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原子发射光谱分析基本原理

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原子发射光谱分析法

原子发射光谱分析法
原子发射光谱仪通常由三部分构成： 光源、分光、检测
二、火焰光度计
利用火焰作为激发光源，仪器装置简单，稳定性高。该仪器通常采用滤光片、光电池检测器等元件，价格低廉，又称火焰光度计。
常用于碱金属、钙等谱线简单的几种元素的测定，在硅酸盐、血浆等样品的分析中应用较多。对钠、钾测定困难，仪器的选择性差。
缺点： 弧光不稳，再现性差； 不适合定量分析。
2. 低压交流电弧
工作电压：110～220 V。 采用高频引燃装置点燃电弧，在每一交流半周时引燃一次，保持电弧不灭；
工作原理
（1）接通电源，由变压器B1升压至2.5～3kV，电容器C1充电；达到一定值时，放电盘G1击穿；G1-C1-L1构成振荡回路，产生高频振荡； （2）振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器C2将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电；
二、原子发射光谱的产生
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）；
特征辐射
基态元素M
激发态M*
热能、电能
E
原子的共振线与离子的电离线
原子由第一激发态到基态的跃迁： 第一共振线，最易发生，能量最小； 原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一个电子，一次电离。（二次电离） 离子外层电子跃迁时发射的谱线称为离子线，每条离子线都具有相应的激发电位，其大小与电离电位大小无关。 原子谱线表：I 表示原子发射的谱线； 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； Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm；
1. 直流电弧 直流电作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A； 两支石墨电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内； 使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通电，电极尖端被烧热，点燃电弧，再使电极相距4 ～ 6mm

原子发射光谱分析基本原理

原子发射光谱分析基本原理

组成
• 光源 • 样品室 • 分光器 • 检测器
工作原理
光源激发样品，样品产生特定光谱线，经过分光器 分离并检测到光强度，然后分析得到样品组成。
光源的选择和调节
1 选择
根据需要的波长范围和光强度选择适合的光源类型，如灯丝和镧系灯。
2 调节
根据样品的需求和分析要求，调节光源的电流和功率，以及光源和样品的距离。
原子发射光谱分析基本原 理
原子发射光谱分析是一种基于原子的能级跃迁和光谱特征的分析方法。本文 将介绍其原理、仪器、样品处理方法、应用范围以及未来的改进方向。
什么是原子发射光谱分析
原子发射光谱分析是一种通过检测原子激发态和基态之间的能级跃迁所产生 的特定光谱线来分析样品组成的方法。
原子的能级和电子结构简介
原子的能级是电子在原子内的特定能量状态，电子结构是描述电子在不同能 级上分布的方式。
原子光谱的种类及区别
原子发射光谱
分析样品中出射的光的波长和强度，用于定性和定量分析。
原子吸收光谱
测量样品吸收入射光的波长和强度，用于定量分析。
原子荧光光谱
测量样品返回的荧光光的波长和强度，用于元素分析。
光谱仪的组成和工作原理
标准品的制备和选择
标准品的制备要求纯度高且与待测样品相似，制备方法包括化学纯化、物理 纯化和稀释。选择标准品要考虑其适用范围和可信度。
样品的处理方法
1 前处理
2 样品溶解
去除样品中的杂质和干扰物。
将样品溶解在适当的溶剂中进行测量和分析，得出样品中各元素的含量和相对比例。

原子发射光谱分析基本原理

原子发射光谱分析基本原理

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。

原子发射光谱分析概述、基本原理和定性定量分析方法

原子发射光谱分析概述、基本原理和定性定量分析方法
节重点介绍光源、相板检测器及相关特性。
物镜
准直镜
反射镜 入射狭缝
光栅 转台
AES仪器略图
光源
一 、AES光源 1. 光源种类及特点
光源
经典光源 现代光源
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
d) 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)； e)e) 激发温度 T； f)f) 基态原子数 N0 或浓度 c； g) 前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数 、外层电子、轨道状态等。 h) 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！
5.3 AES仪器 AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2击穿 高压高频振荡 引燃分析 间隙（L2-C2-G2）;
G 被击穿瞬间，低压电流使 G2 放电（通过R1和电流表） 电弧； 不断引燃 电弧不灭。
5由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析定性原理
原子发射光谱分析 概述、基本原理和 定性定量分析方法
5.1 概述 5.2 基本原理 5.3 AES 仪器 5.4 定性定量分析方法
1）分析对象为大多数金属原子； 2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）； 3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。
E = E2-E1 = h =hc/
高能态E2）
2. 几个概念 激发电位(Excited potential)：由低能态--高能态所需要的

原子发射光谱的原理

原子发射光谱的原理

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。

(仪器分析)11.1原子发射光谱分析法

(仪器分析)11.1原子发射光谱分析法

11.1.3 原子发射光谱分析的应用
1. 元素的分析线、最后线、灵敏线
分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几 条特征谱线检验，称其为分析线； 最后线：浓度减小，谱线强度减小，最后消失的谱线； 灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素有一条 或几条谱线最强的线，即灵敏线。最后线也是最灵敏线； 共振线：由第一激发态回到基态所产生的谱线；通常也是 最灵敏线、最后线。
nmgmex pE(m/kT)
N
Z
2020/10/24
nmgmex pE(m/kT)
N
Z
Z 为温度 T 的函数，分析中的温度通常在2000～7000 K ，Z 变化很小，谱线强度为
I hc4g πm Z AN exE pm(/kT )
式中：Φ 是考虑在 4 球面角度上发射各向同性的常数。 Z 可视为常数，对于某待测元素，选定分析线后，T一定
2020/10/24
原子发射光谱分析法的特点:
(1) 可多元素同时检测:发射各自的特征光谱； (2) 分析速度快:试样不需处理，同时对几十种元素进行定 量分析。 (3) 选择性高 各元素具有不同的特征光谱； (4) 检出限较低：10～0.1gg-1(一般)； ngg-1(ICP）。 (5) 准确度较高：5%～10% (一般光源)；<1% (ICP) 。 (6) ICP-AES性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中 、低不同含量试样。 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
常见光源的种类和特点是什么？
2020/10/24
（1）直流电弧
电弧是指在两个电极间施加高电流密度和低燃点电压 的稳定放电。
石墨电极，试样放置凹槽内。试样量10～20mg。
两电极接触通电后，尖端被烧热，点 燃电弧，再使电极相距4 ～ 6mm。

等离子体-原子发射光谱分析

等离子体-原子发射光谱分析
特征谱线检验，称其为分析线。一般是灵敏线或最后线。
自吸:由弧焰中心发射出来的辐射光，被外围 的基态原子所吸收，从而降低了谱线的强度。 此现象叫自吸。
自蚀：自吸严重时，中心部分的谱线 这个现象叫自蚀 。
将被吸收
很多，从而使原来的一条谱线分裂成两条谱线，
2. 定性方法 标准试样光谱比较法
铁光谱比较法：最常用的方法，以铁谱作为标准(波长标尺)。
I1 = a1 c1b1
I2 = a2 c2b2 相对强度 R = I1/I2 = A c1b1
lgR=b1lgc+lgA
A为其他三项合并后的常数项，内标法定量的基本关系式。
内标元素及内标线的选择原则： 内标元素 1）外加内标元素在分析试样品中应不存在或含量极微；如样 品基体元素的含量较稳时，亦可用该基体元素作内标。 2）内标元素与待测元素应有相近的特性（蒸发特性）。 3）同族元素，具相近的电离能。 内标线 1）激发能应尽量相近的分析线对，不可选一离子线和一原 子线作为分析线对（温度T对两种线的强度影响相反）； 2）所选线对的波长及强度接近； 3）无自吸现象且不受其它元素干扰；
六、 原子发射光谱分析法特点与应用
1. 特点 优点： (1)可多元素同时检测 (2)分析速度快
(3)选择性高
(4)检出限较低 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (5)准确度较高 相对误差 5%～10% (一般光源）； <1% (ICP)
缺点：影响谱线强度的因素较多；含量（浓度）较大时，准
几个概念 激发电位（或激发能）：原子由基态跃迁到激发态时 所需要的能量 。 电离：当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子 核的束缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。 一级电离电位：原子失去一个电子成为离子时所需要的 能量称为一级电离电位。

原子发射光谱的分析基本原理

原子发射光谱的分析基本原理

应用案例和实验结果
元素分析
使用原子发射光谱技术对不同 样品中的元素进行分析，例如 水、土壤和金属合金。
环境监测
质量控制
检测大气中的重金属和污染物， 以实时监测环境质量。
在制药和食品行业中使用原子 发射光谱技术进行产品质量控 制和合规性检查。
选择合适的光源和谱线
1 光源选择
2 谱线选择
3 光谱范围
根据要分析的元素选择 适合的光标元素的能级结 构，选择具有明确且强 度适中的谱线。
确定测量的光谱范围， 以确保目标元素的谱线 能够完全包含在内。
标定和校准
为了获得准确的分析结果，必须进行标定和校准。标定使用已知浓度的标准溶液，而校准使用一系列浓 度不同的标准溶液，以建立浓度和信号强度之间的关系。
光源和谱线选择
2
选择合适的光源和谱线，以使目标元
素能够发射明确的光谱线。
3
数据分析
4
对测量得到的光谱数据进行分析和解 释，以得出样品中元素的含量和分布。
样品制备
准备样品并将其转化为气态、溶液或 固态形式，以便于进一步的处理和测 量。
光谱测量
使用光谱仪器测量样品发射的光谱， 并记录光谱线的波长和强度。
检测大气、水体和土壤中的污染物，以保护环境和人类健康。
食品安全
检测食品中的重金属和其他有害物质，确保食品的安全和质量。
原子发射光谱的基本原理
1 激发和跃迁
通过能量输入将原子激发到高能级，然后跃迁回基态时会发射特定频率的光。
2 能级结构
每个元素都有独特的能级结构，导致它们发射特定的光谱线。
3 谱线特征
原子发射光谱的分析基本 原理
原子发射光谱是一种重要的光谱分析技术，它通过观察物质发射的光谱来获 取元素的信息。了解这个基本原理可以帮助我们在许多领域中应用它，例如 化学、材料科学和环境监测。

第二章+原子发射光谱分析法

第二章+原子发射光谱分析法
J 的取值范围： L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
(2) 钠原子的第一激发态 ：(3p)1 n=3 L=l=1 S = 1/2 (2S+1) = 2 J = 3/2，1/2
光谱项：32P
光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2
由于轨道运动和自旋运动的相互作用, 这两个光 谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。
J 的取值范围：
L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
谱线多重性符号：2S+1(M)
钠原子由第一激发态向基态跃迁发射两条谱线
第一激发态光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2 基态光谱项：32S1/2
589.593 nm ，588.996 nm
能量 原子能级图 实际光谱项
主量子数 n: 1,2,3…
电子运动状态的描述
原子轨道描述： n、l、m
角量子数 l : 0,1,2, …n-1 磁量子数 ml(m): l～-l 自旋量子数 ms(s): 1/2
基态Na原子的核外电子排布： (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
单价电子原 子电子能级
5
（二）原子能级和能级图
单、多价电子 原子电子能级
光谱定量公式推导：
激发光源中的电离
气体（等离子体）
离解
MX
M+ X
试样
元素浓度: C
M + e 电离 M+ + 2e
NMX NM NM +
NM = N0 + N2 + ···+ Ni + ···

原子发射光谱分析的基本原理

原子发射光谱分析的基本原理
溶液定量分析
光源特性对比表
3 . 定性及定量分析
定性及定量分析
定性分析 每一种元素的原子都有其特征 光谱：
E = h = hc/
根据特征光谱定性，不仅要给 出哪些元素存在，而且要给出 其大致的含量
定量分析 在条件一定时，谱线强度I与 待测元素含量c关系为：
I=acb
发射光谱分析的基本关系式， 称为塞伯-罗马金公式
适用于固体定量分析
光源
4.电感耦合等离子体，I C P
利用高频磁场原理感应加热使 流经石英管的工作气体电离而 产生的火焰状等离子体
三层同心石 英玻璃管
特点
优点：温度高，惰性气氛，有利于难熔 化合物的分解和元素激发，有很高的灵 敏度和稳定性，具有“趋肤效应” ，有 效消除自吸现象。 缺点：非金属测定的灵敏度低
基态原子 高能态E2）
E = E2 - E1 = h =hc /
普朗克定律
2 . 原子发射光谱仪的结构
原子发射光谱仪的构成
分光系统 单色器
光源 原子化和激发 双重功能
观测系统 检测器
光源
光源的种类及特点 经典光源 现代光源
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
光源
1. 直流电弧
在两个石墨电极间施加高电流密 度和低燃点电压的稳定放电形成 电弧，激发样品
特点
弧焰温度可达4000～7000K ，能使约 70多种元素激发。 优点：绝对灵敏度高，背景小，适合固 体定性分析。 缺点：弧光不稳，再现性差，易发生自 吸现象。
不适合定量分析
光源
2. 低压交流电弧
工作电压为110～220 V。每一交 流半周时引燃一次，保持电弧不 灭

原子发射光谱法

原子发射光谱法
灵敏线 是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是 共振线。
最后线 是指当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。
谱线强度
I = A CB
赛伯－罗马金公式
影响谱线强度的因素：
激发电位 统计权重 原子密度
跃迁几率 光源温度 其他因素
仪器
光源
单色器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测器 检测
围要大，对于ICP而言准确性也较高。有些元素原子吸收是无 法测定的，但发射可测，如P、S 等；（3）AAS比较普遍，其
价格相对AES便宜，操作也比较简单。
AES理论基础
❖ 原子结构及原子光谱的产生 ❖ 原子的激发和电离 ❖ 谱线强度
原子结构及原子光谱的产生
❖ 原子结构 ❖ 原子光谱的产生
原子结构及原子光谱的产生
激发光源。 ❖ 在一定频率的外部辐射光能激发下，原子的外层电子在由一个
较低能态跃迁到一个较高能态的过程中产生的光谱就是原子吸
收光谱 （AAS)。 ❖ （1）一般来说AES在多元素测定能力上优于AAS，但是AES在
操作上比AAS来的复杂；还有就是AES由谱线重叠引起的光谱
干扰较严重，而AAS就小的多 ；（2）原子发射比吸收测定范
AES的发展简史
❖ 定量分析阶段 20世纪30年代，罗马金(Lomakin)和赛伯(Scheibe) 通过实验方法建立了谱线强度(I)与分析物浓度(c) 之间的经验式--- I = A CB 从而建立了AES的定量分析法。
❖ 等离子光谱技术时代
20世纪60年代，电感耦合等离子体(ICP)光源的 引入，大大推动了AES的发展。
激发光源
激发光源的作用及理想光源 光源 光源选择

原子发射光谱分析基本原理

原子发射光谱分析基本原理

原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析（Atomic Emission Spectroscopy，简称AES）基本原理是利用原子在受激光、电弧等能量源作用下，从低能级跃迁到高能级，再由高能级返回低能级时发射光线的特性，来研究和分析各元素的组成和含量。

下面将详细介绍AES的基本原理。

1.激发和激光源：激发是令原子从基态跃迁到激发态所受到的能量刺激，常见的激发方式有电弧、火焰和激光。

其中，激光是最常用的激发源，其具有单色性、高亮度和空间一性等优点，可以选择激发特定的原子或分子。

2.激发态原子：原子经过能量激发后，电子由低能级跃迁到高能级。

高能级的原子是不稳定的，会通过退激发（即从高能级发射光子返回低能级）的方式来重新恢复到基态。

这个时间通常很短，大约在纳秒级别。

3.跃迁和能级：原子从一个能级跃迁到另一个能级时，会发射或吸收一定频率的光子。

这些能级间的跃迁是由原子的电子转移引起的，每个原子有特定的能级结构。

不同元素具有不同的能级结构，因此会发射出不同波长的光谱线。

4.光谱仪：光谱仪是用来观测和测量原子发射光谱的仪器。

光谱仪包括光源、衍射装置和检测器。

当原子发射光谱经过衍射装置时，会发生衍射现象，使得不同波长的光线发生偏折，最终通过检测器进行测量和记录。

5.光谱线特性：每个元素在发射光谱中都有特定的光谱线，即特定波长的光线。

这些光谱线的强度和波长与元素的组成和含量有关。

通过测量光谱线的强度，可以计算出样品中元素的相对含量。

总而言之，原子发射光谱分析是利用原子在激发态和基态之间跃迁所发射的特定波长光线，通过测量光谱线的强度和波长，来研究和分析样品中不同元素的组成和含量。

这在材料科学、地球科学和生命科学等领域具有广泛的应用。

《现代仪器分析教学》3.原子发射光谱分析法

《现代仪器分析教学》3.原子发射光谱分析法
整理课件
2、光谱定量分析
(1) 发射光谱定量分析的基本关系式
在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为： I=ac
a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱 中存在着自吸现象，需要引入自吸常数 b ，则：
I acb
（自吸：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整理）课件
3.激发电位：原子中的电子从基态跃迁至激发态所需的 能量称为激发电位。
整理课件
4、原子发射光谱的产生：气态原子或离子的核外层电 子当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发 态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速回 到低能态时，就要释放出能量，若以电磁辐射的形式
释放能量，即得到原子发射光谱。
（quantitative spectrometric analysis）
1.光谱半定量分析
与目视比色法相似；测量试样中元素的大致浓度范 围；
谱线强度比较法：将被测元素配制成质量分数分别 为1%,0.1%,0.01%,0.001%四个标准。将配好的标样 与试样同时摄谱，并控制相同条件。在摄得的谱线 上查出试样中被测元素的灵敏线，根据被测元素的 灵敏线的黑度和标准试样中该谱线的黑度，用目视 进行比较。
2）光栅摄谱仪
光栅摄谱仪采用衍射光栅代替棱镜作为色散元件。 特点：适用波长范围广，色散和分辨能力大
整理课件
3.4 发射光谱分析的应用
3.4.1 光谱定性分析
1、定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同 →特征光谱 2、定性分析基本概念 分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其 中几条特征谱线检验，称其为分析线； 最后线：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的 谱线；

原子发射光谱原理

原子发射光谱原理

原子发射光谱原理
原子发射光谱是物理学研究中的一个重要分支，它通过研究原子在受激激发后发射出的光谱来了解原子的结构和性质。

原子发射光谱的实验基于以下几个原理：
1. 原子能级：原子中的电子存在不同能级，当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或者发射能量。

原子发射光谱通过研究不同能级间的跃迁来确定原子的能级结构。

2. 激发和激发源：为了使原子跃迁到较高能级，我们需要提供足够的能量来激发原子。

常用的激发源包括高温、高压和电磁辐射等。

例如，将气体放电产生等离子体，通过碰撞激发气体中的原子使其跃迁到激发态。

3. 光的发射：当原子从激发态退回到低能级时，会发射出能量等于跃迁能级差的光子。

这些发射的光子组成了原子发射光谱。

4. 光谱分析：经过准确的测量和分析，我们可以获得原子发射光谱中的特征谱线。

这些谱线的波长或频率与原子的能级差密切相关，因此可以用来确定原子的结构和特性。

原子发射光谱广泛应用于化学、物理、天文学等领域。

通过分析光谱，我们可以研究原子的能级结构、同位素的分离和测量、元素的定性分析以及识别天体中的化学成分等。

此外，原子发射光谱也是化学分析和材料研究中常用的分析工具，可以检测和分析样品中的各种元素及其含量。

它不仅具有高灵敏度和高选择性，而且具有非破坏性和快速分析的特点。

总而言之，原子发射光谱是通过研究原子在激发态与基态之间跃迁发射出的光谱来了解原子的能级结构和性质的一门科学。

通过对原子发射光谱的研究，我们可以深入了解物质的微观结构，促进科学技术的发展和应用。

仪器分析教案第四章原子发射光谱1

仪器分析教案第四章原子发射光谱1

21:01:57
（4）投影系统：感光板或光电倍增管。
作用：使经过色散后不同波长的单色平行光束聚焦 在感光板上，形成按波长顺序排列的狭缝像——光 谱，或变成电信号进行记录。
21:01:57
三、检测器 按接受光辐射的方式分类，常用的检测方法有： 目视法、摄谱法和光电法 A.目视法→看谱仪；可见光谱区，钢铁及冶金现 场分析。 B.摄谱法 →摄谱仪；感光板作检测器。
The rationale of Atomic emission spectrum
三、原子发射光谱分析的 一般步骤
The process of Atomic emission spectrum analysis
21:01:57
第一节
原子发射光谱的基本原理
激发态
1.原子发射光谱
定义：原子发射光谱分
析(AES)是根据原子所发射
体炬管、雾化器三部分组成。
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高频磁场→感应线圈产生电火花触发少 量气体产生电离→带电粒子在高频交变电场 的作用下高速运动→碰撞气体原子→迅速、 大量电离→产生一股垂直于管轴方向的环形 涡电流→形成几百安的感应电流→瞬间就将 气体加热到近10000K的高温→在管口形成一 个火炬状的稳定的等离子体→试样由焰炬内 管喷射到等离子体内进行蒸发、原子化和激 发。
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Ⅰ主要部件：四部分组成
（1）照明系统：由透镜组成。一个或三个。
作用：使光源发射的辐射均匀地照明人射狭缝，使 感光板所得的谱线每部分都很均匀。
（2）准光系统：包括入射狭缝和准直镜。 作用：把入射光变成平行光束照射到棱镜上。 （3）色散系统：由一个或多个棱镜或光栅组成。 作用：使通过的复合光，成为按一定波长顺序排列 的单色平行光束。

仪器分析原子发射光谱法

仪器分析原子发射光谱法

△E = E2-E1 = hυ= hc/λ Na (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1, 3p1、3d1、4s1、4p1、4d1、4f1、 ……
每一条发射谱线的波长取决于跃迁前后两个能级（E2， E1）的差。由于各种元素的原子具有不同的核外电子结构， 根据光谱选律，特定元素的原子可产生一系列不同波长的特 征光谱（组）。原子的能级是量子化的，原子光谱是线状光 谱。通过光谱的辨认和谱线强度的测量可进行元素的定性、 定量分析，这就是原子发射光谱法（AES）。
原子光谱是原子外层电子在不同能级间跃迁的结果。在量 子力学中，电子的运动状态可用四个量子数, 即主量子数n、 角量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms来描述。
主量子数n表示核外电子离核的远近，n值越大，电子的能 量越高，电子离核越远。n值取为1，2，3，…任意正整数。
角量子数l 表示电子在空间不同角度出现的几率，即电子云 的形状，也代表电子绕核运动的角动量。 l 取小于n的整数， 0，1，2，…，n-1。相对应的符号是什么？
在n、L、S、J四个量子数中，n、L、S 确定后，原子 的能级也就基本确定了，所以根据n、L、S 三个量子数 就可以得出描述原子能级的光谱项：
n2S+1L
式中2S+1叫做谱项的多重性。在L≥S 时，2S+1就是内 量子数J可取值的数目，也就是同一光谱项中包含的J 值相同、能量相近的能量状态数。习惯上将多重性为1、 2、3的光谱项分别称作单重态、双重态和三重态。把J 值不同的光谱项称为光谱支项。用下式表示：
1、光源 将试样中的元素转变为原子（或离子） 的过程称为原子化。原子化、激发和发射是在 光源中进行的。
原子发射光谱分析使用的仪器设备主要包括 激发光源和光谱仪两个部分。
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二、光谱仪
spectrophotometer
1. 棱镜摄谱仪 2、光栅摄谱仪 3、光电直读光谱仪
原子发射光谱仪通常由三部分构成： 光源、分光系统、检测系统；
热能、电能、光能
基态元素M E
激发态M*
特征辐射
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• 一．激发光源的作用
• 1、 激发光源对试样有两个方面的作用: ①蒸发——首先，把试样中的被测组份蒸发成气态原子。 ②激发——试样被蒸发后，气态原子被激发，使之产生特征
• C大到一定程度，自吸现 象严重，谱线从中央一分 为二，称为谱线自蚀。
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（2）交流电弧 特点：电弧温度高，激发能力强；
电极温度低，蒸发能力稍低 电弧稳定性好，使分析重现性好，适用于定量分析。 适用于金属、合金中低含量元素的定量分析
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2、高压火花光源 spark
火花特点：1）放电稳定，分析重现性好； 2）放电间隙长，电极温度（蒸发温度）低，检出限低( 不适于定性分析），多适于分析易熔金属、合金样品及 高含量元素（因为灵敏度差）分析； 3）激发温度高（瞬间可达10000 K）适于难激发元素分 析。
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二、 发射光谱分析的基本过程
• 分析步骤：
激发光源
激
被测物 蒸发,
产生辐射
解
分
光谱
发
离, 激发
光
λ定性
检测器
I 定量
热能、电能、光能
基态M
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E
激发态M*
特征辐射
三、原子发射光谱分析法的特点
(1)可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征光谱； (2)分析速度快 试样不需处理，同时对几十种元素进行定
Ca（Ⅱ）396.9 nm
Ca（Ⅲ）376.2 nm
离子线和原子线都是元素的特征光谱—称原子光谱
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原子发射光谱 分析法
atomic emission spectrometry,AES
第三节 原子发射光谱分析
装置与仪器
device and instrument of AES
一、光源
1、电弧 2、高压火花 3、ICP
非金属元素不能检测或灵敏度低。如惰性气体、卤 素等元素几乎无法分析;仪器设备比较复杂、昂贵。
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四 、 分类
1.
导入
摄谱分析法：试样 →
分光系统 电光源→高能态→低能态
把光分开 感光板
映谱仪（定性分析）
测微光度计（定量分析）
2. 光电直读法：电光源激发，不需经过暗室处理 3. 火焰光度法：火焰为激发光源（碱金属及个别碱土金属）
量分析(光电直读仪)； (3)选择性高 各元素具有不同的特征光谱； (4)检出限较低 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (5)准确度较高 5%～10% (一般光源）； <1% (ICP) ； (6)ICP-AES性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中
低不同含量试样； 缺点：只能用于元素分析，不能确定其存在的状态结构；
（1）直流电弧
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谱线的自吸与自蚀
self-absorption and self reversal
自吸：中心发射的辐射 被边缘的同种基态原子吸收 ，使辐射强度降低的现象。
谱线的自吸不仅影响谱线强度，还影响谱线 形状
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• C小，原子密度低，谱线 不呈现自吸现象。
• C↑，原子密度↑，谱线便 产生自吸现象。
第一节 原子发射光谱分析概述
原子发射光谱分析法
atomic emission spectrometry，AES
第二节 AES的基本原理
第三节 原子发射光谱分析装置
与仪器
第四节 定性、定量分析方法
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发展简史：
1860年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W)研制第 一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验，建立了定性分 析的基础； 1930年以后，罗马金和赛伯提出定量的经验公式，建立了光谱 定量分析方法； 原子光谱 ＜＞ 原子结构 ＜＞ 原子结构理论＜＞ 新元素
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第二节 AES的基本原理
一、原子发射光谱的产生
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到光、电或热 激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征 光谱。
热能、电能、光能
基态元素M
E
激发态M*
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特征辐射
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激发态E*
E
E2
E1
h
h
c
E
hc E
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主要部分： 1）. 高频发生器 ——作用是产生高频电流 2）. 等离子体炬管 三层同心石英玻璃管 3）. 试样雾化器
光谱。 光源通常是决定测定灵敏度、准确度的重要因素
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1. 电弧
电弧点燃后，热电子流高速通过分析 间隔冲击阳极，产生高热（形成阳极斑 ），试样蒸发并原子化，电子与原子碰 撞电离出正离子冲向阴极。电子、原子 、离子间的相互碰撞，使原子跃迁到激 发态。
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基态E0
热能、电能、光能
基态元素M
E
激发态M*
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特征辐射
二、AES中的常用术语
激发电位：excited potential 激发能，由基态跃迁至激发态所 需能量，eV
电离电位： Ionization potential电离能，原子获得足够能量发 生电离所需能量，eV
共振（发射）线：Resonance line由各激发态回到基态所发射 的谱线。
非共振线：激发态与激发态间跃迁发射的谱线。 第一共振线：主共振线，原子由第一激发态跃迁到基态产生的 谱线。最易发生，强度较大；
共振线
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主共振线
非共振线
• 原子线：由原子外层电子受激发产生，以罗马字 母Ⅰ表示
• 离子线：由离子外层电子受激发产生，
一级电离线 Ⅱ，二级电离线 Ⅲ
例：
Ca（Ⅰ）422.67nm
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3、电感耦合等离子体光源
inductive coupled plasma，ICP
等离子体：plasma有一定电离度的气体，由于正、 负电荷的粒子基本相等，整体上呈电中性。
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦 合等离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源 光谱学家法塞尔和格伦菲尔德用于发射光谱分析，建立 了电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES); 70年代获ICP-AES应用广泛。