第1节 原子发射光谱分析基本原理1
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原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析是一种常用的分析技术,用于确定物质中不同元素的存在和浓度。
基本原理是通过激发原子使其跃迁到高能级,然后原子从高能级退回到低能级时会发射出一系列特定的频率光线,这些光线就被称为发射光谱。
本文将详细介绍原子发射光谱分析的基本原理。
当原子处于高能级时,由于能量不稳定,原子会自发地退回到低能级。
在这个过程中,原子会发射出一定频率的光线。
这是因为原子的能级结构是离散的,每个能级对应不同的能量差和光频率。
各元素拥有独特的能级结构,因此每个元素会发射出特定的频率光线,形成一种独特的光谱指纹。
发射光谱的特点是谱线的亮度与元素浓度成正比。
因此,通过测量谱线的强度可以确定样品中该元素的浓度。
发射光谱分析可以在可见光、紫外光和红外光范围内进行。
原子发射光谱分析有两种主要的测量方式:线源测量和离散源测量。
线源测量是指使用等离子体火焰或火花放电等产生连续谱的激发源。
这种方法适用于多元素分析和测量大样品数量。
离散源测量是指使用电弧放电或激光脉冲等产生谱线的激发源。
这种方法适用于单元素测量和对样品数量要求不高的分析。
然而,原子发射光谱分析也存在一些局限性。
由于发射光谱需要样品激发和发射,对样品形式和形状要求较高。
此外,元素之间的相互作用和基体效应也会对分析结果产生影响,需要进行校正和修正。
总结起来,原子发射光谱分析是一种常用的化学分析技术,适用于多元素同时分析和不同浓度的测量。
通过测量发射光谱的强度可以确定元素的浓度。
然而,这项技术也有一定的局限性,需要对样品的形态和基体进行处理和修正。
尽管如此,原子发射光谱分析仍然是一种重要的化学分析方法,广泛应用于环境监测、食品检测和地质勘探等领域。
原子发射光谱是一种用于研究原子的光谱分析方法,它基于原子在激发态和基态之间跃迁时所发射的特定波长的光线。
以下是原子发射光谱的基本原理:
激发原子:通过外部能量源(如火焰、电弧、激光等)提供能量,原子的电子从基态跃迁到高能级的激发态。
这种能量供应导致电子在原子内部跃迁到更高的能级。
跃迁发射:激发态的原子处于不稳定状态,电子倾向于回到较低的能级。
在这个过程中,原子会通过跃迁发射特定波长的光子,即光子能量与原子能级差之间的关系是定量的。
光谱测量:发射的光子经过分光仪或光谱仪分散成不同波长的光,并通过探测器进行测量和记录。
测量得到的光谱显示了不同波长的发射线,每条发射线对应于原子在不同能级之间跃迁所发射的特定波长。
通过分析原子发射光谱,可以获得关于原子的信息,包括元素的存在、浓度、能级结构和其他特性。
每个元素都有其独特的发射光谱,因此原子发射光谱可用于元素分析和识别,广泛应用于化学、物理、材料科学和环境监测等领域。
原子发射光谱法原子发射光谱法(atomic emission spectroscopy,AES)是一种成分分析方法,可对约70种元素(金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素)进行分析。
第一节基本原理一、原子发射光谱的产生原子的外层电子由高能级向低能级跃迁,能量以电磁辐射的形式发射出去,这样就得到发射光谱。
原子发射光谱是线状光谱。
二、原子能级与能级图原子外层有一个电子时,其能级可由四个量子数决定:主量子数n;角量子数l;磁量子数m;自旋磁量子数m s;原子外层有多个电子时,其运动状态用:总角量子数L;总自旋量子数S;内量子数J描述;三、谱线强度原子由某一激发态i向低能级j跃迁,所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。
在热力学平衡时,单位体积的基态原子数N0与激发态原子数N i的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律。
四、谱线的自吸与自蚀原子在高温时被激发,发射某一波长的谱线,而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射,这种现象称为自吸现象。
第二节仪器原子发射光谱法仪器常分为三部分:光源、分光系统和检测器。
一、光源光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。
光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。
目前常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花及电感耦合高频等离子体(ICP)。
电感耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)电感耦合高频等离子炬的装置,由三部分组成:晶体控制高频发生器(用来产生和维持等离子体放电)进样系统(包括试样雾化器、供气系统)等离子炬管(三层同心石英玻璃管)等离子体焰炬的形成:当高频发生器接通电源后,高频电流I通过感应线圈产生交变磁场(绿色)。
管内磁力线沿轴线方向,管外磁力线成椭圆闭合回路。
开始时,管内为Ar气,不导电,需要用高压电火花触发,使气体电离后,在高频交流电场的作用下,带电粒子高速运动,碰撞,形成“雪崩”式放电,产生等离子体气流。
第九章原子发射光谱法第一节原子发射光谱分析基本原理一、原子发射光谱的产生物质是由各种元素的原子组成的,原子有结构紧密的原子核,核外围绕着不断运动的电子,电子处在一定的能级上,具有一定的能量。
从整个原子来看,在一定的运动状态下,它也是处在一定的能级上,具有一定的能量。
在一般情况下,大多数原子处在最低的能级状态,即基态。
基态原子在激发光源(即外界能量)的作用下,获得足够的能量,外层电子跃迁到较高能级状态的激发态,这个过程叫激发。
处在激发态的原子是很不稳定的,在极短的时间内(10-8s)外层电子便跃迁回基态或其它较低的能态而释放出多余的能量。
释放能量的方式可以是通过与其它粒子的碰撞,进行能量的传递,这是无辐射跃迁,也可以以一定波长的电磁波形式辐射出去,其释放的能量及辐射线的波长(频率)要符合波尔的能量定律:式中,E 2及E1分别是高能态与低能态的能量,E p为辐射光子的能量,、、分别为辅射的频率、波长、波数,c为光速,h为普朗克常数。
必须明确如下几个问题:★原子中外层电子(称为价电子或光电子)的能量分布是量子化的,所以△E 的值不是连续的,则或也是不连续的,因此,原子光谱是线光谱;★同一原子中,电子能级很多,有各种不同的能级跃迁,所以有各种△E不同的值,即可以发射出许多不同或的辐射线。
但跃迁要遵循“光谱选律”,不是任何能级之间都能发生跃迁;★不同元素的原子具有不同的能级构成,△E不一样,所以或也不同,各种元素都有其特征的光谱线,从识别各元素的特征光谱线可以鉴定样品中元素的存在,这就是光谱定性分析;★元素特征谱线的强度与样品中该元素的含量有确定的关系,所以可通过测定谱线的强度确定元素在样品中的含量,这就是光谱定量分析;★有关术语:激发电位(激发能):原子中某一外层电子由基态激发到高能态所需要的能量,称该高能态的激发电位,以电子伏特(eV)表示;电离电位(电离能):把原子中外层电子电离所需要的能量,称为电离电位,以eV表示;共振线:原子中外层电子从基态被激发到激发态后,由该激发态跃迁回基态所发射出来的辐射线,称为共振线。