关于原子发射光谱讲义课件
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《原子发射光谱法》课件
激发温度：10000 K
优点：激发温度高，可分析固体，稳定性好。
缺点：蒸发温度低、检出限差，不宜分析微量元素，适宜高含量、 难激发元素和低熔点元素分析。
④ 电感耦合等离子体（ICP）
等离子体：物质的第四态，由离子、自由电子和中性原 子或分子组成，其正负电荷密度几乎相等，在总体上是 一种电中性的气体。
⒈ 激发光源的类型：
⑴ 电弧: 直流电弧和交流电弧 ⑵ 火花：高压和低压火花 ⑶ 电感耦合等离子体焰炬 ⑷ 激光 ⑸ 火焰
① 直流电弧
A R
外焰
阴极 阴极斑点 3000 K
DC 170~300 V
分析间隙
弧柱
阳极斑点4000 K 阳极
L
激发温度：4000 K ~ 7000 K
优点：阳极温度高（4000 K），蒸发温度高，灵敏度高。 缺点：稳定性差，只能作定性分析或半定量分析，不适合
3. 标准加入法
当测定低浓度元素时，是克服基体效应的最佳方法。
4. 工作曲线法
又称外标法。适用范围宽，是仪器分析常用的方法。
本章要求
⒈ 掌握原子发射光谱法的基本原理。 ⒉ 了解原子发射光谱法的各种光源及仪器特点。 ⒊ 掌握原子发射光谱法的分析方法及适用范围。
定量分析。
② 交流电弧
激发温度：4000~7000 K
T1变压器 可使220V电压上 升 至 3000V ， G1 放 电 ， 形 成 C1-L1-G1高频震荡放电；
T2 变 压 器 可 使 电 压 上 升 至 10000V ， G2 放 电 ， 形 成 R2-L2-G2 低压电弧放电；
C2可 将高频电 流沿 L2-G2-C2 与低频电弧电流分开，高频 电流不能进入低压电弧电路。
优点：电极温度高，蒸发能力快，检出限低；电弧温度高， 激发能力强；具有脉冲性；稳定性较好，可作定量分析。
优点：激发温度高，可分析固体，稳定性好。
缺点：蒸发温度低、检出限差，不宜分析微量元素，适宜高含量、 难激发元素和低熔点元素分析。
④ 电感耦合等离子体（ICP）
等离子体：物质的第四态，由离子、自由电子和中性原 子或分子组成，其正负电荷密度几乎相等，在总体上是 一种电中性的气体。
⒈ 激发光源的类型：
⑴ 电弧: 直流电弧和交流电弧 ⑵ 火花：高压和低压火花 ⑶ 电感耦合等离子体焰炬 ⑷ 激光 ⑸ 火焰
① 直流电弧
A R
外焰
阴极 阴极斑点 3000 K
DC 170~300 V
分析间隙
弧柱
阳极斑点4000 K 阳极
L
激发温度：4000 K ~ 7000 K
优点：阳极温度高（4000 K），蒸发温度高，灵敏度高。 缺点：稳定性差，只能作定性分析或半定量分析，不适合
3. 标准加入法
当测定低浓度元素时，是克服基体效应的最佳方法。
4. 工作曲线法
又称外标法。适用范围宽，是仪器分析常用的方法。
本章要求
⒈ 掌握原子发射光谱法的基本原理。 ⒉ 了解原子发射光谱法的各种光源及仪器特点。 ⒊ 掌握原子发射光谱法的分析方法及适用范围。
定量分析。
② 交流电弧
激发温度：4000~7000 K
T1变压器 可使220V电压上 升 至 3000V ， G1 放 电 ， 形 成 C1-L1-G1高频震荡放电；
T2 变 压 器 可 使 电 压 上 升 至 10000V ， G2 放 电 ， 形 成 R2-L2-G2 低压电弧放电；
C2可 将高频电 流沿 L2-G2-C2 与低频电弧电流分开，高频 电流不能进入低压电弧电路。
优点：电极温度高，蒸发能力快，检出限低；电弧温度高， 激发能力强；具有脉冲性；稳定性较好，可作定量分析。
原子发射光讲义谱法课件
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、铣和铪、十几种稀 土元素的分析用其他方法都很困难，而对 AES来说是毫无困难之举。
第一节 基本原理
一、原子发射光谱的产生
一般情况下，原子处于基态，通过电 致激发、热致激发或光致激发等激发光 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，多余的能量的发射可得到 一条光谱线。
原子的外层电子由高能级向低能级跃 迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，这 样就得到发射光谱。原子发射光谱是线状 光谱。
（2）跃迁几率 谱线强度与跃迁几率成正比。跃迁几率是 一个原子在单位时间内两个能级之间跃迁 的几率，可通过实验数据计算。
（3）激发电位
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。
（4）激发温度 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
（5）基态原子数
谱线强度与基态原子数成正比。 在一定的条件下，基态原子数与试 样中该元素浓度成正比。因此，在 一定的条件下谱线强度与被测元素 浓度成正比，这是光谱定量分析的 依据。
浓度越大，
基态原子数N0也越大， 基态原子数N0大，
玻兹曼分布定律：
Ni = N0 gi/g0e (-E / kT) 式中Ni 为单位体积内处于激发态的原子数， N0 为单位体积内处于基态的原子数， gi，g0为激 发态和基态的统计权重，Ei为激发电位，k为玻 兹曼常数，T为激发温度。
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、铣和铪、十几种稀 土元素的分析用其他方法都很困难，而对 AES来说是毫无困难之举。
第一节 基本原理
一、原子发射光谱的产生
一般情况下，原子处于基态，通过电 致激发、热致激发或光致激发等激发光 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，多余的能量的发射可得到 一条光谱线。
原子的外层电子由高能级向低能级跃 迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，这 样就得到发射光谱。原子发射光谱是线状 光谱。
（2）跃迁几率 谱线强度与跃迁几率成正比。跃迁几率是 一个原子在单位时间内两个能级之间跃迁 的几率，可通过实验数据计算。
（3）激发电位
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。
（4）激发温度 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
（5）基态原子数
谱线强度与基态原子数成正比。 在一定的条件下，基态原子数与试 样中该元素浓度成正比。因此，在 一定的条件下谱线强度与被测元素 浓度成正比，这是光谱定量分析的 依据。
浓度越大，
基态原子数N0也越大， 基态原子数N0大，
玻兹曼分布定律：
Ni = N0 gi/g0e (-E / kT) 式中Ni 为单位体积内处于激发态的原子数， N0 为单位体积内处于基态的原子数， gi，g0为激 发态和基态的统计权重，Ei为激发电位，k为玻 兹曼常数，T为激发温度。
分析化学二第3章原子发射光谱法PPT
l = 0, 1, 2, ……，(n-1)
轨道符号: s p d
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
（1）核外单电子运动状态的描述
磁量子数（m ） 描述电子云在空间的不同取向
m = 0, ±1, ±2, …… ±l （即 m 共有2l ±1个取值）
自旋量子数（s ） 描述电子的自旋情况
s= 1
2
或
共有2L+1个值
二、能级图与光谱项——光谱项
（3）光谱项符号 作 用： 用来表示原子中电子特定的能级
一个光谱项符号代表原子的一个能级
基本原理
表示方法：
谱线多重性符号
主量子数
n 2S 1LJ
总角量子数（用S、P、D…表示） 内量子数, 代表不同的光谱支项
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
写出基态Na的光谱项符号
2、理想的光源条件
（） （） （） （） （） （）
二、AES中的光源
3、AES中常用的光源
经典光源
原子发射光谱仪
现代光源
原子发射光谱仪
二、AES中的光源
与光源相关的几个重要概念
击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。 自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的
电离作用，仍能继续保持电离，使放电持 续的现象。
1.988 10 23 J cm 5893 10 8 cm
3.37 10 19 J
（2）求gJ 和g0
Na的基态3s的光谱项为 32 S1/ 2
g0
(2J 1) 2 1 1 2
2
Na的激发态3p的光谱项为 32 P1/ 2 和 32 P3/ 2
gi
(2J 1) (2 1 1) (2 3 1) 6
轨道符号: s p d
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
（1）核外单电子运动状态的描述
磁量子数（m ） 描述电子云在空间的不同取向
m = 0, ±1, ±2, …… ±l （即 m 共有2l ±1个取值）
自旋量子数（s ） 描述电子的自旋情况
s= 1
2
或
共有2L+1个值
二、能级图与光谱项——光谱项
（3）光谱项符号 作 用： 用来表示原子中电子特定的能级
一个光谱项符号代表原子的一个能级
基本原理
表示方法：
谱线多重性符号
主量子数
n 2S 1LJ
总角量子数（用S、P、D…表示） 内量子数, 代表不同的光谱支项
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
写出基态Na的光谱项符号
2、理想的光源条件
（） （） （） （） （） （）
二、AES中的光源
3、AES中常用的光源
经典光源
原子发射光谱仪
现代光源
原子发射光谱仪
二、AES中的光源
与光源相关的几个重要概念
击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。 自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的
电离作用，仍能继续保持电离，使放电持 续的现象。
1.988 10 23 J cm 5893 10 8 cm
3.37 10 19 J
（2）求gJ 和g0
Na的基态3s的光谱项为 32 S1/ 2
g0
(2J 1) 2 1 1 2
2
Na的激发态3p的光谱项为 32 P1/ 2 和 32 P3/ 2
gi
(2J 1) (2 1 1) (2 3 1) 6
第八章原子发射光谱分析课件
需的能量称为电离电位；离子的外层电子跃迁时所发射的谱线称离子线。以 II，III，IV等表示。 例如NaⅠ5895.923A0表示原子线，MgⅡ2802.700A0表示一次电离离子线
三.原子发射谱线强度与试样中元素浓度的关系
Ei
1. 谱线强度及其影响因素
在高温下，处于热力学平衡状态时，单位体积的基态
§8.1 原子发射光谱法基本原理
一. 原子发射光谱的产生
气态原子或离子的核外层电子当获取足够的能量后，就会从基态 跃迁到各种激发态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速 回到低能态时，就要释放出能量，若以光辐射的形式释放能量，既得 到原子发射光谱。
E3 电能、热能、光 能等激发气态原 E2 子、离子的核外 层电子跃迁至高 E1 能态。
低压交流电弧特点： 1）电极温度比直流电弧略低；样品蒸发能力比直流电 弧差，因而对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧。 2）电弧温度比直流电弧略高，激发能力较强； 3）电弧稳定，重现性好，适于大多数元素的定量分析 ；
22
（3）高压火花：高频高压引燃并放电
L B
R1
D
220V
V~
C
G
D
220V10~25kV (B)
25
高压火花的特点：
（1）放电温度高，激发能力强，某些难激发元素可被激 发，且多为离子线；
（2）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，适 于低熔点金属与合金的分析；
（3）稳定性好，重现性好，适用定量分析；
缺点： （1）灵敏度较差，但可做较高含量的分析； （2）噪音较大；
(4) 电感耦合等离子体光源
（1）、直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电LE 220~38 VV5~30A
三.原子发射谱线强度与试样中元素浓度的关系
Ei
1. 谱线强度及其影响因素
在高温下，处于热力学平衡状态时，单位体积的基态
§8.1 原子发射光谱法基本原理
一. 原子发射光谱的产生
气态原子或离子的核外层电子当获取足够的能量后，就会从基态 跃迁到各种激发态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速 回到低能态时，就要释放出能量，若以光辐射的形式释放能量，既得 到原子发射光谱。
E3 电能、热能、光 能等激发气态原 E2 子、离子的核外 层电子跃迁至高 E1 能态。
低压交流电弧特点： 1）电极温度比直流电弧略低；样品蒸发能力比直流电 弧差，因而对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧。 2）电弧温度比直流电弧略高，激发能力较强； 3）电弧稳定，重现性好，适于大多数元素的定量分析 ；
22
（3）高压火花：高频高压引燃并放电
L B
R1
D
220V
V~
C
G
D
220V10~25kV (B)
25
高压火花的特点：
（1）放电温度高，激发能力强，某些难激发元素可被激 发，且多为离子线；
（2）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，适 于低熔点金属与合金的分析；
（3）稳定性好，重现性好，适用定量分析；
缺点： （1）灵敏度较差，但可做较高含量的分析； （2）噪音较大；
(4) 电感耦合等离子体光源
（1）、直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电LE 220~38 VV5~30A
原子发射光谱详解PPT课件
2020年9月28日
9
直流电弧特点：
优点：样品蒸发能力强（阳极斑）---进入电弧的待测物多--绝对灵敏度高---适于定性分析及低含量杂质的测定，以及部 分矿物、岩石等难熔样品及稀土难熔元素定量； 缺点： 1）电弧不稳----分析重现性差； 2）弧层厚，自吸严重； 3）安全性差； 4）电极头温度比较高 因此不宜用于定量分析及低熔点元素测定
过程：接触短路引燃（或高频引燃）；阴极发出电子流，冲击阳极，产生 高热，使试样蒸发，又与电子碰撞，电离成离子，再冲击阴极，引起二次电子 发射……电子再撞击阳极，产生高温阳极斑（4000 K）；产生的电弧温度： 4000~7000K，因此在分析间隙各种电子原子粒子相互碰撞，能量交换，引起试 样激发，发射出一定波长的谱线。
而对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧。
2020年9月28日
12
高压火花：高频高压引燃并放电。
B
L
R1
220V
V~
D C
D
G 分析间隙
220V 10~25kV (B) C充电 击穿分析隙 G 放电;
回路 L-C-G 中高压高频振荡电流, G 放电中断； 下一回合充放电开始 火花不灭。 火花特点： 1）放电稳定，分析重现性好； 2）放电间隙长，电极温度（蒸发温度）低，检出现低，多适于分析易熔金
2. 历史：
• 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；
• 随后30年——定性分析;
• 1930年以后，建立了光谱定量分析方法；
2020年9月28日
2
10.2 基本原理
一. 原子发射光谱的产生
《原子发射光谱分析》课件
食品安全
原子发射光谱分析可用于食 品中微元素的检测，确保 食品安全和质量。
发展历程和趋势
历史
原子发射光谱分析起源于19世纪，经过多年的发展 和改进，成为现代化的分析技术。
未来
随着技术的进步，原子发射光谱分析将在元素分析 领域发挥更重要的作用，实现更高的灵敏度和准确 性。
总结和结束语
通过本课件的学习，您了解了《原子发射光谱分析》的重要性和原理，以及 其在化学分析、环境监测和食品安全等领域的应用。随着技术的不断发展， 原子发射光谱分析将在未来产生更大的应用前景。
3
样品进样
将样品注入原子发射光谱仪中，加热或
光谱分析
4
电离样品以激发原子。
测量样品发射的特定波长光线，并根据 光谱曲线确定元素含量。
技术应用场景和优势
化学分析
原子发射光谱分析被广泛应 用于化学分析领域，用于分 析金属元素的含量。
环境监测
该技术可用于检测土壤、水 体和大气中的污染物，为环 境保护提供重要数据。
《原子发射光谱分析》 PPT课件
本课件将介绍《原子发射光谱分析》的重要性、原理和实验过程，并展示该 技术的应用场景、优势以及发展历程和趋势，最后进行总结和结束。
什么是原子发射光谱分析?
原子发射光谱分析是一种用于分析物质元素组成的重要技术。通过激发样品 中的原子，测量其发射的特定波长光线，可以确定样品中各种元素的含量。
原理和原理说明
原子发射光谱分析基于原子在能级跃迁时释放特定的光线的原理。通过将样品加热或电离，使其原子激发到高 能级并发射光线，测量光线的波长和强度来分析元素含量。
实验过程和图示
1
样品准备
将待测样品制备成适合分析的形式，如
光谱仪设置
《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
《原子发射光谱》课件
地球化学填图
通过分析不同地区岩石、土壤和水 的元素组成，可以绘制地球化学图， 揭示地球的化学特征和矿产分布规 律。
古气候研究
通过分析古岩石中元素的含量变化， 可以推断古代气候的变化情况，为 地质历史研究提供重要依据。
在环境监测中的应用
大气污染物的测定
原子发射光谱法可以快速测定大气中的多种污染物元素，如铅、 汞、砷等，为环境治理和健康保护提供数据支持。
原子发射光谱法可用于炉渣和烟尘中 多种元素的测定，指导冶炼过程的优 化和环保治理。
合金鉴定
通过分析合金中各元素的特征谱线， 可以确定合金的种类和成分，为材料 研发和生产提供依据。
在地质学中的应用
岩石和矿物分析
原子发射光谱法可以对岩石和矿 物中的多种元素进行定性和定量 分析，有助于地质学研究和矿产
资源勘探。
高激发电位
提高激发电位可以增加原子激发的概率，从而提 高谱线强度。
高工作电流
提高工作电流可以增加原子发射的概率，从而提 高谱线强度。
优化光谱通带
优化光谱通带可以减少背景干扰，提高信噪比， 从而提高分析灵敏度。
提高分析准确度的方法
内标法
内标元素的选择应与待测元素性质相似，其在样品中的浓度应接近待测元素的 浓度。通过比较内标元素与待测元素的谱线强度，可以校正实验条件变化对分 析结果的影响，从而提高分析准确度。
连续光谱
由原子内电子在连续能级 间跃迁产生，覆盖较宽的 波长范围。
原子发射光谱与原子吸收光谱的比较
原子发射光谱
通过激发使原子释放光子，检测光子 波长和强度，用于元素定性定量分析 。
原子吸பைடு நூலகம்光谱
通过特定光源发射特定波长的光，使 原子吸收光子能量跃迁到激发态，再 回到基态时释放出特征光谱，用于元 素定性定量分析。
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2. 由激发态返回低能级态，辐射出不同特 征波长的光，将被测定物质发射的复合 光经分光装置色散成光谱。
3. 3. 据光谱的谱线位置进行光谱定性分析， 据谱线强度进行光谱定量分析。
5
§ 6-1 概述
三 、 分类
导入 1. 摄谱分析法：试样 → 电光源→高能态→低能态
分光系统
把光分开 感光板
映谱仪（定性分析）
离子线和原子线都是元素的特征光谱—称原子光谱
12
3. 共振线和主共振线
共振线：在所有原子谱线中， 凡是由各个激发态回到基态 所发射的谱线。 共振线
• 主共振线：在共振线中， 从第一激发态跃迁到基 主共振线 态所发射的谱线。
13
二、谱线的强度
（一）谱线强度表示式
谱线强度是原子发射光谱定量分析的依据，必须了 解谱线强度与各影响因素之间的关系。
每一元素的主共振线的激发电位最小，强度最强
每条谱线都对应一个激发电位，反映谱线出现所需的
能量。
Iij
gi g0
Ei
Aijh ijN0e kT
17
2. 温度T—关系较复杂
Iij
gi g0
Ei
AijhijN0e kT
T 既影响原子的激发过程，又影响原子的电 离过程
在一定范围内，激发温度升高谱线强度增大， 但超过某一温度，温度越高，原子发生电离 的数目越多，原子谱线强度降低，离子线谱 线强度升高。
Aijh ijN0e kT
谱线强度与统计权重成正比
g=2J+1 J为原子的内量子数
2J+1为能级的简并度
5. 基态原子
谱线强度与基态原子密度N0成正比 I ∝ N0 在一定条件下,N0与试样中元素含量成正比N0∝ c，
∴谱线强度也与被测定元素含量成正比。I ∝ c
I ∝ c ——光谱定量分析的基础
设i，j两能级间跃迁所产生的谱线强度Iij表示
Iij= NiAijhij
式中： Ni—处于较高激发态原子的密度
Aij—i，j两能级间的跃迁概率
ij —为发射谱线的频率
i
Iij j
14
• 当体系在一定温度下达到平衡时，原子在不同状 态的分布也达到平衡，分配在各激发态和基态的原 子密度应遵守波尔兹曼分布规律。各个状态的原子 数由温度 T 和激发能量 E 决定
Ni
N0
gi g0
Ei
e kT
Iij
gi g0
Ei
AijhijN0e kT
原子线离子线都适用
——此式为谱线强度公式
从上式看出，谱线强度与激发电位、温 度、处于基态的粒子数、跃迁概率有关。
16
（二）影响谱线强度的因素
1.激发电位Ei
谱线强度与原子(或离子）的激发电位是负指数关系。
当N0、T一定时，激发电位越低，越易激发，谱线强度 越大。
不同元素的不同谱线各有其最佳激发温度， 激发温度与所使用的光源和工作条件有关。
18
19
3. 跃迁概率 Aij
Iij
gi g0
Ei
AijhijN0e kT
谱线强度与跃迁概率成正比
跃迁概率是指两能级间的跃迁在所有可能发 生的跃迁中的概率。i Iijj来自204. 统计权重
Iij
gi g0
Ei
关于原子发射光谱讲义
1
2
原子光谱与分子光谱比较
3
§ 6-1 概述
在光学分析法中，该法发展和应用最早 一、定义
根据待测物质的气态原子或离子受 激发后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和含量的分析方法。
4
§ 6-1 概述
二、 发射光谱分析的基本过程
1. 在激发光源中将被测物质蒸发，解离， 激发。
3.准确度高 4.试样用量小，测定范围广，可测70多种元素 缺点：相对分析法，需要有标准样品对照
77
§ 6-2 原子发射法的基本原理
一、原子发射光谱的产生
在通常情况下，物质的原子处于基态，当受到外 界能量的作用时,基态原子被激发到激发态,同时还能电 离并进一步被激发。激发态的原子或离子不稳定(寿命 小于10-8 s),按光谱选择定则，以光辐射形式放出能量， 跃迁到较低能级或基态，就产生原子发射光谱。
子线
E*
原子线有许多条。
E
激发态
基态
11
2. 离子线(Ⅱ,Ⅲ)
离子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线。
以罗马字母Ⅱ,Ⅲ表示
失去一个电子为一级电离，一级电离线 Ⅱ
失去二个电子为二级电离，二级电离线 Ⅲ
Ca（Ⅱ）396.9 nm
Ca（Ⅲ）376.2 nm
Ca（Ⅱ）比Ca（Ⅰ）波长短，因它们电子构型不同
射谱线的波长不同。 基态 E
9
同一种元素有许多条发射谱线，最简单的H已 发现谱线54条，Fe元素谱线4~5千条，每种元 素有特征谱线——定性分析的依据。
激发态 E*
基态 E
10
下面介绍几种常见的谱线
1.原子线(Ⅰ)
由原子外层电子受激发发生
能级跃迁所产生的谱线叫原子线。 以罗马字母Ⅰ表示
Ca（Ⅰ）422.67nm为钙的原
Ni
N0
gi g0
Ei
e kT
• Ni、N0— 分别为处于i能态和基态原子密度 • gi、g0— 分别 i 能态和基态的统计权重。 • Ei— 激发态i能态的激发电位 • k— 波尔兹曼常数（1.38×10-23J·K-1）
• T— 激发温度
15
将波耳兹曼方程式代入谱线强度公式中
Iij= Ni Aij h ij
21
Iij
gi g0
Ei
Aijh ijN0e kT
▪在激发能、激发温度一定时，上式各项均为常数：
得 I = a c a—与谱线性质、实验条件有关的常数
▪在一定条件下，I 与试样中待测元素的浓度成正比， 只在浓度低时才成立，浓度较大时，将发生自吸现象
▪ 罗马金经验公式： I = a c b b：自吸系数；c低 b≈1， c高 b﹤1
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 3. 火焰光度法：火焰为激发光源（碱金属及个别碱土金属）
6
§ 6-1 概述
四 特点
优点：1.灵敏度高——对大多数金属及部分非金属 元素含量低至g·g-1均可测定
2.选择性好——不同的原子产生不同的特征 谱线不需分离可同时测定多种元素
A基→A* → A + h
激发态 E*
A+→ A+* → A+ + h
基态
E
8
原子发射光谱的波长取决于跃迁前后两能级的能量 差，即
ΔE = E高-E低= hc/ λ= hν =hc 或λ= hc/ ΔE
不同的元素其原子结构不
同，原子的能级状态不同， 激发态
电子在不同能级间跃迁所
E*
放出的能量不同，原子发
3. 3. 据光谱的谱线位置进行光谱定性分析， 据谱线强度进行光谱定量分析。
5
§ 6-1 概述
三 、 分类
导入 1. 摄谱分析法：试样 → 电光源→高能态→低能态
分光系统
把光分开 感光板
映谱仪（定性分析）
离子线和原子线都是元素的特征光谱—称原子光谱
12
3. 共振线和主共振线
共振线：在所有原子谱线中， 凡是由各个激发态回到基态 所发射的谱线。 共振线
• 主共振线：在共振线中， 从第一激发态跃迁到基 主共振线 态所发射的谱线。
13
二、谱线的强度
（一）谱线强度表示式
谱线强度是原子发射光谱定量分析的依据，必须了 解谱线强度与各影响因素之间的关系。
每一元素的主共振线的激发电位最小，强度最强
每条谱线都对应一个激发电位，反映谱线出现所需的
能量。
Iij
gi g0
Ei
Aijh ijN0e kT
17
2. 温度T—关系较复杂
Iij
gi g0
Ei
AijhijN0e kT
T 既影响原子的激发过程，又影响原子的电 离过程
在一定范围内，激发温度升高谱线强度增大， 但超过某一温度，温度越高，原子发生电离 的数目越多，原子谱线强度降低，离子线谱 线强度升高。
Aijh ijN0e kT
谱线强度与统计权重成正比
g=2J+1 J为原子的内量子数
2J+1为能级的简并度
5. 基态原子
谱线强度与基态原子密度N0成正比 I ∝ N0 在一定条件下,N0与试样中元素含量成正比N0∝ c，
∴谱线强度也与被测定元素含量成正比。I ∝ c
I ∝ c ——光谱定量分析的基础
设i，j两能级间跃迁所产生的谱线强度Iij表示
Iij= NiAijhij
式中： Ni—处于较高激发态原子的密度
Aij—i，j两能级间的跃迁概率
ij —为发射谱线的频率
i
Iij j
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• 当体系在一定温度下达到平衡时，原子在不同状 态的分布也达到平衡，分配在各激发态和基态的原 子密度应遵守波尔兹曼分布规律。各个状态的原子 数由温度 T 和激发能量 E 决定
Ni
N0
gi g0
Ei
e kT
Iij
gi g0
Ei
AijhijN0e kT
原子线离子线都适用
——此式为谱线强度公式
从上式看出，谱线强度与激发电位、温 度、处于基态的粒子数、跃迁概率有关。
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（二）影响谱线强度的因素
1.激发电位Ei
谱线强度与原子(或离子）的激发电位是负指数关系。
当N0、T一定时，激发电位越低，越易激发，谱线强度 越大。
不同元素的不同谱线各有其最佳激发温度， 激发温度与所使用的光源和工作条件有关。
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3. 跃迁概率 Aij
Iij
gi g0
Ei
AijhijN0e kT
谱线强度与跃迁概率成正比
跃迁概率是指两能级间的跃迁在所有可能发 生的跃迁中的概率。i Iijj来自204. 统计权重
Iij
gi g0
Ei
关于原子发射光谱讲义
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原子光谱与分子光谱比较
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§ 6-1 概述
在光学分析法中，该法发展和应用最早 一、定义
根据待测物质的气态原子或离子受 激发后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和含量的分析方法。
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§ 6-1 概述
二、 发射光谱分析的基本过程
1. 在激发光源中将被测物质蒸发，解离， 激发。
3.准确度高 4.试样用量小，测定范围广，可测70多种元素 缺点：相对分析法，需要有标准样品对照
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§ 6-2 原子发射法的基本原理
一、原子发射光谱的产生
在通常情况下，物质的原子处于基态，当受到外 界能量的作用时,基态原子被激发到激发态,同时还能电 离并进一步被激发。激发态的原子或离子不稳定(寿命 小于10-8 s),按光谱选择定则，以光辐射形式放出能量， 跃迁到较低能级或基态，就产生原子发射光谱。
子线
E*
原子线有许多条。
E
激发态
基态
11
2. 离子线(Ⅱ,Ⅲ)
离子外层电子受激发发生能级跃迁所产生的谱线。
以罗马字母Ⅱ,Ⅲ表示
失去一个电子为一级电离，一级电离线 Ⅱ
失去二个电子为二级电离，二级电离线 Ⅲ
Ca（Ⅱ）396.9 nm
Ca（Ⅲ）376.2 nm
Ca（Ⅱ）比Ca（Ⅰ）波长短，因它们电子构型不同
射谱线的波长不同。 基态 E
9
同一种元素有许多条发射谱线，最简单的H已 发现谱线54条，Fe元素谱线4~5千条，每种元 素有特征谱线——定性分析的依据。
激发态 E*
基态 E
10
下面介绍几种常见的谱线
1.原子线(Ⅰ)
由原子外层电子受激发发生
能级跃迁所产生的谱线叫原子线。 以罗马字母Ⅰ表示
Ca（Ⅰ）422.67nm为钙的原
Ni
N0
gi g0
Ei
e kT
• Ni、N0— 分别为处于i能态和基态原子密度 • gi、g0— 分别 i 能态和基态的统计权重。 • Ei— 激发态i能态的激发电位 • k— 波尔兹曼常数（1.38×10-23J·K-1）
• T— 激发温度
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将波耳兹曼方程式代入谱线强度公式中
Iij= Ni Aij h ij
21
Iij
gi g0
Ei
Aijh ijN0e kT
▪在激发能、激发温度一定时，上式各项均为常数：
得 I = a c a—与谱线性质、实验条件有关的常数
▪在一定条件下，I 与试样中待测元素的浓度成正比， 只在浓度低时才成立，浓度较大时，将发生自吸现象
▪ 罗马金经验公式： I = a c b b：自吸系数；c低 b≈1， c高 b﹤1
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 3. 火焰光度法：火焰为激发光源（碱金属及个别碱土金属）
6
§ 6-1 概述
四 特点
优点：1.灵敏度高——对大多数金属及部分非金属 元素含量低至g·g-1均可测定
2.选择性好——不同的原子产生不同的特征 谱线不需分离可同时测定多种元素
A基→A* → A + h
激发态 E*
A+→ A+* → A+ + h
基态
E
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原子发射光谱的波长取决于跃迁前后两能级的能量 差，即
ΔE = E高-E低= hc/ λ= hν =hc 或λ= hc/ ΔE
不同的元素其原子结构不
同，原子的能级状态不同， 激发态
电子在不同能级间跃迁所
E*
放出的能量不同，原子发