第三章 原子发射光谱
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第三、四章：原子发射、吸收光谱法
灯电流:空心阴极灯的发射特性取决于工作电流。灯电流过 小，放电不稳定，光输出的强度小；灯电流过大，发射谱线 变宽，导致灵敏度下降，灯寿命缩短。选择灯电流时，应在 保持稳定和有合适的光强输出的情况下，尽量选用较低的工 作电流。一般商品的空极阴极灯都标有允许使用的最大电流 与可使用的电流范围，通常选用最大电流的1/2 ~ 2/3为工 作电流。实际工作中，最合适的电流应通过实验确定。空极 阴极灯使用前一般须预热10 ~ 30 min。
分析线:用来进行定性或定量分析的特征谱线. 灵敏线:每种元素的原子光谱线中,凡是具有一定强 度,能标记某元素存在的特征谱线. 最后线:即元素含量降低或减少到最大限度时,仍能 坚持到最后的谱线.
分类：纯样光谱比较法、铁光谱比较法
铁原子光谱
3.4.2 光谱定量分析
一、原理:根据试样光谱中待测元素的谱线 强度来确定元素浓度。
4.1 概 述
定义：基于测量待测元素的基态原子对其特征谱
线的吸收程度而建立起来的分析方法。 优点：灵敏度高，10-15-10-13g ；选择性好；测量 元素多；需样量少，分析速度快 。 缺点：测定不同元素需要换灯（传统）；多数非 金属元素不可测
4.2 原理
4.2.1基本原理：在通常情况下，原子处于基态， 当通过基态原子的某辐射线所具有的能量或频 率恰好符合该原子从基态跃迁到激发态所需的 能量或频率时，该基态原子就会从入射辐射中 吸收能量，产生原子吸收光谱。 △ E=h=hc/
峰值吸收测量示意图
4.3 原子吸收分光光度计
定义:用于测量待测物质在一定条件下形成的基 态原子蒸汽对其特征光谱线的吸收程度并进行 分析测定的仪器.
分类条件 类型 按原子化方式 火焰离子化 非火焰离子化 按入射光束 单光束 多光束 按通道分 单通道 多通道
第3讲 原子发射光谱法
最灵敏线、最后线、分析线进行定性分析。
2.定性分析的方法
A．标准样品与试样光谱比较法
相同条件下摄谱 比较特征谱线
样品（指定元素） 纯物质（指定元素）
若试样光谱中出现标准样品所含元素的2~3条 特征谱线（一般看最后线），就可以证实试样
中含有该元素，否则不含有该元素。
只适合于少数指定元素的定性分析,即判断样品中 是否含有某种或某几种指定元素时,可用此种方法
温度：6000－8000K 稳定性：很好 温度：10000K
稳定性：很好
温度：10000K，稳定性：好
交流电弧
直流电弧
温度：4000－7000K，稳定性：好
温度：4000－7000K，稳定性：差
火焰
温度：2000－3000K，稳定性：很好
如何选择光源？
• • • • • 易激发易电离元素，碱金属等——火焰光源 难挥发——直流电弧光源 难激发——交流,火花电弧 低含量——交流电弧 高含量——电弧
类型：
a、棱镜分光系统（折射） b、光栅分光系统（衍射和干涉）
1. 平面衍射光栅摄谱仪
感光板的乳剂面 物镜 凹面反射镜
平面光栅 三透镜
准光镜 反射镜 狭缝 光源
2.IRIS Advantage 中阶梯 光栅分光系统（实物图）
（三）检测器
1. 摄谱检测系统
1.1 摄谱步骤：
a.安装感光板在摄谱仪的焦面上 b.激发试样，产生光谱而感光 c.显影，定影，制成谱板 d.特征波长，定性分析 e.特征波长下的谱线强度，定量分析
谱线强度的基本公式
Iqp ：谱线强度； Aqp ：原子由q能态向p能态跃迁的概率 N0：基态原子数 hυqp：光子的能量；
gq 、g0：激发态和基态的统计权重（粒子在某一能级下可能 具有的几种不同的状态数） Eq ：激发电位； T ：温度K k ：Boltzmann常数
原子发射光谱法要点
电极间电压 电流 气体放电中电压和电流曲线
电弧放电具有下降的伏安特性，这是因为气体的
电阻和固体的不同，气体的电阻值是变化的，当通
过气体电阻的电流增大时，会使气体的温度增高， 气体的电离度增大，从而使气体的导电性增加，即
电阻变小，使气体电阻两端的电压降反而减少。
1. 直流电弧 电源一般为可控硅整流器。常用高频电 压引燃直流电弧。
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
金属合金试样的分析及高含量元
（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， 激发态原子数Ni也大 激发态原子数Ni大， 光强度I也大。
原子发射光谱分析过程
射、电子轰击、电子或离子对中性原子 碰撞以及金属灼热时发射电子等。
当气体电离后，还需在电极间加以足 够的电压，才能维持放电。通常，当电极 间的电压增大，电流也随之增大，当电极 间的电压增大到某一定值时，电流突然增 大到差不多只受外电路中电阻的限制，即 电极间的电阻突然变得很小，这种现象称 为击穿。
在这种情况下，低频低压 交流电就能不断地流过，维 持电弧的燃烧。这种高频高 压引火、低频低压燃弧的装 置就是普通的交流电弧。
新版原子发射光谱法
Eij—i，j两能级间旳能量差(J)
ij —发射谱线旳频率
i
Iij j 11
• 当体系在一定温度下到达平衡时，原子在不 同状态旳分布也到达平衡，分配在各激发态和 基态旳原子密度应遵守波尔兹曼分布定律：
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— 分别为i 能态和基态旳统计权重。
保护进样管）；
内管：（又称喷管或进样管）载气。
Ar 气
32
石英管外绕高频感应线圈, 用高频火花引燃， Ar气被电离，相互碰撞，更多旳工作气体电离， 形成等离子体，当这些带电 离子到达足够旳导电率时， 会产生强大旳感应电流， 瞬间将气体加热到 10000K高温。试液被雾 化后由载气带入等离子体 内，试液被蒸发、解离、 电离和激发，产生原子发 射光谱。
仪器分析
第三章 原子发射光谱法
(AES)
1
本章主要内容
• § 3-1 概述 • § 3-2 原子发射法基本原理 • § 3-3 原子发射光谱仪 • § 3-4 光谱定性及半定量分析 • § 3-5 光谱定量分析
2
§ 3-1 概述
一、原子发射光谱定义
原子发射光谱法： (AES—Atomic Emission Spectrometry)
①摄谱仪
电弧.火花 棱镜.光栅 感光板
②直读光谱仪 电弧.火花 棱镜.光栅 光电倍增管
③火焰分光 光度计
火焰
滤光片 光电管或 棱镜.光栅 光电倍增管 25
一、光源（激发源） • 作用:为试样旳蒸发、解离、原子化、激发提供能量 • 对光源旳要求：敏捷度高，稳定性好，再现性好，
仪器分析笔记 《原子发射光谱分析》
第三章原子发射光谱分析§3.1 光化学分析法概述3.1.1 光化学分析法概述1、光学分析法的分类光学分析法分为光谱法和非光谱法两类。
✓光谱法：基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。
✓非光谱法：不涉及物质内部能级的跃迁，是基于物质与辐射相互作用时，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法（即测量辐射的这些性质）。
属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。
2、电磁波谱电磁辐射按照波长（或频率、波数、能量）大小的顺序排列就得到电磁波谱。
表3-1-1 各光谱区的光谱分析方法3、各种光分析法简介A、发射光谱法∙γ射线光谱法∙x射线荧光分析法∙ 原子发射光谱分析 ∙ 原子荧光分析法 ∙ 分子荧光分析法 ∙ 分子磷光分析法 ∙ 化学发光分析 B 、吸收光谱法 ∙ 莫斯堡谱法∙ 紫外可见分光光度法 ∙ 原子吸收光谱法 ∙ 红外光谱法∙ 顺磁共振波谱法 ∙ 核磁共振波谱法 C 、散射∙ Roman 散射4、原子发射光谱分析法的特点①可多元素同时检测：各元素同时发射各自的特征光谱；②分析速度快：试样不需处理，同时对几十种元素进行定量分析(光电直读仪)； ③选择性高：各元素具有不同的特征光谱；④检出限较低：10～0.1μg ⋅g -1(一般光源)；ng ⋅g -1(ICP ） ⑤准确度较高：5%～10% (一般光源）； <1% (ICP)；⑥ICP-AES 性能优越：线性范围4～6数量级，可测高、中、低不同含量试样； ⑦非金属元素不能检测或灵敏度低。
3.1.2 原子光谱与原子光谱分析法直接相关的原子光谱理论，主要指原子光谱的产生和谱线强度理论，这就是光谱定性、定量分析的理论依据。
1、原子光谱的产生量子力学认为，原子光谱的产生，是原子发生能级跃迁的结果，而跃迁几率的大小则影响谱线的强度，并决定了跃迁规则。
第三章原子发射光谱法AtomicEmissionSpectrometry(AES)
或
log I = B log C + log A
（罗马金-赛伯公式）
Iul = Aul hul gu
Z
上式表明：
Eu
( 1-
e - x)
KT
CB
1、 log I 与 log C 成正比，构成定量分析的基础； 2、影响发射强度的因素有 Eu
Iul Iul
T X
Iul Iul
I
~C
冷却气（10-19 l/min） 辅助气（0-1 l/min） 气溶胶 载气（0.5-3.5 l/min）
ICP的工作原理：
当有高频电流通过线圈时，产生轴向磁场， 这时若用高频点火装置产生火花，形成的载流子（ 离子与电子）在电磁场作用下，与原子碰撞并使之 电离，形成更多的载流子，当载流子多到足以使气 体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上 就会感生出流经闭合圆形路径的涡流，强大的电流 产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度 可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦 合给等离子体，并维持等离子炬。当载气载带试样 气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000-7000K ，并被原子化和激发产生发射光谱。
电离度
离解度
nM + x= nM + nM + nM = nM + nMX
(1)
(2)
如果等离子体中气态分析物总浓度为
nt
(3)
即
n t = nM+ nM+ + nMX
则由上式可得
nM =
x) 1-( 1- ) x nMX =
( 1-
n t nM + = nt
x nt 1-( 1- )
第三章 原子发射光谱法.
第三节 原子发射光谱仪
一 摄谱仪与光电直读 光谱仪
二 火焰光度计
3/31/2020
一 摄谱仪与光电直读光谱仪
摄谱仪：利用感光板来记录元素辐射的谱线，对试样元素 进行定性、定量分析
光电直读光谱仪：用光敏元件来接受分析谱线，并将其强 度信号转换成电信号，通过读出系统直接读出谱线强度 或分析结果。 二者均由激发源、分光系统和检测系统三个部分组成， 主要区别是检测系统。
第三章 原子发分析法 三 光电直读法 四 火焰光度法 五 原子荧光分析法
3/31/2020
一 原子发射光谱法（AES）：
根据原子或离子在一定条件下受激后所发射的特征光谱来 研究物质化学组成及含量的方法。 二 摄谱法： 采用感光板照相记录，将所拍摄的谱片在映谱仪和测微光度 计上进行定性和定量分析。 三 光电直读法： 将元素特征的分析线强度通过光电转换元件转换为电信号直 接测量待测元素含量。 四 火焰光度法： 以火焰为激发源的原子发射光谱法。 五 原子荧光分析法： 以光能为激发源的原子发射光谱法。
3/31/2020
ICP-AES重要部件示意图
3/31/2020
几种光源的比较
光 源 蒸发温度
直流电弧
高
交流电弧
中
激发温度/K 4000～7000 4000～7000
放电稳 定性
稍差
应用范围
定性分析，矿物、 纯物质、难挥发元 素的定量分析
较好
金属合金低含量组 分的定量分析
火花
低
瞬间10000
好
金属与合金、难激 发元素的定量分析
3.检测系统：将原子的发射光谱记录或检测出来，以进行定
性或定量分析。 （1）摄谱检测系统：把感光板置于分光系统的焦平面处，通
一 摄谱仪与光电直读 光谱仪
二 火焰光度计
3/31/2020
一 摄谱仪与光电直读光谱仪
摄谱仪：利用感光板来记录元素辐射的谱线，对试样元素 进行定性、定量分析
光电直读光谱仪：用光敏元件来接受分析谱线，并将其强 度信号转换成电信号，通过读出系统直接读出谱线强度 或分析结果。 二者均由激发源、分光系统和检测系统三个部分组成， 主要区别是检测系统。
第三章 原子发分析法 三 光电直读法 四 火焰光度法 五 原子荧光分析法
3/31/2020
一 原子发射光谱法（AES）：
根据原子或离子在一定条件下受激后所发射的特征光谱来 研究物质化学组成及含量的方法。 二 摄谱法： 采用感光板照相记录，将所拍摄的谱片在映谱仪和测微光度 计上进行定性和定量分析。 三 光电直读法： 将元素特征的分析线强度通过光电转换元件转换为电信号直 接测量待测元素含量。 四 火焰光度法： 以火焰为激发源的原子发射光谱法。 五 原子荧光分析法： 以光能为激发源的原子发射光谱法。
3/31/2020
ICP-AES重要部件示意图
3/31/2020
几种光源的比较
光 源 蒸发温度
直流电弧
高
交流电弧
中
激发温度/K 4000～7000 4000～7000
放电稳 定性
稍差
应用范围
定性分析，矿物、 纯物质、难挥发元 素的定量分析
较好
金属合金低含量组 分的定量分析
火花
低
瞬间10000
好
金属与合金、难激 发元素的定量分析
3.检测系统：将原子的发射光谱记录或检测出来，以进行定
性或定量分析。 （1）摄谱检测系统：把感光板置于分光系统的焦平面处，通
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
第三章 原子发射光谱
第三章 原子发射光谱分 析法
第一节 原子发射光谱 分析基本原理
一、概述 二、原子发射光谱的产生 三、谱线强度 四、谱线自吸与自蚀
2018/11/30
Varian 710—ES全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪
2018/11/30
一、概述
原子发射光谱分析法（AES）： 依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下,由基态 跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征 光谱进行定性、定量的分析方法。
缺点：
第二节 原子发射光谱分析 仪器类型与结构流 程
一、光源
二、分光系统
三、检测器
2018/11/30
原子发射光谱分析的三个主要过程:
样品蒸发、原子化，原子激发并产生光辐射。 分光，形成按波长顺序排列的光谱。 检测光谱中谱线的波长和强度。
光源
分光系统
原子发射光谱仪方框图
检测器
2018/11/30
ห้องสมุดไป่ตู้
基态元素M
E 特征辐射
激发态M*
2018/11/30
二、原子发射光谱的产生
必须明确如下几个问题： （1）原子中外层电子能级分布是量子化的，△E不是连续的 ，则λ或ν也是不连续的，原子光谱是线光谱； （2）同一原子中，电子能级很多，有各种不同的能级跃迁， 所以有各种△E不同的值，即可以发射出许多不同 λ或 ν 的辐射线。但跃迁要遵循“光谱选律”，不是任何能
1. 电弧光源
电弧光源：
直流电弧发生器
（a）直流电弧；
（b）交流电弧。
（1）直流电弧：
直流电源作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A
；石墨作电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内；使
第一节 原子发射光谱 分析基本原理
一、概述 二、原子发射光谱的产生 三、谱线强度 四、谱线自吸与自蚀
2018/11/30
Varian 710—ES全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪
2018/11/30
一、概述
原子发射光谱分析法（AES）： 依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下,由基态 跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征 光谱进行定性、定量的分析方法。
缺点：
第二节 原子发射光谱分析 仪器类型与结构流 程
一、光源
二、分光系统
三、检测器
2018/11/30
原子发射光谱分析的三个主要过程:
样品蒸发、原子化，原子激发并产生光辐射。 分光，形成按波长顺序排列的光谱。 检测光谱中谱线的波长和强度。
光源
分光系统
原子发射光谱仪方框图
检测器
2018/11/30
ห้องสมุดไป่ตู้
基态元素M
E 特征辐射
激发态M*
2018/11/30
二、原子发射光谱的产生
必须明确如下几个问题： （1）原子中外层电子能级分布是量子化的，△E不是连续的 ，则λ或ν也是不连续的，原子光谱是线光谱； （2）同一原子中，电子能级很多，有各种不同的能级跃迁， 所以有各种△E不同的值，即可以发射出许多不同 λ或 ν 的辐射线。但跃迁要遵循“光谱选律”，不是任何能
1. 电弧光源
电弧光源：
直流电弧发生器
（a）直流电弧；
（b）交流电弧。
（1）直流电弧：
直流电源作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A
；石墨作电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内；使
第三章原子发射光谱法
2019/11/1
Questions：
（1）用这个所谓价电子的组态可表明价电子所处的原 子轨道，也能说明原子是处于基态还是激发态，那么它 能确切表示电子所处的能级吗？ （2）在这个电子组态的表示式中，没有体现磁量子数 和自旋量子数，难道它们对电子的能量没有影响吗？
2019/11/1
举个例子
例如Na价电子组态的 3p1——激发态
2019/11/1
（2）总角量子数L
各价电子角动量相互作用，按一定方式耦合而成的原 子总的角量子数。 对于有两个价电子的原子，L的取值（只能） l1+l2， l1+l2 –1， l1+l2 –2，……，| l1-l2 | 例如：价电子为np1nd1的原子 l1=1，l2＝2，所以L＝3，2，1三个值 当L＝0，1，2，3，…时分别用大写字母
2019/11/1
（2）关于发射过程
i.发射必须符合光谱选择定则； ii.发射线的波长反映的是单个光子的辐射能量，与辐 射前后原子所处的能级有关，l＝hc/(E2-E1)＝hc/DE； iii. 不同元素原子的结构不同，原子的能级状态不同， 能级之间的能级差不同，因此发射谱线的波长也不同， 每种元素都有其特征谱线，可定性。
这个符号表示的激发态实际上包涵两个能量相近的能 级，因此仅仅用3p1来表示并不能准确地反映在这种 状态下Na原子的能级状况。 Why ?
2019/11/1
Spin (s) and orbital (l) motion create magnetic fields that perturb each other (couple) if fields parallel - slightly higher energy if fields antiparallel - slightly lower energy
Questions：
（1）用这个所谓价电子的组态可表明价电子所处的原 子轨道，也能说明原子是处于基态还是激发态，那么它 能确切表示电子所处的能级吗？ （2）在这个电子组态的表示式中，没有体现磁量子数 和自旋量子数，难道它们对电子的能量没有影响吗？
2019/11/1
举个例子
例如Na价电子组态的 3p1——激发态
2019/11/1
（2）总角量子数L
各价电子角动量相互作用，按一定方式耦合而成的原 子总的角量子数。 对于有两个价电子的原子，L的取值（只能） l1+l2， l1+l2 –1， l1+l2 –2，……，| l1-l2 | 例如：价电子为np1nd1的原子 l1=1，l2＝2，所以L＝3，2，1三个值 当L＝0，1，2，3，…时分别用大写字母
2019/11/1
（2）关于发射过程
i.发射必须符合光谱选择定则； ii.发射线的波长反映的是单个光子的辐射能量，与辐 射前后原子所处的能级有关，l＝hc/(E2-E1)＝hc/DE； iii. 不同元素原子的结构不同，原子的能级状态不同， 能级之间的能级差不同，因此发射谱线的波长也不同， 每种元素都有其特征谱线，可定性。
这个符号表示的激发态实际上包涵两个能量相近的能 级，因此仅仅用3p1来表示并不能准确地反映在这种 状态下Na原子的能级状况。 Why ?
2019/11/1
Spin (s) and orbital (l) motion create magnetic fields that perturb each other (couple) if fields parallel - slightly higher energy if fields antiparallel - slightly lower energy
仪器分析第三章发射光谱
试样蒸发、激发产生辐射→色散分光形成 光谱→检测、记录光谱→根据光谱进行定性 或定量分析
发射光谱的分析基础：
定性分析：特征谱线的波长 定量分析：特征谱线的强度（黑度），主要的
26
二、原子发射光谱的分析仪器
光源 分光系统 检测器 信号显示系统
27
光源
作用：提供稳定，重现性好的能量，使试样中的被 测元素蒸发、解离、原子化和激发，产生电子跃迁， 发生光辐射
19
4、原子发射光谱图
元素标准光谱图
20
21
5、谱线的自吸和自蚀
自吸和自蚀
影响自吸和自蚀的因素 谱线的固有强度 弧层厚度 溶液浓度
22
自吸和自蚀
发射光谱是通过物质的蒸发、激发、 迁移和射出弧层而得到的。在一般光 源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有 一定的厚度，如下图：
a b
23
a
自吸和自蚀
发射光谱的分析过程 发射线的波长 发射谱线的强度 原子发射光谱图 谱线的自吸和自蚀
3
1、发射光谱的分析过程
激发态原子
外 层 电 子 跃 迁
基态原子
光电法 摄谱法
原子化
热或电
光电倍增管 感光板
气态分子
气 化
样品分子
4
原子发射光谱示意图
5
一般情况下，原子处于基态， 在激发光源作用下，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。
第三章 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectrometry，AES
1
特点： 优点——灵敏度高、简便快速、可靠性高、
发射光谱的分析基础：
定性分析：特征谱线的波长 定量分析：特征谱线的强度（黑度），主要的
26
二、原子发射光谱的分析仪器
光源 分光系统 检测器 信号显示系统
27
光源
作用：提供稳定，重现性好的能量，使试样中的被 测元素蒸发、解离、原子化和激发，产生电子跃迁， 发生光辐射
19
4、原子发射光谱图
元素标准光谱图
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21
5、谱线的自吸和自蚀
自吸和自蚀
影响自吸和自蚀的因素 谱线的固有强度 弧层厚度 溶液浓度
22
自吸和自蚀
发射光谱是通过物质的蒸发、激发、 迁移和射出弧层而得到的。在一般光 源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有 一定的厚度，如下图：
a b
23
a
自吸和自蚀
发射光谱的分析过程 发射线的波长 发射谱线的强度 原子发射光谱图 谱线的自吸和自蚀
3
1、发射光谱的分析过程
激发态原子
外 层 电 子 跃 迁
基态原子
光电法 摄谱法
原子化
热或电
光电倍增管 感光板
气态分子
气 化
样品分子
4
原子发射光谱示意图
5
一般情况下，原子处于基态， 在激发光源作用下，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。
第三章 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectrometry，AES
1
特点： 优点——灵敏度高、简便快速、可靠性高、
仪器分析第三章AES
粒子束增强AES技术
将样品离子束引入电离室，通过测量离子能量和电荷态来分析元素 组成。
AES分析方法
定量分析
通过测量特征X射线的强度，确定样品中元素的含 量。
半定量分析
利用特征X射线确定样品中是否存在某种元素，但 不给出具体含量。
表面成分分析
利用AES分析样品表面的元素组成，适用于表面污 染、镀层等研究。
02
AES仪器设备
AES仪器的基本结构
激发源
真空系统
用于产生高能电子束或X 射线束，激发样品中的
原子或分子。
保持分析区域的超高真 空，减少背景干扰。
检测器
用于捕捉和分析被激发 的原子或分子的特征辐
射。
数据处理系统
用于处理和显示实验数 据，提供最终的分析结
果。
AES仪器的工作原理
样品激发
辐射的检测与数据分析
样品处理过程
干燥
去除样品中的水分，以免影响 AES分析结果。
研磨
将样品研磨成细粉末，以提高AES 信号的强度。
过滤
去除样品中的杂质和颗粒物，以提 高AES分析的纯度和分辨率。
样品制备与处理中的注意事项
防止污染
在整个样品制备与处理过程中， 要确保使用的工具、容器和实验
室环境清洁无污染。
保持干燥
对于某些样品，干燥是非常重要 的步骤，要确保使用适当的干燥
AES实验操作流程
实验设置
根据实验需求选择合适的电子 束能量、扫描速率等参数。
数据处理
对采集的数据进行背景校正、 校正标定等处理，提取元素含 量信息。
样品准备
选择适当的样品制备方法，如 研磨、抛光等，以暴露出干净 的表面。
数据采集
将样品离子束引入电离室，通过测量离子能量和电荷态来分析元素 组成。
AES分析方法
定量分析
通过测量特征X射线的强度，确定样品中元素的含 量。
半定量分析
利用特征X射线确定样品中是否存在某种元素，但 不给出具体含量。
表面成分分析
利用AES分析样品表面的元素组成，适用于表面污 染、镀层等研究。
02
AES仪器设备
AES仪器的基本结构
激发源
真空系统
用于产生高能电子束或X 射线束，激发样品中的
原子或分子。
保持分析区域的超高真 空，减少背景干扰。
检测器
用于捕捉和分析被激发 的原子或分子的特征辐
射。
数据处理系统
用于处理和显示实验数 据，提供最终的分析结
果。
AES仪器的工作原理
样品激发
辐射的检测与数据分析
样品处理过程
干燥
去除样品中的水分，以免影响 AES分析结果。
研磨
将样品研磨成细粉末，以提高AES 信号的强度。
过滤
去除样品中的杂质和颗粒物，以提 高AES分析的纯度和分辨率。
样品制备与处理中的注意事项
防止污染
在整个样品制备与处理过程中， 要确保使用的工具、容器和实验
室环境清洁无污染。
保持干燥
对于某些样品，干燥是非常重要 的步骤，要确保使用适当的干燥
AES实验操作流程
实验设置
根据实验需求选择合适的电子 束能量、扫描速率等参数。
数据处理
对采集的数据进行背景校正、 校正标定等处理，提取元素含 量信息。
样品准备
选择适当的样品制备方法，如 研磨、抛光等，以暴露出干净 的表面。
数据采集
04原子发射光谱法-总结
扫描式） 样品数量大种类固定要求 分析速度快的多元素测定
（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）
10
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
7
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
4
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：
（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）
10
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
7
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
4
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：
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27
交流电弧 结构及工作原理
交流供电 间歇放电 高频引燃 脉冲电流
低压电弧电路＋高频引燃电路
28
交流电弧 - 特点
电极上无高温斑点，温度分布较均匀，稳定性 好，精密度、准确度高 弧温高，激发能力强 电极温度低，蒸发能力差，检出性能稍差 适于大多数元素的定量分析 对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧
29
S lg H i
41
摄谱法
特点
同时记录下整个波长范围的光谱 可长期 保存 价格便宜 操作烦琐费时
42
光电直读光谱仪
光电倍增管－把光信号转变成电信号
43
光电直读光谱仪 单道扫描式
通过用单出射狭缝在光谱仪焦面上扫描移动， 在不同的时间分别接受不同波长的光谱线
检测器 等离子体
出射狭缝 光栅
6
原子结构及原子光谱的产生
用量子理论描述每个电子的运动状态
n=1，2，3，4…电子层 （决定电子能
量，电子与核的平均距离）
单个价电子运动状态
主量子数n 角量子数l l=0，1，2， 3…，n-1，电子云形状 符号：s, p, d, f… （电子在同一壳层所处的能级） 磁量子数m m=0，1，2，…，l 有2l+1个值 电子云空间伸展方向 自旋磁量子数ms ms= 1/2， 电子自旋方向
HO
NCH3
定影
AgBr +Na2S2O3 → NaAgS2O3 硫代硫酸钠（海波）
Na3Ag(S2O3)2 Na5Ag3(S2O3)4
39
摄谱法
感光板将摄谱仪光学系统输出的不同波长的 辐射能转换成黑的影象，线的黑度与曝光量 密切相关，其曝光量用Ｈ表示
H Edt E t
0
t
感光板上谱线的深浅程度用黑度S表示
单重态之间，三重态之间
14
几种光谱线
共振线
电子由激发态直接返回到基态时所辐射的谱线
第一共振线
由第一激发态回到基态时所辐射的谱线 （主共振线、最灵敏线）
最后线（持久线）
原子浓度降低时最后消失的谱线（一般是最灵敏线）
分析线
用来判断某种元素是否存在及其含量的线（最灵敏线）
15
几种光谱线
原子线( 原子线(Ⅰ)
11
原子结构及原子光谱的产生 能级图
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。
基态 激发态 32P1/2 32P3/2 32D3/2，5/2 32S1/2 42P1/2 42P3/2 52P1/2 52P3/2 波长/nm 589.59 588.99 342.11 330.29 330.23 285.30 285.28
1.固体导电样品：直接作为电极 钢铁，铜样品 2.溶液样品： ICP中直接引入 在一般电极（如石墨电极） 上先滴上再烘干 3.非金属样品、粉末试剂： 将样品及合适的缓冲剂加入到电 极上的孔中，电极孔形状有多 种，以满足不同需要。
47
定性与半定量分析
光谱添加剂
缓冲剂--- 使样品成分趋于一致 助熔剂--- 降低试样熔点 稀释剂--- 稀释试样
8
原子结构及原子光谱的产生
2. 光谱项
光谱项的多重性
n
2S +1
L
J
光谱 支项
n L S J
-主量子数 -总角量子数 -总自旋量子数 -内量子数
表示原子所处的能级
9
原子结构及原子光谱的产生
n 2S +1 L J
例：钠原子的光谱项符号 (1s)2(2s)2(2p)6 (3s)1 表示钠原子的电子处于的能级状态 （基态能级） n=3，2S+1 =2 (S = 1/2)，L =0，J = L +S=1/2 32S1/2
26
高 次之 低（4000 – 7000 K)
直流电弧（DC）- 特点
阳极斑温度高，蒸发快，进入弧中物质多，有较好检 出性能，有利于难熔物质分析。 弧焰温度低，激发能力一般，适于易激发的元素 DC电弧设备简单，操作安全 光谱中除石墨电极的CN带外，背景较少 稳定性差，再现性及精密度较差 光谱线易自吸和自蚀，不适于高定量分析 适于难熔物质中痕量易激发元素的定 性和半定量分析。
48
定性与半定量分析 激发、摄谱 识谱
定性 铁谱比较法 标样光谱比较法 波长测定法 （略） 半定量 谱线强度比较法 谱线呈现法 均称线对法（略）
S lg
i 1 lg 0 T i
i
i0
40
S Smax
E D
F
C A B So α lgHi c
γ =tgα γlgHi=i d lgH
反衬度 惰延量
乳剂特性曲线
曲线分为五段： AB 雾翳，BC 雾翳，BC 曝光不足，CD 曝光不足，CD 正常曝光， DE 曝光过度，EF 曝光过度，EF 负感部分 常使用的是正常曝光部分：
原子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线
M * M 离子线( 离子线(Ⅱ,Ⅲ)
(I)
离子核外激发ห้องสมุดไป่ตู้电子跃迁回基态所发射出的谱线
M+
*
M+
(Ⅱ) ； M2+* M2+
(Ⅲ )
16
基本理论
三.谱线强度与试样中元素浓度的关系
在热力学平衡状态时，位于基态的原子数 N0 与位于激 发态原子数 Ni 之间满足 Boltzmann 分布
入射狭缝
44
光电直读光谱仪 多道固定狭缝式
在光谱仪的焦面上按分析线波长位置安装许多 固定出射狭缝和相应的检测系统，在不同的空 间位置同时接收许多分析信号
45
全谱直读光谱仪 阵列检测器 电荷耦合阵列检测器（CCD) 电荷注入阵列检测器（CID)
测定每个元素可同时选用多条谱线
46
定性与半定量分析-电弧或火花光源 样品处理与电极选择
18
谱线强度与试样中元素浓度的关系 影响谱线强度的因素：（教材p107） 激发电位 统计权重 原子密度 跃迁几率 光源温度 其他因素
19
仪器
仪器主要组成部分
光源
单色器
检测器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测
20
激发光源
激发光源的作用及理想光源 光源 光源选择
21
激发光源的作用及理想光源 光源的作用： 提供足够的能量，使试样蒸发、解离并激 发，产生光谱。
7
原子结构及原子光谱的产生 多个价电子的运动状态
N — 主量子数 L— 总角量子数，为 l 的矢量和 L=li， L=(l1+l2)，(l1+l2-1)，(l1+l2-2)， …， |l1-l2| S — 总自旋量子数，为各个 ms 的矢量和 S=ms 取值：0，1/2，1，3/2，2，… J — 内量子数，J=L+S 取值： J=(L+S)，(L+S-1)，(L+S-2)，…， |L-S| 当LS，J=L+S 到 L-S，有（2S+1）个取值 当LS，J=S+L 到 S-L，有（2L+1）个取值
激光光源
24
直流电弧（DC ） 直流电弧（DC） 结构及工作原理
220~380V
阴极
5~30A
阳极
接触短路引燃（或 高频引燃）；阴极 电子与气体分子和 离子相撞产生的离 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。
25
直流电弧（DC ） 直流电弧（DC）
电弧温度 阴极区 阳极区 中间 电极温度 阳极 阴极 3800 K (阳极斑） 3000 K
Ni N0
g i Ei / kT e g0
g 为统计权重(2J+1)；k为Boltzmann常数(1.3810-23J/oC)： 电子在 i, j 能级间跃迁产生的谱线强度 I 与跃迁几率 A 及处于 激发态的原子数 Ni 成正比
Iij AijhvNi AijhvN 0
gi Ei / kT g0 e
气态原子或离子吸收能量，核外电子从基态 跃 迁到激发 态，由于电子处于能量较高的激发 态，原子不稳定，经过10-8s的时间，电子就会从 高能量状态返回低能量状态，下降的这部分能量 以电磁辐射即光的形式释放出来，产生一定波长 的光谱。依据所发射的特征光谱的波长和强度可 以进行元素的定性与定量分析。
4
基本理论
电感耦合等离子体光源
Inductively coupled plasma (ICP)
组成：ICP 高频发生器+ 炬管+ 样 品引入系统
炬管包括： 外管—冷却气，沿切线引入 中管—辅助气，点燃 ICP (点燃 后切断) 内管—载气，样品引入（使用 Ar 是因为性质稳定、不 与试样作用、光谱简单）
第三章 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectroscopy(AES)
主讲教师：胡高飞 北京化工大学理学院
1
原子发射光谱
基本理论 仪器 实验技术 应用
2
基本理论
什么是原子发射光谱法 原子结构及原子光谱的产生 谱线强度与试样中元素浓度的关系
3
基本理论
一、什么是原子发射光谱法
34
光源选择
待测元素性质 定性或定量 含量
35
分光元件 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
狭缝（Slit ） 狭缝（Slit）
常用的有棱镜、光栅两类
36
检测系统
相板 + 映谱仪 + 黑度计 = 摄谱法 光电直读光谱仪
37
摄谱法 摄谱步骤
安装感光板在摄谱仪的焦面上 激发试样，产生光谱而感光 显影，定影，制成谱板 特征波长，定性分析 特征波长下的谱线强度，定量分析
交流电弧 结构及工作原理
交流供电 间歇放电 高频引燃 脉冲电流
低压电弧电路＋高频引燃电路
28
交流电弧 - 特点
电极上无高温斑点，温度分布较均匀，稳定性 好，精密度、准确度高 弧温高，激发能力强 电极温度低，蒸发能力差，检出性能稍差 适于大多数元素的定量分析 对难熔盐分析的灵敏度略差于直流电弧
29
S lg H i
41
摄谱法
特点
同时记录下整个波长范围的光谱 可长期 保存 价格便宜 操作烦琐费时
42
光电直读光谱仪
光电倍增管－把光信号转变成电信号
43
光电直读光谱仪 单道扫描式
通过用单出射狭缝在光谱仪焦面上扫描移动， 在不同的时间分别接受不同波长的光谱线
检测器 等离子体
出射狭缝 光栅
6
原子结构及原子光谱的产生
用量子理论描述每个电子的运动状态
n=1，2，3，4…电子层 （决定电子能
量，电子与核的平均距离）
单个价电子运动状态
主量子数n 角量子数l l=0，1，2， 3…，n-1，电子云形状 符号：s, p, d, f… （电子在同一壳层所处的能级） 磁量子数m m=0，1，2，…，l 有2l+1个值 电子云空间伸展方向 自旋磁量子数ms ms= 1/2， 电子自旋方向
HO
NCH3
定影
AgBr +Na2S2O3 → NaAgS2O3 硫代硫酸钠（海波）
Na3Ag(S2O3)2 Na5Ag3(S2O3)4
39
摄谱法
感光板将摄谱仪光学系统输出的不同波长的 辐射能转换成黑的影象，线的黑度与曝光量 密切相关，其曝光量用Ｈ表示
H Edt E t
0
t
感光板上谱线的深浅程度用黑度S表示
单重态之间，三重态之间
14
几种光谱线
共振线
电子由激发态直接返回到基态时所辐射的谱线
第一共振线
由第一激发态回到基态时所辐射的谱线 （主共振线、最灵敏线）
最后线（持久线）
原子浓度降低时最后消失的谱线（一般是最灵敏线）
分析线
用来判断某种元素是否存在及其含量的线（最灵敏线）
15
几种光谱线
原子线( 原子线(Ⅰ)
11
原子结构及原子光谱的产生 能级图
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。
基态 激发态 32P1/2 32P3/2 32D3/2，5/2 32S1/2 42P1/2 42P3/2 52P1/2 52P3/2 波长/nm 589.59 588.99 342.11 330.29 330.23 285.30 285.28
1.固体导电样品：直接作为电极 钢铁，铜样品 2.溶液样品： ICP中直接引入 在一般电极（如石墨电极） 上先滴上再烘干 3.非金属样品、粉末试剂： 将样品及合适的缓冲剂加入到电 极上的孔中，电极孔形状有多 种，以满足不同需要。
47
定性与半定量分析
光谱添加剂
缓冲剂--- 使样品成分趋于一致 助熔剂--- 降低试样熔点 稀释剂--- 稀释试样
8
原子结构及原子光谱的产生
2. 光谱项
光谱项的多重性
n
2S +1
L
J
光谱 支项
n L S J
-主量子数 -总角量子数 -总自旋量子数 -内量子数
表示原子所处的能级
9
原子结构及原子光谱的产生
n 2S +1 L J
例：钠原子的光谱项符号 (1s)2(2s)2(2p)6 (3s)1 表示钠原子的电子处于的能级状态 （基态能级） n=3，2S+1 =2 (S = 1/2)，L =0，J = L +S=1/2 32S1/2
26
高 次之 低（4000 – 7000 K)
直流电弧（DC）- 特点
阳极斑温度高，蒸发快，进入弧中物质多，有较好检 出性能，有利于难熔物质分析。 弧焰温度低，激发能力一般，适于易激发的元素 DC电弧设备简单，操作安全 光谱中除石墨电极的CN带外，背景较少 稳定性差，再现性及精密度较差 光谱线易自吸和自蚀，不适于高定量分析 适于难熔物质中痕量易激发元素的定 性和半定量分析。
48
定性与半定量分析 激发、摄谱 识谱
定性 铁谱比较法 标样光谱比较法 波长测定法 （略） 半定量 谱线强度比较法 谱线呈现法 均称线对法（略）
S lg
i 1 lg 0 T i
i
i0
40
S Smax
E D
F
C A B So α lgHi c
γ =tgα γlgHi=i d lgH
反衬度 惰延量
乳剂特性曲线
曲线分为五段： AB 雾翳，BC 雾翳，BC 曝光不足，CD 曝光不足，CD 正常曝光， DE 曝光过度，EF 曝光过度，EF 负感部分 常使用的是正常曝光部分：
原子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线
M * M 离子线( 离子线(Ⅱ,Ⅲ)
(I)
离子核外激发ห้องสมุดไป่ตู้电子跃迁回基态所发射出的谱线
M+
*
M+
(Ⅱ) ； M2+* M2+
(Ⅲ )
16
基本理论
三.谱线强度与试样中元素浓度的关系
在热力学平衡状态时，位于基态的原子数 N0 与位于激 发态原子数 Ni 之间满足 Boltzmann 分布
入射狭缝
44
光电直读光谱仪 多道固定狭缝式
在光谱仪的焦面上按分析线波长位置安装许多 固定出射狭缝和相应的检测系统，在不同的空 间位置同时接收许多分析信号
45
全谱直读光谱仪 阵列检测器 电荷耦合阵列检测器（CCD) 电荷注入阵列检测器（CID)
测定每个元素可同时选用多条谱线
46
定性与半定量分析-电弧或火花光源 样品处理与电极选择
18
谱线强度与试样中元素浓度的关系 影响谱线强度的因素：（教材p107） 激发电位 统计权重 原子密度 跃迁几率 光源温度 其他因素
19
仪器
仪器主要组成部分
光源
单色器
检测器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测
20
激发光源
激发光源的作用及理想光源 光源 光源选择
21
激发光源的作用及理想光源 光源的作用： 提供足够的能量，使试样蒸发、解离并激 发，产生光谱。
7
原子结构及原子光谱的产生 多个价电子的运动状态
N — 主量子数 L— 总角量子数，为 l 的矢量和 L=li， L=(l1+l2)，(l1+l2-1)，(l1+l2-2)， …， |l1-l2| S — 总自旋量子数，为各个 ms 的矢量和 S=ms 取值：0，1/2，1，3/2，2，… J — 内量子数，J=L+S 取值： J=(L+S)，(L+S-1)，(L+S-2)，…， |L-S| 当LS，J=L+S 到 L-S，有（2S+1）个取值 当LS，J=S+L 到 S-L，有（2L+1）个取值
激光光源
24
直流电弧（DC ） 直流电弧（DC） 结构及工作原理
220~380V
阴极
5~30A
阳极
接触短路引燃（或 高频引燃）；阴极 电子与气体分子和 离子相撞产生的离 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。
25
直流电弧（DC ） 直流电弧（DC）
电弧温度 阴极区 阳极区 中间 电极温度 阳极 阴极 3800 K (阳极斑） 3000 K
Ni N0
g i Ei / kT e g0
g 为统计权重(2J+1)；k为Boltzmann常数(1.3810-23J/oC)： 电子在 i, j 能级间跃迁产生的谱线强度 I 与跃迁几率 A 及处于 激发态的原子数 Ni 成正比
Iij AijhvNi AijhvN 0
gi Ei / kT g0 e
气态原子或离子吸收能量，核外电子从基态 跃 迁到激发 态，由于电子处于能量较高的激发 态，原子不稳定，经过10-8s的时间，电子就会从 高能量状态返回低能量状态，下降的这部分能量 以电磁辐射即光的形式释放出来，产生一定波长 的光谱。依据所发射的特征光谱的波长和强度可 以进行元素的定性与定量分析。
4
基本理论
电感耦合等离子体光源
Inductively coupled plasma (ICP)
组成：ICP 高频发生器+ 炬管+ 样 品引入系统
炬管包括： 外管—冷却气，沿切线引入 中管—辅助气，点燃 ICP (点燃 后切断) 内管—载气，样品引入（使用 Ar 是因为性质稳定、不 与试样作用、光谱简单）
第三章 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectroscopy(AES)
主讲教师：胡高飞 北京化工大学理学院
1
原子发射光谱
基本理论 仪器 实验技术 应用
2
基本理论
什么是原子发射光谱法 原子结构及原子光谱的产生 谱线强度与试样中元素浓度的关系
3
基本理论
一、什么是原子发射光谱法
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光源选择
待测元素性质 定性或定量 含量
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分光元件 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
狭缝（Slit ） 狭缝（Slit）
常用的有棱镜、光栅两类
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检测系统
相板 + 映谱仪 + 黑度计 = 摄谱法 光电直读光谱仪
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摄谱法 摄谱步骤
安装感光板在摄谱仪的焦面上 激发试样，产生光谱而感光 显影，定影，制成谱板 特征波长，定性分析 特征波长下的谱线强度，定量分析