原子发射光谱方法
原子发射光谱法精讲
3.3.6.3 单道扫描光谱仪
图3-16 单道扫描光谱仪示意图
特点：波长范围宽，但速度慢。
3.3.6.4 全谱直读光谱仪
图3-17 全谱直读等离子体发射光谱仪示意图
特点：克服多道和单道光谱仪缺点，并 且波长稳定。
3.4 干扰及消除方法
光谱干扰（spectral interference） 非光谱干扰（non-spectral interference）
第3章 原子发射光谱法
（Atomic emission spectroscopy，AES）
现代直读ICP-AES仪器
3.1 概论
原子发射光谱法是根据待测元素的激 发态原子所辐射的特征谱线的波长和强度， 对元素进行定性和定量测定的分析方法。
1. 原子发射光谱法过程 光源提供能量使试样蒸发形成气态原子 并激发产生辐射分光形成光谱检测 谱线波长和强度
3.4.2.2 基体效应的抑制 ➢基体效应：由标准样品与试样的基体组成
差别较大引起的测定误差。
➢解决方法： ①尽量采用与试样基体一致的标准样品； ②添加光谱缓冲剂和光谱载体以减小基体效
应。
3.5 光谱分析方法
3..5.1 光谱定性分析 一般多采用摄谱法。
3.5.1.1 元素的分析线与最后线
分析线：进行分析时所使用的谱线。 灵敏线：元素激发能低、强度较大的谱线，
ICP
很高
6000～8000 最好
溶液的定量分析
3.3.2 试样引入激发光源方式 3.3.2.1 溶液试样
气动雾化 形成气溶胶 超声雾化 电热蒸发
图3-9 几种典型的雾化器 a. 同心雾化器；b. 交叉型雾化器； c. 烧结玻璃雾化器；d. Babington雾化器。
原子发射光谱分析法
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
原子发射光谱法测定方法
原子发射光谱法测定方法原子发射光谱法是一种用于元素分析的传统方法，也是目前最常用的表征原子能级结构的方法。
本文将详细介绍原子发射光谱法的原理、测定方法以及应用。
一、原理原子发射光谱法基于原子能级结构的理论，利用激发源将样品原子激发为激发态，然后通过介质，将这些激发态原子的电子跃迁回到较低的能级，从而实现发射光谱。
每种元素的原子发射光谱是独特的，可以根据这些发射光谱来确定样品中各种元素的含量。
二、测定方法1. 原子发射光谱法的装置原子发射光谱法的装置一般包括以下部分：样品供给装置、激发源、光谱仪、信号放大器和信息处理装置。
2. 样品处理样品处理的重要性不言而喻，因为精确的分析结果必须从准确的样品中获得。
可以通过显微观察或分析其外观和颜色来确定样品中的化学成分和杂质。
灰吸收法和氮化方法常用于消除样品的有机和无机杂质。
3. 激发源激发源是原子发射光谱法中最关键的部分，它负责激发样品原子的电子从基态跃迁到激发态，强制性激发分为热力学激发和非热力学激发。
热力学激发是通过样品表面的火焰或电弧等电离条件来完成的，使原子达到雇员，它们可以受激光量输入并产生较高的激发能量。
非热力学激发则是通过化学气氛或单独的电离源激发，也必须使用高能量输入的激发源。
4. 光谱仪当样品中的原子被激发时，它们将发出放射性，从而产生辐射谱线。
重要的是收集这些发光谱线并将其分解成其组成部分。
这可以通过光谱仪完成，光谱仪利用棱镜或光栅将光谱分离成单色光信号并记录光谱。
光谱准确度与光谱仪精度有关，应选择质量好，精度高的光谱仪。
5. 信号放大器和信息处理信号放大器和信息处理是相互关联的，在信号处理程序中可以调整放大器的控制，以及记录和处理光谱图的算法和软件。
在信号放大器和信息处理的整个过程中，确定计算要素浓度的算法和过程是至关重要的。
三、应用原子发射光谱法在我们的日常工作中有着广泛应用的地方，如石化、机械、金属、环保、农业、医药、食品等各个领域。
原子发射光谱法(aes)
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
3
第一节 基本原理
280.27nm为一次电离离子线。
二、原子能级与能级图
原子光谱是原子的外层电子（或称价电子）在两个 能级之间跃迁而产生。原子的能级通常用光谱项符号表 示：
S 为总自旋量子数，自旋与自旋之间的作用也较强 的，多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数ms 的矢量和。
S = ms,i 其值可取0，±1/2，±1，±3/2，
J 为内量子数，是由于轨道运动与自旋运动的相互
7
第一节 基本原理
作用即轨道磁矩与自旋量子数的相互影响而得出的，它 是原子中各个价电子组合得到的总角量子数L与总自旋量 子数S的矢量和。
n2s+1LJ
核外电子在原子中存在运动状态，可以用四个量子 数n、l、m、ms来规定。
主量子数n决定电子的能量和电子离核的远近。
4
第一节 基本原理
角量子数l 决定电子角动量的大小及电子轨道的形状， 在多电子原子中也影响电子的能量。
磁量子数m决定磁场中电子轨道小。
第二章 原子发射光谱法
原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约70种 元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素） 进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。
在一般情况下，用于1%以下含量的组份测定，检出 限可达ppm，精密度为±10%左右，线性范围约2个数 量级。但如采用电感耦合等离子体（ICP）作为光源，则 可使某些元素的检出限降低至10-3 ~ 10-4ppm，精密度达 到±1%以下，线性范围可延长至7个数量级。这种方法 可有效地用于测量高、中、低含量的元素。
原子发射光谱法
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
原子发射光谱法原理及利用
原子发射光谱法原理及利用原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，AES）是一种常用的材料分析方法，其主要通过对样品中元素产生的光子特征进行检测和分析，进而实现对样品中元素的定性和定量分析。
本文将主要介绍原子发射光谱法在元素分析、化学态分析、表面分析、合金分析和质量检测等方面的原理及应用。
1.元素分析原子发射光谱法在元素分析方面的应用主要体现在对样品中元素的种类进行识别和定量测定。
其基本原理是每种元素都具有独特的原子结构，因此会在特定的能量条件下发射出具有特征波长的光子。
通过对这些光子的检测和分析，可以确定样品中含有的元素种类。
在具体实践中，原子发射光谱法通常与火花、电弧或激光等激发源配合使用，以产生足够的光子用于检测。
该方法可以同时检测多种元素，且具有较高的灵敏度和准确性。
例如，在地质学领域，原子发射光谱法常用于测定岩石、矿物等样品中的常量、微量和痕量元素。
2.化学态分析原子发射光谱法在化学态分析方面的应用主要是通过对元素产生的化学键合状态进行分析，以了解元素的化合物组成和结构等信息。
不同化学态的同一种元素在原子发射光谱法中可能会表现出不同的特征波长，这是因为不同的化学键合状态会导致元素的原子结构发生变化。
例如，在环境科学领域，原子发射光谱法可用于分析水样或土壤样品中的重金属元素及其化学形态，以了解这些元素对环境的污染程度和生物毒性的影响。
3.表面分析原子发射光谱法在表面分析方面的应用主要是通过对样品表面的元素组成和化学状态进行分析，以了解样品的表面形貌、表面化学成分和结构等信息。
原子发射光谱法可以应用于各种材料的表面分析，如金属、合金、陶瓷、高分子材料等。
在具体实践中，原子发射光谱法通常与离子束铣削、等离子体刻蚀等手段结合使用，以制备干净的表面样品并进行深入的分析。
例如，在材料科学领域，原子发射光谱法可用于研究材料的表面氧化、腐蚀等行为，以及表面涂层的质量检测和评估。
原子发射光谱法和原子吸收光谱法的优缺点
原子发射光谱法和原子吸收光谱法是分析化学中常用的两种技术手段，用于测定样品中的元素含量。
它们在实验原理、仪器设备、分析方法等方面存在一些差异，同时也各自具有一些优点和缺点。
下面将详细介绍这两种光谱法的特点。
一、原子发射光谱法1. 原理：原子发射光谱法是基于原子激发态与基态之间的电子跃迁而进行分析的。
样品先被气体火焰、电弧等高温条件下原子化，然后通过外部能量激发原子使其处于激发态，激发态原子会发射出特定波长的光线。
通过检测和测量这些发射光线的强度和波长，可以确定样品中的元素含量。
2. 优点：- 灵敏度高：原子发射光谱法对于大多数元素都具有较高的灵敏度，可以测定低至微克级别的元素含量。
- 多元素分析：原子发射光谱法可以同时分析多个元素，因为不同元素的激发发射光谱具有独特的特征波长，可以通过同时检测多个波长来分析多种元素。
- 范围广：原子发射光谱法适用于固体、液体和气体样品，可以分析多种不同形态的样品。
3. 缺点：- 精密度较低：原子发射光谱法的精密度相对较低，误差较大。
这是因为在样品原子化和激发过程中，可能会出现非选择性的基态原子和激发态原子共存，导致信号的干扰和背景噪声。
- 不适用于稀释样品：如果样品中元素含量过低，原子发射光谱法的灵敏度可能不足以准确测定元素含量。
- 仪器复杂：原子发射光谱法需要使用高温和高能量的电弧或火焰进行样品原子化和激发，因此仪器设备较为复杂。
二、原子吸收光谱法1. 原理：原子吸收光谱法是基于原子对特定波长的光线的吸收而进行分析的。
样品先被原子化，然后经过光源产生的特定波长的光线通过样品，被原子吸收。
通过测量吸收光线的强度，可以确定样品中的元素含量。
2. 优点：- 精密度高：原子吸收光谱法的精密度相对较高，误差较小。
因为在原子吸收过程中，只有特定波长的光线能够被原子吸收，不会受到其他波长光线的干扰。
- 高选择性：原子吸收光谱法可以通过选择不同的波长来分析不同元素，具有较高的选择性。
原子发射光谱法
原子发射光谱法原子发射光谱法是一种用于分析和识别化学元素的重要技术方法。
它基于原子在特定能级上吸收或放射特定波长的光线的性质，通过测量元素产生的特征谱线来确定其存在和浓度。
本文将介绍原子发射光谱法的基本原理、仪器设备以及应用领域。
一、原理原子发射光谱法的基本原理是利用激发、跃迁和发射的原子释放出特定波长的光线。
当原子受到能量激发后，其电子会从低能级跃迁到高能级，然后再从高能级返回低能级时，发出特定波长的光线。
每种元素都有其独特的电子结构和能级跃迁特征，因此产生的谱线也是独特的，可以用于元素的鉴定和测量。
二、仪器设备原子发射光谱法需要使用特定的仪器设备进行分析。
其中包括光源、样品装置、光谱仪和探测器。
光源用于产生特定波长的光线，常见的光源有气体放电灯和激光器。
样品装置则用于将待分析的样品转化为气体态或溶液态，并将其引入光源产生的火焰或等离子体中。
光谱仪用于分离光线，并测量其强度和波长。
最后，探测器通过转换光信号为电信号，进行信号放大和数据处理。
三、应用领域原子发射光谱法在各个领域都有广泛的应用，特别是在环境监测、食品安全和地质勘探等方面。
例如，在环境监测中，原子发射光谱法可以用于测量水体和大气中的重金属离子，从而评估环境质量。
在食品安全领域，该技术可用于检测食品中的微量元素，如铅、汞等有害物质，以及添加剂的含量。
此外，在地质勘探中，原子发射光谱法可以用于分析岩石和土壤中的元素组成，辅助矿产资源的勘探和开发。
四、优势和发展趋势原子发射光谱法具有许多优势，使其成为分析化学的重要手段。
首先，它具有高灵敏度和高选择性，可以检测到极低浓度的元素。
其次，该方法操作简便、快速，并且对样品的形态要求较宽，可以适用于固体、液体和气体样品的分析。
此外，原子发射光谱法还具有多元素分析能力和较好的重现性，可同时测定多种元素的含量。
随着科学技术的不断发展，原子发射光谱法也在不断改进和完善。
近年来，随着激光技术和光谱仪器的进步，原子发射光谱法的分析能力不断提高。
原子发射光谱法
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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原子发射光谱方法是一种常用的元素分析方法，它利用物质原子在高温、高压或电子轰击等激发条件下发射出特定波长的光来确定物质中元素的含量。
其主要原理是将待分析样品中的原子或离子激发到高能级，使其从高能级跃迁到低能级时发射出特定波长的光，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
原子发射光谱方法主要包括以下几种：
1原子吸收光谱法（AAS）：将待分析样品中的元素原子激发到高能级，使其从高能级跃迁到低能级时吸收特定波长的光，通过测量吸收光的强度和波长来确定元素的含量。
2.火焰原子发射光谱法（FAS）：将待分析样品在高温火焰中燃烧，使其原子或离子激发到高能级，从而发射出特定波长的光，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
3.电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）：将待分析样品通过电感耦合等离子体（ICP）的高温高压条件下进行原子化，使其原子或离子激发到高能级，从而发射出特定波长的光，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
4.原子荧光光谱法（XRF）：将待分析样品中的元素原子激发到高能级，使其从高能级跃迁到低能级时发射出特定波长的X射线，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
原子发射光谱方法具有高灵敏度、高分辨率、广泛的分析范围和快速分析速度等优点，因此在材料分析、环境监测、食品安全、生命科学等领域得到了广泛应用。