第七章 原子发射光谱法作业
原子发射光谱法习题答案
原子发射光谱法习题答案原子发射光谱法习题答案原子发射光谱法是一种用于分析元素组成和测定元素含量的重要方法。
它基于原子在高温条件下激发、跃迁和辐射的现象，通过测量元素发射的特定波长光线的强度来确定元素的存在和浓度。
下面将针对一些原子发射光谱法的习题进行解答，帮助读者更好地理解这一分析方法。
1. 为什么原子发射光谱法在元素分析中被广泛应用？原子发射光谱法具有以下几个优点，使其在元素分析中得到广泛应用：首先，原子发射光谱法具有高灵敏度。
由于原子在激发态时会发射特定波长的光线，通过测量这些光线的强度可以获得非常低的元素浓度。
其次，原子发射光谱法具有高选择性。
每个元素都有其特定的发射光谱，因此可以通过测量特定波长的光线来确定元素的存在和浓度，而不会受到其他元素的干扰。
此外，原子发射光谱法还具有广泛的线性范围和良好的重复性。
这使得它可以适用于不同浓度范围内的元素分析，并且可以获得可靠的结果。
2. 在原子发射光谱法中，什么是激发态和基态？在原子发射光谱法中，激发态和基态是描述原子能级的两个重要概念。
基态是指原子的最低能级，处于基态的原子处于较低的能量状态，电子在原子核周围的轨道上稳定地运动。
激发态是指原子的高能级状态，当原子受到能量输入（如热能、电能或光能）时，电子会跃迁到较高的能级。
在激发态，电子不稳定，会发生自发辐射，释放出特定波长的光线。
3. 原子发射光谱法中，为什么要使用氢气或氮气作为载气？在原子发射光谱法中，氢气或氮气常被用作载气。
这是因为氢气和氮气具有以下优点：首先，氢气和氮气是惰性气体，不会与分析物发生化学反应，因此可以保护分析物的稳定性。
其次，氢气和氮气具有较低的背景辐射，可以减少背景干扰，提高测量的准确性。
此外，氢气和氮气还具有良好的导热性，可以帮助维持原子发射光谱法中的高温条件。
4. 在原子发射光谱法中，如何校正仪器的响应？在原子发射光谱法中，为了获得准确的分析结果，需要对仪器的响应进行校正。
原子发射光谱课后作业答案
仪器分析课后作业章节第一章原子发射光谱习题1发射光谱法的原理及仪器结构？解答：①原理：原子在受到热或电激发后，跃迁到激发态，在由激发态返回基态途中发出特征光谱。
各种原子的特征光谱各不相同，依据特征光谱的特性进行定性、定量分析。
②结构：原子发射光谱由三部分组成（激发光源、单色器、检测器）A．激发光源：使待测物质蒸发为气态原子，试样蒸发后再被激发形成了特征光谱。
B．单色系统：将样品中待测原子或离子的特征光经过分光后得到按波长顺序排列的光谱。
C．检测系统：将原子发射光谱记录或者检测下来。
通常有目视、摄谱、光电三种方法。
习题2原子发射光谱激发效率的影响因素有哪些？解答：1、光源类型，比如传统的光源对样品使用量大，效率低，而电感耦合等离子体（ICP）对样品使用量小损耗低，效率高。
2、实验温度3、载气类型4、电流大小习题3ICP光源的形成过程及特点？解答：过程:石英炬管置于高频感应线圈中，等离子工作气体持续从炬管内通过，在感应线圈上施加高频电场时，使用一个感应线圈产生电火花触发少量气体电离(或将石墨棒等半导体插入炬管内，使其在高频交变电场作用下产生焦耳热而发射热电子)，产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下高速运动，碰撞气体原子，使之迅速大量电离，形成“雪崩”式放电。
电离了的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形路径的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合，这股高频感应电流产生的高温又将气体加热，电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰炬。
特点:(1)ICP是无极放电，没有电极污染。
(2)具有趋肤效应（表面温度高，内部温度低）消除自吸影响。
(3)ICP的工作温度比其他光源高，有很高的灵敏度和稳定性(5)只适用于液体或气体，不适用于固体。
(4)ICP中电子密度很高，所以碱金属的电离在ICP中不会造成很大的干扰。
(6)ICP一般以氩气作工作气体，由此产生的光谱背景干扰较少，线性范围宽。
化学实验报告原子发射光谱法
原子发射光谱法-摄谱和译谱一、实验目的和要求1、熟悉光谱定性分析的原理；2、了解石英棱镜摄谱仪的工作原理和基本结构；3、学习电极的制作摄谱仪的使用方法及暗室处理技术；4、学会用标准铁光谱比较法定性判断试样中所含未知元素的分析方法；5、根据特征谱线的强度及最后线出现的情况对元素含量进行粗略的估计；6、掌握映谱仪的原理和使用方法。
二、实验内容和原理1、摄谱原子在受到一定能量的激发后，其电子在由高能级向低能级跃迁时将能量以光辐射的形式释放，各种元素因其原子结构的不同而有不同的能级，因此每一种元素的原子都只能辐射出特定波长的光谱线，它代表了元素的特征，这是发射光谱定性分析的依据。
一个元素可以有许多条谱线，各条谱线的强度也不同。
在进行光谱定性分析时，并不需要找出元素的所有谱线，一般只要检查它的几条(2~3条)灵敏线或最后线，根据最后线(灵敏线)是否出现，它们的强度比是否与谱线所表示的相符，就可以判断该元素存在与否。
经典电光源的试样处理：1)固体金属及合金等导电材料的处理棒状金属表面用金刚砂纸除氧化层后，可直接激发。
碎金属屑用酸或丙酮洗去表面污物，烘干后磨成粉末状后，最好以1:1与碳粉混合，在玛瑙研钵中磨匀后装入下电极孔内再激发。
2)非导体固体试样及植物试样非金属氧化物、陶瓷、土壤、植物等试样经灼烧处理后，磨细，加入缓冲剂及内标，置于石墨电极孔中用电弧激发。
3)液体试样处理液体样品经稀释后，滴到用液体石蜡涂过的平头石墨电极上，在红外灯下烘干后进行光谱分析。
摄谱法是用感光板记录光谱。
将光谱感光板置于摄谱仪焦面上，接受被分析试样的光谱作用而感光，再经过显影、定影等过程后，制得光谱底片，其上有许多黑度不同的光谱线。
然后用影谱仪观察谱线位置及大致强度，进行光谱定性及半定量分析。
用测微光度计测量谱线的黑度，进行光谱定量分析。
用发射光谱进行定性分析通常采用在同一块感光板上并列地摄取试样光谱和铁光谱，然后借助光谱投影仪使摄得的铁光谱与“元素标准光谱图”上的铁光谱重合，从“元素标准光谱图”上标记的谱线来辨认摄得的试样谱线。
第七章原子发射光谱分析法
光学分析概论：
光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物 质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。
光学分析法分类： 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
1854年，阿尔特提出光谱定性分析的概念。
焰色反应及离子的鉴定： Cu2+Ba2+ Sr2+ 猩红
辐射跃迁：
X * X E(h ) : 光谱的记录
E＝E2 E1 h h c 或＝ hc
E
h 为普朗克常数（6.626×10-34 J.s） c 为光速(2.997925×1010cm/s)
① 量子化———— 线光谱 ② 光谱选律———— 元素的特征性
第七章原子发射光谱分析法
二、发射光谱分析的过程
方法：（1）看谱分析法 （2） 摄谱分析法 （3）光电直读光谱法
第七章原子发射光谱分析法
4、仪器装置
光谱分析仪组成：激发光源、（分光系统）摄谱仪、检测系 统。
第七章原子发射光谱分析法
一、光源
1、光源的作用：提供能量，使试样蒸发、解离、原子化和 激发跃迁而产生电磁辐射。
2、对光源的要求：光源常常对光谱分析的检出限、灵敏度 及准确度有很大影响，因此，光源必须满足如下要求： A、有足够的激发温度，适合不同含量的元素分析。高灵敏 度的保证； B、有良好的稳定性和重现性。准确度的保证； C、光谱背景浅，构造简单、操作方便，安全耐用，适应性 强。
第七章原子发射光谱分析法
二、 分析过程
1、 样品的蒸发（原子化）与激发 2、 光谱的获得和记录 （1)分光: 将激发态原子所产生的光辐射经过色散，得到
按波长排列的光谱。 （2) 摄谱: 将获得的光谱记录在相谱上。 3、 光谱的检测
第七章 原子发射光谱分析 (Atomic Emission Spectrometry知识分享
Ei—激发电位（J或eV)。
Iij
gi g0
AijhijN0ekEiT
原子发射光谱 法定量的依据
基态原子密度（N0）：Iij正比于N0，N0正比于浓度。
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。
目前常用的光源有直流电弧(DC arc)、交流电 弧(AC arc)、高压火花(electric spark)及电感耦合等离 子体（ICP）。
1. 直流电弧
优点：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：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。
微波光谱法
4×10-7~4×10-10 核磁共振波谱法
高能辐射区
γ射线 能量最高，核能级跃迁 X射线 内层电子能级的跃迁
光学光谱区
(10nm-1000 μm)
紫外光 可见光
原子和分子外层电子能级的跃迁
红外光 分子振动能级和转动能级的跃迁
波谱区
微波 分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 原子核自旋能级的跃迁
2．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。
光谱区域 γ射线 X射线 远紫外光 近紫外光
光 可见光 学 近红外光 区 中红外光
远红外光
微波
无线电波
波长 5～140pm 10-3～10nm 10～200nm 200～380nm 380～780nm 0.78～2.5μm 2.5～50μm
第7章 原子发射光谱分析
光栅的参数
光栅的特性可用色散率和分辨率来表征。
光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到：
d n d d cos
其中dθ/dλ：入射角对波长的变化率，即光栅的角色散率； d：光栅常数； n：光谱级数。
当θ很小且变化不大时，cosθ≈1，光栅的角色散率决定于
光栅常数d和光谱级数n，为常数。因此光栅光谱是均排光
凹面光栅与罗兰圆
多道型光电直读光度仪多采用凹面光栅。凹面光栅既具有
色散作用也起聚焦作用(凹面反射镜将色散后的光聚焦)。
罗兰圆：Rowland发现在曲率半
径为R 的凹面反射光栅上存在着 一个直径为R的圆，不同波长的
光都成像在圆上，即在圆上形成 一个光谱带. 因此，将直读光谱 仪的出射狭缝做在凹面光栅的罗 兰圆上。
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；
(3) 当G被击穿时，电源的低压部
分沿着已造成的电离气体通道，通
过G进行电弧放电；
(4) 在放电的短暂瞬间，电压降
低直至电弧熄灭，在下半周高频再
ICP-AES
光电直读是利用光电法直接测定光谱线的强度。 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式。
单道扫描式是转动光栅进行 扫描，在不同时间检测不同 谱线； 多道固定狭缝式则是安装多 个出射狭缝和光电倍增管， 同时测定多个元素的谱线； 全谱直读光谱仪可同时测定 试样中165-800nm波长范围 内的元素的所有谱线，对其 进行分析。
(3) 光电流∝原子光谱的强度，与基态原子浓度成正比。
7.4 光谱定性分析 定性依据： E = hν = h c /λ
仪器分析-第7章 原子吸收与原子荧光光谱法
原子的能级与跃迁和元素的特征谱线 1. 基态第一激发态, 吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱 2.第一激发态基态 发射出同样频率的辐射。 产生共振发射线（也简称共振线） 发射光谱 3.各种元素的原子结构和外层电子排布不同: 特征谱线 最易发生，吸收最强，最灵敏线,分析线。 利用待测原子蒸气对同种元素的特征谱线（共振 线）的吸收可以进行定量分析。原子吸收光谱位于光 谱的紫外区和可见区。
(二)原子吸收光谱轮廓与变宽
☺ 1、吸收定律 强度为I0 的单色平行光通过厚度为l的原子蒸气，其 中一部分光被吸收，透过光的强度I服从吸收定律：
I0 原子蒸汽 l I
I I 0 e
( k l )
K是基态原子对频率为的
光的吸收系数。它与入射 光的频率、基态原子密度 及原子化温度等有关。
第一节
一、原子吸收的历史发展
概述
原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子蒸 气对特征谱线的吸收而建立的一种分析方法。 发展经历了3个发展阶段： 1、原子吸收现象的发现 –1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线；
太阳光
暗 线
–1859年Kirchhoff和Bunson解释了暗线产生的原因： 是由于大气层中的钠原子对太阳光选择性吸收的结果。
若采用一个连续光源（氘 或钨灯），即使是用高质 量的单色器入射可得到光 谱带为(0.2nm)的高纯光。 原子吸收线半宽度(10-3 nm， 即便是全部吸收)。由待测 原子吸收线引起的吸收值， 仅相当于总入射光强度的 0.5% [(0.001/0.2)×100%=0.5%], 原子吸收只占其中很少部 分，使测定灵敏度极差。
原子吸收光谱仪又称原子吸收分光光度计，虽 然种类很多，但基本结构是一样的。 锐线光源 原子化器 主要组成部分
仪器分析 第7章 原子发射光谱分析
摄谱法原理 ⑴ 摄谱步骤
安装感光板在摄谱仪的焦面上
激发试样，产生光谱而感光
显影，定影，制成谱板 特征波长—定性分析 特征波长下的谱线强度—定量分析
⑵ 感光板 玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂(AgBr+明胶+增感剂) 感光：
2AgX+2hυ→ Ag(形成潜影中心)+X2
OH
O
显影： 对苯二酚
乳剂特性曲线：
感光板的反衬度
以黑度S与曝光量的对数lgH作图 在正常曝光部分：
γ
S lg H lg H i lg H i
α
乳 剂 特 性 曲 线
S lg( It ) i
Hi为感光板的惰延量
谱线黑度与辐射强度的关系：
S lg( It ) i
定量分析中，更主要是采用 内标法，测量分析线对的相 对强度
磁辐射，通过测定其波长或强度进行分析的方法
不涉及能级跃迁，物质与辐射作用，使其传播方 向等物理性质发生变化，利用这些改变进行分析 的方法
光分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 旋 光 法
X 射 线 荧 光 光 谱
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
e. 波长尽可能靠近
（3） 摄谱法中的内标法基本关系式
• 摄谱法中谱线黑度S与辐射强度、浓度、曝光时间 、感光板的乳剂性质及显影条件有关，固定其他 条件不变，则感光板上谱线的黑度仅与照射在感 光板上的辐射强度有关
i0 S lg i
i0 未曝光部分的透光强度 i 曝光部分的透光强度
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第七章原子发射光谱法
一、简答题
1.原子发射光谱是怎样产生的？为什么各种元素的原子都有其特征的谱线？
2.简述光谱仪的各组成部分及其作用?
3.试比较原子发射光谱中几种常用激发光源的工作原理、特性及适用范围。
4.简述ICP光源的工作原理及其优点？
5.光谱仪的主要部件可分为几个部分？各部件的作用如何？
6.棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪的性能各用哪些指标表示？各性能指标的意义是什么？
7.比较摄谱仪及光电直读光谱仪的异同点？
8.分析下列试样时应选用何种激发光源？
(1)矿石的定性、半定量分析；
(2)合金中铜的定量分析（～x%）；
(3)钢中锰的定量分析（0.0x～0.x%）；
(4)头发中各元素的定量分析；
(5)水质调查中Cr、Mn、Cu、Fe、Zn、Pb的定量分析。
9.影响原子发射光谱的谱线强度的因素是什么？产生谱线自吸及自蚀的原因是什么？
10.解释下列名词：
(1)激发电位和电离电位；
(2)共振线、原子线、离子线、灵敏线、最后线；
(3)等离子线、激发光源中的三大平衡。
11.什么是感光板的乳剂特性曲线？其直线部分的关系式如何表示？何谓反衬度、惰延量、雾翳黑度？在分析上有何意义？
12.光谱定量分析为何经常采用内标法？其基本公式及各项的物理意义是什么？
13.选择内标元素及内标线的原则是什么？说明理由。
14.何谓基体效应？为何消除或降低其对光谱分析的影响？
15.光谱定量分析的依据是什么？有哪些定量方法，其使用范围有何不同？
16.何谓光谱半定量分析？有哪些定量方法？
17.光谱定性分析的依据是什么？它常用的方法是什么？
18.何谓分析线对？
二、填空题
1.将试样进行发射光谱分析的过程有A.激发；B.复合光分解；C.跃迁；D.检测；
E.蒸发，按先后次序排列应为。
2.发射光谱定量分析最基本的方法是，当标准样品与被测试样组成相差较大时，为得到更好的分析结果，可采用。
3.棱镜摄谱仪，结构主要有、、、四部分（系统）组成。
4.原子发射光谱定量分析时，摄谱仪狭缝宜，原因是。
而定量分析时，狭缝宜，原因是。
5.以铁的光谱线作为波长的标尺是很适宜的，一般将元素的灵敏线按波长位置标插在铁光谱图的相应位置上。
这样制备的图谱，称为；此图谱上，标
有MⅡ
Ⅰ或ＭⅠ
Ⅱ
等符号，其中罗马字Ⅰ表示，Ⅱ表示。
6.等离子体光源（ICP）具有、、等优点，它的装置主要包括、、等部分。
7.在发射光谱中, 内标法、摄谱法和光电直读法定量分析的基本公式分别是、、。
8.电感耦合等离子体光源主要由、、等三部分组成, 此光源具、、和等优点。
9.使电子从基态跃迁到第一激发态所产生的吸收线，称为。
10.在谱线强度与浓度的关系式I＝ac b中, b表示与有关的常数,当b＝0时,表示；当c值较大时,n值；低浓度时,b值 ,表示。
三、计算题
1.计算Cu327.4nm和Na589.6nm谱线的激发电位（eV表示）。
2.下标中列出Pb的某些分析线及激发电位，若测定水中痕量Pb应选用那条谱线？当某试样中Pb含量谓0.1%左右时，是否仍选用此谱线，说明理由。
谱线波长/nm 283.31 280.20 287.32 266.32 239.38
激发电位/eV 4.37 5.74 5.63 5.97 6.50
3.当一级光谱波长为500.0nm时，其入射角为60o，反射角（衍射角）为-40o，此光栅的刻痕数为多少条/mm？
4.有一块光栅的宽度为
5.00mm，每mm的刻痕数为720条，那么该光栅第一级光谱分辨率是多少？对波数为1000cm-1的红外线，光栅能分辨的最靠近的两条谱线的波长差为多少？
5.用（折射率对波长的变化率）的60o熔融石英棱镜和刻有1200条/mm的光栅来色散Li的400.20nm及400.30nm两条谱线。
试计算⑴分辨率；⑵棱镜和光栅的大小。
6.在原子发射光谱图中，未知元素的谱线λ
x 位于两条铁谱线λ
1
=486.37nm和
λ2=487.12nm之间。
在波长测量仪（也称比长仪）上测得λ1和λ2之间距离为
14.2mm（经放大），λ
1和λ
x
之间距离为12.3mm，试算λ
x
为多少？
7.用原子发射光谱法测定Zr含量中的Ti，选用的分析线对为Ti334.9nm/Zr332.7nm。
测定含Ti=0.0045%的标样时，强度比为0.126；测定含Ti=0.070%的标样时，强度比为1.29；测定某试样时，强度比为0.598，求试样中Ti%。
8.用原子发射光谱法测定锡合金中铅的含量，以基体锡作为内标元素，分析线对为Pb283.3/Sn276.1nm，每个样品平行摄谱三次，测得黑度平均值列于下表，求未知试样中铅的百分含量（作图法）
样品号%Pb
黑度
Sn276.1nm Pb283.3nm
试样1 0.126 1.567 0.259
2 0.316 1.571 1.013
3 0.706 1.443 1.541
4 1.334 0.82
5 1.427
5 2.512 0.793 1.927
未知样x 0.920 0.669
9.用标准加入法测定硅酸岩矿中Fe的质量分数，Fe302.06nm为分析线，Si302.00nm为内标线。
已知分析线在乳剂特性曲线直线部分，反衬度1.05，测得数据列于下表。
试求未知样中Fe的质量分数（作图法）
Fe加入量（%）0 0.001 0.002 0.003
ΔS（谱线黑度-0.441 -0.150 0.030 0.153
差）
10.有一3cm底边的棱镜，在可见光区（450nm）的色散率λ
d
dn/为2.7×10-4nm-1试计算在此波长下的分辨率。
11.今有光栅刻线为每毫米1200条的光栅，当其闪耀角为
37
.
10时，其一级闪耀波长和二级闪耀波长为多少？
12.某光栅光谱仪，光栅刻数为600条1-
⋅mm，光栅面积为5×5cm2，试问：（1）光栅的理论分辨率是多少（一级光谱）？
（2）一级光谱中波长为3100.30
Ａ和3100.66
Ａ的双线是否能分开？
13.若某摄谱仪刚刚可以分辨310.0305nm和309.9970nm的两条谱线，则用该摄谱仪可以分辨下列哪组谱线组？
（1）Si251.61nm Zn251.58nm
（2）Ni337.56nm Fe337.57nm
（3）Mn325.40nm Fe325.395nm
（4）Cr301.82nm Ce301.88nm
14.在ICP光源中，La的检测限可采用浓度为1
3-
⋅ml
g
μ的溶液摄谱20次，测出La分析线及其附近背景的黑度，若背景的标准偏差为0.01，La线的黑度为5.97，背景黑度为1.76时，试计算La的检测限。