第1节原子发射光谱分析基本原理剖析
原子发射光谱分析基本原理
H2-O2火焰中海水的发射光谱图
2011-5-4
四 、 分类
导入 分光系统 1. 摄谱分析法：试样 → 电光源 高能态 低能态 摄谱分析法： 电光源→高能态 高能态→低能态 映谱仪（定性分析） 把光分开 感光板 映谱仪（定性分析） 测微光度计（定量分析） 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 光电直读法：电光源激发， 3. 火焰光度法：火焰为激发光源（碱金属及个别碱土金属） 火焰光度法：火焰为激发光源（碱金属及个别碱土金属）
atomic emission spectrometry，AES ，
2011-5-4
第一节
原子发射光谱分析概述
一、概述 原子发射光谱分析法： 原子发射光谱分析法：
atomic emission spectroscopห้องสมุดไป่ตู้（spectrometry） ，AES （ ）
根据待测物质的气态原子或离子受激发后 根据待测物质的气态原子或离子受激发后 气态原子或离子 所发射的特征光谱的波长及其强度 波长及其强度来测定物质中元 所发射的特征光谱的波长及其强度来测定物质中元 素组成（定性）和含量（定量）的分析方法。 素组成（定性）和含量（定量）的分析方法。
2011-5-4
基尔霍夫
G.R.Gustav Robert Kirchhoff (1824～1887)德国物理学家 化学家和天文学家。 德国物理学家、 (1824～1887)德国物理学家、化学家和天文学家。 1824年 12日生于普鲁士的柯尼斯堡 日生于普鲁士的柯尼斯堡( 1824年 3月12日生于普鲁士的柯尼斯堡(今苏联 加里宁格勒) 1887年10月17日卒于柏林 1847年毕 日卒于柏林。 加里宁格勒)，1887年10月17日卒于柏林。1847年毕 业于柯尼斯堡大学。 基尔霍夫主要从事光谱、 业于柯尼斯堡大学。 基尔霍夫主要从事光谱、辐射 和电学方面的研究。 1845年提出基尔霍夫电流定 和电学方面的研究。他1845年提出基尔霍夫电流定 基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电路定律, 律、基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电路定律,发展了 欧姆定律,对电路理论有重大贡献。1858年提出基尔 欧姆定律,对电路理论有重大贡献。1858年提出基尔 霍夫辐射定律。1859年发明分光仪，与化学家R.W. 霍夫辐射定律。1859年发明分光仪，与化学家R.W. 光谱分析法， 本生共同创立了 光谱分析法，并用此法发现了元 素铯(1860)和铷(1861) (1860)和铷(1861)。 素铯(1860)和铷(1861)。他并将光谱分析应用于太阳 的组成上。 的组成上。他将太阳光谱与地球上的几十种元素的 光谱加以比较， 光谱加以比较，从而发现太阳上有许多地球上常见 的元素，如钠、 镍等。 的元素，如钠、镁、铜、锌、钡、镍等。基尔霍夫 著有《理论物理学讲义》(1876～1894)和 著有《理论物理学讲义》(1876～1894)和《光谱化 学分析》（1895年与R.W.本生合著 》（1895年与R.W.本生合著） 学分析》（1895年与R.W.本生合著）等。
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。
原子发射光谱法原理
原子发射光谱法原理原子发射光谱法是一种常用的分析化学方法，它利用原子在高温条件下激发产生的特征光谱来分析物质的成分。
该方法具有灵敏度高、选择性好、分辨率高等优点，被广泛应用于金属材料、环境监测、生物医学等领域。
本文将介绍原子发射光谱法的基本原理及其应用。
首先，我们来了解一下原子发射光谱法的基本原理。
在原子发射光谱法中，样品首先被加热至高温，使得其中的原子处于激发态。
当原子返回基态时，会释放出特定波长的光子，形成特征光谱。
通过检测和分析这些特征光谱，就可以确定样品中各种元素的含量。
这一过程基于原子的能级结构和光谱学原理，因此能够实现对元素的高灵敏度分析。
原子发射光谱法具有很高的灵敏度，这是因为原子在高温条件下能够被有效激发，产生大量的特征光谱。
同时，该方法还具有很好的选择性，不同元素的特征光谱具有明显的区分度，可以准确地识别不同元素。
此外，原子发射光谱法的分辨率也很高，能够实现对元素含量的精确测定。
在实际应用中，原子发射光谱法被广泛应用于金属材料分析领域。
例如，对于钢铁行业来说，原子发射光谱法可以用于快速准确地检测各种合金中的元素含量，保证产品质量。
此外，该方法还可以应用于环境监测，例如对水质中重金属元素的检测。
在生物医学领域，原子发射光谱法也被用于对生物样品中微量元素的分析，为临床诊断提供支持。
总的来说，原子发射光谱法是一种重要的分析化学方法，具有高灵敏度、良好的选择性和高分辨率等优点。
通过对样品中的原子激发特征光谱的检测和分析，可以实现对元素含量的准确测定。
该方法在金属材料、环境监测、生物医学等领域都有着重要的应用价值，为相关领域的研究和生产提供了有力支持。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解原子发射光谱法的原理及其应用。
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
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
3. 谱线的自吸和自蚀
在实际工作中，准确测定谱线的绝对 强度是很困难的，所以在光谱定量分析中， 常采用谱线强度经验公式，即赛伯-罗马 金公式： I=acb
3. 谱线的自吸和自蚀
I=acb
在一定的实验条件下，a为常数；c为 被测元素的含量；b为自吸系数。 b=1，无自吸；b<1，有自吸。b愈小， 自吸愈大。
二、分光系统（光谱仪）
主要构成：
入射狭缝、准直镜、棱镜或光栅、 会聚透镜和出射狭缝。
二、分光系统（光谱仪）
1. 棱镜：棱镜的分光作用是利用不同波 长的光在同一介质中具有不同折射率而 进行的。
n=A＋B/λ2＋C/λ4
n—折射率；A、B、C—常数；λ—波长；
1. 棱镜特性
色散率：指对不同波长的光被棱镜分开的 能力。它又分为角色散率和线色散率。 角色散率：两条波长相差dλ的光被棱镜 色散后所分开的角度为dθ ，则棱镜的角 色散率为： dθ/dλ。它主要与棱镜的材料 和几何形状有关。
Hi称为感光板的惰延量，表示感光板的灵敏度大 小， Hi越小则灵敏度越高；
S0是曲线与纵坐标的交点，表示感光板乳剂未曝 光部分受显影液作用的黑度，称为雾翳黑度；
一般地，定量分析时常选用反衬度较高的感光板， 定性分析时常选用灵敏度较高的感光板。
3. 光电法（光子检测器）
光电法是通过直接测量试样中元素发射 光的强度来进行定量分析的，故这类仪 器称为光电直读光谱仪。 类型： 单道光子检测器 多道光子检测器
3. 谱线的自吸和自蚀
在一般激发光源中等离子体是在弧焰中产生的， 弧焰中心温度高，激发态原子多，而弧焰边缘温 度相对低，处于基态的原子较多。 由弧焰中心发射的辐射穿过弧焰边缘时，被其同 类基态气志原子吸收，使谱线的中心强度减弱， 这种现象称为自吸。
等离子体-原子发射光谱分析
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。
- 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)。
Na 能级图 由各种高能级跃迁到同
一低能级时发射的一系列光 谱线；
2021/3/16
K 元素的能级图
2021/3/16
Mg 元素的能级图
2021/3/16
三、谱线强度 spectrum line intensity
原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱线强度
与激发态原子数成正比。
2021/3/16
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 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：非金属元素不能检测或灵敏度低。
1859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； 1930年以后，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 在原子吸收光谱分析法建立后，其在分析化学中的作用 下降，新光源(ICP)、新仪器的出现，作用加强。
的频率。将Ni代入上式，得：
2021/3/16
谱线强度
Iij
gi g0
Aij h ij
N0
Ei
e kT
影响谱线强度的因素：
（1）激发能越小，谱线强度越强；
（2）温度升高，谱线强度增大，但
易电离。
2021/3/16
四、谱线的自吸与自蚀
self-absorption and self reversal of spectrum line
第四节 定性、定量分析方法
qualitative and quantitative analysis method 结束
2021/3/16
第十三章
原子发射光谱分析法
atomic emission spectrometry,AES
第一节 原子发射光谱分析
基本原理
basic principle of AES
一、概述
generalization 二、原子发射光谱的产生
formation of atomic emission spectra 三、谱线强度
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。 离子由第一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)： 电离线，其与电离能大小无关，离子的特征共振线。 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；
spectrum line intensity 四、谱线自吸与自蚀 self-absorption and
selp reversal of spectrum line
2021/3/16
一、概述
generalization
原子发射光谱分析法（atomic emission spectroscopy ，AES）：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态， 返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、 定量的分析方法。
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为激发温度；
发射谱线强度： Iij = Ni Aijhij
h为Plank常数；Aij两个能级间的跃迁几率； ij发射谱线
2021/3/16
二、原子发射光谱的产生
formation of atomic emission spectra
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）；
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
2021/3/16
等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等 粒子的整体电中性集合体。等离子体内温度和原子浓度的分 布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘反之。
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。
元 值时，谱线中心完全吸收，如同出现 两条线，这种现象称为自蚀。
谱线表，r：自吸；R：自蚀；
2021/3/16
内容选择
第一节 原子发射光谱分析基本原理
basic principle of Atomic emission spectrometry
第二节 发射光谱分析装置与仪器
device and instrument of AES
第三节 等离子体发射光谱仪
plasma emission spectrometry