材料微观分析技术讲义第五章原子发射光谱
原子发射光谱分析基本原理
原子发射光谱分析基本原理原子发射光谱分析是一种常用的分析技术，用于确定物质中不同元素的存在和浓度。
基本原理是通过激发原子使其跃迁到高能级，然后原子从高能级退回到低能级时会发射出一系列特定的频率光线，这些光线就被称为发射光谱。
本文将详细介绍原子发射光谱分析的基本原理。
当原子处于高能级时，由于能量不稳定，原子会自发地退回到低能级。
在这个过程中，原子会发射出一定频率的光线。
这是因为原子的能级结构是离散的，每个能级对应不同的能量差和光频率。
各元素拥有独特的能级结构，因此每个元素会发射出特定的频率光线，形成一种独特的光谱指纹。
发射光谱的特点是谱线的亮度与元素浓度成正比。
因此，通过测量谱线的强度可以确定样品中该元素的浓度。
发射光谱分析可以在可见光、紫外光和红外光范围内进行。
原子发射光谱分析有两种主要的测量方式：线源测量和离散源测量。
线源测量是指使用等离子体火焰或火花放电等产生连续谱的激发源。
这种方法适用于多元素分析和测量大样品数量。
离散源测量是指使用电弧放电或激光脉冲等产生谱线的激发源。
这种方法适用于单元素测量和对样品数量要求不高的分析。
然而，原子发射光谱分析也存在一些局限性。
由于发射光谱需要样品激发和发射，对样品形式和形状要求较高。
此外，元素之间的相互作用和基体效应也会对分析结果产生影响，需要进行校正和修正。
总结起来，原子发射光谱分析是一种常用的化学分析技术，适用于多元素同时分析和不同浓度的测量。
通过测量发射光谱的强度可以确定元素的浓度。
然而，这项技术也有一定的局限性，需要对样品的形态和基体进行处理和修正。
尽管如此，原子发射光谱分析仍然是一种重要的化学分析方法，广泛应用于环境监测、食品检测和地质勘探等领域。
原子发射光谱,荧光光谱,化学发光谱的区别
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱是分析化学中常见的光谱技术，它们在原子结构分析和元素检测等方面具有重要的应用价值。
然而，这三种光谱具有不同的原理和特点。
下面将分别介绍原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱的区别。
一、原子发射光谱1. 原理：原子发射光谱是利用原子在能级跃迁时所发射的特征光谱线进行分析的一种技术。
当原子受到激发能量后，原子的电子会跃迁至较高的能级，而后再跃迁至较低的能级时会发射出特征波长的光谱线。
通过测量这些特征光谱线的强度和波长，可以确定样品中各种元素的含量和种类。
2. 应用：原子发射光谱广泛应用于金属材料分析、环境污染物检测、地质勘探等领域，尤其在工业生产中具有重要的应用价值。
3. 优势：原子发射光谱的灵敏度高、测定范围广，能够同时检测多种元素，具有较高的分析精度和准确度。
二、荧光光谱1. 原理：荧光光谱是利用物质在受到紫外光激发后，发射出荧光光谱进行分析的一种技术。
当样品受到紫外光激发后，部分分子会吸收能量并跃迁至激发态，随后分子会再跃迁至基态并发射出荧光光谱，通过测量荧光光谱的强度和波长，可以得到样品的成分和结构信息。
2. 应用：荧光光谱在生物医学、材料科学、环境监测等领域具有广泛的应用，尤其在生物分析和药物检测中得到广泛应用。
3. 优势：荧光光谱对于生物分子具有较高的灵敏度和选择性，能够实现实时、非破坏性的分析。
三、化学发光光谱1. 原理：化学发光光谱是利用化学反应产生的发光进行分析的一种技术。
当两种或多种试剂混合后，在化学反应的作用下产生的化学发光可以被测定，通过测量化学发光的强度和时间，可以获得样品的化学成分和反应动力学信息。
2. 应用：化学发光光谱广泛应用于医学诊断、食品安全检测、环境监测等领域，尤其在微量分析和实时检测方面具有重要意义。
3. 优势：化学发光光谱对于微量物质具有较高的检测灵敏度和快速响应性，适用于多种复杂样品的分析。
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱分别具有不同的原理和应用特点，它们在元素分析和化学反应动力学研究中发挥着重要的作用。
第五章原子发射光谱
• 处于高能级的电子经过几个中间能级跃 迁回到原能级，可产生几种不同波长的 光，在光谱中形成几条谱线。一种元素 可以产生不同波长的谱线，它们组成该 元素的原子光谱。 • 不同元素的电子结构不同，其原子光谱 也不同，具有明显的特征。
原子发射光谱技术的发展历程
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦等 离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；
电极，每转动180度，对接一次， 转动频率(50转/s)，接通100次/s， 保证每半周电流最大值瞬间放电 一次；
高压火花的特点：
（1）放电瞬间能量很大，产生的温度高，激发能力强， 某些难激发元素可被激发，且多为离子线； （2）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，适 于低熔点金属与合金的分析； （3）稳定性好，重现性好，适用定量分析；
原子发射光谱仪通常由三部分构成： 光源、分光、检测；
原子发射光谱激发光源
• 激发光源的基本功能是提供使试样中被 测元素原子化和原子激发发光所需要的 能量。对激发光源的要求是： 灵敏度高，稳定性好，光谱背景小，结 构简单，操作安全。
常用的激发光源： • 电弧光源。（交流电弧、直流电弧） • 电火花光源。 • 电感耦合高频等离子体光源（ICP光源） 等。
检测器
ICP形成原理
ICP火焰温度分布
缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；
改进型： n+1型ICP光谱仪
在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个 可变通道；
2. 全谱直读等离子体光谱仪
采用CID阵列检测器，可同时检测165 ～800nm波长范围内出现的全部谱线； 中阶梯光栅分光系统，仪器结 构紧凑，体积大大缩小； 兼具多道型和扫描型特点； CID ：电荷注入式检测器 (charge injection detector,CID), 28×28mm半导体芯片上，26万个感 光点点阵( 每个相当于一个光电倍 增管)；
原子发射光谱的分析基本原理
应用案例和实验结果
元素分析
使用原子发射光谱技术对不同 样品中的元素进行分析，例如 水、土壤和金属合金。
环境监测
质量控制
检测大气中的重金属和污染物， 以实时监测环境质量。
在制药和食品行业中使用原子 发射光谱技术进行产品质量控 制和合规性检查。
选择合适的光源和谱线
1 光源选择
2 谱线选择
3 光谱范围
根据要分析的元素选择 适合的光标元素的能级结 构，选择具有明确且强 度适中的谱线。
确定测量的光谱范围， 以确保目标元素的谱线 能够完全包含在内。
标定和校准
为了获得准确的分析结果，必须进行标定和校准。标定使用已知浓度的标准溶液，而校准使用一系列浓 度不同的标准溶液，以建立浓度和信号强度之间的关系。
光源和谱线选择
2
选择合适的光源和谱线，以使目标元
素能够发射明确的光谱线。
3
数据分析
4
对测量得到的光谱数据进行分析和解 释，以得出样品中元素的含量和分布。
样品制备
准备样品并将其转化为气态、溶液或 固态形式，以便于进一步的处理和测 量。
光谱测量
使用光谱仪器测量样品发射的光谱， 并记录光谱线的波长和强度。
检测大气、水体和土壤中的污染物，以保护环境和人类健康。
食品安全
检测食品中的重金属和其他有害物质，确保食品的安全和质量。
原子发射光谱的基本原理
1 激发和跃迁
通过能量输入将原子激发到高能级，然后跃迁回基态时会发射特定频率的光。
2 能级结构
每个元素都有独特的能级结构，导致它们发射特定的光谱线。
3 谱线特征
原子发射光谱的分析基本 原理
原子发射光谱是一种重要的光谱分析技术，它通过观察物质发射的光谱来获 取元素的信息。了解这个基本原理可以帮助我们在许多领域中应用它，例如 化学、材料科学和环境监测。
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。
材料微观分析技术讲义第五章原子发射光谱
二、原子发射光谱的产生 formation of atomic emission spectra
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）；
基态元素M
热能、电能 E
特征辐射
激发态M*
2021/6/17
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一、概述 generalization
原子发射光谱分析法：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光 谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。
1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W) 研制了世界上第一台用于光谱分析的棱镜分光镜 ，实现了原子光谱检验。
Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm。
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Na 元素的能级图
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K 元素的能级图
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Mg 元素的能级图
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三、谱线强度 spectrum line intensity
原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。 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Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
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二、 原子发射光谱仪器构成 process of AES
原子发射光谱仪通常由三部分构成： 光源、光谱仪、检测器
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三、 光谱仪的种类 types of spectrophotometer
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四、电弧和电火花发射光源 arc and electric spark emission 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
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。
第五章、原子发射光谱(共24张PPT)
撞 “雪崩”现象 大量载流子；
3）数百安极高感应电流（涡电流，Eddy current） 瞬
间加热 到10000K 等离子体 趋肤效应 内管通入Ar 形成环状结构样品通道 样品蒸发、原 子化、激发。
ICP光源特点
1）低检测限：蒸发和激发温度高；
测量电压（电容电压）为
3）基体效应小(matrix effect): 样品处于化学隋性环境（Ar）的高温分析区
已知光信号产生的电流 i 与谱线强度I成正比，即
内管—载气，样品引入（使用
待测物发出的光谱经分光得一系列谱线，这些不同波长的光在感光板上曝光，经显影、定影后于相板上得到平行排列的谱线（黑线），这些谱线“变
火花特点： 1）放电稳定，分析重现性好； 2）放电间隙长，电极温度（蒸发温度）低，检出现低，多适于分析易熔金
属、合金样品及高含量元素分析；
3）激发温度高（瞬间可达10000K）适于难激发元素分析。
电感耦合等离子体
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
LTE 定性、难熔样品及元素定量、 导体、矿物纯物质
LTE 矿物、低含量金属定量分析
~10000
好 LTE 难激发元素、高含量金属定量
分析
ICP ~10000
6000~8000 很好 非LTE 溶液、难激发元素、大多数元
素
火焰 2000~3000 激光 ~10000
2000~3000 很好 LTE 溶液、碱金属、碱土金属 ~10000 很好 LTE 固体、液体
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《原子发射光谱分析》课件
食品安全
原子发射光谱分析可用于食 品中微元素的检测，确保 食品安全和质量。
发展历程和趋势
历史
原子发射光谱分析起源于19世纪，经过多年的发展 和改进，成为现代化的分析技术。
未来
随着技术的进步，原子发射光谱分析将在元素分析 领域发挥更重要的作用，实现更高的灵敏度和准确 性。
总结和结束语
通过本课件的学习，您了解了《原子发射光谱分析》的重要性和原理，以及 其在化学分析、环境监测和食品安全等领域的应用。随着技术的不断发展， 原子发射光谱分析将在未来产生更大的应用前景。
3
样品进样
将样品注入原子发射光谱仪中，加热或
光谱分析
4
电离样品以激发原子。
测量样品发射的特定波长光线，并根据 光谱曲线确定元素含量。
技术应用场景和优势
化学分析
原子发射光谱分析被广泛应 用于化学分析领域，用于分 析金属元素的含量。
环境监测
该技术可用于检测土壤、水 体和大气中的污染物，为环 境保护提供重要数据。
《原子发射光谱分析》 PPT课件
本课件将介绍《原子发射光谱分析》的重要性、原理和实验过程，并展示该 技术的应用场景、优势以及发展历程和趋势，最后进行总结和结束。
什么是原子发射光谱分析?
原子发射光谱分析是一种用于分析物质元素组成的重要技术。通过激发样品 中的原子，测量其发射的特定波长光线，可以确定样品中各种元素的含量。
原理和原理说明
原子发射光谱分析基于原子在能级跃迁时释放特定的光线的原理。通过将样品加热或电离，使其原子激发到高 能级并发射光线，测量光线的波长和强度来分析元素含量。
实验过程和图示
1
样品准备
将待测样品制备成适合分析的形式，如
光谱仪设置
《原子发射光谱》课件
样品溶解
样品溶解是原子发射光谱分析 中的重要环节，其目的是将待 测样品中的目标元素充分溶解
在合适的溶剂中。
常用的溶剂有酸、碱、盐等 ，根据待测元素和样品的性
质选择合适的溶剂。
在溶解过程中，需要控制温度 、压力、搅拌速度等条件，以 保证目标元素能够充分溶解在
归一化法
通过比较不同元素谱线强度的比例，消除基体效 应和物理干扰的影响。
Part
06
原子发射光谱的未来发展与挑 战
新技术应用
01
02
03
激光技术
利用激光的高能量和高精 度特性，提高原子发射光 谱的检测灵敏度和分辨率 。
微纳加工技术
将原子发射光谱仪器小型 化、集成化，便于携带和 移动检测。
人工智能技术
利用人工智能算法对原子 发射光谱数据进行处理和 解析，提高分析准确性和 效率。
仪器改进与优化
高性能探测器
研发更灵敏、更快速响应的探测器，提高光谱信号的采集和解析能 力。
高效能光源
优化光源的稳定性和寿命，提高光谱信号的强度和可靠性。
自动化与智能化
实现原子发射光谱仪器的自动化和智能化操作，降低人为误差和操作 复杂度。
高温条件下可实现元素的完全蒸发和激发 ，具有较高的灵敏度和准确度。
需要使用高温电热丝，设备成本较高，且 对某些元素的分析效果不佳。
火花/电弧原子发射光谱法
原理 通过电火花或电弧产生的高温使 待测元素激发为光谱状态，通过 测量光谱线的波长和强度，进行 定性和定量分析。
缺点 分析速度较慢，设备成本较高， 且对某些元素的分析效果不佳。
应用范围
原子发射光谱法1
第五章：原子发射光谱法3-1光谱定性分析时，为什么要用哈特曼光阑？答：用哈特曼光阑一可以避免乳胶板滑动，同时还可以控制摄谱的高度，将波长在同一范围的标准试样与待测试样光谱摄于同一张胶片上，便于比较。
也可以减少使用不同感光板造成的误差。
3-2.说明缓冲剂和挥发剂在矿石定量分析中的作用。
答：同时加入到试样和标样中，使它们有共同的基体，以减少基体效应，改进光谱分析准确度的物质称为缓冲剂。
由于电极头的温度和电弧温度受试样组成的影响，当没有缓冲剂存在时，电极和电弧的温度主要由试样基体控制。
相反，则由缓冲剂控制，使试样和标样能在相同条件下蒸发。
缓冲剂除控制蒸发激发条件，消除基体扰，还可把弧温控制在代测元素的最佳温度，使之有最大的谱线强度。
为了提高待测元素的挥发性而加入的物质，叫挥发剂。
它可以抑制基体的挥发，降低背景，改进检测限。
3-3.采用4047.20nm分线时，受Fe4045.82nm氰带的干扰，可用何种物质消除其干扰答：调节狭缝宽度，加入挥发剂，抑制基体的挥发，低背景干扰。
选择非碳电极。
3-4．对一个试样量很少的未知的试样，而又必须进行多元素测定时，应选用下列哪种方法：（1）顺序扫描式光电直读；（2）原子吸收光谱法；（3）摄谱法原子发射光谱法；（4）多道光电直读光谱仪；答：（3），（4）。
3-5.简述背景产生的原因及消除的方法。
答：（1）分子辐射：在光源中未解离的分子所发射的带光谱会造成背景。
如碳电极在直流电弧中与空气中成分生成稳定的氰化物，干扰了许多元素的测定，可选用其它电极。
（2）谱线的扩散：如等的一些谱线是很强烈的扩散线，可对其它谱线形成强烈的背景。
（3）炽热的电极头和试样熔珠产生的热辐射，可利用中间光阑当住连续背景。
（4）离子的复合：放电间歇中，离子和电子复合成重型原子时，也会产生连续辐射，其范围宽，可在整个光谱区域形成背景。
一般不采用扣除背景的方法，而是针对产生背景的原因，尽量减弱、抑制背景、或选用不受干扰的谱线进行测定。
第五章原子发射光谱分析法(书后习题参考答案)
第五章原子发射光谱分析法(书后习题参考答案)1．从棱镜摄谱仪摄取的光谱上获得下面的数据，从参考点至波长为324.754nm 、 326.233nm 和327.396nm 的谱线的距离依次为0.50,6.42和11.00mm ，参考点至未知谱线的距离为8.51mm ，求未知谱线的波长。
解：λθελd d sin d d ⋅=f l：o参考点0.50324.754nm 326.233nm 327.396nmx已知b a xλλλλ-=-212，于是 ba xx ⨯--=λλλλ22764.326)51.800.11(46.600.11233.326396.327396.327=-⨯---=nm2．一台光谱仪配有6cm 的光栅，光栅刻线数为每厘米6 250条，当用其第一级光谱时，理论分辨率是多少？理论上需要第几级光谱才能将铁的双线309.990nm 和309.997nm 分辨开？解：分辨率R =λd λ=Nm (1)m =1, R =6×6250=37500(2)8.44284)990.309997.309(2997.309990.309=-⨯+==λλd R18.1375008.44284===N R m因此，理论上需二级光谱才能将铁的双线分开．（1（2）由校正曲线估计溶液A 、B 和C 的铅浓度。
解：(1)下图为R ~c 的关系图(2)lg R 于是得到c A =0.237 mg·mL -1,c B =0.324 mg·mL -1, c C =0.401mg·mL -14．某一含铅的锡合金试样用电弧光源激发时，摄谱仪的狭缝前放置一旋转阶梯扇板，扇板的每一阶梯所张的角度之比为1:2:4:8:16:32。
光谱底片经显影定影干燥后，用测微光度计测量一适当锡谱线的每一阶梯的黑度，由各阶梯所得i 0/i 值为1.05，1.66，4.68，13.18，37.15和52.5。
《原子发射光谱》课件
地球化学填图
通过分析不同地区岩石、土壤和水 的元素组成，可以绘制地球化学图， 揭示地球的化学特征和矿产分布规 律。
古气候研究
通过分析古岩石中元素的含量变化， 可以推断古代气候的变化情况，为 地质历史研究提供重要依据。
在环境监测中的应用
大气污染物的测定
原子发射光谱法可以快速测定大气中的多种污染物元素，如铅、 汞、砷等，为环境治理和健康保护提供数据支持。
原子发射光谱法可用于炉渣和烟尘中 多种元素的测定，指导冶炼过程的优 化和环保治理。
合金鉴定
通过分析合金中各元素的特征谱线， 可以确定合金的种类和成分，为材料 研发和生产提供依据。
在地质学中的应用
岩石和矿物分析
原子发射光谱法可以对岩石和矿 物中的多种元素进行定性和定量 分析，有助于地质学研究和矿产
资源勘探。
高激发电位
提高激发电位可以增加原子激发的概率，从而提 高谱线强度。
高工作电流
提高工作电流可以增加原子发射的概率，从而提 高谱线强度。
优化光谱通带
优化光谱通带可以减少背景干扰，提高信噪比， 从而提高分析灵敏度。
提高分析准确度的方法
内标法
内标元素的选择应与待测元素性质相似，其在样品中的浓度应接近待测元素的 浓度。通过比较内标元素与待测元素的谱线强度，可以校正实验条件变化对分 析结果的影响，从而提高分析准确度。
连续光谱
由原子内电子在连续能级 间跃迁产生，覆盖较宽的 波长范围。
原子发射光谱与原子吸收光谱的比较
原子发射光谱
通过激发使原子释放光子，检测光子 波长和强度，用于元素定性定量分析 。
原子吸பைடு நூலகம்光谱
通过特定光源发射特定波长的光，使 原子吸收光子能量跃迁到激发态，再 回到基态时释放出特征光谱，用于元 素定性定量分析。
原子发射光谱原理
原子发射光谱原理
原子发射光谱是物理学研究中的一个重要分支，它通过研究原子在受激激发后发射出的光谱来了解原子的结构和性质。
原子发射光谱的实验基于以下几个原理：
1. 原子能级：原子中的电子存在不同能级，当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或者发射能量。
原子发射光谱通过研究不同能级间的跃迁来确定原子的能级结构。
2. 激发和激发源：为了使原子跃迁到较高能级，我们需要提供足够的能量来激发原子。
常用的激发源包括高温、高压和电磁辐射等。
例如，将气体放电产生等离子体，通过碰撞激发气体中的原子使其跃迁到激发态。
3. 光的发射：当原子从激发态退回到低能级时，会发射出能量等于跃迁能级差的光子。
这些发射的光子组成了原子发射光谱。
4. 光谱分析：经过准确的测量和分析，我们可以获得原子发射光谱中的特征谱线。
这些谱线的波长或频率与原子的能级差密切相关，因此可以用来确定原子的结构和特性。
原子发射光谱广泛应用于化学、物理、天文学等领域。
通过分析光谱，我们可以研究原子的能级结构、同位素的分离和测量、元素的定性分析以及识别天体中的化学成分等。
此外，原子发射光谱也是化学分析和材料研究中常用的分析工具，可以检测和分析样品中的各种元素及其含量。
它不仅具有高灵敏度和高选择性，而且具有非破坏性和快速分析的特点。
总而言之，原子发射光谱是通过研究原子在激发态与基态之间跃迁发射出的光谱来了解原子的能级结构和性质的一门科学。
通过对原子发射光谱的研究，我们可以深入了解物质的微观结构，促进科学技术的发展和应用。
原子发射光谱的原理和应用
原子发射光谱的原理和应用1. 原理原子发射光谱是一种利用原子在高温或高压下被激发而产生的光线进行分析的方法。
该方法利用原子被加热或激发后产生的特定频率的光谱线来确定样品中存在的元素及其浓度。
原子发射光谱的原理基于原子的激发和跃迁过程。
1.1 原子的激发和跃迁在原子发射光谱中，原子首先被加热或激发，使其内部能级上的电子跃迁到更高的能级。
这些跃迁会产生特定频率或波长的电磁辐射，也就是光谱线。
原子跃迁的能级差决定了产生的光谱线的频率或波长。
1.2 光谱仪的原理原子发射光谱实验中使用的光谱仪是通过将原子发射的光线分解为不同频率或波长的组成部分。
常见的光谱仪包括单色仪、光栅光谱仪和干涉仪。
单色仪是一种使用光栅或棱镜分离光束的光学仪器。
它通过调整入射光线的角度或光栅的间距，将不同波长的光线分散，形成可观测到的光谱线。
光栅光谱仪通过使用光栅的光栅片或光纤间隔和替代的相位差，使光线发生干涉，将光线分散为不同的频率或波长。
干涉仪是一种利用光的干涉现象进行测量的仪器。
它通过将光束分为两条，经过不同的路径后再合并，从而产生干涉。
通过调整干涉仪的结构，可以观察到不同频率或波长的干涉条纹。
2. 应用原子发射光谱广泛应用于材料分析、环境监测、食品安全和医学诊断等领域。
2.1 材料分析原子发射光谱可以用来确定材料中的元素组成和浓度。
例如，在金属矿石和合金中，原子发射光谱可以用来分析元素的含量，并确定材料的质量和纯度。
2.2 环境监测原子发射光谱在环境监测中起着重要作用。
它可以用于分析水和土壤中的污染物并确定其浓度。
原子发射光谱还可以用于检测大气中的有害物质，监测空气质量。
2.3 食品安全原子发射光谱可用于食品安全检测，例如检测食品中的重金属、农药残留物和其他有害物质。
通过分析食品样品中的元素含量，可以评估食品的安全性。
2.4 医学诊断原子发射光谱在医学诊断中有许多应用。
例如，原子发射光谱可以用于分析血液、尿液和组织样品中的元素含量，从而帮助诊断疾病、监测药物治疗和评估病情。
原子发射光谱教学课件ppt
数据处理
对电信号进行处理和分析，得到原子发射 光谱。
光谱产生
样品原子返回基态时，发出特定波长的光 束。
信号检测
使用检测器将光信号转化为电信号。
光束分束
使用分光器将不同波长的光束分开。
03
原子发射光谱实验技术及应用
实验条件的选择
光源的选择
根据待测元素的不同，选择合适的光源，如火花 放电、电弧放电、电感耦合等。
根据检测需求和光谱仪器 的性能参数选择合适的分 光器。
检测器
检测器的作用
将光信号转化为电信号，以便 于后续的数据处理和分析。
常见检测器
光电倍增管、CCD阵列、CMOS 阵列等。
检测器的选择
根据检测需求和光谱仪器的性能参 数选择合适的检测器。
原子发射光谱仪器的工作流程
样品激发
使用光源将样品中的原子激发到激发态。
02
原子发射光谱仪器的构造及工作原理
光源
01
02
03
光源的作用
提供能量，使原子从基态 跃迁到激发态。
常见光源
电弧灯、火花灯、激光等 。
光源的选择
根据样品性质和检测需求 选择合适的光源。
分光器
分光器的作用
将不同波长的光束分开， 以便于后续的检测和分析 。
常见分光器
棱镜、光栅、滤光片。
分光器的选择
原子发射光谱教学课件ppt
xx年xx月xx日
目录
• 原子发射光谱概述 • 原子发射光谱仪器的构造及工作原理 • 原子发射光谱实验技术及应用 • 原子发射光谱实验数据分析与处理 • 原子发射光谱实验安全及注意事项
01
原子发射光谱概述
原子发射光谱的定义
原子发射光谱是利用原子在热激发或电激发下，从基态跃迁 到激发态，同时发射出光子的现象。
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谱线强度
Iijgg0i AijhijN0ekEiT
影响谱线强度的因素： （1）激发能：第一共振线 （2）原子激发温度：温度升高，谱线强度增大，但易 电离； （3）跃迁几率 （4）统计权重 （5）受激发原子的密度
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四、谱线的自吸与自蚀 self-absorption and self reversal of spectrum line
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拉 紫红分分核化 曼 外外子子磁学 光 可可荧磷共发 谱 见见光光振光
光谱分析法
散射光谱法
拉 曼 光 谱
分子光谱法
发射光谱法
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
分 子 磷 光
X 射 线 荧 光
化 学 发 光
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第五章 原子发射光谱分析法 atomic emission spectrometry, AES
第一节 原子发射光谱分析基本原理 basic principle of Atomic emission spectrometry 第二节 原子发射光谱分析装置与仪器 device and instrument of AES 第三节 等离子体发射光谱仪 plasma emission spectrometry 第四节 定性、定量分析方法 qualitative and quantitative analysis method
谱线表示，r：自吸；R：自蚀；
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第二节 原子发射光谱分析装置与仪器
device and instrument of AES
一、火焰光度计 flame spectrometer 二、原子发射光谱仪器构成 process of AES 三、光谱仪的种类 types of spectrophotometer 四、电弧和电火花发射光源 arc and electric spark emission
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二、原子发射光谱的产生 formation of atomic emission spectra
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）；
热能、电能
基态元素M
E
特征辐射
激发态M*
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第一节 原子发射光谱分析基本原理
basic principle of AES
一、概述 generalization 二、原子发射光谱的产生 formation of atomic emission spectra 三、谱线强度 spectrum line intensity 四、谱线自吸与自蚀 self-absorption and selp reversal of spectrum line
1930年以后，建立了原子光谱定量分析方法。 原子光谱 ＜＞ 原子结构 ＜＞ 原子结构理论＜＞ 新元素
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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(全谱直读仪)； (3)选择性高 各元素具有不同的特征光谱； (4)检出限较低 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (5)准确度较高 5%～10% (一般光源）； <1% (ICP) ； (6)ICP-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； 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
材料微观分析技术讲义第五章原子发射光 谱
上周授课内容回顾 第四章 材料光谱分析导论
§1. 材料光分析方法基础 §2. 原子光谱与分子光谱 §3. 光谱法仪器与光学器件
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原 子 发 射
原原 子子 吸荧 收光
X 射 线 荧 光
原子光谱法
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
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一、 火焰光度计 flame spectrometer
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一、概述 generalization
原子发射光谱分析法：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时， 发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。
1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W) 研制了世界上第一台用于光谱分析 的棱镜分光镜，实现了原子光谱检验。
等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等粒子的整体电中性集合体。等离子 体内温度和原子浓度的分布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘反之。
自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低的现象。
元素浓度低时，不出现自吸。随浓度增加，自吸越 严重，当达到一定值时，谱线中心完全吸收，如同出现两 条线，这种现象称为自蚀。
Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm。
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Na 元素的能级图 2021/1/21
K 元素的能级图Байду номын сангаас2021/1/21
Mg 元素的能级图 2021/1/21
三、谱线强度 spectrum line intensity
原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。 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Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼 分布定律：
原子的共振线与离子的电离线 第一共振线：原子由第一激发态到基态的跃迁，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。 电离线：离子由第一激发态到基态的跃迁，其与电离能大小无关，又称为离子的特征共振线。
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。
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0：激发态与基态的统计权重（能级简并度2J＋1） Ei ：为激发能；k为玻耳兹曼常数
；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：
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