4原子发射光谱法
原子发射光谱法公式
原子发射光谱法（AES）是一种常用的光谱分析方法，可以用于元素定性分析以及元素的定量分析。
以下是原子发射光谱法中常用的公式：
1. 里德伯公式（Rydberg formula）：该公式可以用来计算光谱线的波长。
其中，R 是里德伯常数，e 是电子的电荷，h 是普朗克常数，n 是主量子数，m 是电子的质量。
2. 洛伦兹公式（Lorentz formula）：该公式可以用来计算光谱线的强度。
其中，I 是谱线强度，c 是光速，e 是电子的电荷，m 是电子的质量，B 是磁感应强度，g 是洛伦兹因子，v 是谱线的频率。
3. 斯托克斯公式（Stokes formula）：该公式可以用来计算谱线的半宽度（即谱线在峰值一半处的宽度）。
其中，v 是谱线的频率，k 是玻尔兹曼常数，T 是绝对温度，I 是谱线强度。
这些公式在原子发射光谱法中有着重要的应用，可以帮助我们更好地理解和分析光谱数据。
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
原子发射光谱法和原子吸收光谱法的优缺点
原子发射光谱法（Atomic Emission Spectroscopy，AES）和原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是常用的分析方法，它们利用原子在能量激发下发射或吸收特定波长的光线来确定样品中的元素含量。
以下是它们的优缺点比较：一、原子发射光谱法优点：1. 灵敏度高：原子在激发后能发出强烈的荧光，使得检测灵敏度高。
2. 分辨率高：能够分离出元素的不同能级，对于元素的多种化合价态也有很好的分辨率。
3. 多元素分析：可以同时分析多种元素，适用于复杂样品。
4. 快速：仅需要几分钟即可得到结果。
缺点：1. 形成荧光需要外部能量输入，易受分析环境影响，如气体的压力和温度等。
2. 需要专业人员操作：仪器复杂，需要专业的技术人员进行操作和维护。
3. 样品处理复杂：由于样品需要被分解为原子态，因此需要严格的前处理过程。
4. 不能定量：由于荧光强度与供能的原子数不成比例，因此不能直接定量。
二、原子吸收光谱法优点：1. 灵敏度高：具有极高的检测灵敏度，尤其适用于微量元素的分析。
2. 定量性好：由于原子吸收的强度与元素浓度呈线性关系，因此可以直接定量。
3. 选择性好：由于不同元素的吸收谱线是独立的，因此可以区分不同元素。
4. 不受环境影响：对于气体和液体样品，只需要进行简单的前处理即可进行分析。
缺点：1. 只能测量单一元素：每个元素只有一个特定的吸收波长，因此只能测量一个元素。
2. 影响灵敏度的因素多：灵敏度受到多种因素影响，如化学基质等。
3. 仅限于溶液测量：由于需要将样品转化为气态原子，因此只适用于溶液样品。
4. 仪器复杂：仪器需要精密的光学部件以保证精确的测量结果。
无论是原子发射光谱法还是原子吸收光谱法，都有其独特的优点和缺点。
在选择分析方法时，需要考虑样品类型、分析目标和实验室条件等因素，并综合评估各种分析方法的优缺点，以选择最适合的方法。
原子发射光谱法的主要特点
原子发射光谱法的主要特点
原子发射光谱法（AES）是一种常用的材料分析方法，它具有以下主要特点：
1.精确性高：原子发射光谱法可以提供非常精确的元素定性定量信息。
通过使用复杂的仪器设备和先进的算法，可以准确地测量元素在样品中的浓度和分布。
2.灵敏度高：原子发射光谱法具有很高的灵敏度，可以检测到样品中微量的元素。
这使得该方法可以用于分析痕量元素，如金属杂质或合金成分。
3.选择性强：原子发射光谱法可以选择性地测量特定元素。
通过选择适当的激发条件和光谱线，可以仅对某些元素进行检测，而对其他元素不产生干扰。
4.线性范围宽：原子发射光谱法的线性范围很宽，可以从ppm（百万分之一）到ppb（十亿分之一）的浓度范围进行测量。
这使得该方法可以适应不同浓度的样品分析需求。
5.实验方法简单：原子发射光谱法的实验方法相对简单。
样品经过简单的制备和稀释后，可以直接进行分析。
这使得该方法在实验室中易于操作，并且适用于各种不同类型的样品。
总之，原子发射光谱法具有精确性高、灵敏度高、选择性强的特点，可以提供准确的元素信息，并适用于各种不同类型的样品分析。
原子发射光谱分析法
f
入 射 狭缝 准 直 镜
棱 镜
物 镜 焦 面
出 射 狭缝
棱镜特性
色散率：分辨率R：
色散率：指对不同波长的光被棱
镜分开的能力。它又分为角色散
率和线色散率
角色散率 dθ/dλ
：两条波长相
差 dλ 的光被棱镜色散后所分开 的角度为dθ ，则棱镜的角色散
用Ar做工作气体的优点：Ar 为单原子惰性气体，不与试样组份形 成难离解的稳定化合物，也不象分子 那样因离解而消耗能量，有良好的激 发性能，本身光谱简单。
环状结构可以分为若干区，各区 的温度不同，性状不同，辐射也
不同。
尾焰区
内焰区 焰心区
ICP光源特点 1）低检测限：蒸发和激发温度高；
2）稳定，精度高： 3）基体效应小
4、电感耦合等离子体：
组成： ICP 高频发生器 + 炬管 + 样品引入系统
绝缘屏蔽冷Leabharlann 气辅助气载气（Ar）
载气Ar + 样品
废液
样品溶液
在有气体的石英管外套装一个 高频感应线圈，感应线圈与高频 发生器连接。当高频电流通过线 圈时，在管的内外形成强烈的振 荡磁场。管内磁力线沿轴线方向， 管外磁力线成椭圆闭合回路。
第三章原子发射光 谱分析法
利用物质在被外能激发后所
产生的原子发射光谱来进行 分析的方法。
§3—1概述 一．原子发射光谱的产生： （一）原子能级与能级图
原 子 的 能 级 图：
（二）原子发射光谱的产生： 原子由激发态回到基态（或 跃迁到较低能级）时，若此以光
的形式放出能量，就得到了发射
光谱。其谱线的波长决定于跃迁 时的两个能级的能量差，即：
三．光谱分析的特点： 1．相当高的灵敏度：
原子发射光谱法(4)
谱线强度与激发态原子数Nq成正比。 谱线强度：
Iqp Aqp Nqh qp
Iij
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gi g0
Aij
h ij
N0
Ei
e kT
Iij
gi g0
Aij h ij
N0
Ei
e kT
1.谱线强度与激发能量的关系： 激发电位越小，谱线强度越强。
2.谱线强度与气体温度的关系：较复杂 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。 每一条谱线都有一个最合适的温度，在这个温度下谱线 强度最大。
ICP
很高 6000～8000 最好 溶液的定量分析
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2.分光系统：将样品中待测元素的激发态原子（或离子
）所发射的特征光经分光后，得到按波长顺序排列的 光谱。 （1）棱镜分光系统：用石英棱镜为色散元件，适用于紫 外和可见光区。 （2）光栅分光系统：用光栅为色散元件
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II 表示一级离子线； III表示二级离子线 ；
如Mg I 285.21 nm ；Mg II 279.55 nm；
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三 谱线强度
在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原 子数Nq的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Nq
gi g0
N0
Eq
e kT
原子由某一激发态q向基态或较低能级p跃迁，所发射的
S lg 1 lg I0 TI
I0为感光谱片未感光部分的透射强度，I为受 光变黑部分透射强度。
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第4章 原子发射光谱法
23:23
6. 弧焰中原子、离子浓度的比例与元素的电离电位有关。电离 电位越低，离子浓度越大，离子线越强，电离电位越高，离子 浓度越小，原子线越强。
元素的电离电位，在周期表中，从左到右逐渐增加，从上到下 逐渐减少，故周期表中左下角元素Cs、Fr最易发出离子线，右 上角的元素B、C、Si、P很难发出离子线，即使原子线也很难激 发，多发生在200 nm以下的远紫外区。
23:23
三、 发射光谱法的局限性 (1)不宜定量分析，误差30～50%。 由于发射光谱法是建立在经验基础上，且样品组成的影响一般 比较严重，必须采用其组成与分析样品相匹配的参比样品，这 是限制该法检出能力、准确度及分析速度进一步提高的主要障 碍之一。 (2) 不适宜非金属元素分析。 理论上周期表中所有元素都可用发射光谱法测定。但是对于一 些非金属元素一般很难得到分析它们所必须的条件，这些元素 检出限很差或者无法分析。目前可用发射光谱法分析的元素仍 然主要局限在金属和少数非金属元素。 (3) 发射光谱法只能用于元素分析，而不能确定这些元素在样品 中存在的化合物状态。
I
Pj P0
A h N 0 e
E j E0 kT
(4 - 3)
（3）基态原子数
谱线强度与基态原子数成正比。
在一定条件下，基态原子数与试样中该元素浓度成正
比。
因此 在一定的实验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。
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4.3 元素的光谱性质 一、元素的光谱性质与元素周期表的关系 所谓元素的光谱性质是指元素的电离电位、激发难易、谱线特 征、谱线强度以及元素的挥发性等。元素的这些性质与元素的 原子结构有关，因而，它与周期表有一定关系，而且有一定规 律性。
6第3章 原子发射光谱法(4)
元素的灵敏线、共振线、最后线、分析线
例：Cd含量： 10% 谱线条数： 14条
0.1%
10 条
0.01 %
7条
0.001%
1条 （2265Å ）
低含量时，最后线 高含量时，最后线
= 第一共振线 = = 第一共振线
最灵敏线 =？最灵敏线 2~5条灵敏线
分析线——光谱分析使用的谱线
通常2~3条
二、定性分析的方法
2. 内标元素和分析线对条件
1．内标法原理：(赛伯-罗马金公式：I = a c b )
lg
R = b lg c + lg a
—内标法公式 内标线：I 0=α0 c0 b0
a1 其中 a b a0 c0 0
分析线：I =α1c b
I a1c b b 令R a c I 0 a0 c0 b0
一、光谱定量分析的基本关系式
赛伯-罗马金公式：I =a c b 或 lg I = lga+ b lg c I—谱线强度 a—与试样蒸发、激发过程和试样组成有关 参数 I不大，无自吸时, b =1 b-自吸系数 有自吸时， b＜1 高含量，自吸严重时， b =0
二、内标法和分析线对
内标法—用谱线相对强度来测定被测物含量的方法 1． 内标法原理
量增加而增加
条件
试样组成和标样组成基本一致
二、谱线呈现法
p42表3-2
依据：被测元素的谱线数目和强度随该元素含量增加而增加 条件：测定时实验条件必须和编表时实验条件一致
表3-2 铅的谱线呈现表
ω（Pb）％ 0.001 0.003
谱 线 及 其 特 征
283.31nm清晰可见；261.42和280.20nm谱线很弱 283.31nm,261.42nm谱线增强；280.20nm谱线清晰
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
原子发射光谱方法
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。
原子发射光谱法的原理
原子发射光谱法的原理
原子发射光谱法（atomic emission spectroscopy）是一种用于分析物质的方法，根据原子在能级跃迁时释放出的特定波长的光谱进行分析。
该方法的原理基于原子在受到能量激发后跃迁到较低能级时会释放出特定波长的光，这些波长是由原子的电子结构决定的。
在原子发射光谱法中，首先需要将待分析的样品转化为气体态中的离子状态，这可以通过气化、电离或燃烧等方法实现。
然后，将激发源（如火焰、等离子体或光源）作用于样品，提供足够的能量使得样品中的原子处于激发态。
当原子从激发态返回到基态时，会通过发射光子的方式释放出能量。
这些发射的光子会落在特定的波长上，形成不同元素的特征光谱。
为了分析样品中的元素组成，首先需要确定每个元素特定的激发和发射波长。
这可以通过先用标准物质进行校准，然后通过比较其发射光谱与待分析样品的发射光谱来确定。
当待分析样品中含有多个元素时，可以通过利用光谱仪对发射光进行分光和检测，然后与已知的发射光谱进行比较，从而确定每个元素的存在和浓度。
原子发射光谱法具有许多优点，包括高灵敏度、多元素分析能力、宽线性范围、简单操作和相对低成本。
它被广泛应用于制药、环境监测、冶金、食品安全等领域，并为化学分析提供了一种快速、准确和可靠的方法。
发射光谱法测定地球化学样品中银、硼、锡的方法比较
发射光谱法测定地球化学样品中银、硼、锡的方法比较张 琳（甘肃省第四地质勘查院，甘肃 酒泉 ７３５０００）摘 要：在化学探析工作当中采集的地球化学样品的样品数量较大而分析的项目也较多，少量的地球样品中元素的含量更是低，甚至在一份化学样品中含有多种多样的元素。
因此对地球化学样品的探析方式要求有较高的灵敏度和准确度，并且能够满足同时测定多种元素。
原子发射光谱法在近５年来的发展越来越迅速，它是利用激发源自发出的辐射形成的光谱与标准光谱比较来对混合物进行定性检测的分析方法。
这个方法的优点是具有较高的灵敏度，因为不同的元素原子产生的是不同波长的谱线，可以根据光谱图中的特征谱线，判断是否有某种元素的存在。
其次，在样品的定量分析上，也可以根据原子发射光谱谱线的强度进行。
本文将对发射光谱法测定地球化学样品中的银铜锡等金属元素的方法进行比较。
关键词：发射光谱法；地球样品；元素检测中图分类号：Ｐ６３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０７－０１５１－２Comparison of methods for determination of silver, boron andtin in Geochemical Samples by emission spectrometryZHANG Lin（Ｔｈｅ Ｆｏｕｒｔｈ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｊｉｕｑｕａｎ ７３５０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ， ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｔｅｍｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ ｓｍａｌｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｓ ｅｖｅｎ ｌｏｗｅｒ， ａｎｄ ｅｖｅｎ ａ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅ ｃｏｎｔａｉｎｓ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ， ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ． Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｆｉｖｅ ｙｅａｒｓ， ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｔｏｍｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ （ＡＥＳ） ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｒａｐｉｄ． Ｉｔ ｉｓ ａｎ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｐｅｃｔｒａ． Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ， ｂｅｃａｕｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｔｏｍｓ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｉｎｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍ， ｗｅ ｃａｎ ｊｕｄｇｅ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｅｌｅｍｅｎｔ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｔｏｍｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｌｉｎｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｖｅｒ， ｃｏｐｐｅｒ ａｎｄ ｔｉｎ ｉｎ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓａｍｐｌｅｓ ｂｙ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Keywords: ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ； ｅａｒｔｈ ｓａｍｐｌｅ； ｅｌｅｍｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ原子发射光谱法，近年来在金属材料的分析应用方面有了非常大的进展，该方法在分析速度准确度以及应用范围方面，都较适合测定地球样品中的金属元素。
摄谱法原子发射光谱法
摄谱法原子发射光谱法
摄谱法（Spectroscopy）是一种通过测量物质与辐射相互作用的方法，用来研究物质的性
质和组成。
在分析化学中，摄谱法被广泛应用于定性和定量分析，以及材料表征等领域。
原子发射光谱法（Atomic Emission Spectroscopy）是摄谱法的一种形式，专门用于分析元素的
方法。
原子发射光谱法基于原子在能级跃迁过程中发射光线的特性，通过测量元素在特定波长的光线强度来确定元素的存在与含量。
原子发射光谱法的基本原理是，样品中的元素经过适当的预处理和激发，使得元素原子处于激发态，然后通过热激发、电激发或激光激发等方式将激发态原子转化为基态，在转化过程中会发射出特定的光线。
这些发射光线经过光谱仪的分析，可以得到元素在特定波长处的发射强度。
原子发射光谱法有多种技术衍生，如火焰原子发射光谱法（Flame Atomic Emission Spectroscopy, FAAS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy, ICP-AES）等。
这些技术在不同的样品类型和分析需求下具有各自的优
缺点，可以根据具体情况选择合适的方法。
总的来说，原子发射光谱法是一种常用且广泛应用的分析方法，能够提供元素的定性与定量信息，对于科学研究和工业生产具有重要意义。
原子发射光谱法.pptx
第一节 基本原理
一般将低能级光谱项符号写在前，高能级写在后。 根据量子力学的原理，电子的跃迁不能在任意两个能 级之间进行，而必须遵循一定的“选择定则”，这个定 则是： 1， △n=0或任意正整数； 2， △ L= 1跃迁只允许在S项和P项， P项和S项或D
项之间，D项和P项 或F项之间，等； 3， △ S=0，即单重项只能跃迁到单重项，三重项只能
在原子谱线表中，罗马数Ⅰ表示中性原子发射光谱的 谱线，Ⅱ表示一次电离离子发射的谱线，Ⅲ表示二次电 离离子发射的谱线例如Mg Ⅰ285.21nm为原子线，MgⅡ
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：
式中Ni为单位体积内处于高能级i的原子数，Aij为i、j两能 级间的跃迁几率，h为普朗克常数， ij为发射谱线的频率。
若激发是处于热力学平衡的状态下，分配在各激发态 和基态的原子数目Ni 、N0 ，应遵循统计力学中麦克斯韦-
11
第一节 基本原理
玻兹曼分布定律。 Ni = N0 gi/g0e (-E / kT)
1
第一节 基本能级向低能级跃迁，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。
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。
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。
原子发射光谱法
玻耳兹曼常数；T为激发温度；
发射谱线强度： Iij = Ni Aijhij
h为Plank常数；Aij两个能级间的跃迁几率； ij发射谱线
的频率。将Ni代入上式，得：
Iijgg0i AijhijN0ekEiT
可见影响发射光强度的因素有： 1、激发能 2、激发温度 3、跃迁几率 4、统计权重 5、基态原子数
1. 谱线强度与激发能量的关系
当基态原子与温度一定时，被激发的原子 所处的激发态能量越低，处于这种状态的 原子数也多，相应的跃迁概率就越大，谱 线强度也就越强。
2.谱线强度与气体温度的关系 温度较低时，温度升高，谱线增强。 超过某一温度后，原子线 减弱，离子线增强。
3.谱线强度与试样中元素含量的关系 在激发能与激发温度一定时,谱线强度与试
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；
原子发射光谱仪
原子发射光谱分析仪器的类型有多种，如： 摄谱仪、 火焰发射光谱、 微波等离子体光谱仪、 感耦等离子体光谱仪、 光电光谱仪等；
(一) 光源 光源的作用：为试样的气化原子化和激发提供能源；
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；
04原子发射光谱法-总结
（多道固定狭缝式）
8
三、应用
微量金属元素 定性与定量 多元素同时测定
9
定量分析
基本关系式
I = a Cb lgI = b lgC + lga
定量分析方法
标准曲线法 标准加入法 内标法（原理、内标元素及内标线的选择原则）
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本章重点及难点
重点： 原子发射光谱产生的基本原理； 谱线强度与试样中元素浓度的关系(塞伯一罗马
(1)作用：
将由激发光源发出的含有不同波长的复合光分解成按 波长排列的单色光.
(2)常用元件：
元件
组成
分光原理
棱镜光谱仪 光栅光谱仪
光路系统 照明系统 色散系统 投影系统
不同波长的光在同一介质中有不同的折射率 利用光的单缝衍射和多缝干涉现象
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3.检测器
(1) 作用 接受记录并测定光谱
(2)常用方法
方法简介
优点
适用范围
摄谱法
将不同波长的辐射能在感光板上 能在感光板上同 转换为黑的影像,再通过映谱仪和 时记录下整个波 大部分定性分析及定量分析 测微光度计进行定性和定量分析 长范围的光谱
光电直读法
利用光电测量的方法直接测定谱 线波长和强度
分析速度快 准确度高
适用于较宽的波 长范围
数量少组成多变的单元素分 析及多元素顺序测定（单道
3
二、仪器构成
光源
单色器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测器 检测
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各部分作用
1.光源 (1) 作用：
提供足够的能量使试样蒸发解离并激发产生光谱。 (2) 种类：
直流电弧、交流电弧、火花、电感耦合等离子体 (3)选择依据：
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。
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§9.2 原子发射光谱仪
一.原子发射光谱法的分析过程
ICP
中阶梯光栅交叉 色散光学系统
CID电荷注入 式检测器
全谱直读
低压交流电弧
平面衍射光栅 摄谱仪
感光板
激发源(光源)
单色器
检测器
数据处理与显示
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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 子、离子的核外 层电子跃迁至高 能态。 E2 E1
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Na 32S1/2 g0=2J+1=2
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在0 i 两能级间跃迁，谱线强度可表示为：
Ii= Ni Ai hυi
（2）
(1)
Ai 为跃迁几率 υi 为发射谱线的频率
（1）代入（2）得： Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT
二. 激发源（光源）
1.激发源(光源)的作用:
MmNn s MmNn g M
M N M N M
激发 （m * ） 原子化 激发 * *
蒸发
解离
m
N
n-
M N M
m
发射原子光谱
N
（n- * ）
总角量子数(L)： L= l, 对于2个价电子： L = ( l1+ l2)、 ( l1+ l2-1)、、 ( l1- l2) 总自旋量子数(S)： S = 0、1、2 、3、 、 m s (m s为整数) S = 1/2、3/2 、5/2、、 m s (m s为分数)
主要的影响因素：跃迁几率 统计权重 当以上的影响因素恒定时： 激发电位 激发温度 逸出速率常数 蒸发速率常数 电离度
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Ii =[ A] C
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2. 谱线的自吸与自蚀
激发态(4f )1
4
3
1/2
7/2、5/2
42F7/2、 42F5/2
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2．原子发射光谱的光谱选律 (1) 主量子数n变化，Δn为整数，包括0。 (2) 总角量子数L的变化，ΔL=±1。 (3) 内量子数J变化，ΔJ=0，±1。但当J=0时， ΔJ=0的 跃迁是禁戒的。 (4) 总自旋量子数S的变化，ΔS=0，即单重项只跃迁到 单重项，三重项只跃迁到三重项。 Na (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1 32D3/2 32P1/2 32P3/2 32S1/2
588.99
342.11 330.29 330.23 258.30 258.28
把原子中所可能存在的 光谱项--能级及能级跃迁用 平面图解的形式表示出来, 称为能级图。
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Na (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
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光谱的多重性(M)： 内量子数(J)：光谱支项 J = L+S、、 L-S J = S+L、、 S-L M=2S+1
(LS ) (S >L)
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三.原子的能级与能级图
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A. 低压交流电弧
高频高压引火线路
220V 50Hz
A 10KV 4000~7000K
2.5~3KV
低频低压燃弧线路
常用术语: 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：电极间的气体被高压击穿后，即使没有外界的电 离作用，仍能继续保持电离，使放电持续。 燃烧电压：自持放电发生后，为了维持放电所必需的电压。 特点与应用 电极放电较稳定；适用于矿物、低含量金属的测定、 只能测定固体粉末。
Ii = gi/g0 e-Ei/kT AihυiN0
再考虑到蒸发平衡：
此式为谱线强度的基本公式。
Nt——蒸发出的原子数 k ——蒸发速率常数 ——逸出速率常数 C ——试样中浓度
Nt=kC/
再在考虑到电离平衡：
N0=(1-)Nt
——电离度
Ii =[ gi/g0 e-Ei/kTAihυi (1-)k/ ] C
从1860年 Bunsen 和 Kirchhoff 用火焰光源发现和测定金 属元素算起，迄今已有140余年的历史。 近百年来与火焰同时被研究和使用的发射光源还有直流电 弧和火花。 20世纪60年代中期，Fassel 和Greenfield 创立了电感耦合 等离子体原子发射光谱新技术。 20世纪40年代---电弧和火花AES占据统治地位 20世纪50年代---火焰AES取代了电弧和火花AES 20世纪60年代---火焰AAS盛行的年代 20世纪70年代---石墨炉AAS和ICP-AES成了这方面的主流 20世纪80年代---出现了ICP-MS，辉光放电(GD)AES/MS 也逐渐为人们所重视
发射离子光谱
N
n-
2.激发源的影响：检出限、精密度和准确度。 3.激发源的类型： A. 低压交流电弧 B. ICP(Inductively Coupled Plasma)电感耦合等离子体 直流电弧 电火花 ……….
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B. 电感耦合等离子体 ICP（Inductively coupled plasma）
ICP-OES（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy ）
1．光谱项：原子发射光谱是由原子或离子的核外电子在高低级间跃迁 而产生的，原子或离子的能级通常用光谱项符号来表示：
n2S+1LJ or n M LJ
n--为主量子数； L--为总角量子数； S--为总自旋量子数； M=2S+1,称为谱线的多重性 J--为内量子数；又称光谱支项。 Na (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
Ei
Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT
(1)
E0
Ei —激发电位 T —温度K
gi 、g0 —激发态和基态的统计权重 k —Boltzmann常数 gi=2J+1=4 32P3/2 32P1/2 gi=2J+1=2
5889.96 Å 5895.93 Å 平均：5893 Å E = 3.37 10-19J T=2500K: Ni/ N0 = 5.7210-5 T=7000K: Ni/ N0 = 0.031
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五.原子发射谱线强度与试样中元素浓度的关系 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 态原子数N0与激发态原子数Ni 之间遵守Boltzmann分布 定律:
5. a
8. ionic line emission 7. atomic line emission 6. atomization zone
8 7 6 1
4. sample injector 3. intermediate tube
2
3
4
2. outer tube 1. induction coil
A. 自吸
I = I0e-ad
I0 为弧焰中心发射的谱线强度;
a 为吸收系数; d 为弧层厚度
B. 自蚀 在谱线上，常用r表示自吸，R 表示自蚀。在共振线上，自吸 严重时谱线变宽， 称为共振变 宽。
考虑到自吸作用的影响时：
Ii =[ A] C b
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四. 原子发射光谱法一些常用的术语 1. 激发电位:低能态电子被激发到高能态时所需要的能量。
E3 E2
2. 共振线、第一共振线 由激发态直接跃迁至基态时辐射的谱线称为共 E1 振线。由第一激发态直接跃迁至基态的谱线称为第 一共振线。 E0 3. 最灵敏线、最后线、分析线 第一共振线一般也是元素的最灵敏线。 当该元素在被测物质里降低到一定含量时，出现的最后一条 谱线，这是最后线，也是最灵敏线。用来测量该元素的谱线称分 析线。 4. 原子线、离子线 原子线(Ⅰ) ：原子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。 M*M* (I) 离子线(Ⅱ,Ⅲ) ：离子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。 M+ * M+ (Ⅱ) ； M2+* M2+ (Ⅲ)
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42F5/2 32D5/2
42F7/2
3．能级图
基态 激发态 32P1/2 波长/nm 589.59
32P3/2
32D3/2，5/2 32S1/2 42P1/2 42P3/2 52P1/2 52P3/2
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