实验6.3钼阳极X射线特征谱线的精细结构
实验6.3 钼阳极X 射线特征谱线的精细结构
一、实验目的
1. 通过Mo 阳极X 射线在单晶NaCl 上的第5级布拉格反射谱研究其特征谱线的精细
结构；
2. 测定钼元素特征谱K α、K β 及K γ谱线；
3. 解析K α谱线的双线结构，测定其双线结构的波长间隔；
二、实验原理 我们已经知道，Mo 阳极X 射线特征谱K α和K β线都是双线结构，可以通过其在NaCl 单晶上的高阶布拉格衍射谱观测出来，然而它们的物理本质是不一样的。 K β是由纯K β线——M 壳层到K 壳层的原子跃迁和K γ线——N 壳层到K 壳层的原子跃迁组成的，两条谱线的波长差为1.2 pm （见表1），所以只能在高阶衍射谱上分辨开来。
表1 钼特征谱K
、K 及K 线跃迁能量、波长和相对强度
K α的精细结构源于L 壳层的精细结构，即电子的自旋轨道特性。在X 射线谱上，L 壳层实际上是由三个子层L I 、L II 和L III
组成，这些子层向K 壳层的跃迁要遵从选择定则：
?l =±1，?j =0,±1
（1）
?l 为跃迁中轨道角动量l 的变化量，?j 为总角动量j 的变化量。这样一来，只有两种从L 壳层到K 壳层的跃迁：K α1 和K α2 （见图1）。表2中给出了钼元素这两条谱线的参考值，可以看出K α双线的波长间隔?λ=0.43 pm 。
表2 钼元素K 的波长及相对强度
本实验中，通过布拉格反射在NaCl 晶体上的高阶衍射解析出钼X 光谱的精细结构。 按照布拉格反射定理，入射光特征谱线的波长和掠射角存在下列关系时，接受到的反射光强度最大：
n ?λ=2?d ?sin θ （2）
n : 衍射阶数，d =282.01 pm ：NaCl 晶面间距。 可以看出，双线的波长间距?λ 决定布拉格衍射时双线之间的角间距?θ
图1 特征谱K α的精细结构
?θ=n ?? λ/(2?d ?cos θ) （3）
注意要区分角间距?θ 和峰角宽度δθ 间的差异，后者较小时才能观察到独立分开的双线结构（见图2），角宽度由计数管前端小缝宽度、距晶体的距离和入射X 射线束的发散角
决定，在较高阶的衍射中保持恒定。
K
α的双线结构可以在
n =5 阶的衍射图样中分辨出来。
三、实验内容与步骤 3.1 仪器设置 本实验中仪器以布拉格反射形式设置，具体搭建步骤见“布拉格反射”实验。
3.2 实验步骤
1. 在计算机上运行“X-ray Apparatus ”程序，检查确认X 光机连接正常，按F4键或
点击 清除已有数据；
2. 在X 光机上设置：管电压U =35.0 kV ，发射电流 I =1.00 mA ，角步幅?β=0.1°；
3. 按“COUPLED ”键，确保传感器和靶转角的2倍耦合关系；
a) 第1级衍射：
1． 按“β LIMITS ”键，设置靶转角下限为5.5，上限为8.0，按“?t ”，设置单位角步幅采样时间间隔 ?t =10 s ；
2． 按“SCAN ”键开始测量，传输数据； 3． 测量完成后，点击 钮或按F5键打开“Setting ”对话框，输入NaCl 晶面间距，
主界面窗口显示X 射线计数率和波长的关系（见图5）。 4． 点击 钮或按F2键，保存实验数据。
b) 第5级衍射：
1. 按“β LIMITS ”键，设置靶转角下限为3
2.5，上限为40.5；
2. 按“?t ”，设置单位角步幅采样时间间隔 ?t =400 s ；
注意：
由于高阶衍射的计数率很低，需要设置较长的测量时间才能得到满意的测量精度，
图3 双峰结构的角间隔与角宽度 图4 X 射线在晶体上的衍射示意图 1.准直器 2.晶体 3.计数器
本实验总测量时间为9小时。
3. 按“SCAN ”键开始测量，传输数据；
4. 测量完成后，点击 钮或按F5键打开“Setting ”对话框，输入NaCl 晶面间距，
主界面窗口显示X 射线计数率和波长的关系（见图6）。 5. 点击 钮或按F2键，保存实验数据。
四、数据处理
1. 在“X-ray Apparatus ”软件中，单击鼠标右键，弹出功能窗口，选择“Display Coordinates ”
命令；
2. 移动鼠标至衍射谱峰值处，在软件左下角“状态栏”中读取对应的波长值，数据记
录表格见表3、表4，也可以用“Alt+T ”或鼠标右键窗口命令“Set Marker ”将其标注于图上；
表3 第1级衍射谱测量结果
表4 第5级衍射谱测量结果
注意：
严格地说，K β和K γ 线也存在表明M 和N 壳层的精细结构，然而这种分裂非常微弱，以至于使用本X 光机不能观察到它们的存在。表1中给出的是它们各自精细结构谱线的加权平均值（使用相对强度作为权重）。
图5 X 射线在NaCl 晶体上的1级衍射谱 图6 X 射线在NaCl 晶体上的5级衍射谱
实验6.3钼阳极X射线特征谱线的精细结构
实验6.3 钼阳极X 射线特征谱线的精细结构 一、实验目的 1. 通过Mo 阳极X 射线在单晶NaCl 上的第5级布拉格反射谱研究其特征谱线的精细 结构； 2. 测定钼元素特征谱K α、K β 及K γ谱线； 3. 解析K α谱线的双线结构，测定其双线结构的波长间隔； 二、实验原理 我们已经知道，Mo 阳极X 射线特征谱K α和K β线都是双线结构，可以通过其在NaCl 单晶上的高阶布拉格衍射谱观测出来，然而它们的物理本质是不一样的。 K β是由纯K β线——M 壳层到K 壳层的原子跃迁和K γ线——N 壳层到K 壳层的原子跃迁组成的，两条谱线的波长差为1.2 pm （见表1），所以只能在高阶衍射谱上分辨开来。 表1 钼特征谱K 、K 及K 线跃迁能量、波长和相对强度 K α的精细结构源于L 壳层的精细结构，即电子的自旋轨道特性。在X 射线谱上，L 壳层实际上是由三个子层L I 、L II 和L III 组成，这些子层向K 壳层的跃迁要遵从选择定则： ?l =±1，?j =0,±1 （1） ?l 为跃迁中轨道角动量l 的变化量，?j 为总角动量j 的变化量。这样一来，只有两种从L 壳层到K 壳层的跃迁：K α1 和K α2 （见图1）。表2中给出了钼元素这两条谱线的参考值，可以看出K α双线的波长间隔?λ=0.43 pm 。 表2 钼元素K 的波长及相对强度 本实验中，通过布拉格反射在NaCl 晶体上的高阶衍射解析出钼X 光谱的精细结构。 按照布拉格反射定理，入射光特征谱线的波长和掠射角存在下列关系时，接受到的反射光强度最大： n ?λ=2?d ?sin θ （2） n : 衍射阶数，d =282.01 pm ：NaCl 晶面间距。 可以看出，双线的波长间距?λ 决定布拉格衍射时双线之间的角间距?θ 图1 特征谱K α的精细结构
元素分析知识总结
元素分析知识总结 第一章．原子吸收光谱 1·共振线，第一共振线 共振吸收线：原子由基态跃迁到激发态所吸收的谱线。 第一共振线：由基态跃迁到能量最低的激发态所吸收的谱线。这条谱线强度最大， 灵敏度最高。 2·原子吸收谱线的自然宽度、中心频率、半峰宽 原子吸收线并非是一条严格的几何线，而是占据着极窄的频率范围，具有一定 的自然宽度。原子吸收光谱的轮廓以原子吸收谱线的中心频率和半宽度来表征。 半宽度(Δv):是指在极大吸收系数一半处，吸收光谱线轮廓上两点之间的频率差。 海森堡测不准原理：当核外电子跃迁到激发态时，激发态的能级和电子在激发态 停留的时间是测不准的，具有不确定度。即： E1 :E1 ±ΔE t1 : t1 ±Δt ΔE·Δt≥h/2π 只有当Δt→∞，ΔE→0 ，此时激发态的能量E1 才有定值，但是电子在激发态的时间只有约10-8，所以激发态的能量E1 是测不准的，只能是一个范围。 而电子在基态是稳定的，所以电子在基态停留时间的Δt→∞，所以ΔE→0 ， 基态能量E0具有定值。所以V= (E1 - E0）/h 是测不准的，中心频率具有不 确定度，所以原子吸收线具有自然宽度。自然宽度（ΔυN)一般为10-5nm数量 级。 中心频率半峰宽 3·为什么原子吸收线具有自然宽度？ 根据海森堡测不准原理：ΔE·Δt≥h/2π 电子在基态是稳定的，所以电子在基态停留时间的Δt→∞，所以ΔE→0 ， 基态能量E0具有定值。而电子在激发态的时间只有约10-8，所以激发态的能量 E1 是测不准的，只能是一个范围。所以谱线的频率V= (E1 - E0）/h 是测不准 的，中心频率具有不确定度，所以原子吸收线具有自然宽度。自然宽度（Δυ N)一般为10-5nm数量级。
元素常用光谱特征线解析
元素常用光谱特征线
377.764 206.170 Bi 223.061 222.825 Hg 184.957* 253.652 227.658 306.772 239.356 405.393 Ca 422.673 272.164 Ho 410.384 410.109 393.367 412.716 396.847 417.323 242.4.93 256.015 Co 240.7.25 304.4.00 In 303.936 325.609 352.6.85 410.476 252.1.36 451.132 359.349 263.942 Cr 357.869 360.533 Ir 263.971 266.479 425.437 284.972 427.480 237.277 894.350 404.414 Cs 852.110 455.536 K 766.491 404.720 459.316 769.898 216.509 357.443 Cu 324.754 217.894 La 550.134 392.756 218.172 407.918 327.396 494.977 419.485 Dy 421.172 404.599 Li 670.784 274.120 394.541 323.261 394.470 279.553 308.147 Mg 385.213 202.580 Lu 335.956 328.174
283.306 244.791 319.990 Pd 247.642 276.309 340.458 Ti 364.268 363.546 365.350 399.864 491.403 231.598 Pr 495.136 504.553 513.342 Tl 276.787 237.969 258.014 377.572 214.423 355.082 Pt 265.945 248.717 283.030 U 351.463 358.488 394.382 306.471 415.400 420.185 382.856 Rb 789.023 421.556 V 318.398 318.540 794.760 437.924 345.188 265.654 Re 346.046 242.836 W 255.135 268.141 346.473 294.740 339.685 410.238 Rh 343.489 350.252 369.236 370.091 Y 407.738 412.831 414.285 372.803 266.449 Ru 349.894 379.940 Yb 398.799 267.198 346.437 206.833 202.551 Sb 217.581 212.739 Zn 213.856 206.191 231.147 307.590
原子物理学碱金属原子光谱的精细结构
§ 碱金属原子光谱的精细结构 一．碱金属光谱的精细结构 碱金属光谱的每一条光谱是由二条或三条线组成，如图所示。 二、定性解释 为了解释碱金属光谱的精细结构，可以做如下假设： 1．P 、D 、F 能级均为双重结构，只S 能级是单层的。 2．若l 一定，双重能级的间距随主量子数n 的增加而减少。 3．若n 一定，双重能级的间距随角量子数l 的增加而减少。 4．能级之间的跃迁遵守一定的选择定则。 根据这种假设，就可以解释碱金属光谱的精细结构。 § 电子自旋同轨道运动的相互作用 一、电子自旋角动量和自旋磁矩 1925年，荷兰的乌伦贝克和古德史密特提出了电子自旋的假设： 每个电子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角动量S 和自旋磁矩s ，它 们是电子本身所固有的，又称固有矩和固有磁矩。 自旋角动量： 2*2)1(h s h s s p s ，2 1 s 外场方向投影： 2h m S s z ， 2 1 s m 共2个， 自旋磁矩：s s p m e 外场方向投影： 共两个?偶数，与实验结果相符。 1928年，Dirac 从量子力学的基本 方程出发，很自然地导出了电子自旋的 性质，为这个假设提供了理论依据。 二、电子的总角动量 电子的运动=轨道运动+自旋运动 轨道角动量： 2*2)1(h l h l l p l 12,1,0 n l 自旋角动量： 2*2)1(h s h s s p s 21 s 总角动量： s l j p p p 2*2)1(h j h j j p j s l j ，1 s l ，……s l
当s l 时，共12 s 个值 当s l 时，共12 l 个值 由于 2 1 s 当0 l 时，2 1 s j ，一个值。 当 3,2,1 l 时，2 1 l j ，两个值。 例如：当1 l 时，23211 j 21211 j l p 和s p 不是平行或反平行，而是有一定的夹角 当s l j 时 0)1() 1(cos s s s l l l ，o 90 ，称l p 和s p “平行” 当s l j 时 0)1()1(1 cos s s s l l l ，o 90 ，称l p 和s p “反平行” 原子的角动量=电子轨道运动的角动量+电子自旋运动角动量+核角动量。 原子的磁矩=电子轨道运动的磁矩+电子自旋运动磁矩+核磁矩。 三、电子轨道运动的磁矩 电子轨道运动的闭合电流为：T e i “-”表示电流方向与电子运动方向相反 面积：dt r rd r dA 22 121 一个周期扫过的面积： 2)1(h l l p l 是量子化的 B l l l m he l l p m e )1(4)1(2 量子化的。 223102740.94m A m he B ? 玻尔磁子 2h m L l z 空间取向量子化 四、自旋—轨道相互作用能 电子由于自旋运动而具有自旋磁矩： 具有磁矩的物体在外磁场中具有磁能： 电子由于轨道运动而具有磁场： 考虑相对论效应后，再乘以因子2 1做修正 r 是一个变量，用平均值代替：
光谱分析知识点
原子发射光谱分析 1、原子发射光谱分析的基本原理（依据） 2、ICP光源形成的原理及特点（习题2） ：ICP是利用高频加热原理。 当在感应线圈上施加高频电场时，由于某种原因（如电火花等）在等离子体工作气体中部分电离产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，形成雪崩式放电，电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合，这种高频感应电流产生的高温又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰矩。 其特点如下： 工作温度高、同时工作气体为惰性气体，因此原子化条件良好，有利于难熔化合物的分解及元素的激发，对大多数元素有很高的灵敏度。 （2）由于趋肤效应的存在，稳定性高，自吸现象小，测定的线性范围宽。（3）由于电子密度高，所以碱金属的电离引起的干扰较小。 （4）ICP属无极放电，不存在电极污染现象。 （5）ICP的载气流速较低，有利于试样在中央通道中充分激发，而且耗样量也较少。 （6）采用惰性气体作工作气体，因而光谱背景干扰少。 3、掌握特征谱线、共振线、灵敏线、最后线、分析线的含义及其它们之间的内 在联系。（习题3） 4、：由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。共振线 具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。 5、灵敏线(sensitive line) 是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振 线(resonance line)。 最后线(last line) 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。它也是该元素的最灵敏线。 进行分析时所使用的谱线称为分析线(analytical line)。 由于共振线是最强的谱线，所以在没有其它谱线干扰的情况下，通常选择共振线作为分析线。 发射光谱定性分析的基本原理和常用方法。（习题5 由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发下，可以产生各自的特征谱线，其波长是由每种元素的原子性质决定的，具有特征性和唯一性，因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在，这就是光谱定性分析的基础。 进行光谱定性分析有以下三种方法： （1）比较法。将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。本方法简单易行，但只适用于试样中指定组分的定性。
光谱灯谱线轮廓和超精细结构的测定
实验四 扫描Fabry-Perot标准具及其在塞曼效应等高分辨率光谱检测中的应用 一、实验目的 了解F－P标准具的原理；掌握其调整、使用方法；利用气压扫描法测定标准具的主要技术指标；应用该仪器测定塞曼效应等。 二、实验仪器、材料 气压扫描Fabry-Perot标准具、单频He-Ne激光器及其电源、硅光电池探测器、函数记录仪或PC机、扩束平行光管、电磁铁及其电源、特斯拉计、笔形汞灯及其电源、聚光透镜。 三、原理 1.F－P干涉仪的简要描述 F－P干涉仪的核心是两个平面性和平行性极好的高反射光学镜面，它可以是一块玻璃或石英平行平板的两个面上镀制的镜面，也可以是两块相对平行放置的镜片，即为空气间隔，如图1所示。前一种形式结构简单，使用时无需调整，比较方便，体积也小，但由于材料的均匀性和两面加工平行度往往达不到很高水平，故性能不如后者优良。用固定间隔来定位的F－P干涉仪又常称为F－P标准具。间隔圈常用热膨胀系数小的石英材料(或零膨胀微晶玻璃)。它在三个点上与平镜接触，用三个螺丝调节接触点的压力，可以在小范围内改变二镜面的平行度，使之达到满意的程度。使用时常在干涉仪的前方加聚光透镜，后方则用成象透镜把干涉图成象于焦平面上，如图2所示。 图 1 F－P干涉仪的多光束干涉
实验四 扫描Fabry-Perot 标准具及其应用 图 2 法布里－珀罗标准具的使用 F －P 干涉仪采用多光束干涉原理，关于多光束干涉的详细理论可参阅有关专著，我们在此就直接利用有关的一些关系式。 设每一镜面的反射率都为R ，透射率为Τ，吸收散射等引起的损耗率为τ，则有 1T R =τ++ ----------------------------------------------------- (1) 图1中相邻两光束的光程差为 α-=β=?22sin n h 2cos nh 2 ------------------------------------ (2) 其中h 为镜面间隔距离，n 为镜间介质折射率，α为入射光束投射角，β为光束在镜面间的投射角。干涉条纹定域在无穷远，在反射中光强分布由下式决定： ()()[]()()()[]()2sin R 14R 112 sin T R 14T R 11R I I 22220R Φ τ-+τ--Φ+τ-++τ--= ------------------- (3) 在透射光中光强分布为 ()()[]()2 sin R 14R 11T 1I I 222 0T Φτ-+τ--τ-= ------------------------------ (4) 其中0I 为入射角为α的入射光强；而Φ为相邻光束的相位差，来自由(2)式表示的光程差?和两次反射时的相位差变1δ、2δ： 212δ+δ+λ ?π=Φ ------------------------------------------------ (5) 其中1δ、2δ对金属膜可认为常数，对介质膜来说它们是零，下面我们不予考虑。所以对一定波长的单色光，Φ因入射角α而变。可见干涉极大的角分布是以镜面法线为轴对称分布的。在图1的成象透镜焦面上得到一套同心环。干涉图的圆心位置在通过透镜光心的F －P 镜面法线上。 当镜面的吸收率可 忽略时，(3)、(4)式简化为：
元素常用光谱特征线(绝大部分元素)
原子吸收光谱各元素常用谱线 元素常用光谱特征线 元素灵敏线次灵敏线元素灵敏线次灵敏线 Ag328.068338.289Er400.797415.110 381.033 393.702 397.360 Al309.271308.216 309.284 394.403 396153 Eu459.403 311.143 321.057 462.722 466.188 As188.990193.696 197.197 Fe248.327 208.412 248.637 252.285 302.064 Au242.795267.595 274.826 312.278 Ga287.424 294.418 403.298 417.206 B249.678249.773Gd368.413371.357 371.748 378.305 407.870 Ba553.548270.263 307.158 350.111 388.933 Ge265.158 259.254 270.963 275.459 Be234.861313.042 313.107 Hf307.288 286.637 290.441 302.053 377.764 Bi223.061206.170 222.825 227.658 306.772 Hg184.957*253.652 Ca422.673239.356 272.164 393.367 396.847 Ho410.384 405.393 410.109 412.716 417.323
Co240.7.25242.4.93 304.4.00 352.6.85 252.1.36 In303.936 256.015 325.609 410.476 451.132 Cr357.869359.349 360.533 425.437 427.480 Ir263.971 263.942 266.479 284.972 237.277 Cs852.110894.350 455.536 459.316 K766.491 404.414 404.720 769.898 Cu324.754216.509 217.894 218.172 327.396 La550.134 357.443 392.756 407.918 494.977 Dy421.172419.485 404.599 394.541 394.470 Li670.784 274.120 323.261 Mg385.213279.553 202.580 230.270 Lu335.956 308.147 328.174 331.211 356.784 Mn279.482222.183 280.106 403.307 403.449 Se196.090 203.985 206.219 207.479 Mo313.259317.035 319.400 386.411 390.296 Si 251.612 250.690 251.433 252.412 252.852 Na588.995330.232 330.299 589.592 Sm429.674 476.027 520.059 528.291 Nb334.371334.906 358.027 407.973 412.381 Sn224.605 235.443 286.333 Nd463.424 468.35 489.693 492.453 562.054 Sr460.733 242.810 256.947 293.183 407.771 Ni232.003231.096Ta271.467255.943
最新原子物理学——碱金属原子光谱的精细结构
§4.3 碱金属原子光谱的精细结构 一．碱金属光谱的精细结构 碱金属光谱的每一条光谱是由二条或三条线组成，如图所示。 二、定性解释 为了解释碱金属光谱的精细结构，可以做如下假设： 1．P 、D 、F 能级均为双重结构，只S 能级是单层的。 2．若l 一定，双重能级的间距随主量子数n 的增加而减少。 3．若n 一定，双重能级的间距随角量子数l 的增加而减少。 4．能级之间的跃迁遵守一定的选择定则。 根据这种假设，就可以解释碱金属光谱的精细结构。 §4.4 电子自旋同轨道运动的相互作用 一、电子自旋角动量和自旋磁矩 1925年，荷兰的乌伦贝克和古德史密特提出了电子自旋的假设： 每个电子都具有自旋的特性，由于自旋而具有自旋角动量S 和自旋磁矩s μ ，它们是电子 本身所固有的，又称固有矩和固有磁矩。 自旋角动量：ππ2*2)1(h s h s s p s =+=，2 1=s
外场方向投影：π2h m S s z =， 21±=s m 共2个， 自旋磁矩：s s p m e -=μ B s s h s s m e p m e μπ μ32)1(-=+-=- = 外场方向投影： B z z S m e μμ±=-= 共两个?偶数，与实验结果相符。 1928年，Dirac 从量子力学的基本方程出发，很自然地导出了电子自旋的性质，为这个假设提供了理论依据。 二、电子的总角动量 电子的运动=轨道运动+自旋运动 轨道角动量：π π2*2)1(h l h l l p l =+= 12,1,0-=n l 自旋角动量：ππ2*2)1(h s h s s p s =+= 2 1=s 总角动量： s l j p p p += π π2*2)1(h j h j j p j =+= s l j +=，1-+s l ，……s l - 当s l >时，共12+s 个值 当s l <时，共12+l 个值 由于 2 1=s 当0=l 时，2 1==s j ，一个值。 当 3,2,1=l 时，2 1±=l j ，两个值。 例如：当1=l 时，23211=+=j 2 1211=-=j π π222)1(h h l l p l =+= ππ2232)1(h h s s p s =+=
最常用的表面分析技术-电子能谱思考题
《电子能谱思考题》 1. 最常用的表面分析技术有哪些? 它们各自可测的元素有哪些？它们可获得哪些表面信息？它们各有何优点？ XPS、AES和SIMS是目前广泛使用的三种最常用的表面分析技术。XPS和AES 可检测原子序数>2的所有元素；而SIMS可检测所有的元素。XPS主要获取表面元素和化学键信息，此外还可得到元素深度分布和价带结构等信息；AES主要获取表面元素信息，此外还可得到元素深度分布和表面成像以及化学键等信息；SIMS主要获取表面元素和同位素信息，此外还可得到元素深度分布和表面成像以及化合物等信息。XPS的最大特色在于能获取丰富的化学信息，定量分析好，对样品表面的损伤最轻微；AES的最大特色是空间分辨力非常好，具有很高的微区分析能力，可进行表面分布成像。SIMS的最大特色是检测灵敏度非常高，并可分析H和He以及同位素，可作微区、微量分析以及有机化学分析。 2. 用电子能谱进行表面分析对样品有何一般要求？有哪些清洁表面的常用制备方法？ 由于电子能谱测量要在超高真空中进行，测量从样品表面出射的光电子或俄歇电子。所以对检测的试样有一定的要求：即样品在超高真空下必须稳定，无腐蚀性，无磁性，无挥发性。另外在样品的保存和传送过程中应尽量避免样品表面被污染。在任何时候，对被分析样品的表面都应尽量少地接触和处理。 常用清洁表面的制备方法有：真空解理、断裂，稀有气体离子溅射，真空刮削，高温蒸发，真空制备薄膜等。 3. 什么是化学位移和终态效应？它们有何实际应用？ 原子因所处化学环境不同而引起的内壳层电子结合能变化，在谱图上表现为谱峰的位移，这种现象称为化学位移。所谓某原子所处化学环境不同有两方面的含义：一是指与它相结合的元素种类和数量不同；二是指原子具有不同的价态。 电子的结合能与体系的终态密切相关。由电离过程中引起的各种激发产生的不同体系终态对电子结合能的影响称为终态效应。电离过程中除了驰豫现象外，还会出现诸如多重分裂，电子的震激(Shake up)和震离(Shake off)等激发状态。这些复杂现象的出现同体系的电子结构密切相关，它们在XPS谱图上表现为除正常光电子主峰外，还会出现若干伴峰。 化学位移和终态效应常用来作元素化学态的识别，并可以推知原子结合状态和电子分布状态。此外它们还可以给出某些体系的结构信息。它们可提供材料表面丰富的物理和化学信息。 4. 在XPS谱图中可观察到几种类型的峰？从XPS谱图中可得到哪些表面有关的物理和化学信息？
吸收光谱测量基本原理
吸收光谱简介 纯白光为一连续的从红色到紫色的光谱，但当白光穿过一个有色宝石，一定颜色或波长可被宝石所吸收，这导致该白光光谱中有一处或几处间断，这些间断以暗线或暗带形式出现。许多宝石显示出在可见光谱中吸收带或线的特征样式，其完整的样式被称为"吸收光谱"。吸收光谱 处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或暗带组成的光谱。 吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸汽或气体后产生的，如让高温光源发出的白光，通过温度较低的钠的蒸汽就能生成钠的吸收光谱。这个光谱背景是明亮的连续光谱。而在钠的标识谱线的位置上出现了暗线。通过大量实验观察总结出一条规律，即每一种元素的吸收光谱里暗线的位置跟他们明线光谱的位置是互相重合的。也就是每种元素所发射的光的频率跟它所吸收的光频率是相同的。 太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的标识谱线相同的光都被这些气体吸收掉了。因此我们看到的太阳光谱是在连续光谱的背景上分布着许多条暗线。这些暗线是德国物理学家夫琅和费首先发现的称为夫琅和费线。 吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线（见彩图8．分光镜的分辨本领不够高时，只能看见一条暗线）．这就是钠原子的吸收光谱．值得注意的是，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应．这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光．因此，吸收光谱中的谱线（暗线），也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少 光谱分析 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．这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用发射光谱，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10-10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．光谱分析在科学技术中有广泛的应用．例如，在检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时，就要用到光谱分析．在历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素．例如，铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而被发现的．光谱分
仪器分析总习题及参考答案
1、试述“仪器分析”是怎样的一类分析方法？有何特点？大致分哪几类？具体应用最广的 是哪两类？ 2、光谱法的仪器通常由哪几部分组成？它们的作用是什么？ 光谱法的仪器由光源、单色器、样品容器、检测器和读出器件五部分组成。作用略。 3、请按照能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外线，无线电波，可 见光，紫外光，X射线，微波。 能量递增顺序：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线。 波长递增顺序：X射线、紫外光、可见光、红外线、微波、无线电波。 4、解释名词电磁辐射电磁波谱发射光谱吸收光谱荧光光谱原子光谱 分子光谱特征谱线 电磁辐射――电磁辐射是一种以巨大速度通过空间传播的光量子流，它即有波动性，又具有粒子性． 电磁波谱――将电磁辐射按波长顺序排列，便得到电子波谱．电子波谱无确定的上下限，实际上它包括了波长或能量的无限范围． 发射光谱――原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱． 吸收光谱――物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱． 荧光光谱――在某些情形下，激发态原子或分子可能先通过无辐射跃迁过渡到较低激发态，然后再以辐射跃迁的形式过渡到基态，或者直接以辐射跃迁的形式过渡到基态。通过这种方式获得的光谱，称为荧光光谱． 原子光谱――由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱． 分子光谱――由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱． 特征谱线――由于不同元素的原子结构不同（核外电子能级不同），其共振线也因此各有其特征。元素的共振线，亦称为特征谱线。 5、解释名词：灵敏线共振线第一共振线 共振线――由任何激发态跃迁到基态的谱线称为共振线． 主共振线――由第一激发态回到基态所产生的谱线；通常是最灵敏线、最后线 灵敏线――元素的灵敏线一般是指强度较大的谱线，通常具有较低的激发电位和较大的跃迁几率。 AAS 解释下列名词：多普勒变宽、谱线轮廓、光谱通带、释放剂、峰值吸收积分吸收锐线光源多普勒变宽――又称为热变宽，它是发射原子热运动的结果，主要是发射体朝向或背向观察器运动时，观测器所接收到的频率变高或变低，于是出现谱线变宽。 谱线轮廓――是谱线强度随波长（或频率）分布的曲线。 光谱通带――仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。 释放剂――当欲测元素和干扰元素在火焰中形成稳定的化合物时，加入另一种物质，使与干扰元素化合，生成更稳定或更难挥发的化合物，从而使待测元素从干扰元素的化合物中释放出来，这种加入的物质称为释放剂。
原子发射光谱试题
一、判断题 1. 原子内部的电子跃迁可以在任意两个能级之间进行，所以原子光谱是由众多条光谱线按一定顺序组成。（） 2. 光栅光谱为匀排光谱，即光栅色散率几乎与波长无关。（） 3. 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。（） 4. 自吸现象是由于激发态原子与基态原子之间的相互碰撞失去能量所造成的。（） 5. 自蚀现象则是由于激发态原子与其他原子之间的相互碰撞失去能量所造成的。（） 6. 在原子发射光谱分析中，自吸现象与自蚀现象是客观存在且无法消除。（） 7. 光谱线的强度与跃迁能级的能量差、高能级上的原子总数及跃迁概率有关。（） 8. 自吸现象与待测元素的浓度有关，浓度越低，自吸越严重。（） 9. 原子发射光谱仪器的类型较多，但都可分为光源、分光、检测三大部分，其中光源起着十分关键的作用。（）10. ICP光源中可有效消除自吸现象是由于仪器具有很高的灵敏度，待测元素的浓度低的原因。（）11. Al 308.26nm，（I）的谱线强度为8级，309.27nm（I）的谱线强度为9级。采用光谱分析确定试样中铝是否存在时，若前一谱线在试样谱带中出现而后一谱带未出现，可判断试样中有铝存在。（）12. 交流电弧的激发能力强，分析的重现性好，适于定量分析，不足的是蒸发能力也稍弱，灵敏度稍低。 （） 二、选择题 1. 在用光栅单色器分光后的光谱中，每10nm波长间隔距离——（） A. 随波长减少而增加； B. 随波长增加而增加； C. 随波长减少而减少； D. 几乎不随波长变化 2. 原子发射光谱的产生是由——（） A. 原子次外层电子在不同能级间的跃迁； B. 原子外层电子在不同能级间的跃迁； C. 原子内层电子在不同能级间的跃迁； D. 原子外层电子的振动和转动。 3. 光栅的分辨率取决于——（） A. 刻线宽度； B. 总刻线数； C. 波长； D. 入射角 4. 光电直读光谱仪中，采用——光源时，测定试样为溶液？（） A. 电火花； B. ICP； C. 直流电弧； D. 交流电弧 5. 在原子发射光谱的光源中，激发温度最高的光源是——（） A. 电火花； B. ICP； C. 直流电弧； D. 交流电弧 6. 与光谱强度无关的因素是——（） A. 跃迁能级间的能量差； B. 高能级上的原子数； C. 跃迁概率； D. 蒸发温度。 7. ICP光源高温的产生是由于——( ） A. 气体燃烧； B. 气体放电； C. 电极放电； D.电火花 8. 进行谱线检查时，通常采取与标准光谱比较法来确定谱线位置，通常作为标准的是（） A. 铁谱； B. 铜谱； C. 碳谱； D.氢谱 9. 元素的发射光谱具有特征性和唯一性，这是定性的依据，判断元素是否存在的条件是（） A. 必须将该元素的所有谱线全部检出；
第四章 原子吸收光谱
一．判断题 1. 原子吸收光谱是由气态物质中基态原子的内层电子跃迁产生的。（×） 2. 实现峰值吸收的条件之一是：发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致。（√） 3. 原子光谱理论上应是线光谱，原子吸收峰具有一定宽度的原因主要是由于光栅的分光能力不够所致。（×） 4. 原子吸收线的变宽主要是由于自然变宽所导致的。（×） 5. 在原子吸收光谱分析中，发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，故原子吸收分光光度计中不需要分光系统。（×） 6. 空心阴极灯能够发射待测元素特征谱线的原因是由于其阴极元素与待测元素相同。 （√） 7. 火焰原子化器的作用是将离子态原子转变成原子态，原子由基态到激发态的跃迁只能通过光辐射发生。（×）8. 根据波尔兹曼分布定律进行计算的结果表明，原子化过程时，所有激发能级上的原子数之和相对于基态原子总数来说很少。（√） 9. 石墨炉原子化法比火焰原子化法的原子化程度高，所以试样用量少。（√） 10. 原子化温度越高，激发态原子数越多，故原子化温度不能超过2000K。（×） 11. 一般来说，背景吸收使吸光度增加而产生正误差。（√） 12. 在原子吸收分光光度分析中，如果待测元素与共存物质生成难挥发性的化合物，则会产生负误差。（√） 13. 火焰原子化法比石墨炉原子化法的检出限低但误差大。（×） 14. 压力变宽不引起中心频率偏移，温度变宽引起中心频率偏移。（×） 15. 贫燃火焰也称氧化焰，即助燃气过量。过量助燃气带走火焰中的热量，使火焰温度降低，适用于易电离的碱金属元素的测定。（√）16. 当气态原子受到强的特征辐射时，由基态跃迁到激发态，约在10-8s后，再由激发态跃迁到基态，辐射出与吸收光波长相同或不同的荧光。（√） 17. 激发光源停止后，荧光能够持续发射一段时间。（×） 18. 当产生的荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光，即跃迁前后的能级发生了变化。（√） 19. 原子荧光分析与原子发射光谱分析的基本原理和仪器结构都较为接近。（×） 20. 原子荧光分析测量的是向各方向发射的原子荧光，由于在检测器与光源呈900方向上荧光强度最大，故检测器与光源呈900放置。（×） 二．选择题 1.原子吸收分光光度分析法中，光源辐射的待测元素的特征谱线的光，通过样品蒸汽时，被蒸汽中待测元素的D吸收。 A．离子 B．激发态原子 C．分子 D．基态原子 2. 原子吸收光谱中，吸收峰可以用A表征。 A．中心频率和谱线半宽度 B．峰高和半峰高 C．特征频率和峰值吸收系数 D．特征频率和谱线宽度
线性吸收光谱
学号：51090602040 姓名：周慧 线性吸收光谱 光谱学主要研究光与物质相互作用过程中的有关问题。 原子或分子中的电子，总是处在某一种运动状态之中。每一种状态都具有一 定的能量，属于一定的能级。这些电子由于各种原因( 例如受到光、热、电等的激发，或者发出光或热) 而从一个能级转移到另一个能级，称为跃迁。当这些电子吸收了外来辐射的能量，就从一个能量较低的能级跃迁到另一个能量较高的能级。因此，每一跃迁都对应着吸收一定的能量( 即一定波长)的辐射。 当光进入某种物质以后，可以有两种情况发生:一种是进入物质后，能量几乎不被吸收;另一种是能量被全部或部分吸收，在后一种情况下，在吸收光的过程中，光能被转移给分子。由上述理论可知，吸收本身是一种高度专一的现象，即一定结构的分子只吸收一定能量的辐射。根据量子理论，分子从光波中吸收能量必定是以不连续的、整份单位的形式发生，这些不连续的微小能量单位被称为量子。这也就是说频率为v 的单色光的能量必定是h v的整数倍。能量与波长成反比。波长越长，能量越小。反之，波长越短，能量越大，所以紫外区光的能量比可见区的要大。 根据光的波动说和微粒说，吸收光谱是物质分子吸收了与其某一运动方式的能级变化能量相符的电磁波，使相应的运动方式的能级提高而产生的。即光的吸收和发射是由于原子或分子中能量的改变。每个分子具有一系列严格分立的能级。处于基态的分子，当受到光的能量激发时，它可以吸收特征频率的能量而跃迁到较高的能级—激发态。既然物质对光的吸收具有选择性，就可以缓慢地改变通过某一吸收物质的入射光的波长，并记录该物质在每一波长处的吸光度，然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，这样得到的谱图称为该物质的吸收光谱或吸收曲线。被物质所吸收的光线处在紫外区或可见区内，获得的吸收光谱称为紫外或可见光吸收光谱。从某物质的吸收光谱可以看出它在不同的光谱区域内吸收能力的分布情况。显然，某物质吸收光谱的形状是与他的内部结构紧密相关的。因此，研究各种物质的吸收光谱，可以为研究它们的内部结构提供重要的信息。根据价键轨道理论，分子是由原子核骨架和核外电子组成的整体。组成分子的每一个原子的成键电子，属于整个分子所有。这些价电子的运动状态决定着分子的性质。分子的电子光谱最直接地反映了这些价电子的运动状态、能量变化及分子结构的情况。分子中的价电子可以分为三类:形成单键的σ电子;形成重键( 双键或三键)的л电子;未共有电子的( 或称非键) n电子。σ键和л键中的电子的运动各有不同形式的成键轨道，分别称为σ轨道和л轨道，每一个成键轨道的存在，必然伴随着一个相应的反键轨道。分别用σ*和л*表示。当分子吸收一定能量的辐射时，就发生相应的能级间的跃迁。有机物在紫外一可见光区域内电子跃迁的方式一般有σ→σ*、n →σ*、л→л*和n→л*四种类型。这些能级跃迁所需能量是(σ→σ* ) > (n →σ*) > (л→л*) >( n→л*) 。如图1 。
红外吸收光谱特征峰特别整理版
表典型有机化合物的重要基团频率（/cm-1）
*表中vs,s,m,w,vw用于定性地表示吸收强度很强，强，中，弱，很弱。 中红外光谱区一般划分为官能团区和指纹区两个区域，而每个区域又可以分为若干个波段。
官能团区 官能团区（或称基团频率区）波数范围为4000～1300cm-1，又可以分为四个波段。 ★4000～2500cm-1为含氢基团x—H（x为O、N、C）的伸缩振动区，因为折合质量小，所以波数高，主要有以下五种基团吸收 ●醇、酚中O—H：3700～ 无缔合的O—H在高一侧，峰形尖锐，强度为ｓ3200cm-1， 缔合的O—H在低一侧，峰形宽钝，强度为ｓ ●羧基中O—H：3600～2500 无缔合的O—H在高一侧，峰形尖锐，强度为ｓcm-1， 缔合可延伸至2500 cm-1，峰非常宽钝，强度为ｓ ●N—H： 3500～3300 伯胺有两个H，有对称和非对称两个峰，强度为ｓ—ｍcm-1， 叔胺无H，故无吸收峰 ●C—H：＜3000 cm-1为饱和C：～2960 cm-1 (),～2870 cm-1 ()强度为ｍ-ｓ ～2925 cm-1 (),～2850 cm-1 () 强度为ｍ-ｓ ～2890 cm-1强度为ｗ ＞3000 cm-1为不饱和 (及苯环上C-H)3090～3030 cm-1强度为ｍC： ～3300 cm-1强度为ｍ 强度为ｍ－ｓ ●醛基中C—H：～2820及～2720 两个峰 ★2500～2000 cm-1为叁键和累积双键伸缩振动吸收峰，主要包括－C≡C-、-C≡N叁键的伸缩振动及、等累积双键的非对称伸缩振动，呈现中等强度的吸收。在此波段区中，还有S—H、Si—H、P—H、B—H的伸缩振动。 ★2000～1500 cm-1为双键的伸缩振动吸收区，这个波段也是比较重要的区域，主要包括以下几种吸收峰带。
原子吸收光谱各元素常用谱线
原子吸收光谱各元素常用谱线
元素常用光谱特征线
377.764 Bi223.061206.170 222.825 227.658 306.772 Hg184.957*253.652 Ca422.673239.356 272.164 393.367 396.847 Ho410.384 405.393 410.109 412.716 417.323 Co240.7.25242.4.93 304.4.00 352.6.85 252.1.36 In303.936 256.015 325.609 410.476 451.132 Cr357.869359.349 360.533 425.437 427.480 Ir263.971 263.942 266.479 284.972 237.277 Cs852.110894.350 455.536 459.316 K766.491 404.414 404.720 769.898 Cu324.754216.509 217.894 218.172 327.396 La550.134 357.443 392.756 407.918 494.977 Dy421.172419.485 404.599 394.541 394.470 Li670.784 274.120 323.261 Mg385.213 279.553 202.580 Lu335.956 308.147 328.174
230.270331.211 356.784 Mn279.482222.183 280.106 403.307 403.449 Se196.090 203.985 206.219 207.479 Mo313.259317.035 319.400 386.411 390.296 Si 251.612 250.690 251.433 252.412 252.852 Na588.995330.232 330.299 589.592 Sm429.674 476.027 520.059 528.291 Nb334.371334.906 358.027 407.973 412.381 Sn224.605 235.443 286.333 Nd463.424 468.35 489.693 492.453 562.054 Sr460.733 242.810 256.947 293.183 407.771 Ni232.003231.096 231.10 233.749 323.226 Ta271.467 255.943 264.747 277.588 Os290.906 305.866 790.10Tb432.647 390.135 431.885 433.845 Pb216.999 202.202 205.327 Te214.275 225.904 238.576
常用元素特征谱线
元素常用光谱特征线 元素灵敏线次灵敏线元素灵敏线次灵敏线 Ag328.068338.289Er400.797415.110 381.033 393.702 397.360 Al309.271308.216 309.284 394.403 396153 Eu459.403 311.143 321.057 462.722 466.188 As188.990193.696 197.197 Fe248.327 208.412 248.637 252.285 302.064 Au242.795267.595 274.826 312.278 Ga287.424 294.418 403.298 417.206 B249.678249.773Gd368.413371.357 371.748 378.305 407.870 Ba553.548270.263 307.158 350.111 388.933 Ge265.158 259.254 270.963 275.459 Be234.861313.042 313.107 Hf307.288 286.637 290.441 302.053 377.764 Bi223.061206.170 222.825 227.658 306.772 Hg 184.957 * 253.652 Ca422.673239.356 272.164 393.367 396.847 Ho410.384 405.393 410.109 412.716 417.323
Co 240.7.2 5 242.4.93 304.4.00 352.6.85 252.1.36 In303.936 256.015 325.609 410.476 451.132 Cr357.869359.349 360.533 425.437 427.480 Ir263.971 263.942 266.479 284.972 237.277 Cs852.110894.350 455.536 459.316 K766.491 404.414 404.720 769.898 Cu324.754216.509 217.894 218.172 327.396 La550.134 357.443 392.756 407.918 494.977 Dy421.172419.485 404.599 394.541 394.470 Li670.784 274.120 323.261 Mg385.213279.553 202.580 230.270 Lu335.956 308.147 328.174 331.211 356.784 Mn279.482222.183 280.106 403.307 403.449 Se196.090 203.985 206.219 207.479 Mo313.259317.035 319.400 386.411 390.296 Si 251.612 250.690 251.433 252.412 252.852 Na588.995330.232 330.299 589.592 Sm429.674 476.027 520.059 528.291 Nb334.371334.906 358.027 407.973 Sn224.605 235.443 286.333