原子光谱分析法
合集下载
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
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
原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析法
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
原子吸收光谱定量分析方法
原子吸收定量分析方法一、定量分析方法(P145)⑴标准曲线法：配制一系列浓度不同的标准溶液，在相同测定条件下，测定标准系列溶液和待测试样溶液的吸光度，绘制A-c标准曲线，由待测溶液的吸光度值在标准曲线上得到其含量。
(2)标准加入法当试样组成复杂，待测元素含量很低时，应采用标准加入法进行定量分析。
取若干份体积相同的试液(cX)，依次按比例加入不同量的待测物的标准溶液(cO):浓度依次为：cX，cX+cO，cX+2cO，cX+3cO，cX+4cO …分别测得吸光度为：AX ，A1 ，A2 ，A3 ，A4 …直线外推法：以对浓度做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度。
(3)稀释法：⑷内标法：在标准试样和被测试样中，分别加入内标元素，测定分析线和内标线的吸光度比，并以吸光度比与被测元素含量或浓度绘制工作曲线。
内标元素的选择：内标元素与被测元素在试样基体内及在原子化过程中具有相似的物理化学性质，样品中不存在，用色谱纯或者已知含量二、灵敏度和检出限(1)灵敏度1、定义：在一定浓度时，测定值(吸光度)的增量(△ A)与相应的待测元素浓度(或质量)的增量(△ c或A m)的比值(即分析校正曲线的斜率)PS:习惯上用特征浓度和特征质量表征灵敏度2、特征浓度定义：能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量浓度定义为元素的特征浓度3、特征质量定义：能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量定义为元素的特征质量。
(2)检出限定义：适当置信度下，能检测出的待测元素的最低浓度或最低质量。
用接近于空白的溶液，经若干次重复测定所得吸光度的标准偏差的3倍求得。
（3）测定条件的选择1.分析线的选择每种元素都有几条可供选择使用的吸收线。
一般选待测元素的共振线作为分析线，可以得到最好的灵敏度。
在测量高含量元素时，也可选次灵敏线。
2.单色器光谱通带的选择（调节狭缝宽度）光谱通带的选择以排除光谱干扰和具有一定透光强度为原则。
原子光谱分析法及其应用
原子光谱分析法及其应用概述：原子光谱分析法是一种常用的分析技术，通过测量原子在特定能级间的能量差，可以确定样品中元素的种类和含量。
本文将介绍原子光谱分析法的原理、仪器和应用。
一、原子光谱分析法的原理原子光谱分析法基于原子的能级结构和光谱特性。
当原子受到能量激发时，电子会跃迁到更高的能级，并在返回基态时释放出能量。
这些能量以光子的形式发射出来，形成特定波长的光谱线。
每个元素都有独特的能级结构和光谱特性，因此可以通过测量元素发射或吸收的光谱线来确定其存在和含量。
二、原子光谱分析法的仪器1. 原子吸收光谱仪（AAS）：AAS通过测量样品吸收特定波长的光谱线来确定元素含量。
样品先被蒸发成气态，然后通过光谱仪测量吸收光强度。
吸收光强度与元素浓度成正比，通过与标准曲线比较，可以得出样品中元素的含量。
2. 原子发射光谱仪（AES）：AES通过测量元素发射的光谱线来确定其存在和含量。
样品被加热到高温，使元素原子激发到高能级，然后通过光谱仪测量发射的光强度。
发射光强度与元素浓度成正比，通过与标准曲线比较，可以确定样品中元素的含量。
三、原子光谱分析法的应用1. 环境监测：原子光谱分析法可用于检测大气中的重金属污染物，如铅、汞等。
通过分析大气样品中的元素含量，可以评估环境污染程度，并采取相应的措施保护环境。
2. 食品安全：原子光谱分析法可用于检测食品中的有害元素，如铅、镉等。
食品中的有害元素会对人体健康造成危害，通过分析食品样品中的元素含量，可以确保食品的安全性。
3. 医药研究：原子光谱分析法在药物研发和制造过程中起着重要作用。
通过分析药物样品中的元素含量，可以确保药物的质量和纯度，保证其疗效和安全性。
4. 材料分析：原子光谱分析法可用于材料的成分分析和质量控制。
通过分析材料样品中的元素含量，可以确定材料的组成和性质，为材料的制备和应用提供依据。
总结：原子光谱分析法是一种重要的分析技术，广泛应用于环境监测、食品安全、医药研究和材料分析等领域。
(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。
原子发射光谱分析法
（1）样品的组成对分析结果的影响比较显著。因此， 进行定量分析时，常常需要配制一套与试样组成相仿 的标准样品，这就限制了该分析方法的灵敏度、准确 度和分析速度等的提高。
(2）发射光谱法，一般只用于元素分析，而不能用来 确定元素在样品中存在的化合物状态，更不能用来测 定有机化合物的基团；对一些非金属，如惰性气体、 卤素等元素几乎无法分析。
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到外界能量（热能或电能）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）。
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
2020/10/13
特征辐射
激发电位：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)（or激发 能）。
1.玻耳兹曼分布定律 原子由某一激发态 i 向基态或较低能级 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Ni的之
间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei ：为激发能；k为玻耳兹曼常数；T为
Self-absorption and self reversal of spectrum line
2020/10/13
• 定量分析阶段
• 19世纪20年代至50年代，罗马金和赛伯分别提出定 量分析的经验公式，把光谱线强度和物质浓度联系 了起来。
• 罗马金进一步提出了罗马金-赛伯公式的物理意义， 完善了定量分析的基础。使AES成为广泛应用的成 分分析手段。
• 现代阶段
• 开始于20世纪60年代，由于光电谱仪在工业中广泛 应用，Fassel and Greefield 把电感耦合等离子体电 源（ICP）应用于发射光谱的手段，使分析性能有了 显著的提高，成为分析分析中最能用的多元素分析
(2）发射光谱法，一般只用于元素分析，而不能用来 确定元素在样品中存在的化合物状态，更不能用来测 定有机化合物的基团；对一些非金属，如惰性气体、 卤素等元素几乎无法分析。
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到外界能量（热能或电能）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）。
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
2020/10/13
特征辐射
激发电位：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)（or激发 能）。
1.玻耳兹曼分布定律 原子由某一激发态 i 向基态或较低能级 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Ni的之
间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei ：为激发能；k为玻耳兹曼常数；T为
Self-absorption and self reversal of spectrum line
2020/10/13
• 定量分析阶段
• 19世纪20年代至50年代，罗马金和赛伯分别提出定 量分析的经验公式，把光谱线强度和物质浓度联系 了起来。
• 罗马金进一步提出了罗马金-赛伯公式的物理意义， 完善了定量分析的基础。使AES成为广泛应用的成 分分析手段。
• 现代阶段
• 开始于20世纪60年代，由于光电谱仪在工业中广泛 应用，Fassel and Greefield 把电感耦合等离子体电 源（ICP）应用于发射光谱的手段，使分析性能有了 显著的提高，成为分析分析中最能用的多元素分析
第03章 原子吸收光谱分析
7
• 各种元素的基态至第一激发态跃迁最易发生，吸收最强，最灵 敏线——主共振吸收线。 • 各种元素的原子结构和外层电子排布不同，由基态至第一激发 态跃迁吸收能量不同，共振线不同——具有特征性。
• 利用基态的原子蒸气对光源辐射的特征谱线（共振线）的吸收
可以进行定量分析。 • 光谱位于光谱的紫外区和可见区。
• 准确度高，分析速度快；
• 应用广泛。 • 局限：不能对多元素同时测定（需更换光源）、对难 熔元素测定灵敏度和精密度较低、对于成分复杂样品 干扰较严重、对多数非金属元素不能直接测定。
5
元素周期表中可用原子吸收光谱法分析的元素
6
3.2 原子吸收光谱法的基本原理
3.2.1 原子吸收光谱的产生
• 基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态 而产生原子吸收光谱。
收定律，有:
I I 0e
Kvl
• 或
I0 A lg 0.434 K v l I
21
• 采用锐线光源进行测量，则Δv发< < Δv
吸
，在辐射线宽度范围内，Kν可近似
发射线
认为不变，并近似等于峰值时的吸收 系数K0，则：
I0 A lg 0.434 K 0l I
22
• 峰值吸收系数K0与谱线的宽度有关，在通常原子吸收测定条
• 由于原子在空间作无规则热运动所导致的，故也称为热变宽。
2v0 vD c
2(ln 2) RT T 7 7.1610 v0 Ar Ar
• Doppler 变宽随温度升高、谱线频率升高和相对原子质量减小而 变宽。
11
3.压力变宽（ 10-3nm）
• 当原子吸收区气体压力变大时，相互碰撞引起的变宽是 不可忽略的。原子之间的相互碰撞导致能级变化，激发 态原子平均寿命缩短，引起谱线变宽。 • 劳伦兹（Lorentz）变宽：待测元素原子和其他粒子碰撞。
第七章原子吸收光谱分析法
? 由于原子的吸收线比发射线的数目少的多，谱线重叠的概率就小的多，空 心阴极灯一般不发射临近波长的辐射线，因而其他辐射线干扰较小，故原 子吸收法选择性高，干扰小且易于克服。
原子吸收光谱法(也称原子吸收分光光法 )与可 见、紫外分光光度法基本原理相同，都是基于物质 对光选择吸收而建立起来的光学分析法。
2010年1月25日1时53分
组成：阳极（吸气金属）、空心圆筒形（使待测原子集中）阴极（W+ 待测元素）、低压惰性气体（谱线简单、背景小）。
工作过程：高压直流电（300V）---阴极电子---撞击隋性原子---电离(二 次电子维持放电)---正离子---轰击阴极---待测原子溅射----聚集空 心阴极内被激发----待测元素特征共振发射线。
? 自然宽度（约在10-5nm数量级）。
?
?2．多普勒变宽（热变宽）：
? 由于多普勒效应而导致的谱线 变宽。由于原子热运动引起的。 其宽度约为 10-3nm数量级。
?3．压力变宽：由于同类原子或 与其它粒子（分子、原子、离子、 电子等）相互碰撞而造成的吸收 谱线变宽。其宽度也约为 10-3nm 数量级。
区别：在可见、紫外分光光度法中，吸光物质 是溶液中被测物质的分子或离子对光的选择吸收， 原子吸收光谱法吸光物质是待测元素的基态原子对 光的选择吸收，这种光是由待测元素制成的空心阴 极灯(称元素灯)作光源。
原子吸收光谱分析的过程:
A元素含量测定----- A元素的空心阴极灯发射特征辐射 --------试样在原子化器中变为气态的基态原子-------吸收空心 阴极灯发射特征辐射---------空心阴极灯发射特征辐射减弱-----产生吸光度------元素定量分析
钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原子吸收线
原子吸收光谱法(也称原子吸收分光光法 )与可 见、紫外分光光度法基本原理相同，都是基于物质 对光选择吸收而建立起来的光学分析法。
2010年1月25日1时53分
组成：阳极（吸气金属）、空心圆筒形（使待测原子集中）阴极（W+ 待测元素）、低压惰性气体（谱线简单、背景小）。
工作过程：高压直流电（300V）---阴极电子---撞击隋性原子---电离(二 次电子维持放电)---正离子---轰击阴极---待测原子溅射----聚集空 心阴极内被激发----待测元素特征共振发射线。
? 自然宽度（约在10-5nm数量级）。
?
?2．多普勒变宽（热变宽）：
? 由于多普勒效应而导致的谱线 变宽。由于原子热运动引起的。 其宽度约为 10-3nm数量级。
?3．压力变宽：由于同类原子或 与其它粒子（分子、原子、离子、 电子等）相互碰撞而造成的吸收 谱线变宽。其宽度也约为 10-3nm 数量级。
区别：在可见、紫外分光光度法中，吸光物质 是溶液中被测物质的分子或离子对光的选择吸收， 原子吸收光谱法吸光物质是待测元素的基态原子对 光的选择吸收，这种光是由待测元素制成的空心阴 极灯(称元素灯)作光源。
原子吸收光谱分析的过程:
A元素含量测定----- A元素的空心阴极灯发射特征辐射 --------试样在原子化器中变为气态的基态原子-------吸收空心 阴极灯发射特征辐射---------空心阴极灯发射特征辐射减弱-----产生吸光度------元素定量分析
钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原子吸收线
原子发射光谱分析
ICP的分析特点 的分析特点
1. 对大多数元素有高的灵敏度 检测限达 -9－10-11 检测限达10 g·L-1因为温度高（等离子体核处 因为温度高（等离子体核处10000K，中央 ，中央6000－ － 8000K）；惰性气氛，有利于难熔物质分解。 ）；惰性气氛 ）；惰性气氛，有利于难熔物质分解。 2. 测定线性范围宽 因趋肤效应而无自吸现象。 因趋肤效应而无自吸现象 自吸现象。 高频电流密度在导体截面呈不均匀分布， 趋肤效应 高频电流密度在导体截面呈不均匀分布，集 中在导体表层的现象。 中在导体表层的现象。 3. 碱金属电离不造成干扰，因电流密度大。 碱金属电离不造成干扰，因电流密度大。 4. 无电极污染 因是无极放电。 因是无极放电。 5. 耗样量小 载气流速低，试样在中央通道充分激发 载气流速低， 6. 背景干扰小 因工作气体氩气是惰性气体不产生其 它物质。 它物质。
第一共振线 原子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 原子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 最易发生，能量最小，一般是最灵敏线，又叫最后线。 最易发生，能量最小，一般是最灵敏线，又叫最后线。 原子获得足够的能量(电离能)产生电离。 原子获得足够的能量(电离能)产生电离。失去一个电 子形成一级离子，再失去一个电子形成二级离子。 子形成一级离子，再失去一个电子形成二级离子。 离子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 电离线 离子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。与电 离能大小无关，离子的特征共振线。 离能大小无关，离子的特征共振线。 识别元素的特征光谱鉴别元素的存在 定性分析 测定特征谱线的强度测定元素的含量 定量分析
R 镇流电阻 调节 和稳定电流 L 减小电流波动
直流电弧工作原理
电弧点燃后，热电子流高速通过分析间隔冲击阳极， 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，试样蒸发并原子化， 产生高热，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， 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，返回基态时发射出该原子的光谱。 原子跃迁到激发态，返回基态时发射出该原子的光谱。 弧焰温度： 多种元素激发 弧焰温度：4000～7000 K，可使 多种元素激发。 ～ ，可使70多种元素激发。 绝对灵敏度高，背景小，适合定性分析。 特 点：绝对灵敏度高，背景小，适合定性分析。
原子荧光光谱分析法
*
阶跃线荧光：
光照激发，非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回基态；荧光波长小于激发线波长（荧光能量间隔大于激发线能量间隔）；非辐射方式释放能量：碰撞，放热； 光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光，图(c)B、D ；
Cr原子：吸收线359.35nm；再热激发，荧光发射线357.87nm，图(c)B、D
01
If = Ia 在理想情况下：
02
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光程；N为单位体积内的基态原子数；
03
*
三、原子荧光光度计
1．仪器类型
单通道：每次分析一个元素； 多通道：每次可分析多个元素； 色散型：带分光系统； 非色散型：采用滤光器分离分析线和邻近线；
a b c d
*
anti-Stokes荧光：
a b c ห้องสมุดไป่ตู้ d
荧光波长小于激发线波长；先热激发再光照激发(或反之)，再发射荧光直接返回基态；图(d) ； 铟原子：先热激发，再吸收光跃迁451.13nm；发射荧光410.18nm， 图(d)A、C ；
*
直跃线荧光（Stokes荧光）
Pb原子：吸收线283.13 nm；荧光线407.78nm； 同时存在两种形式：
铊原子：吸收线337.6 nm；共振荧光线337.6nm； 直跃线荧光535.0nm；
a b c d
特点：
光源与检测器成一定角度；
*
多道原子荧光仪
多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素
*
2．主要部件
光源：高强度空心阴极灯、无极放电灯、可调频激光器； 可调频激光器：高光强、窄谱线； 原子化装置：与原子吸收法相同； 色散系统：光栅、滤光器； 检测系统：
阶跃线荧光：
光照激发，非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回基态；荧光波长小于激发线波长（荧光能量间隔大于激发线能量间隔）；非辐射方式释放能量：碰撞，放热； 光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光，图(c)B、D ；
Cr原子：吸收线359.35nm；再热激发，荧光发射线357.87nm，图(c)B、D
01
If = Ia 在理想情况下：
02
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光程；N为单位体积内的基态原子数；
03
*
三、原子荧光光度计
1．仪器类型
单通道：每次分析一个元素； 多通道：每次可分析多个元素； 色散型：带分光系统； 非色散型：采用滤光器分离分析线和邻近线；
a b c d
*
anti-Stokes荧光：
a b c ห้องสมุดไป่ตู้ d
荧光波长小于激发线波长；先热激发再光照激发(或反之)，再发射荧光直接返回基态；图(d) ； 铟原子：先热激发，再吸收光跃迁451.13nm；发射荧光410.18nm， 图(d)A、C ；
*
直跃线荧光（Stokes荧光）
Pb原子：吸收线283.13 nm；荧光线407.78nm； 同时存在两种形式：
铊原子：吸收线337.6 nm；共振荧光线337.6nm； 直跃线荧光535.0nm；
a b c d
特点：
光源与检测器成一定角度；
*
多道原子荧光仪
多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素
*
2．主要部件
光源：高强度空心阴极灯、无极放电灯、可调频激光器； 可调频激光器：高光强、窄谱线； 原子化装置：与原子吸收法相同； 色散系统：光栅、滤光器； 检测系统：
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
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
原子发射光谱分析法
(三)、谱线的自吸与自蚀
在实际工作中，发射光谱是通过物质的蒸发、 激发、迁移和射出弧层而得到的。首先，物质在光 源中蒸发形成气体，由于运动粒子发生相互碰撞和 激发，使气体中产生大量的分子、原子、离子、电 子等粒子，这种电离的气体在宏观上是中性的，称 为等离子体。在一般光源中，是在弧焰中产生的， 弧焰具有一定的厚度，如下图：
紫外线照射，电子轰击，电子或离子对中性原子 碰撞以及金属灼热时发射热电子等，当气体电离后， 还需要在电极间加以足够大的电压，才能维持放电。
(一)直流电弧光源
电源一般为可控硅整流器。常用高频电压引燃支 流电弧。
直流电弧工作时，阴极释放出来的电子不断轰击 阳极，使其表面上出现一个炽热的斑点。这个斑点称 为阳极斑。阳极斑的温度较高，有利于试样的蒸发。 因此，一般均将试样置于阳极碳棒孔穴中。在直流电 弧中，弧焰温度取决于弧隙中气体的电离电位，一般 约40007000K，尚难以激发电离电位高的元素。电极 头的温度较弧焰的温度低，且与电流大小有关，一般 阳极可达3800℃，
② 阴极层效应增强微量元素的谱线强度。
③ 弧焰温度较低，激发能力较差，不利于激发电离 电位的元素。
④ 弧光游移不定，分析结果的再现性差。
⑤ 弧层较厚，容易产生自吸现象，不适合于高含量 分析。
⑥ 主要用于矿物和纯物质中痕量杂质的定性、定量 分析，不宜用高含量定量分析和金属含量分析。
(二)低压交流电弧光源 将普通的220V交流电直接连接在两个电极间是不
第六章 原子发射光谱分析法 Atomic emission spectroscopy
概
述
原子发射光谱法的基本原理
原子发射光谱仪器 光谱定性分析和半定量分析
光谱定量分析
原子发射光谱的特点和应用
原子吸收光谱分析法
对于物理干扰，最好的消除方法 就是配制与试样溶液组成相似的 标准溶液。也可用标准参加法来 进行测定。
三，测定条件的选择： 1．分析线的选择：一般选用共
振线作分析线。 2．灯电流：保正稳定和适当光
强度输出的条件下，尽量选 用较低的工作电流。
5．狭缝宽度：由于原子吸收光谱法谱 线的重叠较少，一般可用较宽的狭 缝，以增强光的强度。但当存在谱 线干扰和背景吸收较大时，那么宜 选用较小的狭缝宽度。
SCV0.0044(g/1% 吸 收 ) A
式中：S为绝对灵敏度；C为试液 中 待 测 元 素 的 浓 度 〔g能检 出的元素的最低浓度或最小质 量。
定义为：能给出信号强度 等于3倍噪声信号强度标准偏差 时所对应的元素浓度或质量。
当在正负电极上施加适当电 压〔一般为200～500伏〕时，在 正负电极之间便开始放电，这时， 电子从阴极内壁射出，经电场加 速后向阳极运动。
电子在由阴极射向阳极的过程中， 与载气〔惰性气体〕原子碰撞使其 电离成为阳离子。带正电荷的惰性 气体离子在电场加速下，以很快的 速度轰击阴极外表，使阴极内壁的 待测元素的原子溅射出来，在阴极 腔内形成待测元素的原子蒸气云。
三．光学系统： 分光系统一般用光栅来进行分光。
光谱通带： W=D×S×10-3
其中：W为光谱通带〔单位nm〕；D为 光 栅 的 倒 线 色 散 率 〔 单 位 nm/mm-1〕 ； S为狭缝宽度〔单位μm〕。
四．检测系统： 检测系统包括检测器、放大器、
对数转换器、显示器几局部。
原子吸收光谱法的分析过程：
计算式为：D c 3 ( g / m L )
A
或 D g 3 ( g )
A
式 中 D 为 检 出 极 限 〔μg/mL 或 g〕 ； σ 为 对 空 白 溶 液 进 行 不 少 于 10 次 测 量时的标准偏差；A为吸光度；g为 质量〔g〕。
新版原子吸收光谱分析法
HCL旳优缺陷及注意事项
1.优缺陷：
（1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯轻易更换。 （2）每测一种元素需更换相应旳灯。
2. 空心阴极灯旳使用注意事项：
(1)空心阴极灯使用前应预热20~30min，使灯旳发光 强度到达稳定； (2) 点燃后可从灯发射出光旳颜色判断灯旳工作是否正常 (3)元素灯长久不用，应定时(每月或每隔二、三)点燃处理1h
AAS旳基本原理
除上述旳变宽原因之外，还有电场致宽、磁 场致宽。但在一般原子吸收试验条件下，吸收 线轮廓主要受多普勒变宽和劳伦兹变宽旳影响。 当采用火焰原子化器时，劳伦兹变宽（压力变 宽）为主要原因；当采用无火焰原子化器时， 多普勒变宽（热变宽）占主要地位。
谱线变宽往往会造成原子吸收分析旳敏捷度 下降。
例题 计算2023K和3000K时, Na589.0nm旳激发态 与基态原子数之比各为多少？已知gi/g0=2
解：
Ei
hc
4.136 1015 eV s 3 1010 cm s1 589.0nm 107 cm nm1
2.107eV
T=2023K：
Ni gi exp( Ei )
N0 g0
kT
非火焰原子化器
又称为电热原子化器，其种类诸多，如电热高 温石墨炉、石墨坩埚、石墨碳棒炉、镍炉、高频感 应加热炉、空心阴极溅射等。其中应用最广泛旳是 电热高温石墨炉。
石墨炉原子化器旳构造由三部分构成：
炉体，石墨管，电、水、气供给系统。
石墨炉原子化器
加热电源：惰性气体保护下，用10-25V低电压、400-600A
锐线光源旳条件 I
(1)锐线光源辐射旳发射线与原 子吸收线旳中心频率完全一致；
(2)锐线光源发射线旳半宽度 比吸收线旳半宽度更窄，一般 为吸收线半宽度旳1/5~1/10。
物化地分析中的原子吸收光谱分析
物化地分析中的原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析是物化地分析领域中常用的一种分析方法。
它利用原子在特定波长的光线照射下吸收光的特性，对样品中的化学元素进行定量检测和分析。
本文将从原子吸收光谱分析的基本原理、仪器设备和应用领域等方面进行论述。
一、原理与机制原子吸收光谱分析的基本原理是利用原子吸收特定波长的光线时的量子能级跃迁现象。
当样品中的化学元素被激发后，在特定波长的光线照射下，原子内部的电子会发生跃迁到高能级的激发态。
然后，激发态的原子会再次退回到基态，释放出特定波长的光信号。
通过测量吸收光强度的变化，可以推断出样品中化学元素的含量。
二、仪器设备原子吸收光谱分析需要使用专门的仪器设备来进行测量和分析。
常用的原子吸收光谱仪主要由光源、样品室、光路系统、检测系统和数据处理系统等部分组成。
光源通常采用中空阴极灯，能够发射特定波长的光线。
样品室用于容纳待测样品并与光源进行光路的连接。
光路系统包括光栅、滤光片等光学元件，用于选择特定波长的光线。
检测系统用于测量光线的强度变化，常见的检测方式有吸收法和发射法。
数据处理系统用于记录和分析测量结果，通常采用计算机进行数据处理。
三、应用领域原子吸收光谱分析在物化地分析中具有广泛的应用领域。
首先，在环境分析方面，原子吸收光谱分析可以用于监测和分析水体、大气和土壤中的污染物。
例如，通过测定水样中重金属的含量，可以评估水质的安全性。
其次，在食品安全领域，原子吸收光谱分析可以用于检测食品中有害金属元素的含量，如铅、镉等。
此外，在生物医药研究和制药工业中，原子吸收光谱分析也广泛应用于药物成分和微量元素的定量分析。
总结起来，物化地分析中的原子吸收光谱分析是一种基于原子能级跃迁的分析方法，通过测量样品中特定波长光线的吸收情况，来确定样品中化学元素的含量。
该方法具有广泛的应用领域，包括环境分析、食品安全和生物医药等领域。
随着科学技术的不断进步，原子吸收光谱分析仪器设备和分析方法也在不断更新，为物化地分析提供了更为准确和高效的工具。
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。
第十一章 原子光谱分析法
(2)跃迁几率
跃迁几率是指电子在某两个能级之间每秒跃迁的 可能性的大小，可以通过实验数据计算出来。对 于遵守光谱选律的那些跃迁，一般跃迁几率在 106~109s-1之间。跃迁几率是与激发态寿命成反比 的，即原子处于激发态的时间越长，跃迁几率就 越小，产生的谱线强度就弱。 例如产生NaI330.232nm谱线的跃迁几率比产生 NaI588.996nm谱线的跃迁几率小约22倍，因而谱 线强度也相应弱得多。
(4)离子和电子复合
在光源中离子和电子在复合形成中性原子的过程 中，也会辐射出连续的光谱背景，尤其是在使用 激发能力较强的光源时，例如火花，这种背景尤 为明显。另外像金属一类的固体物质中自由电子 很多，它在与金属离子复合时也是一种非量子化 的能量变化，也会发射出连续的光谱背景。 背景的大小还与狭缝的宽度有关，一般狭缝越宽， 背景越严重，所以为了减小背景，应选择合适的 狭缝宽度。为了保证光谱分析的准确度及灵敏度 等，在选择分析条件时，要尽量降低或消除背景， 必要时必须进行背景扣除。
2．谱线强度
图11-2 能级跃迁示意图级之间的跃迁，只要符合光谱选律就可能发 生，而这种跃迁发生可能性的大小称为跃迁几率。
设电子在某两个能级之间的跃迁几率为A，这两个能级的能量分别为 Ei和E0，发射的谱线频率为v，则一个电子在这两个能级之间跃迁时 所放出的能量，即这两个能级之间的能量差=Ei－E0=hv。因在热力 学平衡条件下，共有Ni个原子处在第i激发态，故产生的谱线强度(I) 为 （11-2）
二、谱线强度
1．玻尔兹曼分布定律
2．谱线强度 3．影响谱线强度的主要因素 4．光谱背景
1．玻尔兹曼分布定律
谱线的产生是由于电子从高能级向低能级跃迁的结果， 即原子或离子由激发态跃迁到基态或低能态时产生的。 在热力学平衡条件下，某元素的原子或离子的激发情况， 即分配在各激发态和基态的原子浓度遵守统计热力学中 的麦克斯韦-玻尔兹曼（Maxwell-Boltzman）分布定律， 即
原子吸收光谱分析法知识详解
原子吸收光谱分析法知识详解原子吸收光谱分析法是实验室元素分析最常用的方法之一。
原子吸收光谱分析（又称原子吸收分光光度分析）是基于从光源辐射出待测元素的特征光波，通过样品的蒸汽时，被蒸汽中待测元素的基态原子所吸收，由辐射光波强度减弱的程度，可以求出样品中待测元素的含量。
一、原子吸收光谱的理论基础1、原子吸收光谱的产生在原子中，电子按一定的轨道环绕原子核旋转，各个电子的运动状态是由4个量子数来描述。
不同量子数的电子，具有不同的能量，原子的能量为其所含电子能量的总和。
原子处于完全游离状态时，具有最低的能量，称为基态。
在热能、电能或光能的作用下，基态原子吸收了能量，最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到较高能态，它就成为激发态原子。
激发态原于很不稳定，当它回到基态时，这些能量以热或光的形式辐射出来，成为发射光谱。
其辐射能量大小，用下列公式示：ΔE=Eq-E0=hv=hc/λ式中：H：普朗克常数，其数值为：6.626*10-23J·S；C：光速（3*105km／s）；V、入：分别为发射光的频率和波长；E0、E q：分别代表基态和激发态原子的能量，它们与原子的结构有关。
由于不同元素的原子结构不同，所以一种元素的原子只能发射由其已与Eq决定的特定频率的光。
这样，每一种元素都有其特征的光谱线。
即使同一种元素的原子，它们的Eq也可以不同，也能产生不同的谱线。
原子吸收光谱是源于发射光谱的逆过程。
基态原子只能吸收频率为：υ=（Eq-E0）/h的光，跃迁到高能态Eq。
因此，原子吸收光谱的谱线也取决于元素的原子结构，每一种元素有其特征的吸收光谱线。
原子的电子从基态激发到最接近于基态的激发态，称为共振激发。
当电子从共振激发态跃迁回基态时，称为共振跃迁。
这种振跃迁所发射的谱线称为共振发射线，与此过程相反的谱线称为共振吸收线。
元素的共振吸收线一般有好多条，其测定灵敏度也不同。
在测定时，一般选用灵敏线，但当被测元素含量较高时，也可采用次灵敏线(有些元素有好几条线，有的只有一条，次灵敏线能量太低不能使用）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢最后线通常是元素谱线中最易激发或激发 能较低的谱线，如元素的第一共振线。
➢对于每种元素，可选择一条或几条谱线作 为定性或定量测定所用的谱线，这种谱线 称为分析线。
四、谱线强度与元素含量的关系
当激发能和激发温度一定时，谱线强度I与试样中 被测元素的浓度c成正比。即 I=ac a是与谱线性质、实验条件有关的常数，低浓度成立。 浓度较大时，处于激发态光源中心的原子所发射的 特征谱线被外层处于基态的同类原子所吸收，使 谱线的强度减弱，这种现象称为自吸收。 I=acb b为自吸常数
三、原子线和离子线
➢ 原子外层电子由低能级跃迁到高能级所需要的能 量称为激发能。
➢ 原子外层电子吸收激发能后产生的谱线称为原子 线。
➢ 如果原子的外层电子获得足够大的能量就会脱离 原子，此现象称为电离。原子失去一个电子称为 一级电离，失去两个电子称为二级电离，一次类 推。使原子电离所需要的最小能量称为电离能。
一般说来，同种原子的发射光谱线要比吸收光谱 的谱线多得多，这是因为吸收光谱的大多数谱线是原 子中的价电子从基态到各激发态之间跃迁产生的，而 原子发射光谱中，除了电子从各激发态跃迁到基态外， 还包含了不同激发态之间的跃迁，所以，谱线比原子 吸收谱线多。
Sn
S2
激发态能级
S1 主共振吸收
主共振发射
S0
MX（g）→ M（g）＋X（g）
少数基态原子进一步吸收热能后会发生激发、甚 至电离或化合等过程：
M(g) 热能 M*(g) 热能 M+ +e
M* O O H H M (g) O M O M *O
由于原子吸收法是基于基态原子对光的吸收而进 行测定的，所以，热分解产生基态原子的过程最为 重要。
1、特点
（1）原子发射光谱法是一种多元素测定法，可同时 测定样品中的数十种元素，且不必进行复杂的分 离操作。
（2）简便快速，1-2分钟内给出数十种元素的分析 结果。
（3）用样量少，样品不需化学处理可直接分析，取 样量只有数毫克至数十毫克。
（4）选择性好，灵敏度高。可选择性地进行定性分 析，最低检出限量通常在10-10g数量级。
对基本理论讨论，主要解决两方面的问题： ①基态原子的产生以及它的浓度与试样中该 元素含量之间的定量关系； ②基态原子吸收光谱的特性及基态原子的浓 度与吸光度之间的关系。
二、一般分析过程
火焰中基态原子数目越多，浓度越大，吸光度
也越大，所以，根据其吸光度即可测定试样中待测
元素的含量。
火焰
空心阴极灯
单
原子光谱分析法
➢原子核外价电子发射光子形成的光谱称为 原子发射光谱。
➢吸收光子能量形成的光谱称为原子吸收光 谱。
➢原子核外层电子在跃迁过程中发出X射线区 的光谱，称为X射线荧光光谱。
发射光谱
吸收光谱
基态
第一节 原子发射光谱分析的基本原理
一、概述 原子发射光谱分析法是利用原子（或离子）
在一定条件下激发后所发射的特征光谱来 研究物质的化学组成和含量的分析方法。
基态能级
图4.2 原子吸收与原子发射之间的关系
基态与激发态之间的相互跃迁称为共振跃 迁，由此产生的谱线称为共振（吸收或发射） 线。
由于基态与第一激发态间的跃迁几率大， 最易发生，对大多数元素来说，原子吸收法常 利用第一共振吸收线来进行测定。
四、基态原子与激发态原子的分配
二、原子发射光谱的产生
不同原子的核外电子能级结构不同，发射 的光谱频率也不同。根据某元素原子的特 征频率（或波长）的发射光谱线出现与否， 对试样中该原子是否存在进行定性分析。 该原子的数目越多，发射的特征光谱线也 越强，将它与已知含量标样的谱线强度进 行比较，即可对试样中该种原子的含量进 行定量分析。
三、基态原子及原子吸收光谱的产生
当试液喷入高温火焰中时会发生蒸发脱水、 热分解原子化、激发、电离或化合等一系列过程. 蒸发脱水的过程可用下式表示：
M (湿 X 气 ) 脱 溶 M 水 (s 胶 ) X 气 M 化 (g )X
气态MX高温下吸收热能，发生热分解，使被 测元素M成为自由原子，此过程叫做该元素的原子 化：
第二节 原子吸收光谱分析的基本原理
一、原子吸收光谱分析引导 基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对由 光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生 共振吸收，A在一定浓度范围内与蒸气相中 被测元素的基态原子浓度成正比，以此测 定试样中该元素的含量。
原子吸收法与紫外和可见光吸光光度法的基 本原理是相同的，都遵循朗伯—比耳定律， 均属于吸收光谱法。
（5）有时不需纯样品，用已知图谱可进行定 性分析。
（6）定量分析要有一套组成和结构状态与待 测样品基本一致的标准样品作基准比较测 定，通常不能满足，对高含量元素的定量 分析会产生较大的误差；定性分析要与纯 铁样品谱图比较进行。
（7）原子发射光谱不能测定物质的空间结构 和官能团，仪器设备比较复杂，价格昂贵， 难以普及应用。
放
色
PMT
大
Байду номын сангаас
器
及
检测器
读 数
助燃气
燃气
灯电源
试液
图4.1 原子吸收法分析过程示意图
如测定镁时，试液雾化进入火焰产生镁原 子蒸气，以镁灯作光源，镁灯可产生镁的 285.2nm特征谱线，并被火焰蒸气中的镁基 态原子吸收一部分而减弱，其减弱程度与蒸 气中镁原子的浓度成线性关系。
由光电倍增管进行光电转换，信号经过一 系列处理，最后由读数装置读得相应的吸光 度。
不同点：
吸光物质的状态不同。原子吸收法是基于蒸 气相中基态原子对光的吸收，吸收的是光 源发出的锐线光，是窄频率的线状、半宽 只有1.0×10－3 nm，所以原子吸收光谱是 线状谱，紫外光谱法是带状吸收光谱 。
原子吸收光谱法的优点:
（1）灵敏度高。 （2）精密度好。 （3）选择性好，方便简单 （4）准确度高，分析速度快。 （5）应用范围广。
➢ 离子外层电子从高能级跃迁到低能级时所发射的 谱线称为离子线。
➢在所有原子发射的谱线中，凡是由各高能 级跃迁回到基态时所产生的谱线，叫共振 发射线。
➢从第一激发态跃迁到基态所发射的谱线叫 主共振发射线，也称为第一共振发射线。
➢光谱图上出现谱线的数目与样品中被测元 素的含量有关系。当含量降至一定值后， 就只剩下坚持到最后的谱线，称为最后线 或最灵敏线。
➢对于每种元素，可选择一条或几条谱线作 为定性或定量测定所用的谱线，这种谱线 称为分析线。
四、谱线强度与元素含量的关系
当激发能和激发温度一定时，谱线强度I与试样中 被测元素的浓度c成正比。即 I=ac a是与谱线性质、实验条件有关的常数，低浓度成立。 浓度较大时，处于激发态光源中心的原子所发射的 特征谱线被外层处于基态的同类原子所吸收，使 谱线的强度减弱，这种现象称为自吸收。 I=acb b为自吸常数
三、原子线和离子线
➢ 原子外层电子由低能级跃迁到高能级所需要的能 量称为激发能。
➢ 原子外层电子吸收激发能后产生的谱线称为原子 线。
➢ 如果原子的外层电子获得足够大的能量就会脱离 原子，此现象称为电离。原子失去一个电子称为 一级电离，失去两个电子称为二级电离，一次类 推。使原子电离所需要的最小能量称为电离能。
一般说来，同种原子的发射光谱线要比吸收光谱 的谱线多得多，这是因为吸收光谱的大多数谱线是原 子中的价电子从基态到各激发态之间跃迁产生的，而 原子发射光谱中，除了电子从各激发态跃迁到基态外， 还包含了不同激发态之间的跃迁，所以，谱线比原子 吸收谱线多。
Sn
S2
激发态能级
S1 主共振吸收
主共振发射
S0
MX（g）→ M（g）＋X（g）
少数基态原子进一步吸收热能后会发生激发、甚 至电离或化合等过程：
M(g) 热能 M*(g) 热能 M+ +e
M* O O H H M (g) O M O M *O
由于原子吸收法是基于基态原子对光的吸收而进 行测定的，所以，热分解产生基态原子的过程最为 重要。
1、特点
（1）原子发射光谱法是一种多元素测定法，可同时 测定样品中的数十种元素，且不必进行复杂的分 离操作。
（2）简便快速，1-2分钟内给出数十种元素的分析 结果。
（3）用样量少，样品不需化学处理可直接分析，取 样量只有数毫克至数十毫克。
（4）选择性好，灵敏度高。可选择性地进行定性分 析，最低检出限量通常在10-10g数量级。
对基本理论讨论，主要解决两方面的问题： ①基态原子的产生以及它的浓度与试样中该 元素含量之间的定量关系； ②基态原子吸收光谱的特性及基态原子的浓 度与吸光度之间的关系。
二、一般分析过程
火焰中基态原子数目越多，浓度越大，吸光度
也越大，所以，根据其吸光度即可测定试样中待测
元素的含量。
火焰
空心阴极灯
单
原子光谱分析法
➢原子核外价电子发射光子形成的光谱称为 原子发射光谱。
➢吸收光子能量形成的光谱称为原子吸收光 谱。
➢原子核外层电子在跃迁过程中发出X射线区 的光谱，称为X射线荧光光谱。
发射光谱
吸收光谱
基态
第一节 原子发射光谱分析的基本原理
一、概述 原子发射光谱分析法是利用原子（或离子）
在一定条件下激发后所发射的特征光谱来 研究物质的化学组成和含量的分析方法。
基态能级
图4.2 原子吸收与原子发射之间的关系
基态与激发态之间的相互跃迁称为共振跃 迁，由此产生的谱线称为共振（吸收或发射） 线。
由于基态与第一激发态间的跃迁几率大， 最易发生，对大多数元素来说，原子吸收法常 利用第一共振吸收线来进行测定。
四、基态原子与激发态原子的分配
二、原子发射光谱的产生
不同原子的核外电子能级结构不同，发射 的光谱频率也不同。根据某元素原子的特 征频率（或波长）的发射光谱线出现与否， 对试样中该原子是否存在进行定性分析。 该原子的数目越多，发射的特征光谱线也 越强，将它与已知含量标样的谱线强度进 行比较，即可对试样中该种原子的含量进 行定量分析。
三、基态原子及原子吸收光谱的产生
当试液喷入高温火焰中时会发生蒸发脱水、 热分解原子化、激发、电离或化合等一系列过程. 蒸发脱水的过程可用下式表示：
M (湿 X 气 ) 脱 溶 M 水 (s 胶 ) X 气 M 化 (g )X
气态MX高温下吸收热能，发生热分解，使被 测元素M成为自由原子，此过程叫做该元素的原子 化：
第二节 原子吸收光谱分析的基本原理
一、原子吸收光谱分析引导 基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对由 光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生 共振吸收，A在一定浓度范围内与蒸气相中 被测元素的基态原子浓度成正比，以此测 定试样中该元素的含量。
原子吸收法与紫外和可见光吸光光度法的基 本原理是相同的，都遵循朗伯—比耳定律， 均属于吸收光谱法。
（5）有时不需纯样品，用已知图谱可进行定 性分析。
（6）定量分析要有一套组成和结构状态与待 测样品基本一致的标准样品作基准比较测 定，通常不能满足，对高含量元素的定量 分析会产生较大的误差；定性分析要与纯 铁样品谱图比较进行。
（7）原子发射光谱不能测定物质的空间结构 和官能团，仪器设备比较复杂，价格昂贵， 难以普及应用。
放
色
PMT
大
Байду номын сангаас
器
及
检测器
读 数
助燃气
燃气
灯电源
试液
图4.1 原子吸收法分析过程示意图
如测定镁时，试液雾化进入火焰产生镁原 子蒸气，以镁灯作光源，镁灯可产生镁的 285.2nm特征谱线，并被火焰蒸气中的镁基 态原子吸收一部分而减弱，其减弱程度与蒸 气中镁原子的浓度成线性关系。
由光电倍增管进行光电转换，信号经过一 系列处理，最后由读数装置读得相应的吸光 度。
不同点：
吸光物质的状态不同。原子吸收法是基于蒸 气相中基态原子对光的吸收，吸收的是光 源发出的锐线光，是窄频率的线状、半宽 只有1.0×10－3 nm，所以原子吸收光谱是 线状谱，紫外光谱法是带状吸收光谱 。
原子吸收光谱法的优点:
（1）灵敏度高。 （2）精密度好。 （3）选择性好，方便简单 （4）准确度高，分析速度快。 （5）应用范围广。
➢ 离子外层电子从高能级跃迁到低能级时所发射的 谱线称为离子线。
➢在所有原子发射的谱线中，凡是由各高能 级跃迁回到基态时所产生的谱线，叫共振 发射线。
➢从第一激发态跃迁到基态所发射的谱线叫 主共振发射线，也称为第一共振发射线。
➢光谱图上出现谱线的数目与样品中被测元 素的含量有关系。当含量降至一定值后， 就只剩下坚持到最后的谱线，称为最后线 或最灵敏线。