ber. Anmerkung 3 zum Begriff: Die bergnge sind durch Auswahlregeln beschrnkt. 4.4.2.1 Anregung

38、senergie (en: excitation energy) Energiedifferenz zwischen einem angeregten Zustand und dem Grundzustand eines Atoms bzw. Molekls bei konstanter Elektronenzahl 4.4.3 metastabiler Zustand (en: metastable state) angeregter Zustand von langer Lebensdauer, bei dem der bergang zu niedrigeren Energiezustn

39、den durch Emission von Strahlung entsprechend den Auswahlregeln verboten ist 4.5 Ionisation (en: ionisation) Abtrennung oder Anlagerung eines oder mehrerer Elektronen von bzw. an einem Atom oder Molekl, so dass das verbleibende Atom oder Molekl elektrisch geladen ist 4.5.1 Ionisationszustand (en: io

40、nisation state) Grundzustand des ein- oder mehrfach ionisierten Atoms Anmerkung 1 zum Begriff: Gilt analog fr Molekle. DIN 51009:2013-11 8 4.5.2 Ionisationsenergie (en: ionisation energy) Energiedifferenz zwischen dem Ionisationszustand und dem Grundzustand des Atoms mit nchsthherer Elektronenzahl A

41、nmerkung 1 zum Begriff: Gilt analog fr Molekle. 4.5.3 Ionisationsgrad (en: degree of ionisation) Verhltnis der Anzahl der Ionen mit gleicher Elektronenzahl zur Gesamtanzahl der ursprnglich vorhandenen Atome des betrachteten Elementes Anmerkung 1 zum Begriff: Gilt analog fr Molekle. 4.5.4 Ionisations

42、potential (en: ionisation potential) Energiedifferenz zwischen dem Ionisationszustand und dem Grundzustand des Atoms Anmerkung 1 zum Begriff: Gilt analog fr Molekle. 4.5.5 Elektronendichte (en: electron density) Teilchendichte der freien Elektronen in Plasmen und Flammen Anmerkung 1 zum Begriff: Die

43、 Elektronendichte newird in cm3angegeben. Anmerkung 2 zum Begriff: Bei thermischem oder lokalem thermischen Gleichgewicht knnen Ionisationsgrad, Elektronendruck und Elektronendichte mittels der Saha-Eggert-Gleichung (Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf Atome, Ionen und Elektronen im Ionisations

44、gleichgewicht) berechnet werden. 4.6 Plasmatemperatur (en: plasma temperature) Oberbegriff fr die Temperatur eines Plasmas Anmerkung 1 zum Begriff: Bei thermischem Gleichgewicht sind die nachstehenden Temperaturen identisch. In analytisch genutzten Plasmen sind sie verschieden und dienen der angenhe

45、rten Beschreibung der Energieverteilung innerhalb verschiedener Gruppen von Teilchen mit bestimmten Freiheitsgraden. Anmerkung 2 zum Begriff: Obwohl in der Praxis meist kein thermisches Gleichgewicht vorliegt, sprechen Anwender meist nur von der Plasmatemperatur im Allgemeinen. 4.6.1 Gastemperatur (

46、en: gas temperature) Temperatur, welche die mittlere kinetische Energie der Atome und Molekle im Plasma angibt Anmerkung 1 zum Begriff: Die Verteilung der gaskinetischen Energie wird durch die Maxwell-Verteilung beschrieben. 4.6.2 Anregungstemperatur (en: excitation temperature) Temperatur, welche d

47、ie relative Besetzungsdichte der Anregungszustnde von Atomen, Ionen oder Molek-len angibt DIN 51009:2013-11 9 Anmerkung 1 zum Begriff: Die relative Besetzungsdichte wird durch das Gesetz von Boltzmann beschrieben. 4.6.3 Ionisationstemperatur (en: ionisation temperature) Temperatur, welche das Ionisa

48、tionsgleichgewicht zwischen den Atomen und Ionen im Grundzustand angibt Anmerkung 1 zum Begriff: Die Beziehung zwischen Ionisationsgleichgewichtskonstanten, Ionisationsenergie und Ionisationstemperatur wird durch die Saha-Gleichung beschrieben 4.6.4 Elektronentemperatur (en: electron temperature) Te

49、mperatur, welche die mittlere kinetische Energie der freien Elektronen im Plasma angibt Anmerkung 1 zum Begriff: Die Verteilung wird durch die Maxwell-Verteilung beschrieben. 4.6.5 Normtemperatur (en: norm temperature) Temperatur, bei der die maximale Intensitt einer Atom- oder Ionenlinie beobachtet wird 5 Spektrum (einer Strahlung) 5.1 Spektrum Spektrum einer Strahlung (en: spectrum of radiation) (spektrale) Zusammensetzung einer St