光谱分析的原理与元素的特征线谱
原子发射光谱分析法
二、火焰光度计
利用火焰作为激发光源，仪器装置简单，稳定性高。该仪器通常采用滤光片、光电池检测器等元件，价格低廉，又称火焰光度计。
常用于碱金属、钙等谱线简单的几种元素的测定，在硅酸盐、血浆等样品的分析中应用较多。对钠、钾测定困难，仪器的选择性差。
缺点： 弧光不稳，再现性差； 不适合定量分析。
2. 低压交流电弧
工作电压：110～220 V。 采用高频引燃装置点燃电弧，在每一交流半周时引燃一次，保持电弧不灭；
工作原理
（1）接通电源，由变压器B1升压至2.5～3kV，电容器C1充电；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；
二、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
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。（二次电离） 离子外层电子跃迁时发射的谱线称为离子线，每条离子线都具有相应的激发电位，其大小与电离电位大小无关。 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；
1. 直流电弧 直流电作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A； 两支石墨电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内； 使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极，通电，电极尖端被烧热，点燃电弧，再使电极相距4 ～ 6mm
原子吸收分光光度法
原子吸收分光光度法1原子吸收分光光度法基本原理：原子吸收光谱分析是利用分析处于基态的待测原子蒸汽对特征辐射的吸收来测定样品中该元素含量的一种办法。
2共振吸收线：原子从基态激发到能量最低的激发态，产生的谱线称为共振吸收线。
由于元素的原子结构和外层电子排布不同，吸收的能量不同，共振吸收线各具有特征性，这种共振线称为元素的特征谱线，是元素所有谱线中最灵敏的谱线。
3原子吸收谱线轮廓和谱线宽度：谱线轮廓是指谱线具有一定频率范围和形状。
吸收线轮廓常用吸收系数K v随频率（或波长）的变化曲线来描述，而原子吸收线的特点是用谱线中心频率（由各原子能级分布特征所决定）、半宽度（最大吸收系数一半处峰的频率差）和强度来表征。
4原子吸收分光光度计：主要部件：瑞线光源、原子化器、单色器、检测器。
①光源：作用是发射待测元素的特征曲线，发射辐射波长的半宽度要明显小于吸收线的宽度，辐射强度大，稳定且背景信号小。
常用空心阴极灯。
②原子化器：将试样中的待测元素转变成原子蒸气。
主要有火焰原子化器和无火焰原子化器两类。
③单色器：衍射光栅是常用的分光元件。
单色器的作用是将所需的共振吸收线与邻近干扰线分离。
④检测系统：作用是将单色器分出的光信号进行光电转换，常用光电倍增管。
4仪器类型：①单光束原子吸收分光光度计：光源辐射不稳定引起基线漂移，仪器需预热。
②双光束原子吸收分光光度计：一束光通过火焰照样品，另一束光照参比，不通过火焰直接经单色器投射到光电元件上。
可克服光源的任何漂移及检测器灵敏度的变动。
5干扰及其消除：①电离干扰：某些易电离元素在原子化条件下电离，致使基态原子数减少，测定结果降低。
消除方法：加入消电剂。
②物理干扰：试样的物理性质（如表面张力、黏度、比重、温度等）变化影响吸收强度，导致测定误差。
标准加入法是常用的消除方法。
③光学干扰：主要指光谱线干扰和背景干扰。
谱线干扰是试样中共存元素的吸收线与被测元素的分析线相近而产生的干扰，使分析结果偏高。
金属光谱仪原理
金属光谱仪原理
金属光谱仪是一种用来分析金属元素的仪器。
其原理基于光谱学，利用金属样品在不同能级间转换能量的特性。
金属光谱仪的工作原理如下：首先，将待分析的金属样品加热，使之达到足够高的温度。
当金属样品被加热时，部分金属原子会从基态跃迁到激发态，吸收能量。
此时，向样品辐射入一束连续光源，如白炽灯或激光光源。
这束光经由样品时，其中的某些波长将被样品吸收，而通过的波长则将被样品透射。
接下来，通过使用光栅或光色分散元件，将透射光分散成不同波长的光谱。
这使得我们能够观察到样品辐射出的光的特征。
通过测量样品通过和吸收的光的强度，以及所观察到的光谱线的位置，我们可以确定金属样品中的元素组成。
例如，在观察到特定波长的光谱线时，可以推断该金属样品中存在相应元素。
除了通过光谱线的位置来确定元素，我们还可以根据吸收光的强度来确定元素的浓度。
吸收光的强度与浓度之间存在一定的关系，因此可以通过测量吸收光的强度，间接地推断出金属样品中元素的浓度。
总之，金属光谱仪利用金属样品在不同能级间转换能量的特性，通过分析透射光的光谱线的位置和吸收光的强度，来确定金属样品的元素组成和浓度。
这使得金属光谱仪成为金属材料分析与质量控制中重要的工具。
原子发射光谱分析概述、基本原理和定性定量分析方法
物镜
准直镜
反射镜 入射狭缝
光栅 转台
AES仪器略图
光源
一 、AES光源 1. 光源种类及特点
光源
经典光源 现代光源
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
d) 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)； e)e) 激发温度 T； f)f) 基态原子数 N0 或浓度 c； g) 前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数 、外层电子、轨道状态等。 h) 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！
5.3 AES仪器 AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2击穿 高压高频振荡 引燃分析 间隙（L2-C2-G2）;
G 被击穿瞬间，低压电流使 G2 放电（通过R1和电流表） 电弧； 不断引燃 电弧不灭。
5由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析定性原理
原子发射光谱分析 概述、基本原理和 定性定量分析方法
5.1 概述 5.2 基本原理 5.3 AES 仪器 5.4 定性定量分析方法
1）分析对象为大多数金属原子； 2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）； 3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。
E = E2-E1 = h =hc/
高能态E2）
2. 几个概念 激发电位(Excited potential)：由低能态--高能态所需要的
四大光谱法的解析原理及规律
四大光谱法的解析原理及规律在检测领域，有四大名谱，也是检测领域的“四大天王”分别为色谱、光谱、质谱、波谱，在检测特色和适用范围上各有不同，但总有一款适合你！质谱：分析分子、原子、或原子团的质量的，可以推测物质的组成，一般用于定性分析较多，也可定量。
色谱：是一种兼顾分离与定量分析的手段，可分辨样品中的不同物质。
光谱：定性分析，确定样品中主要基团，确定物质类别。
从红外到X射线，都是光谱，其应用范围差别很大，是对分子或原子的光谱性质进行分析解析的。
波谱：通常指四大波谱，核磁共振（NMR）,物质粒子的质量谱-质谱（MS）,振动光谱-红外/拉曼(IR/Raman）,电子跃迁-紫外（UV）。
光谱分析法光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成和相对含量。
光谱分析时，可利用发射光谱，也可以利用吸收光谱。
这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。
某种元素在物质中的含量达10皮克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来。
光谱的分类按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱。
按产生的本质不同，可分为原子光谱和分子光谱。
按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱。
按光谱表现形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
分光光谱技术可用于：通过测定某种物质吸收或发射光谱来确定该物质的组成；通过测量适当波长的信号强度确定某种单独存在或其他物质混合存在的一种物质的含量；通过测量某一种底物消失或产物出现的量同时间的关系，示踪反应过程。
鉴定分子式、结构式的方法紫外光谱：反应分子中共轭体系状况；红外光谱：光能团鉴定、分子中环、双键数目。
光谱法的优缺点（1）分析速度较快原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。
（2）操作简便有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。
仪器分析 复习 重修 自学 预习5 原子吸收光谱分析法
原子吸收光谱分析法
原子吸收基本原理
第一节
一、共振线 二、基态原子数与原子化温度 三、定量基础
历史
原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子对特征谱线的 吸收而建立的一种分析方法。这一方法的发展经历了3个发 展阶段：
原子吸收现象的发现
1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线； 1859年Kirchhoff和 Bunson解释了暗线产生的原因；
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过 程产生大量基态原子。火焰原子化的方法就是使试样变成 原子蒸汽。 火焰温度的选择： （a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量 采用低温火焰；因为火焰温度越高，产生的热激发态原子 越多，则基态原子数量减少；但太低温就会使盐类无法解
离，降低灵敏度。
I
Ve
I 0V e KV L dv；当发射线宽《吸收线宽时，可以认为
0 Ve
KV 是常数，相当峰值吸收系数K 0：I e K 0 L 于是A lg 1 e
K0L
I
0
0V
dv
0.4343 K 0 L
K0=?
吸收线轮廓仅取决于多普勒变宽时 1 KV dv 2 ln 2 K 0v，结合积分吸收式 KV dv的值 2 ln 2 e 2 解得：K 0 fN 0 v mc
太阳光
暗 线
第一激发态
E
热能
基态
E = h = h
C
发现钠蒸汽发出的光线通过温度比较低的钠蒸汽,会引起 钠光的吸收，并且钠发射线和暗线在光谱中位置相同,由此 判断太阳连续光谱中的暗线是太阳外层中的钠原子对太阳光 谱中钠辐射吸收的结果
原子吸收光谱基本原理:
光谱有关知识点总结大全
光谱有关知识点总结大全一、光谱基本原理1.1 原子的能级结构光谱的产生与原子和分子的能级结构有关。
原子的能级结构决定了原子在吸收或发射光线时的波长和强度。
原子和分子存在离散的能级，当它们受到外部能量的激发时，会跃迁到更高的能级，然后再返回到低能级时发射出光子，形成特定的波长光谱线。
1.2 光谱的种类光谱可分为发射光谱和吸收光谱两大类，它们分别对应着物质发射光线和吸收光线的过程。
发射光谱是指物质在激发状态下发射出的光线，其波长和强度可以提供物质的结构和组成信息；吸收光谱是指物质在受到外部光线照射时吸收特定波长的光线，其谱线图可用于分析物质的种类和浓度。
1.3 光谱分析技术光谱分析技术是一种基于物质对光的吸收和发射规律进行物质分析的手段。
常见的光谱分析技术包括原子吸收光谱（AAS）、原子发射光谱（AES）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱、红外光谱（IR）、拉曼光谱等，它们可以用于分析各种不同形态和结构的物质。
1.4 光谱仪器的结构和原理光谱仪器主要由光源、样品室、光栅、检测器等部分组成。
光源用于产生光线，样品室用于容纳待测试样品，光栅用于分散光线，检测器用于测量光线的强度。
其中，光栅是光谱仪中最重要的部分，它可以将光线分散成不同波长，并根据不同波长的光线进行检测。
二、光谱的应用2.1 天文学中的光谱在天文学中，光谱是研究星体组成和运动状态的重要手段。
天体发出的光线经过光谱仪测量后，能够得到代表其元素组成和运动速度的信息。
例如，星体的光谱可以揭示其表面温度、元素组成、磁场和运动速度等重要参数。
2.2 化学分析中的光谱光谱在化学分析中有着广泛的应用，可用于物质的成分分析、浓度测定、质量检验等方面。
例如，原子吸收光谱可以用于金属元素的浓度分析，紫外-可见吸收光谱可用于有机化合物的定性和定量分析，红外光谱可以用于标识物质的官能团和分子结构。
2.3 医学诊断中的光谱光谱技术在医学诊断中也有着广泛的应用。
光的偏振和光谱分析
光的偏振和光谱分析光是人类生活中十分重要的一种物理现象，它不仅在我们日常生活中扮演着重要的角色，还在科学研究中具有广泛的应用。
其中，光的偏振和光谱分析是光学中的两个重要概念。
本文将对光的偏振和光谱分析进行深入探讨，并介绍它们的原理、应用以及相关技术。
一、光的偏振1. 原理与特点光的偏振是指光波在传播过程中振动方向的特性。
正常情况下，光波的振动方向在各个方向上均匀分布，称为自然光。
而偏振光是指光波的振动方向在某个特定平面内的光波，其具有振动方向集中的特点。
2. 光的偏振现象光的偏振现象存在于许多光学现象中。
例如，透过偏振片的自然光，会发生部分光线被偏振片吸收或透射的现象。
在大自然中，例如阳光经过大气层的散射，会发生偏振现象，表现为颜色的变化。
3. 应用领域光的偏振在许多实际应用中起到重要作用。
例如，在液晶显示器中，通过控制电场来改变液晶分子的取向，实现光的偏振状态的改变，从而显示不同的图像。
此外，光的偏振还广泛应用于光学传感器、激光技术、光通信等领域。
二、光谱分析1. 原理与分类光谱分析是通过分析光的频谱特征来研究物质的一种方法。
光谱分析可以分为两大类：连续谱和线谱。
连续谱是指光波在频谱上连续分布的现象，例如，太阳光就是一种连续谱。
线谱是指光波在频谱上只出现某些特定波长的现象，例如，氢原子发射光谱就是一种线谱。
2. 谱仪的原理与应用光谱分析中使用的主要设备是谱仪，它能够将复杂的光信号分解成不同波长的光谱。
常见的谱仪有分光计、光谱仪和质谱仪等。
谱仪通过将光分散成不同波长的光线，并使用探测器对各个波长的光强进行检测，从而得到光谱图像并进行分析。
3. 应用领域光谱分析在许多领域都有广泛的应用。
例如，在天文学中，通过观测宇宙中的天体光谱，可以了解宇宙的组成和演化过程。
在化学分析中，光谱分析可以用于分析物质的成分和结构。
此外，光谱分析还在医学和环境监测中具有重要作用。
结语光的偏振和光谱分析是光学领域中的两个重要概念。
第5章(1) X射线光谱分析基本原理
K系激发机理
K层电子被击出时， 原子系统能量由基 态升到K激发态，高 能级电子向K层空位 填充时产生K系辐射。 L层电子填充空位时， 产 生 Kα 辐 射 ； M 层 电子填充空位时产 生Kβ辐射。
特征光谱——定性依据
ν n1→n2
=
En1
− En2 h
=
cR(Z
−
σ
)2
19:27:59
Ee
=
eU
=
1 2
mυ0
Im = K ⋅ Z ⋅i ⋅U 2
19:27:59
短波限
• 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限尽能量所产生的 X射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。
• 相互关系为：
eV
=
hν max
=
hc
λ
0
• 式中e——电子电荷，等于 4.803×10−10 静电单位；
n22
1 −
n12
L→K层；Kα 线系；
n1 =2，n2 =1；
ν Kα
= ( 3)cR(Z 4
−σ )2
λKα
=c
ν Kα
=
4
3R(Z −σ
)2
不同元素具有自己的特征谱
线 ——定性基础；
谱线强度——定量；
19:27:59
三、X射线的吸收、散射与衍射 absorption, diffuse and diffraction of X-ray 1. X射线的吸收
µl：线性衰减系数； µm：质量衰减系数； µn：原子衰减系数；
衰减系数的物理意义：单位路程 (cm)、单位质量(g)、单 位截面(cm2) 遇到一个原子时，强度的相对变化（衰减）；
原子发射光谱分析的基本原理
光源特性对比表
3 . 定性及定量分析
定性及定量分析
定性分析 每一种元素的原子都有其特征 光谱：
E = h = hc/
根据特征光谱定性，不仅要给 出哪些元素存在，而且要给出 其大致的含量
定量分析 在条件一定时，谱线强度I与 待测元素含量c关系为：
I=acb
发射光谱分析的基本关系式， 称为塞伯-罗马金公式
适用于固体定量分析
光源
4.电感耦合等离子体，I C P
利用高频磁场原理感应加热使 流经石英管的工作气体电离而 产生的火焰状等离子体
三层同心石 英玻璃管
特点
优点：温度高，惰性气氛，有利于难熔 化合物的分解和元素激发，有很高的灵 敏度和稳定性，具有“趋肤效应” ，有 效消除自吸现象。 缺点：非金属测定的灵敏度低
基态原子 高能态E2）
E = E2 - E1 = h =hc /
普朗克定律
2 . 原子发射光谱仪的结构
原子发射光谱仪的构成
分光系统 单色器
光源 原子化和激发 双重功能
观测系统 检测器
光源
光源的种类及特点 经典光源 现代光源
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
光源
1. 直流电弧
在两个石墨电极间施加高电流密 度和低燃点电压的稳定放电形成 电弧，激发样品
特点
弧焰温度可达4000～7000K ，能使约 70多种元素激发。 优点：绝对灵敏度高，背景小，适合固 体定性分析。 缺点：弧光不稳，再现性差，易发生自 吸现象。
不适合定量分析
光源
2. 低压交流电弧
工作电压为110～220 V。每一交 流半周时引燃一次，保持电弧不 灭
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光谱分析的原理与元素的特征线谱光谱分析是一种通过分析物质所发射或吸收的电磁辐射谱线来确定
其元素组成的方法。
在这种分析过程中，可以利用光的特性来研究物
质的结构、性质和化学组成。
下面将介绍光谱分析的原理以及元素的
特征线谱。
一、光谱分析的原理
光谱分析的基本原理是根据物质对电磁辐射的吸收和发射特性来研
究物质的组成。
当物质受到激发或加热时，会发射出一系列的特定波
长的光线，这些波长构成了物质的特征线谱。
而当物质处于外部光源
照射下时，会吸收掉一部分特定波长的光线，这些被吸收掉的波长也
构成了物质的特征线谱。
光谱分析通常通过光的分散、检测和记录来实现。
首先，将光通过
光栅或棱镜进行分散，将不同波长的光分离开来。
然后，使用光电探
测器将分散后的光信号转换为电信号。
最后，将电信号记录下来，并
通过计算机等设备进行数据处理。
光谱分析可以应用于多种领域，如天文学、材料科学、环境监测等。
通过分析物质的特征线谱，可以得到物质的元素组成、浓度、结构等
信息。
二、元素的特征线谱
每种元素都有其特定的特征线谱，这些谱线由元素原子的电子在能
级跃迁过程中所产生。
光谱中的谱线位置、强度和形状与元素的能级
结构和物理性质等密切相关。
下面以几种常见元素为例，介绍其特征线谱。
1. 氢
氢是最简单的元素，其特征线谱被称为巴尔末系列。
巴尔末系列包括了一系列波长较长的谱线，其中最强的几条谱线位于紫外光区域，通常不可见。
2. 氦
氦是第二轻的元素，其特征线谱主要包括黄线和红线。
其中，黄线位于黄色光区，红线位于红色光区。
3. 锂
锂的特征线谱主要包括红线和蓝线。
红线位于红色光区，蓝线位于蓝色光区。
4. 铁
铁的特征线谱非常丰富，包括了多条紫外、可见和红外光谱线。
其中，铁的可见光谱线主要分布在黄色和绿色光区。
通过这些元素的特征线谱，可以通过光谱分析的方法来确定物质中的元素种类和含量。
不同元素的特征线谱是非常重要的标识，其独特性使得光谱分析成为一种非常有效的化学分析方法。
总结：
光谱分析是一种通过分析物质所发射或吸收的电磁辐射谱线来确定其元素组成的方法。
它的原理是基于物质对电磁辐射的吸收和发射特性。
通过光谱分析，可以获得物质的元素组成、浓度和结构等信息。
不同元素的特征线谱是其光谱分析的重要特征，每种元素都有其独特的特征线谱。
通过分析特征线谱，可以确定物质中的元素种类和含量。
光谱分析在科学研究和工业应用中有着广泛的应用，对于提高物质分析的准确性和效率起到了重要的作用。