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发射光谱与吸收光谱ppt课件

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吸收光谱、发射光谱与散射光谱

吸收光谱、发射光谱与散射光谱

吸收光谱、发射光谱与散射光谱
吸收光谱（Absorption spectrum）、发射光谱（Emission spectrum）和散射光谱（Scattering spectrum）是描述光与物质相互作用的三种不同类型的光谱。

吸收光谱是指物质吸收光的特性。

当光照射到物质上时，物质中的分子或原子可以吸收特定波长的光子能量，从而发生能级跃迁。

吸收光谱是通过测量物质在不同波长或频率下吸收光的强度变化来描述的。

吸收光谱可以提供关于物质分子结构、能级分布和电子转移等信息。

发射光谱是指物质在激发状态下发射光的特性。

当物质处于激发状态时，例如通过光激发或电激发，物质会从高能级跃迁到低能级，从而释放出辐射能量。

发射光谱是通过测量物质在不同波长或频率下发射光的强度变化来描述的。

发射光谱可以提供关于物质的能级结构、发光机制和激发态寿命等信息。

散射光谱是指当光与物质中的分子或微粒相互作用时发生散射现象。

散射是光在介质中遇到分子或微粒时发生的偏离原来传播方向的现象。

散射光谱描述了散射光在不同角度或波长下的强度变化。

散射光谱可以提供有关物质中分子或微粒的大小、形状和浓度等信息。

这些光谱类型可以用于研究和分析各种材料和物质。

它们提供了关于物质的结构、能级、能量转移和光学特性等重要信息，对于理解和应用光与物质相互作用的过程具有重要意义。

原子吸收和发射光谱法

原子吸收和发射光谱法

定量方法、 定量方法、灵敏度和检出限
定量方法的依据是比耳定律 定量方法的依据是比耳定律 A = k′· c 或 A = k′· m • 直接测定法 主要用于金 直接测定法:主要用于金 属元素的测定， 属元素的测定，间接测定 法用于某些灵敏度太低的 金属元素或非金属元素的 测定。 测定。 • 标准加入法 用于试样基 标准加入法:用于试样基 体组成复杂且对测定又有 明显影响的场合。 明显影响的场合。 • 浓度直接法
原子化系统
• 原子化是将试 样中的待测元 素转变为原子 蒸气的过程， 其装置称为原 子化器。原子 化器是原子吸 收分光光度计 的核心部件。 实现原子化有 两种方法：火 焰法、无焰法。
• 1. 火焰法
热离解
→ 雾滴 → MX (试样)
雾化 脱溶剂
（还原） 蒸气化
MX（气态）
M
*
激发 M(基态原子) + X(气态) 电离 M++e火焰类型 最高温度/K 最高温度/K 用 途
富燃火焰（ 富燃火焰（还原性 火焰） 火焰）
1/3
较易形成难熔氧化 物的元素，比如Mo Mo、 物的元素，比如Mo、 Cr、稀土等。 Cr、稀土等。 碱金属
贫燃火焰（ 贫燃火焰（氧化性 火焰） 火焰）
1/6
无焰法： 2. 无焰法：
电热高温石墨管（石墨炉）、氰化物原子化法。 电热高温石墨管（石墨炉）、氰化物原子化法。 ）、氰化物原子化法 • 石墨炉；即电加热器， 石墨炉； 即电加热器， 通电后可达3000 高温， 3000℃ 通电后可达 3000℃ 高温， 其原子化效率和灵敏度 都比火焰法高得多， 都比火焰法高得多 ，但 精度较差，装置复杂， 精度较差， 装置复杂， 操作不够简便。 操作不够简ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 • 氰化物原子化法；用于 氰化物原子化法； Ge、Sn、Pb、As、Sb、 Ge、Sn、Pb、As、Sb、 Bi、Se、Te等八种元素 Bi、Se、Te等八种元素 的原子化， 的原子化，利用这些元 素氰化物低温下易挥发 的特点。 的特点。

吸收光谱与发射光谱

吸收光谱与发射光谱

吸收光谱与发射光谱都是一种对物质进行光谱分析的方法，它们在原理和应用上存在显著的差异。

吸收光谱，又称为吸收曲线，是指物质吸收光辐射时所产生的光谱。

它通常显示为一系列的暗线或吸收带，这些暗线或吸收带对应于某种特定波长的光被物质吸收的强度。

吸收光谱的产生是由于物质内部的电子、振动和转动能级间的跃迁，这些跃迁导致光子的能量被吸收，从而使得物质在某些特定波长上表现为暗线或吸收带。

发射光谱，又称为发射曲线，是指物质在受激发后发射出的光辐射所形成的光谱。

它通常显示为一系列的彩色线条，这些线条对应于某种特定波长的光被物质发射的强度。

发射光谱的产生是由于物质内部的电子、振动和转动能级在受到辐射、热能、电能、或化学能的激发后跃迁到激发态，然后由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，这些释放出的能量就形成了发射光谱的彩色线条。

发射光谱与吸收光谱

发射光谱与吸收光谱
对非金属测定灵敏度低，仪器价格昂贵， 维持费用较高（耗用大量Ar气）。
二、光谱仪（摄谱仪 Spectrograph）
（见下页图）
光谱仪的核心是分光系统和记录系统
1. Prism spectrograph
B★
照明系统 (lighting system)
准直透镜
色散系统 (dispersive system)
b、是与自吸收有关的参数， 称为自吸系数。
由于系数a受测定实验条件的影响极大，所以 一般在被测元素的谱线中选一条线作为分析线， 在基体元素(或定量加入的其它元素)的谱线中 选一条与分析线均称的谱线作为内标线 (internal standard line,或称比较线)，这两条谱 线组成所谓分析线对（分析线和比较线）。分 析线与内标线的绝对强度的比值称为相对强度。
光电法 光电法用光电倍增管、光电二极管或CCD检测 器直接获得光谱线的相对强度进行定量分析。
Phototube
4. 辅助观测设备：
1. 光谱投影仪 (Spectrum projector)
在进行光谱定性分析 及观察谱片时需要使 用影谱仪。一般放大 倍数为20倍左右，并 与标准铁光谱图进行 比较得出定性结果。
用火焰电弧等离子炬等作为激发源使被测物质原子化并激发气态原子或离子的外层电子使其发射特征的电磁辐射利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光谱分析法波长范围一般在190900nm一般情况下原子处于基态在激发光源作用下原子获得能量外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态108s外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁多余的能量的发射可得到一条光谱线
根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发 射光谱法有许多技术，我们仅讨论常规的方法：用火焰、 电弧、等离子炬等作为激发源，使被测物质原子化并激 发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐 射，利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光 谱分析法，波长范围一般在190~900nm。

PPT原子吸收光谱法分析原理和方法PPT课件PPT54页

PPT原子吸收光谱法分析原理和方法PPT课件PPT54页
AAS 分析时，待测物浓度很低，该变宽可勿略。
❖ 外界压力增加——谱线中心频率0位移、形状和宽度发生变化—— 发射线与吸收线产生错位——影响测定灵敏度；
❖ 温度在1500-30000C之间，压力为1.01310-5Pa ——热变宽和压变宽 有相同的变宽程度；
❖ 火焰原子化器——压变宽为主要；石墨炉原子化器——热变宽为主 要。
第6页，共54页。
根据吸收定律的表达式，以 I~ 和 K- 分别作图得吸收强度与频 率的关系及谱线轮廓。可见谱线是有宽度的。
K0
K0/2 I0
I K
0
I~ （吸收强度与频率的关系）
0
K~ （谱线轮廓）
图中：
K—吸收系数；K0—最大吸收系数； 0，0—中心频率或波长(由原子能级决定)； ，—谱线轮廓半宽度（K0/2处的宽度）；
电流越大，光强越大，但过大则谱线变宽且强度不稳定；充入低压惰性气 体可防止与元素反应并减小碰撞变宽。 问题：为什么HCL会产生低背景的锐线光源？ 答：低压－原子密度低，Lorentz Broadening小；小电流－温度低Doppler Broadening 小，故产生锐线光源！惰性气体难于激发且谱线相对简单——低背景。
K0
1
D
ln 2 e2 mc
N0 f
1
D
ln 2 e2 (c) f mc
A KcL
上式表明，当用锐线光源作原子吸收测定时，所得A与原子蒸气中待测元素的基态 原子数成正比。
第15页，共54页。
3. 锐线光源 根据Walsh的两点假设，发射线必须是“锐线”（半宽度很小的谱线）。
发射线
吸收线
I
形式，其高度和角度可调（让光通过火焰适宜的部位并有最

第1-1章 光的吸收和发射

第1-1章 光的吸收和发射
这些驻波称为腔模，并满足边界 电场的切向分量为零的条件：
——E与K垂直，横波 对于每一个 有两个独立的偏振方向 即，每组确定的（n1，n2，n3）表示两个腔模
m （最高频率）
模式数目:
N (m )

2 1 8
4
3
( Lm c
)3

1 3
L3m3 2c3
1/8球
在一定频率范围内，单 位体积的模数:
如，通过测量吸收或发射谱线的强度，可以给出宇宙中恒 星气体或星际空间中元素的浓度；比较同一元素、不同谱 线的强度，可以给出热平衡条件下，辐射物体的温度等。
1、自发发射（spontaneous emission）
一个分子由激发态Ei跃迁到低能级态Ek的自发辐射跃迁几率为
dPiks dt

Aik
总跃迁几率 Ai Aik
k
dt时间后，Ei能级减少的粒子数为
dNi Ai Nidt
积分得
Ni
(t)

N e Ait i0
能级Ei的平均自发寿命： i

1 Ai
Ni个分子在跃迁中发射的功率为，
dWik / dt Nih ik Aik
2、碰撞感生无辐射跃迁 collison-induced radiationless transitions
N m gn exp( m n )
Nn gm
kBT
√ 较高能级m上的原子数总是小于较低能级n上的原子数；
√ 如果m和n能量间隔很大，激发态m上的布居可以少到可以忽略。
2、爱因斯坦跃迁几率
自发辐射：处于激发态的原子在没有外界的 E2 , N2
影响下，以辐射的方式返回基态的过程

光谱原子吸收发射PPT演示文稿


火花
低
瞬间10000
好
金属与合金、难激发 元素的定量分析
ICP
很高
6000～8000
溶液的定量分析
最好
几种光源的比较
•36
（4） 电感耦合高频等离子体光源（inductive coupled high frequency plasma, ICP）
等离子体是一种由自 由电子、离子、中性原 子与分子所组成的，在 总体上呈电中性的气体。
1 光谱定性分析
由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发 作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱。
光谱定性分析一般多采用摄谱法。试样中所含 元素只要达到一定的含量，都可以有谱线摄谱在感 光板上。摄谱法操作简单，价格便宜，快速，在几 小时内可将含有的数十种元素定性检出。它是目前 进行元素定性检出的最好方法。
•20
3.试样装置
光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池
紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法： 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 （2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态→ 原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰； 详细内容在相关章节中介绍。
•21
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。
原子光谱是由原子外层或内层电子 能级的变化 产生的，它的表现形式为线光谱。如原子发射光谱
法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）等。
分子光谱是由 分子中电子能级、振动和转动能 级 的变化产生的，表现形式为带光谱。如紫外-可见
分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR）等。
原子发射光谱是线状光谱。 处于高能级的电子经过几个中间能级跃迁
回到原能级，可产生几种不同波长的光， 在光谱中形成几条谱线。一种元素可以产 生不同波长的谱线，它们组成该元素的原 子光谱。 不同元素的电子结构不同，其原子光谱也 不同，具有明显的特征。

光谱分析ppt


第二节 紫外-可见分光光度计
➢ 分光光度计:能从含有各种波长的混合光中将每 一单色光分离出来并测量其强度的仪器。
分析精密度高 测量范围广 分析速度快 样品用量少
➢根据使用的波长范围不同分为紫外光区、可见光区、 红外光区以及万用（全波段）分光光度计等。
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
☺ 发射光谱分析方法就是根 据每种元素特有的线光谱 来识别或检查各种元素。
线状光谱 由原子或 离子被激 发而发射
发 射 光 谱
带状光谱 由分子被 激发而发
射
连续光谱 由炙热的 固体或液 体所发射
二、光谱分析技术的分类
分子光谱 光谱技术
原子光谱
分子吸收法: 可见与紫外分光光度法、红外光谱法 分子发射法: 分子荧光光度法 原子吸收法：原子吸收法 原子发射法：发射光谱分析法、原子荧光法等
（五）其它因素的影响
吸光度读数刻度误差、仪器安装环境（如振动、温度 变化）、化学因素（如荧光、溶剂效应等）等也可影 响捡测结果的准确度。
三、紫外-可见分光光度计的类型
☺ 按其光学系统分可分为 单波长分光光度计 单光束单波长分光光度计 双光束单波长分光光度计 双波长分光光度计
➢ 单波长单光束分光光度计特点
①单光束光路，从光源到试样至接收器只有一个光通道； ②仪器只有一个色散元件，工作波长范围较窄； ③通常采用直接接收放大显示的简单电子系统，用电表或 数字显示； ④结构简单、附件少、功能范围小，不能做特殊试样如浑 浊样品、不透明样品等的测定。
检测准确性不够稳定，不能用于精密分析。
单波长单光束分光光度计
光深入到物体内部，将物体内部原子中的一部分束缚电 子激发成自由电子，但这些电子并不逸出物体，而是留 在物体内部从而使物体导电性增强，称为内光电效应。 利用内光电效应可制成光敏电阻、光敏二极管以及光电 池。

第6章电子吸收光谱-57页PPT资料

物质发射出来的某些波长所构成的光谱，称为发 射光谱(emission spectrum)。例如霓虹灯发光气 体(稀有气体)发出的特征光所构成的光谱。吸收光 谱包括可见、紫外、红外、原子吸收光谱；发射光 谱有原子发射光谱和分子发射光谱（如荧光光谱） 两类。
3）分子吸收光谱与原子光谱的特点
原子光谱不涉及振动，所以通常为线状光谱；
J= L + S
J= L+S, L+S-1, L+S-2, ···|L - S|. 这时，我们便得光谱支项 2S+1LJ
对于重原子，例如 4d, 5d 和 4f 金属离子, 单个电 子的自旋和轨道角动量之间强烈地耦合在一起，产 生被称作自旋－轨道耦合的磁相互作用。
因此，对于Z> 30的重金属离子，我们可以采用 j-j 耦合法推求光谱项:
§6-2 自由金属离子的电子状态
1.自由金属离子的微观态和光谱项
某一给定组态中，电子对轨道的各种占据方式叫做 该组态的微观态。
例如, 2p2 组态的一种微观态就是 (1+, 1-), (ml= +1, ms = +1/2, and ml= +1, ms= -1/2); 另一种微观态是 (-1+, 0+), (ml= -1, ms = +1/2, and ml= 0, ms= +1/2), 一 共有: (6×5)/2 = 15 种微观态.
2). 对于给定的自旋多重度(2S＋1)值，L值越大， 能量越低；
3). 对于自旋多重度（2S＋1）值和 L值相同的光 谱支项，
对于半满前的组态, J值越小,能量越低；对于半 满后的组态， J值越大,能量越低，例如,
对 d1, d9 d2,d8 d3,d7 d4,d6

第七章 第八章原子发射和吸收光谱


原子发射光谱分析的特点
(4) 检出限低。一般光源可达10～0.1μg﹒g-1（或μg﹒cm-3），绝
对值可达1～0.01μg。电感耦合高频等离子体（ICP）检出限可
达ng﹒g-1级。 (5) 准确度较高。一般光源相对误差约为5％～10％，ICP相对误 差可达1％以下。 (6) 试样消耗少。
(7) ICP光源校准曲线线性范围宽可达4～6个数量级。这样可测
特征谱线
{ 强度I：
波长λ：定性分析 定量分析
影响谱线强度：
（1）激发电位---谱线强度与激发电位是负指数关系， 激发电位愈高，谱线强度愈小，因为激发电位愈高， 处在相应激发态的原子数目愈少。
（2）跃迁概率---电子从高能级向低能级跃迁时，在 符合选择定则的情况下，可向不同的低能级跃迁而 发射出不同频率的谱线；两能级之间的跃迁概率愈 大，该频率谱线强度愈大。所以，谱线强度与跃迁 概率成正比。
扰的最后线与灵敏线。
元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振 线----灵敏线 样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观 察到的几条谱线(也是该元素的最灵敏线)----最后线
谱线的自吸和自蚀
自吸：原子在高温发射某一波长的辐射，被处在边 缘低温状态的同种原子所吸收的现象。
元素浓度高自吸严重时将谱线中心完全吸收--自蚀。
8-2 原子吸收光谱分析基本原理
• 原子吸收光谱的产生
样品转化为原子蒸气后，绝大部分处于基 态，光源发射的共振发射线通过原子蒸气，其 入射光强度为I0，产生共振吸收，透射光的 强度I与电磁辐射通过原子蒸气的宽度（即火 焰的宽度）L的关系(同有色溶液吸收电磁辐射 的情况完全类似)服从吸收定律。
共振线与吸收线
定元素各种不同含量（高、中、微含量）。一个试样同时进行 多元素分析，又可测定各种不同含量。
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非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定 电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性 质变化的分析方法
分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法
➢ 按能量交换方向分 吸收光谱法
发射光谱法
➢ 按作用结果不同分 原子光谱→线状光谱
分子光谱→带状光谱 区别：
➢ 光谱法：内部能级发生变化
原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁
光源是提供足够的能量使试样蒸发、原子 化、激发，产生光谱。
目前常用的光源有高温火焰、直流电弧 (DC arc)、交流电弧(AC arc)、电火花(electric spark)及电感耦合高频等离子体（ICP）。
1. 直流电弧
直流电弧的最大优点是电极头温度相对 比较高（4000至7000K，与其它光源比），蒸发 能力强、绝对灵敏度高、背景小；缺点是放电 不稳定，且弧较厚，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。
分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁
➢ 非光谱法：内部能级不发生变化
仅测定电磁辐射性质改变
3
三、发射光谱与吸收光谱
M * 发光释放能量 M h
激发态
基态 光
发射光谱
✓例：γ-射线；x-射线；荧光
M h 吸收辐射能量 M *
基态 光
激发态
吸收光谱
✓例：原子吸收光谱，分子吸收光谱
4
5
激发电位(Excitation potential)
谱线强度与激发电位成负指数关系。在温度一 定时，激发电位越高，处于该能量状态的原子数越少， 谱线强度越小。激发电位最低的共振线通常是强度最 大的线。
激发温度(Excitation temperature)
温度升高，谱线强度增大。但温度升高，电离
的原子数目也会增多，而相应的原子数减少，致使原
离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱。由于离 子和原子具有不同的能级，所以离子发射的光谱与原子发射的光 谱不一样。每一条离子线都有其激发电位。这些离子线的激发电 位大小与电离电位高低无关
7
在原子谱线表中，罗马数Ⅰ表示中性原子发射光谱的
谱线，Ⅱ表示一次电离离子发射的谱线，Ⅲ表示二次
电离离子发射的谱线例如Mg Ⅰ285.21nm为原子线， MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。
E h h c
3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。1
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
高能辐射区 γ射线 χ射线
光学光谱区 紫外光 可见光 红外光
波谱区 微波 无线电波
能量最高，来源于核能级跃迁
波长
来自内层电子能级的跃迁
来自原子和分子外层电子能级的跃迁
来自分子振动和转动能级的跃迁
射光谱法有许多技术，我们仅讨论常规的方法：用火焰、
电弧、等离子炬等作为激发源，使被测物质原子化并激
发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐
射，利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光
谱分析法，波长范围一般在190~900nm。
6
一般情况下，原子处于基态，在激发光源作用下，原子获 得能量，外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态 ，约经 10-8 s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能 量的发射可得到一条光谱线。
原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要的能 量称为激发电位(Excitation potential)。 原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位。由激发态 向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。共振线 具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。
10
1，无自吸； 2，自吸； 3，自蚀
11
§7-3 原子发射光谱分析仪器
用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐射 强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度 计。
光谱仪或分光光度计一般包括五个基本 单元：光源、单色器、样品容器、检测器和读 出器件。
发射光谱仪结构示意图
12
一、光源(Light source)：
来自分子转动能级及电子自旋长
二、光学分析法及其分类
光学分析法可分为：Spectrometric method 和non-spectrometric method两大类。
光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质 内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸 收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。AE、AA2
§7-2 原子发射光谱分析原理
一、原子发射光谱的产生
物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过 程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态 过渡到低能态或基态时产生发射光谱。
M* M + hv 通过测量物质的激发态原子发射光谱线的波长和强 度进行定性和定量分析的方法叫发射光谱分析法。
根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发
第七章 原子发射光谱分析
(Atomic Emission Spectrometry, AES)
§7-1 光学分析概述 一、电磁辐射和电磁波谱
1．电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空 间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它 是检测物质内在微观信息的最佳信使。
2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交 换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式：
子谱线强度减弱，离子的谱线强度增大。
8
二、热平衡态与原子布居数目 玻尔兹曼关系式：
此关系式表明激发温度越高、元素的激发 电位越低，则原子光谱线就越强；且特征发射 光谱线的强度与基态原子浓度呈正比关系。
9
三、谱线的自吸与自蚀(self-absorption and
self-reversal of spectral lines) 在一般光源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有 一定的厚度，弧焰中心a的温度最高，边缘b的温度较 低。由弧焰中心发射出来的辐射光，必须通过整个弧 焰才能射出，由于弧层边缘的温度较低，因而这里处 于基态的同类原子较多。这些低能态的同类原子能吸 收高能态原子发射出来的光而产生吸收光谱。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。当自吸现象非常严重时，谱线中心的辐 射将完全被吸收，这种现象称为自蚀。