原子发射
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。
原子发射光谱法
原子发射光谱法
原子发射光谱法是一种分析物质的技术，它通过激发原子的电子，使其跃迁到更高能级，
从而发射出特定波长的光来，从而分析出其中的元素组成。
原子发射光谱法可以用来分析
物质中的元素组成，以及物质的结构和形状。
原子发射光谱法可以用来测定微量元素，包
括金属、碱金属、非金属、有机物等，这些元素的含量可以低至几十分之一个百万分之一。
原子发射光谱法可以用来分析化学物质的组成，以及它们的构成模式，这是一种非常有效
的分析技术。
原子吸收、原子发射、原子荧光的异同1页
原子吸收、原子发射、原子荧光的异同1页原子吸收、原子发射、原子荧光是原子谱学中常见的三种现象，它们都与原子在吸收或发射能量后产生的特定的光谱有关。
本文将从原理、实验方法、应用等方面，对这三种现象进行比较和分析。
一、原理1、原子吸收：原子吸收的原理是当特定波长的光束照射到一定温度和压强下的原子蒸汽中时，原子会发生能级的跃迁，并吸收光束中与跃迁能量相等的能量。
因此，这种吸收现象也叫做吸收光谱。
2、原子发射：原子发射的原理是原子在受到能量刺激后，从高能级跃迁到低能级，释放出与跃迁能量等量的电磁波，形成一系列特定波长的光谱线。
这些特征光谱线是由于原子的每种元素具有其特有的能量差和能级结构而产生的。
因此，原子发射现象也被称为发射光谱。
3、原子荧光：原子荧光是指通过对激发某种原子的能级，让其发射出特定波长的电磁辐射，从而产生荧光现象。
通常情况下，原子的激发是通过将某种能源施加到样品中来实现的，如电子束、X射线、紫外线等。
原子荧光是由于被激起的原子在其基态中重新发射出辐射而形成的，所以也被称为复合光谱。
二、实验方法：原子吸收实验通常采用吸收分光光度计进行分析。
其原理是，在分光仪的光路中加入样品溶液或原子蒸汽，将特定波长的光通过样品或气体中，由于原子的吸收，特定波长的光子被吸收而发生减弱。
根据钙、铜等元素的吸收峰的吸光度来定量分析元素的含量。
原子发射分析通常采用原子发射光谱仪进行分析。
通过电弧、火焰等能量来源刺激样品，使原子被激发到高能级，然后原子跃迁到低能级时释放出能量。
通过将产生的辐射收集到发射光谱仪中，经过光栅等光学元件分析并检测，得到具有特定波长的光谱线，从而可以快速、精确地确定样品中的元素。
原子荧光实验主要使用荧光光谱仪进行分析。
样品被辐射后，被激发的原子在退激过程中会辐射出一些光子。
这些光子被荧光光谱仪测量，并转化为一个荧光发射谱。
与其他发光技术（如发射光谱）相比，荧光光谱具有更广泛的应用。
在材料科学、生物医学、化学分析和环境监测等领域，荧光光谱都得到了广泛应用。
三种原子光谱(发射,吸收与荧光)产生机理
一、概述原子光谱是研究原子内部结构和原子间相互作用的重要技术手段，也是物质分析学、化学分析学、化学物理学和光谱学等领域的重要研究内容。
原子光谱包括发射光谱、吸收光谱和荧光光谱，它们是由原子在外界作用下产生的具有特殊波长和频率的光谱。
发射光谱是原子从高能级跃迁到低能级时产生的谱线，吸收光谱是原子吸收外界光子导致能级跃迁的谱线，荧光光谱则是原子在受激激发后再跃迁回基态时放出的光谱。
本文将重点介绍三种原子光谱的产生机理。
二、发射光谱产生机理1. 激发当原子受到能量激发时，电子从基态跃迁到高能级，此时原子处于激发态，处于不稳定状态。
2. 跃迁在激发态下，原子的电子会趋向于迅速由高能级跃迁到低能级，这个跃迁的过程伴随着光子的发射。
3. 能级结构原子内部的能级结构决定了发射光谱的特性，不同元素具有不同的能级结构，因而发射光谱对于元素的鉴定和定量分析具有重要意义。
三、吸收光谱产生机理1. 能级跃迁吸收光谱是由原子吸收外界光子导致能级跃迁而产生的，能级跃迁的规律与波长和频率的关系可以用于确定原子的能级结构和特性。
2. 共振吸收当外界光子与原子的能级跃迁能量匹配时，发生共振吸收现象，这种吸收现象对于不同元素的吸收光谱研究具有重要意义。
3. 吸收光谱谱线吸收光谱谱线的位置和强度反映了原子吸收外界光子的能力，可以用于分析样品中的元素及其含量。
四、荧光光谱产生机理1. 受激激发荧光光谱是原子在受到外界激发能量后处于激发态的荧光物质产生的光谱，激发的能量可以是光子或者其他激发源。
2. 荧光发射激发后的原子处于不稳定状态，随后电子会从激发态跃迁回到基态，并伴随着荧光发射。
3. 荧光光谱应用荧光光谱在物质分析、生物学、医学和环境保护等领域有着广泛的应用，对于研究物质的结构和性质具有重要的意义。
五、总结发射光谱、吸收光谱和荧光光谱是三种重要的原子光谱，它们具有独特的产生机理和应用价值。
通过对三种原子光谱的产生机理的深入理解，不仅可以帮助人们认识原子内部的结构和性质，还有助于解决实际问题和促进科学技术的发展。
第三章原子发射光谱法AtomicEmissionSpectrometry(AES)
或
log I = B log C + log A
（罗马金-赛伯公式）
Iul = Aul hul gu
Z
上式表明：
Eu
( 1-
e - x)
KT
CB
1、 log I 与 log C 成正比，构成定量分析的基础； 2、影响发射强度的因素有 Eu
Iul Iul
T X
Iul Iul
I
~C
冷却气（10-19 l/min） 辅助气（0-1 l/min） 气溶胶 载气（0.5-3.5 l/min）
ICP的工作原理：
当有高频电流通过线圈时，产生轴向磁场， 这时若用高频点火装置产生火花，形成的载流子（ 离子与电子）在电磁场作用下，与原子碰撞并使之 电离，形成更多的载流子，当载流子多到足以使气 体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上 就会感生出流经闭合圆形路径的涡流，强大的电流 产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度 可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦 合给等离子体，并维持等离子炬。当载气载带试样 气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000-7000K ，并被原子化和激发产生发射光谱。
电离度
离解度
nM + x= nM + nM + nM = nM + nMX
(1)
(2)
如果等离子体中气态分析物总浓度为
nt
(3)
即
n t = nM+ nM+ + nMX
则由上式可得
nM =
x) 1-( 1- ) x nMX =
( 1-
n t nM + = nt
x nt 1-( 1- )
原子发射光谱法
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
原子发射光谱法
3.1 概论 3.2 基本原理 3.3 原子发射光谱仪器 3.4 原子发射光谱分析方法
Atomic emission spectroscopy
3.1 概论
原子发射光谱法：(atomic emission spectrometry，AES ) 是根据待测物质的气态 原子被激发时所发射的特征线状光谱的波长及 其强度来测定物质的元素组成和含量的一种分 析技术。
3.3.1.1 直流电弧 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℃，阴极 则在3000℃以下。
特点：
①电弧瞬间温度很高，激发能量大，可 激发电离电位高的元素。
②电极头温度低，不利于元素的蒸发。 ③稳定性高，再现性好。 ④自吸现象小，适用于高含量元素分析。 ⑤低熔点金属、合金的分析，高含量元 素的分析,难激发元素的分析。
3.3.1.4 电感耦合等离子体光源 等离子体是一种电离度大于0.1%的电离
交流电弧是介于直流电弧和电火花之间 的一种光源，与直流相比，交流电弧的电极 头温度稍低一些，但由于有控制放电装置， 故电弧较稳定。这种电源常用于金属、合金 中低含量元素的定量分析。
低压交流电弧的特点：（1）交流电弧电 流具有脉冲性，电流密度比直流电弧大，也 让电弧温度高，激发能力强；（2）交流电弧 的稳定性好，这种电源定量分析；（3）由于 交流电弧放电有间歇性，电极温度较低，蒸 发能力略低。
第三章 原子发射基本原理
Ei e kT
（1）激发能
强度越强；
激发能越小，谱线
（2）温度
温 ij Aij h ij N 0 g0
影响谱线强度的因素：
Ei e kT
（3）基态原子数
谱线强度与基态原子数成正比，在一
定条件下，基态原子数与试样中该元素浓度成正比。因此
4.电感耦合等离子体光源 （ inductively coupled plasma， ICP)
ICP光源是高频 感应电流产生的类 似火焰的激发光 源。 由高频发生 器、等离子体炬管 和雾化器组成。
• ICP是宏观中性的离子化气体，即具有相同 数目的正粒子（正离子）及负粒子（电子）
X
n 1
5.试样引入激发光源的方法
试样引入激发光源的方法， 依试样的性质而定。 （1）固体试样 金属与合金 本身能导电，可直接做成电 极，称为自电极。 粉末试样，通常放入制 成各种的小孔或杯形电极中， 作为下电极。 （2）溶液试样 ICP光源， 直接用雾化器将试样溶液引 入等离子体内。
对比
二、光谱仪 spectrophotometer
素的特征谱线，习惯上统称为原子光谱。
三、谱线强度
spectrum line intensity
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：
i gi N i N 0 e kT g0 E
态原子浓度高，边缘温度低，基态与较低能
级的原子较多。
自吸：某元素的原子从中心发射电磁辐射，必然要通过
边缘到达检测器，这样所发射的电磁辐射就可能被处在边缘
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原子发射光谱法
简介
原子发射光谱法（AES，atomic emission spectrometry），是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种。
一般认为原子发射光谱是1860年德国学者基尔霍夫（Kirchhoff G R）和本生（Bunsen R W）首先发现的，他们利用分光镜研究盐和盐溶液在火焰中加热时所产生的特征光辐射，从而发现了Rb和Cs两元素。
其实在更早时候，1826年泰尔博（Talbot）就说明某些波长的光线是表征某些元素的特征。
从此以后，原子发射光谱就为人们所注视。
编辑本段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（10s）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。
编辑本段分析过程
原子发射光谱分析的过程，一般有光谱的获得和光谱的分析两大过程。
具体可分为： 1. 试样的处理要根据进样方式的不同进行处理：做成粉末或溶液等，有些时候还要进行必要的分离或富集； 2. 样品的激发在激发源上进行，激发源把样品蒸发、分解原子化和激发； 3. 光谱的获得和记录从光谱仪中获得光谱并进行记录； 4. 光谱的检测用检测仪器进行光谱的定性、半定量、定量分析。
编辑本段主要优点
1. 多元素同时检出能力强
可同时检测一个样品中的多种元素。
一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，可以进行分别检测而同时测定多种元素。
2. 分析速度快
试样多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，同时还可多元素同时测定，若用光电直读光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。
3. 选择性好
由于光谱的特征性强，所以对于一些化学性质极相似的元素的分析具有特别重要的意义。
如铌和钽、锆和铪，十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对AES来说则是毫无困难之举。
4. 检出限低
一般可达0.1～1µg·g，绝对值可达10～10。
用电感耦合等离子体（ICP）新光源，检出限可低至ng·mL数量级。
5. 用ICP光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可达4～6个数量级。
可同时测定高、中、低含量的不同元素。
因此ICP－AES已广泛应用于各个领域之中。
6. 样品消耗少，适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出独特的优势。
编辑本段缺点
1. 在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高。
2. 含量（浓度）较大时，准确度较差。
3. 只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定。
4. 大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线。
编辑本段有关术语
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。
而由最低激发态（第一激发态）跃迁回基态所发射的辐射线，称为第一共振线，通常把第一共振线称为共振线。
共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，一般是该元素最强的谱线；
原子线: 由原子外层电子被激发到高能态后跃迁回基态或较低能态，所发射的谱线称为原子线，在谱线表图中用罗马字“Ⅰ”表示；离子线: 原子在激发源中得到足够能量时，会发生电离。
原子电离
失去一个电子称为一次电离，一次电离的离子再失去一个电子称为二次电离，依此类推。
离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱，这种谱线称为离子线。
一次电离的离子发出的谱线，称为一级离子线，用罗马字“Ⅱ”表示。
二次电离的离子发出的谱线，称为二级离子线，用罗马字“Ⅲ”表示。