第六章原子发射光谱法()PPT课件
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原子发射光谱法
a
b
弧焰示意图
第二节 仪器装置
原子发射光谱仪
光源
分光仪
检测器
壹
光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。
肆
类型：直流电弧、交流电弧、电火花、电感耦合高频等离子体（ICP）
叁
要求：灵敏度高、稳定性好、结构简单、操作安全
较好
试样中低含量组分的定量分析
火花
低
瞬间10000
好
金属与合金、难激发元素的定量分析
ICP
很高
6000~8000
很好
溶液定量分析
2.2 分光仪
1
分光仪的作用是将样品在激发光源中受激发而发射出来的含各种波长谱线的复合光，经色散后得到按波长顺序排列的光谱。 按色散元件及分光原理分为：棱镜光谱仪（折射原理）、光栅光谱仪（衍射原理）
1.2 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
激发电位：从低能级到高能级需 要的能量（eV） 共振线：具有最低激发电位的谱线 电离电位：使原子电离所需要的最低能量 离子线：离子外层电子跃迁时发射的谱线 离子线激发电位的大小与电离电位的高低无关 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； 原子线(I) 离子线(II、III) 相似谱线 Na I、Mg II、Al III
b
弧焰示意图
第二节 仪器装置
原子发射光谱仪
光源
分光仪
检测器
壹
光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。
肆
类型：直流电弧、交流电弧、电火花、电感耦合高频等离子体（ICP）
叁
要求：灵敏度高、稳定性好、结构简单、操作安全
较好
试样中低含量组分的定量分析
火花
低
瞬间10000
好
金属与合金、难激发元素的定量分析
ICP
很高
6000~8000
很好
溶液定量分析
2.2 分光仪
1
分光仪的作用是将样品在激发光源中受激发而发射出来的含各种波长谱线的复合光，经色散后得到按波长顺序排列的光谱。 按色散元件及分光原理分为：棱镜光谱仪（折射原理）、光栅光谱仪（衍射原理）
1.2 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
激发电位：从低能级到高能级需 要的能量（eV） 共振线：具有最低激发电位的谱线 电离电位：使原子电离所需要的最低能量 离子线：离子外层电子跃迁时发射的谱线 离子线激发电位的大小与电离电位的高低无关 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； 原子线(I) 离子线(II、III) 相似谱线 Na I、Mg II、Al III
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摄谱法中，谱线强度通过测量谱线黑度确定。
0.003
2833.069 清晰可见
增强，变清晰
2021/7/29
三. 光谱定量分析
〈一〉光谱定量分析的基本原理
(1) 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 为： I = a c a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱中
（2）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广；
0.001 2833.069 清晰可见 在同一块的同一条谱带上，曝光时间相等，即 t1 = t2
（3）内标元素与分析线对的选择： 一谱线是否出现来估计试样中该元素的大致含量。
和弱 在定量分析方面，80年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。
第四节 定性、定量
分析方法
qualitative and quantitative analysis
methods
一、光谱定性、半定量 分析 qualitative spectrometric analysis
二、光谱定量分析 quantitative spectrometric analysis
三、特点与应用 feature and applications
深3～6 mm；
试样量：10 ～20mg ； 放电时，碳+氮产生氰 (CN)，
氰分子在358.4～ 421.6 nm产生带 状光谱，干扰其他元素出现在该区 域的光谱线，需要该区域时，可采 用铜电极，但灵敏度低。
2021/7/29
二、 光谱半定量分析
应用：用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批量试 样的快速测定。测量试样中元素的大致浓度范围 1. 谱线强（黑）度比较法：测定一系列不同含量的待测元素 标准光谱系列，在完全相同条件下(同时摄谱)，测定试样中 待测元素光谱，选择灵敏线，比较标准谱图与试样谱图中灵 敏线的黑度，确定含量范围。
0.003
2833.069 清晰可见
增强，变清晰
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三. 光谱定量分析
〈一〉光谱定量分析的基本原理
(1) 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 为： I = a c a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱中
（2）谱线间距离分配均匀：容易对比，适用面广；
0.001 2833.069 清晰可见 在同一块的同一条谱带上，曝光时间相等，即 t1 = t2
（3）内标元素与分析线对的选择： 一谱线是否出现来估计试样中该元素的大致含量。
和弱 在定量分析方面，80年代以来，全谱光电直读等离子体发射光谱仪发展迅速，已成为无机化合物分析的重要仪器。
第四节 定性、定量
分析方法
qualitative and quantitative analysis
methods
一、光谱定性、半定量 分析 qualitative spectrometric analysis
二、光谱定量分析 quantitative spectrometric analysis
三、特点与应用 feature and applications
深3～6 mm；
试样量：10 ～20mg ； 放电时，碳+氮产生氰 (CN)，
氰分子在358.4～ 421.6 nm产生带 状光谱，干扰其他元素出现在该区 域的光谱线，需要该区域时，可采 用铜电极，但灵敏度低。
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二、 光谱半定量分析
应用：用于钢材、合金等的分类、矿石品位分级等大批量试 样的快速测定。测量试样中元素的大致浓度范围 1. 谱线强（黑）度比较法：测定一系列不同含量的待测元素 标准光谱系列，在完全相同条件下(同时摄谱)，测定试样中 待测元素光谱，选择灵敏线，比较标准谱图与试样谱图中灵 敏线的黑度，确定含量范围。
原子发射光谱法(aes)
谱线强度法
通过测量待测样品中某一元素的特征谱线强度，与已知浓度的标准样品进行比 较，大致确定待测样品中该元素的含量范围。
定性分析
谱线识别法
通过对比已知元素的标准谱线与待测样品的谱线，确定待测样品中存在的元素种 类。
特征光谱法
利用不同元素具有独特的特征光谱，通过比对特征光谱的差异，确定待测样品中 存在的元素种类。
电热原子化器利用电热丝加热 ，使样品中的元素原子化。
化学原子化器利用化学反应将 样品中的元素转化为气态原子
。
光源
01 光源用于提供能量，使样品中的元素原子 化并产生光谱信号。
02 光源类型有多种，如电弧灯、火花放电灯 等。
03
电弧灯利用电弧放电产生高温，使样品中 的元素原子化。
04
火花放电灯利用高压电场使气体放电，产 生高温，使样品中的元素原子化。
原子发射光谱法(AES)
目 录
• 原子发射光谱法(AES)概述 • AES的仪器与设备 • AES的样品制备与处理 • AES的分析方法与技术 • AES的优缺点与挑战 • AES的未来发展与展望
01 原子发射光谱法(AES)概 述
定义与原理
定义
原子发射光谱法(AES)是一种通过测量物质原子在受激发态跃迁时发射的特定波长的光来分析物质成分的方法。
02
发射光谱仪通常包括电 子激发源、真空系统、 光学系统、检测器等部 分。
03
电子激发源用于产生高 能电子，激发原子或离 子，使其跃迁至激发态。
04
真空系统用于维持仪器 内部的高真空环境，减 少空气对光谱信号的干 扰。
原子化器
01
02
03
04
原子化器是将样品转化为原子 蒸气的装置。
通过测量待测样品中某一元素的特征谱线强度，与已知浓度的标准样品进行比 较，大致确定待测样品中该元素的含量范围。
定性分析
谱线识别法
通过对比已知元素的标准谱线与待测样品的谱线，确定待测样品中存在的元素种 类。
特征光谱法
利用不同元素具有独特的特征光谱，通过比对特征光谱的差异，确定待测样品中 存在的元素种类。
电热原子化器利用电热丝加热 ，使样品中的元素原子化。
化学原子化器利用化学反应将 样品中的元素转化为气态原子
。
光源
01 光源用于提供能量，使样品中的元素原子 化并产生光谱信号。
02 光源类型有多种，如电弧灯、火花放电灯 等。
03
电弧灯利用电弧放电产生高温，使样品中 的元素原子化。
04
火花放电灯利用高压电场使气体放电，产 生高温，使样品中的元素原子化。
原子发射光谱法(AES)
目 录
• 原子发射光谱法(AES)概述 • AES的仪器与设备 • AES的样品制备与处理 • AES的分析方法与技术 • AES的优缺点与挑战 • AES的未来发展与展望
01 原子发射光谱法(AES)概 述
定义与原理
定义
原子发射光谱法(AES)是一种通过测量物质原子在受激发态跃迁时发射的特定波长的光来分析物质成分的方法。
02
发射光谱仪通常包括电 子激发源、真空系统、 光学系统、检测器等部 分。
03
电子激发源用于产生高 能电子，激发原子或离 子，使其跃迁至激发态。
04
真空系统用于维持仪器 内部的高真空环境，减 少空气对光谱信号的干 扰。
原子化器
01
02
03
04
原子化器是将样品转化为原子 蒸气的装置。
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
原子光谱和分子光谱PPT讲稿
（3）化学发光光谱：化学反应物或反应产物受反应释放的 化学能激发而产生的光辐射。（用于化学发光光谱分析法： 发光总强度与分析物浓度成正比。)
光致发光示意图.swf
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I f kC
2、分子发光光谱
（1）分子荧光光谱：光致发光，用于分子荧光光谱分析法 （MFS） 定性：荧光光谱 定量：对于一给定的物质，当激发光波长和强度一定时， 发射荧光的强度与物质浓度成正比。
（2）分子磷光光谱：光致发光，用于分子磷光光谱分析 （MPS） 在一定条件下，发射磷光的强度与物质浓度成正比。 荧光与磷光的比较：二者均为光致发光，但发光机理不同 荧光：入射光停止照射，荧光几乎立即停止； 磷光：入射光停止照射，磷光还可持续～10秒。
发射光谱
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二、分子光谱
•分子光谱（带光谱）：
基于分子中电子能级、振转能级跃迁而产生的光谱。
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分子光谱（带状光谱）
原子光谱为线状光谱， 分子光谱为带状光谱； 为什么分子光谱为带状光谱？
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原子光谱图 分子光谱图
（一）分子的能级与跃迁 1.分子的能量
E=Ee+ Ev + Er + En + Et + Ei 分子中原子的核能： En 分子的平移能：Et 电子运动能： Ee 原子间相对振动能： Ev 分子转动能： Er 基团间的内旋能： Ei
在一般化学反应中， En不变； Et 、 Ei较小； E=Ee+ Ev + Er
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2. 分子的能级：电子能级、振动能级、转动能级
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（二）分子吸收光谱和分子发光光谱
1、分子吸收光谱：分子对辐射能的选择吸收 由基态或较低能级跃迁到较高能级产生的分 子光谱。
光致发光示意图.swf
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I f kC
2、分子发光光谱
（1）分子荧光光谱：光致发光，用于分子荧光光谱分析法 （MFS） 定性：荧光光谱 定量：对于一给定的物质，当激发光波长和强度一定时， 发射荧光的强度与物质浓度成正比。
（2）分子磷光光谱：光致发光，用于分子磷光光谱分析 （MPS） 在一定条件下，发射磷光的强度与物质浓度成正比。 荧光与磷光的比较：二者均为光致发光，但发光机理不同 荧光：入射光停止照射，荧光几乎立即停止； 磷光：入射光停止照射，磷光还可持续～10秒。
发射光谱
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二、分子光谱
•分子光谱（带光谱）：
基于分子中电子能级、振转能级跃迁而产生的光谱。
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分子光谱（带状光谱）
原子光谱为线状光谱， 分子光谱为带状光谱； 为什么分子光谱为带状光谱？
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原子光谱图 分子光谱图
（一）分子的能级与跃迁 1.分子的能量
E=Ee+ Ev + Er + En + Et + Ei 分子中原子的核能： En 分子的平移能：Et 电子运动能： Ee 原子间相对振动能： Ev 分子转动能： Er 基团间的内旋能： Ei
在一般化学反应中， En不变； Et 、 Ei较小； E=Ee+ Ev + Er
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2. 分子的能级：电子能级、振动能级、转动能级
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（二）分子吸收光谱和分子发光光谱
1、分子吸收光谱：分子对辐射能的选择吸收 由基态或较低能级跃迁到较高能级产生的分 子光谱。
《原子发射光谱》课件
不同的样品类型和测量方法对样品制备的要求也不同，因此需要根据实际情况选择 合适的样品制备方法。
样品溶解
样品溶解是原子发射光谱分析 中的重要环节，其目的是将待 测样品中的目标元素充分溶解
在合适的溶剂中。
常用的溶剂有酸、碱、盐等 ，根据待测元素和样品的性
质选择合适的溶剂。
在溶解过程中，需要控制温度 、压力、搅拌速度等条件，以 保证目标元素能够充分溶解在
归一化法
通过比较不同元素谱线强度的比例，消除基体效 应和物理干扰的影响。
Part
06
原子发射光谱的未来发展与挑 战
新技术应用
01
02
03
激光技术
利用激光的高能量和高精 度特性，提高原子发射光 谱的检测灵敏度和分辨率 。
微纳加工技术
将原子发射光谱仪器小型 化、集成化，便于携带和 移动检测。
人工智能技术
利用人工智能算法对原子 发射光谱数据进行处理和 解析，提高分析准确性和 效率。
仪器改进与优化
高性能探测器
研发更灵敏、更快速响应的探测器，提高光谱信号的采集和解析能 力。
高效能光源
优化光源的稳定性和寿命，提高光谱信号的强度和可靠性。
自动化与智能化
实现原子发射光谱仪器的自动化和智能化操作，降低人为误差和操作 复杂度。
高温条件下可实现元素的完全蒸发和激发 ，具有较高的灵敏度和准确度。
需要使用高温电热丝，设备成本较高，且 对某些元素的分析效果不佳。
火花/电弧原子发射光谱法
原理 通过电火花或电弧产生的高温使 待测元素激发为光谱状态，通过 测量光谱线的波长和强度，进行 定性和定量分析。
缺点 分析速度较慢，设备成本较高， 且对某些元素的分析效果不佳。
应用范围
样品溶解
样品溶解是原子发射光谱分析 中的重要环节，其目的是将待 测样品中的目标元素充分溶解
在合适的溶剂中。
常用的溶剂有酸、碱、盐等 ，根据待测元素和样品的性
质选择合适的溶剂。
在溶解过程中，需要控制温度 、压力、搅拌速度等条件，以 保证目标元素能够充分溶解在
归一化法
通过比较不同元素谱线强度的比例，消除基体效 应和物理干扰的影响。
Part
06
原子发射光谱的未来发展与挑 战
新技术应用
01
02
03
激光技术
利用激光的高能量和高精 度特性，提高原子发射光 谱的检测灵敏度和分辨率 。
微纳加工技术
将原子发射光谱仪器小型 化、集成化，便于携带和 移动检测。
人工智能技术
利用人工智能算法对原子 发射光谱数据进行处理和 解析，提高分析准确性和 效率。
仪器改进与优化
高性能探测器
研发更灵敏、更快速响应的探测器，提高光谱信号的采集和解析能 力。
高效能光源
优化光源的稳定性和寿命，提高光谱信号的强度和可靠性。
自动化与智能化
实现原子发射光谱仪器的自动化和智能化操作，降低人为误差和操作 复杂度。
高温条件下可实现元素的完全蒸发和激发 ，具有较高的灵敏度和准确度。
需要使用高温电热丝，设备成本较高，且 对某些元素的分析效果不佳。
火花/电弧原子发射光谱法
原理 通过电火花或电弧产生的高温使 待测元素激发为光谱状态，通过 测量光谱线的波长和强度，进行 定性和定量分析。
缺点 分析速度较慢，设备成本较高， 且对某些元素的分析效果不佳。
应用范围
第6章原子发射光谱法
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。
然后用映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。
H = E •t=KIt 黑度S定义为透过率倒数的对 数，故
S = lg1/T = lg i0 / i
感光板上谱线黑度，一般用测 微光度计测量。
（2）ICP的分析性能 ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电。 优点： Ⅰ、温度高（5000-8000K)，惰性气氛，原子化条件好，有利于 难熔化合物的分解和难激发元素激发，可测定70多种元素。 Ⅱ、试样在光源中停留时间长，有利于试样的原子化、电离和 激发。氩气的环境使化学干扰和基体效应小，有很高的灵敏度。 Ⅲ、放电的稳定性很好，分析的精密度高，相对误差1%左右 。
分辨率（resolving power): 摄谱仪的光学系统能够正确分辨出紧邻两条 谱线的能力。可用两条可分辨开的光谱线波长 的平均值λ与其波长差△λ之比值来表示。即： R= λ/ △λ 集光本领 指摄谱仪的光学系统传递辐射的能力，大型 摄谱仪的集光本领较中型摄谱仪弱。
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
原子发射光谱法的应用：在地质、冶金、机械、环境、 生命及医学等领域得到广泛应用。
第二节 原子发射光谱法的基本原理
一、原子发射光谱的产生
一般情况下，物质的原子处于基态，通过电致激发、
热致激发等激发光源作用下，原子获得能量，外层电子从 基态跃迁到较高能态变为激发态 ，约经10-8 s，外层电子就 从高能级向较低能级或基态跃迁，能量以光辐射形式发射 出去，这样就得到发射光谱。 热能、电能
原子发射光谱法
a
b
二、定量分析基础-谱线强度
在i, j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：
I ij= Ni Aij hυij (1) (Aij 为跃迁几率)
在高温下，处于热力学平衡状态时， 单 Ni位之体间积遵的守基Bo态ltz原m子an数n分N布0与定激律发态原子数
Ni = N0 gi/g0 e-E/kT (2)
第三节 原子发射光谱仪
原子发射光谱法仪器分为三部分：光源、分光 仪和检测器。
一、光源 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。 光源的类型：
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP) （Inductively coupled plasma）
主要部分：
1. 高频发生器 2. 等离子体炬管 3. 试样雾化器 4. 光谱系统
R = I / I0 =Acb 取对数，得
lgR = blgc + lgA
此式为内标法光谱定量分析的基本关系式。
2. 校准曲线法： 在确定的分析条件下，用三个或三个以上
含有不同浓度被测元素的标准样品与试样 在相同的条件下激发光谱，以分线强度I或 内标分析线对强度比R或lgR对浓度c或lgc做 校准曲线。再由校准曲线求得试样被测元 素含量。
为(Bgoi,ltgz0m为an激n常发数态，和T基为态温的度统。计) 权，Ei为激发电位，K
把(2)代入(1)得：
Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
此式为谱线强度公式。 Iij 正比于基态原子N0 ，也就是说 Iij ∝C，这就 是定量分析依据。
影响谱线强度的因素为：
（1）统计权重(gi/g0)
影响谱线强度的因素为：
（4）激发温度(T)
温度升高，谱线强度增大。但温度升高， 电离的原子数目也会增多，而相应的原子 数减少，致使原子谱线强度减弱，离子的 谱线强度增大。
b
二、定量分析基础-谱线强度
在i, j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：
I ij= Ni Aij hυij (1) (Aij 为跃迁几率)
在高温下，处于热力学平衡状态时， 单 Ni位之体间积遵的守基Bo态ltz原m子an数n分N布0与定激律发态原子数
Ni = N0 gi/g0 e-E/kT (2)
第三节 原子发射光谱仪
原子发射光谱法仪器分为三部分：光源、分光 仪和检测器。
一、光源 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。 光源的类型：
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP) （Inductively coupled plasma）
主要部分：
1. 高频发生器 2. 等离子体炬管 3. 试样雾化器 4. 光谱系统
R = I / I0 =Acb 取对数，得
lgR = blgc + lgA
此式为内标法光谱定量分析的基本关系式。
2. 校准曲线法： 在确定的分析条件下，用三个或三个以上
含有不同浓度被测元素的标准样品与试样 在相同的条件下激发光谱，以分线强度I或 内标分析线对强度比R或lgR对浓度c或lgc做 校准曲线。再由校准曲线求得试样被测元 素含量。
为(Bgoi,ltgz0m为an激n常发数态，和T基为态温的度统。计) 权，Ei为激发电位，K
把(2)代入(1)得：
Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
此式为谱线强度公式。 Iij 正比于基态原子N0 ，也就是说 Iij ∝C，这就 是定量分析依据。
影响谱线强度的因素为：
（1）统计权重(gi/g0)
影响谱线强度的因素为：
（4）激发温度(T)
温度升高，谱线强度增大。但温度升高， 电离的原子数目也会增多，而相应的原子 数减少，致使原子谱线强度减弱，离子的 谱线强度增大。
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1.3 能级图
原子由各种高能级 跃迁到低能级时发射的 一系列光谱线。
16/11716
2. 谱线强度
光谱分析过程中，被测物质在激发光源中被蒸发 、原子化、电离；
基态原子或离子被高速运动的各种粒子碰撞激发 ，这时物质处于等离子态；
激发态原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发 射的谱线强度常用 辐射强度I 来表示。
重和玻耳兹曼因子乘积的总和。
20/11720
等离子体中不仅存在激发平衡，还存在解离平衡
和电离平衡，分别用解离度 和电离度α表征分子
解离和原子电离的程度。
在等离子体工作状态下，分子一般完全解离。
因此任意能级状态下原子、离子密度与总原子密
度的关系为：
Ni
gi Z
(1 ) N
Ei
e kT
N
8/1178
章节重点：
原子发射光谱分析法的特点。
9/1179
第六章 原子发射光谱法
1. 原子发射光谱的产生 2. 原子发射光谱法特点
第二节 原子发射光谱 法的基本原理
10
1. 原子发射光谱的产生
正常状态下，物质中原子处于能量最低的基态。 当原子在受到外界能量（热能或电能）激发时，
由基态跃迁到激发态。 处于激发态的原子非常不稳定，返回到基态时，
第六章 原子发射光谱法
1. 定义 2. 原子发射光谱法特点
第一节 概述
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2/1172
1. 定义
原子发射光谱分析法(AES)：原子在受到热或 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。
Atomic Emission Spectroscopy
3/1173
2. 发展历史
AES是历史最悠久的光分析方法。 1859年，基尔霍夫、本生研制出第一台用于光
谱分析的分光镜，实现了光谱检验。
4/1174
2. 发展历史
1930年以后，建立光谱定量分析方法。 在原子吸收光谱分析法建立后，AES在分析化
17/11717
辐射强度I：群体光子辐射总能量的反映，与激 发态原子数 Ni 成正比。
Iij = NiAijEij =Ni Aijhij
Aij为两个能级间的跃迁几率；Eij为两能级能量
差；h为普朗克常数；ij发射谱线的频率。
18/11718
如果激发光源中等离子体处于局部热力学平衡 时，单位体积的基态原子密度N0与激发态原子密度 Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
不同的元素其原子结构不同，原子能级状态不 同，因此，原子发射的波长也不同。
每种元素都有其特征光谱，这是光谱定性分析 的依据！是AES方法选择性高的基础！
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1.1 特征光谱
共振线：激发态与基态之间跃迁形成的光谱线 ，分为共振吸收线和共振发射线。
非共振线：激发态与激发态之间跃迁形成的光 谱线。
发电位或电离电位较低的谱线强度较大。 ➢ Ei最低的第一共振线是强度最大的谱线。
24/11724
跃迁概率 ➢ 跃迁概率：单位时间内每个原子由一个能级 辐射跃迁到另一能级的次数。Aij一般在106 109 s-1之间。
Iijg Zi Aijhij(1)NekEiT
➢ 谱线强度与跃迁概率成正比。
25/11725
6/1176
4. 缺点
高含量分析时，准确度较差。 常见非金属元素如O、N、S、卤素等，其谱线
处于远紫外区，一般光谱仪尚无法检测。 一些非金属元素，如磷、硒、锑等，由于激发
电位高，灵敏度较低。
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5. 应用
可用于70多种元素的分析。 在地质、冶金、机械、环境、材料、能源、生
命及医学领域得到广泛应用。
原子总密度
Iijg Zi Aijhij(1)NekEiT
跃迁几率
电离度 激发温度
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2.1 影响谱线强度的因素
2.1.1 谱线的性质 激发电位
➢➢Ii谱 位 随j E线 越i的强 低g Z降i度 ，低A 与 谱i，激线jh激发强发电度ij态位越(粒成大1子 负。密指度数)增关N 大系。，e因激此k发Ei激T 电
学中的地位下降。 目前由于新光源(ICP)的出现，情况发生逆转。
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3. AES特点（一般光源）
多元素同时检测：各元素同时发射特征光谱。 分析速度快：试样不需复杂的分离等处理步骤，
可同时对几十种元素进行定量分析。 选择性高：各元素具有不同的特征光谱。 检出限较低：10-0.1 gg-1。
电离线：离子由激发态到基态的跃迁，与电离 能大小无关，是离子的特征共振线。
第一共振线：原子第一激发态与基态之间跃迁 形成的光谱线，能量差最小，最易发生。
14/11714
1.2 原子谱线表
用罗马字母表示： 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；
按照光谱选择定则，以辐射形式放出能量，跃迁 到较低能级或基态，产生原子发射光谱。
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激发态M*
热能、电能
E
特征辐射
基态元素M
原子发射光谱的波长：反映单个光子的辐射能量 ，取决于跃迁前后两个能级的能量差。
hc hc
E2 E1 E
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原子光谱是由原子外层电子在电子能级间的跃 迁产生的。
i
i
Z
N
Ei
e kT
21/11721
将任意能级状态下的原子、离子的密度与原子总 密度的计算公式代入谱线强度计算公式：
Iij
gi Z
Ei
Aijhij (1) Ne kT
Iij
gij Z
Aijhij
N
Ei
e kT
爱因斯坦-波耳兹曼-沙哈谱线强度方程！
22/11722
激发电位
统计权重 辐射频率
统计权重 ➢ 量子力学中把能级可能有的微观状态数称为 该能级的简并度，也称统计权重。
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
玻耳兹曼因子
gi 、g0为激发态与基态的统计权重；Ei为激发能 量；k为玻耳兹曼常数；T为激发温度。
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以N表示被测元素在等离子体中总密度，则任意
激发态原子密度Ni与总密度N有如下关系：
Ni
gi Z
Ei
Ne kT
Z
Ei
gie KT
i
Z称为配分函数，是原子所有不同状态的统计权
1.3 能级图
原子由各种高能级 跃迁到低能级时发射的 一系列光谱线。
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2. 谱线强度
光谱分析过程中，被测物质在激发光源中被蒸发 、原子化、电离；
基态原子或离子被高速运动的各种粒子碰撞激发 ，这时物质处于等离子态；
激发态原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发 射的谱线强度常用 辐射强度I 来表示。
重和玻耳兹曼因子乘积的总和。
20/11720
等离子体中不仅存在激发平衡，还存在解离平衡
和电离平衡，分别用解离度 和电离度α表征分子
解离和原子电离的程度。
在等离子体工作状态下，分子一般完全解离。
因此任意能级状态下原子、离子密度与总原子密
度的关系为：
Ni
gi Z
(1 ) N
Ei
e kT
N
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章节重点：
原子发射光谱分析法的特点。
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第六章 原子发射光谱法
1. 原子发射光谱的产生 2. 原子发射光谱法特点
第二节 原子发射光谱 法的基本原理
10
1. 原子发射光谱的产生
正常状态下，物质中原子处于能量最低的基态。 当原子在受到外界能量（热能或电能）激发时，
由基态跃迁到激发态。 处于激发态的原子非常不稳定，返回到基态时，
第六章 原子发射光谱法
1. 定义 2. 原子发射光谱法特点
第一节 概述
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2/1172
1. 定义
原子发射光谱分析法(AES)：原子在受到热或 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。
Atomic Emission Spectroscopy
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2. 发展历史
AES是历史最悠久的光分析方法。 1859年，基尔霍夫、本生研制出第一台用于光
谱分析的分光镜，实现了光谱检验。
4/1174
2. 发展历史
1930年以后，建立光谱定量分析方法。 在原子吸收光谱分析法建立后，AES在分析化
17/11717
辐射强度I：群体光子辐射总能量的反映，与激 发态原子数 Ni 成正比。
Iij = NiAijEij =Ni Aijhij
Aij为两个能级间的跃迁几率；Eij为两能级能量
差；h为普朗克常数；ij发射谱线的频率。
18/11718
如果激发光源中等离子体处于局部热力学平衡 时，单位体积的基态原子密度N0与激发态原子密度 Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
不同的元素其原子结构不同，原子能级状态不 同，因此，原子发射的波长也不同。
每种元素都有其特征光谱，这是光谱定性分析 的依据！是AES方法选择性高的基础！
13/11713
1.1 特征光谱
共振线：激发态与基态之间跃迁形成的光谱线 ，分为共振吸收线和共振发射线。
非共振线：激发态与激发态之间跃迁形成的光 谱线。
发电位或电离电位较低的谱线强度较大。 ➢ Ei最低的第一共振线是强度最大的谱线。
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跃迁概率 ➢ 跃迁概率：单位时间内每个原子由一个能级 辐射跃迁到另一能级的次数。Aij一般在106 109 s-1之间。
Iijg Zi Aijhij(1)NekEiT
➢ 谱线强度与跃迁概率成正比。
25/11725
6/1176
4. 缺点
高含量分析时，准确度较差。 常见非金属元素如O、N、S、卤素等，其谱线
处于远紫外区，一般光谱仪尚无法检测。 一些非金属元素，如磷、硒、锑等，由于激发
电位高，灵敏度较低。
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5. 应用
可用于70多种元素的分析。 在地质、冶金、机械、环境、材料、能源、生
命及医学领域得到广泛应用。
原子总密度
Iijg Zi Aijhij(1)NekEiT
跃迁几率
电离度 激发温度
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2.1 影响谱线强度的因素
2.1.1 谱线的性质 激发电位
➢➢Ii谱 位 随j E线 越i的强 低g Z降i度 ，低A 与 谱i，激线jh激发强发电度ij态位越(粒成大1子 负。密指度数)增关N 大系。，e因激此k发Ei激T 电
学中的地位下降。 目前由于新光源(ICP)的出现，情况发生逆转。
5/1175
3. AES特点（一般光源）
多元素同时检测：各元素同时发射特征光谱。 分析速度快：试样不需复杂的分离等处理步骤，
可同时对几十种元素进行定量分析。 选择性高：各元素具有不同的特征光谱。 检出限较低：10-0.1 gg-1。
电离线：离子由激发态到基态的跃迁，与电离 能大小无关，是离子的特征共振线。
第一共振线：原子第一激发态与基态之间跃迁 形成的光谱线，能量差最小，最易发生。
14/11714
1.2 原子谱线表
用罗马字母表示： 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；
按照光谱选择定则，以辐射形式放出能量，跃迁 到较低能级或基态，产生原子发射光谱。
11/11711
激发态M*
热能、电能
E
特征辐射
基态元素M
原子发射光谱的波长：反映单个光子的辐射能量 ，取决于跃迁前后两个能级的能量差。
hc hc
E2 E1 E
12/11712
原子光谱是由原子外层电子在电子能级间的跃 迁产生的。
i
i
Z
N
Ei
e kT
21/11721
将任意能级状态下的原子、离子的密度与原子总 密度的计算公式代入谱线强度计算公式：
Iij
gi Z
Ei
Aijhij (1) Ne kT
Iij
gij Z
Aijhij
N
Ei
e kT
爱因斯坦-波耳兹曼-沙哈谱线强度方程！
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激发电位
统计权重 辐射频率
统计权重 ➢ 量子力学中把能级可能有的微观状态数称为 该能级的简并度，也称统计权重。
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
玻耳兹曼因子
gi 、g0为激发态与基态的统计权重；Ei为激发能 量；k为玻耳兹曼常数；T为激发温度。
19/11719
以N表示被测元素在等离子体中总密度，则任意
激发态原子密度Ni与总密度N有如下关系：
Ni
gi Z
Ei
Ne kT
Z
Ei
gie KT
i
Z称为配分函数，是原子所有不同状态的统计权