2-2009 原子光谱分析 第二章 原子光谱分析理论基础1 原子结构及光谱项
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。
原子结构与光谱：原子光谱与谱线
原子结构与光谱：原子光谱与谱线原子光谱是研究原子结构和性质的重要方法之一。
通过观察原子在光谱仪中经过光激发后产生的谱线，科学家们深入探索了原子的内部构造和粒子行为，为人类认识宇宙提供了重要的线索。
本文将介绍原子结构与光谱的关系，解析原子光谱的特点以及谱线的含义。
一、原子结构与光谱理解原子光谱首先需要了解原子的基本结构。
根据波尔模型，原子由一个中心核和围绕核运动的电子构成。
核内的质子和中子决定了原子的质量，而电子则决定了原子的化学性质。
原子的电子以能级的形式存在，每个能级可以容纳一定数量的电子。
当原子受到外部能量的激发时，电子会从低能级跃迁到高能级。
当电子回到低能级时，会释放出一定的能量，形成光的辐射。
这种辐射所形成的光谱称为原子光谱。
原子光谱可以通过光谱仪进行分析，并确定所观察到的谱线。
二、原子光谱的特点1. 具有特定的波长和颜色：不同元素的原子具有不同的能级结构，因此其光谱也具有独特的波长和颜色。
这使得原子光谱成为元素鉴定和分析的重要手段。
2. 具有离散的谱线：原子的能级是离散的，因此原子光谱呈现出离散的、间隔均匀的谱线。
每个谱线对应着电子跃迁的能级差和能量释放的特定波长。
3. 具有良好的分辨能力：原子光谱仪具有很高的分辨能力，可以准确测量光谱中谱线的波长和强度。
这为科学家们进行精确的光谱分析提供了有力工具。
三、谱线的含义原子光谱中的谱线代表着电子跃迁时产生的辐射能量。
通过观察和分析谱线的特征，可以得出以下信息：1. 波长：谱线的波长可以确定电子跃迁的能级差，从而推测原子的能级结构和电子分布。
2. 强度：谱线的强度反映了电子跃迁的概率，即从高能级到低能级的跃迁概率。
强度较强的谱线对应的跃迁概率较高。
3. 形态：谱线的形态（如单峰、多峰等）可以提供关于原子的电子状态和相应能级的信息。
4. 分裂：有些原子光谱呈现出多条非常接近且微弱的谱线，这是由于原子的内部结构和外界环境的影响导致原子能级的分裂现象。
原子吸收光谱仪原理、结构、作用及注意事项
原子吸收光谱仪原理、结构、作用及注意事项1。
原子吸收光谱的理论基础原子吸收光谱分析（又称原子吸收分光光度分析）是基于从光源辐射出待测元素的特征光波，通过样品的蒸汽时,被蒸汽中待测元素的基态原子所吸收，由辐射光波强度减弱的程度，可以求出样品中待测元素的含量.1 原子吸收光谱的理论基础1。
1原子吸收光谱的产生在原子中，电子按一定的轨道绕原子核旋转,各个电子的运动状态是由4个量子数来描述。
不同量子数的电子,具有不同的能量,原子的能量为其所含电子能量的总和。
原子处于完全游离状态时,具有最低的能量,称为基态（E0).在热能、电能或光能的作用下,基态原子吸收了能量,最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到较高能态，它就成为激发态原子。
激发态原子（Eq)很不稳定，当它回到基态时,这些能量以热或光的形式辐射出来，成为发射光谱。
其辐射能量大小，用下列公式示示：由于不同元素原子结构不同，所以一种元素的原子只能发射由其E0与Eq决定的特定频率的光。
这样，每一种元素都有其特征的光谱线.即使同一种元素的原子,它们的Eq 也可以不同，也能产生不同的谱线.原子吸收光谱是原子发射光谱的逆过程。
基态原子只能吸收频率为ν＝(Eq-E0)/h的光，跃迁到高能态Eq。
因此，原子吸收光谱的谱线也取决于元素的原子结构，每一种元素都有其特征的吸收光谱线。
原子的电子从基态激发到最接近于基态的激发态,称为共振激发。
当电子从共振激发态跃迁回基态时，称为共振跃迁。
这种跃迁所发射的谱线称为共振发射线，与此过程相反的谱线称为共振吸收线。
元素的共振吸收线一般有好多条，其测定灵敏度也不同。
在测定时，一般选用灵敏线，但当被测元素含量较高时，也可采用次灵敏线。
1．2 吸收强度与分析物质浓度的关系原子蒸气对不同频率的光具有不同的吸收率,因此，原子蒸气对光的吸收是频率的函数。
但是对固定频率的光，原子蒸气对它的吸收是与单位体积中的原子的浓度成正比并符合朗格－比尔定律。
当一条频率为ν，强度为I0的单色光透过长度为ι的原子蒸气层后，透射光的强度为Iν，令比例常数为Kν，则吸光度A与试样中基态原子的浓度N0有如下关系：在原子吸收光谱法中，原子池中激发态的原子和离子数很少，因此蒸气中的基态原子数目实际上接近于被测元素总的原子数目，与式样中被测元素的浓度c成正比.因此吸光度A与试样中被测元素浓度c的关系如下:A=Kc式中K—-—吸收系数.只有当入射光是单色光，上式才能成立。
原子结构中的原子能级图与光谱分析方法应用
原子结构中的原子能级图与光谱分析方法应用在研究原子结构和光谱分析方法时，原子能级图是一个重要的工具。
原子能级图可以用来描述和解释原子中电子的分布情况和跃迁过程，同时也可以帮助科学家们进行精确的光谱分析实验。
本文将介绍原子能级图的基本概念和用途，以及光谱分析方法在科学研究和应用中的重要性。
一、原子能级图的概念和构成原子能级图是一种图示化的方式，用来表示和解释原子中电子能级的排布和能量跃迁的过程。
在原子结构中，电子处于不同的能级上，而这些能级可以用一系列水平线来表示。
每个能级都有对应的能量值，能级越高，能量越大。
原子能级图的构成主要包括以下几个方面：1. 基态：原子的最低能量态，对应于电子处于能量最低的能级上。
一般用E0来表示。
2. 激发态：原子在吸收能量后出现的高能态，对应于电子跃迁到较高能级上。
激发态的能级用En来表示，其中n为正整数，表示能级的顺序。
3. 能级跃迁：电子在吸收或发射光子的过程中发生能级间的跃迁。
当电子从高能级跃迁到低能级时，发射出相应能量的光；当电子从低能级跃迁到高能级时，吸收相应能量的光。
4. 能级间的能量差：不同能级之间的能量差值决定了光子的波长和频率，也决定了光谱分析方法的应用范围。
二、原子能级图的作用与应用原子能级图在科学研究和实际应用中扮演着重要的角色。
以下是原子能级图的几个主要应用：1. 原子结构解释：原子能级图可以用来解释电子在原子中的分布情况和电子跃迁的过程。
通过观察能级图，科学家们可以理解原子中电子的行为规律，从而深入研究原子结构与性质之间的关系。
2. 光谱分析：原子能级图是进行光谱分析的基础。
光谱分析是一种通过测量物质吸收或发射光的能谱来分析其组成和性质的方法。
通过比对物质的光谱与原子能级图，科学家们可以确定物质成分、了解物质的结构和性质。
3. 能量转化与应用：根据原子能级图，科学家们可以研究原子中能级间的跃迁过程。
这些能级跃迁常常伴随着能量的吸收和释放，因此可以应用于激光、光电子学、光谱学等领域。
第二章-原子发射光谱分析-第一节光分析基础
二、光分析法仪器的基本单元
1. 光源
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：
连续光源：在较大范 围提供连续波长的光源， 氢灯、氘灯、钨丝灯等；
线光源：提供特定波 长的光源，金属蒸气灯( 汞灯、钠蒸气灯)、空心 阴极灯、激光等；
2.单色器
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长 可在很宽范围内任意改变；
级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电；激光蒸发-微 波等离子体
2. 联用技术
电感耦合高频等离子体（ICP）—质谱 激光质谱：灵敏度达10-20 g
3. 新材料
光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；
4. 交叉
电致发光分析；光导纤维电化学传感器
5. 检测器的发展
电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范 围宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管；
4.分子荧光分析法
某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发 射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量 分析的方法。
5. 分子磷光分析法
处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第yi 一激发态的三线态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强 度进行定量分析的方法。
6. X射线荧光分析法
平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦 后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱；
棱镜的分辨能力取 决于棱镜的几何尺寸和 材料；
棱镜的光学特性可 用色散率和分辨率来表 征；
棱镜的特性与参数
（1）色散率
角色散率：用dθ/dλ表示，偏向角θ对波长的变化率；
d d
2sin
2
原子发射光谱分析法的特点:
第二章 原子发射光谱分析(2)PPT课件
ICP发射光谱仪
（3）试样引入激发光源的方法
固体试样 溶液试样 气体试样
（4）光源的选择
选择原则 从分析元素的性质考虑 从分析元素的含量考虑 从试样的性质和形状考虑 从分析要求考虑
几种光源性能比较
光源
蒸发 温度
直流 电弧
高
交流 电弧
中
火花 低 ICP 很高
谱线波长（λ）——定性分析 谱线强度（I） ——定量分析
§2-3 光谱分析仪器
光源与样品→单色器→检测器→读出器件
1. 光源
（1）概述
光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。光源是决定分析的灵敏度和准确度 的重要因素。
光源的要求：比较稳定，>5000K，重现性 好，背景小，谱线简单，安全
共振线：原子由激发态向基态跃迁所发射的 谱线 第一共振线
离子线：由离子的外层电子跃迁所产生的发 射谱线
（2）特征谱线
每一种原子的原子能级不同 外层电子在两个能级之间的跃迁必须遵从光
谱选律 因此每种原子可产生一系列不同波长的特征
谱线 特征谱线的强度比例是一定的。 特征谱线是原子发射光谱定性的依据
（1）感光板
透过率与黑度
透过率：T=i/i0，i0是透过未感光部分的光强， i是透过变黑部分的光强
谱线黑度：S=lg(1/T)
感光板的乳剂特性曲线
黑度与曝光量之间关系的 曲线。在直线段，S∞I
乳剂特性曲线的用途
用于谱线黑度与强度之 间的换算
了解感光板的特性，选 择正确的光谱分析条件
光路
光栅摄谱仪的性能指标
色散率：与波长无关 分辨率：高于棱镜，光栅宽、刻痕多，R大 闪耀特性：对辐射能量集中的能力
原子结构与光谱分析
原子结构与光谱分析光谱分析是一种重要的化学分析技术，通过研究物质与光之间的相互作用，可以获得关于物质的结构和性质的信息。
光谱分析的基础是对原子结构的深入了解，本文将探讨原子结构与光谱分析的关系。
一、原子结构的基本概念在了解光谱分析之前，我们需要先了解原子结构的基本概念。
原子是构成物质的最基本单位，由质子、中子和电子组成。
质子带有正电荷，中子不带电荷，电子带有负电荷。
质子和中子集中在原子的中心核心部分，而电子则以云状分布在核心周围的能级上。
二、光谱的基本原理光谱分析是通过测量物质与光的相互作用来获取信息的方法。
当物质与光发生相互作用时，产生的现象包括吸收、发射和散射。
光谱分析可根据不同的相互作用现象分为吸收光谱、发射光谱和散射光谱。
1. 吸收光谱当物质吸收光波时，会导致光的能量被转化为物质内部的激发能量。
原子的电子能级是量子化的，只有当电子吸收的光子能量等于能级差时，才会发生跃迁。
吸收光谱是基于物质对不同波长的光的吸收程度来确定物质的组成和结构。
2. 发射光谱原子在激发态经历能级跃迁后，会回到较低的能级。
这个过程中，原子会释放出能量，并以光子的形式辐射出去。
不同元素在激发态下的能级结构不同，因此发射光谱可以用于元素或物质的定性和定量分析。
3. 散射光谱物质与光发生散射时，光的传播方向发生改变，但光的能量不会被物质吸收或发射。
散射光谱可通过测量散射光的强度、偏振状态和散射角度等来研究物质的结构和性质。
三、原子结构与光谱分析的关系原子结构与光谱分析密切相关，原子的结构特性决定了它们与光的相互作用方式，从而影响光谱的形成。
1. 原子能级结构原子的能级结构对光的吸收和发射过程起着决定性的作用。
原子的电子能级是离散的，只有当电子能级发生跃迁时才会与特定波长的光发生相互作用。
因此，原子的能级结构决定了物质吸收和发射光谱的特性。
2. 原子光谱的特征不同元素的原子结构不同，因此它们对光的响应也不同。
每个元素都具有独特的光谱特征，可用于元素的鉴定和定量分析。
原子光谱实验
原子光谱实验引言：原子光谱实验是研究原子光谱的一种重要方法。
通过测量和分析原子在不同能级之间的跃迁释放出的光谱，可以得到关于原子结构、能级分布和电子行为等重要信息。
本文将详细介绍原子光谱的相关定律、实验准备和过程，并讨论其在物理学领域的应用和其他专业性角度。
一、原子光谱的相关定律1. 波尔模型：根据波尔的理论，原子中的电子只能在固定的能级上存在，当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出特定频率的光，形成谱线。
2. 德布罗意假设：德布罗意假设认为，粒子（如电子）也具有波动性，具有特定的波长和频率，与波尔模型相呼应。
3. 玻尔频率条件：玻尔频率条件指电子跃迁之间的能量差与光的频率之间的关系，即ΔE = hν，其中ΔE为能级之间的能量差，h为普朗克常数，ν为光的频率。
4. 波长差方程：原子光谱中的谱线波长差可以由波长差方程计算得到，即λ = Δλ = c/ν，其中λ为波长差，Δλ为波长差，c为光速，ν为光的频率。
二、原子光谱实验的准备1. 实验器材：实验中需要用到的器材包括光谱仪、光源等。
2. 光源的选择：选择适合实验的光源，如气体放电灯、连续光源、激光器等。
不同的光源会产生不同的光谱特征。
3. 校准光谱仪：在实验开始前，需要对光谱仪进行校准，确保其精确度和准确性。
4. 确定测量范围：根据实验的要求和研究的目的，确定测量的波长范围。
5. 实验环境的控制：实验室需要保持良好的控制环境，以防止外部因素对实验结果的影响。
三、原子光谱实验的过程1. 用光源激发原子：首先，将光源放置在实验装置中，在适当的激发条件下（如通电，加热等），激发原子使其处于高能态。
2. 光谱测量：将光谱仪与光源相连，将光谱仪的测量器件调整到合适的位置和参数，开始测量光谱。
3. 光谱数据分析：根据光谱仪测量得到的谱线数据，计算波长差、频率差等相关数据，并进行数据分析和图形绘制，以得到更详细的信息。
4. 结果解读：根据测量结果，结合波尔模型和其他原子结构理论，解读实验结果中的各个谱线所代表的能级跃迁和原子结构信息。
原子结构中的原子能级图与光谱分析方法应用
原子结构中的原子能级图与光谱分析方法应用在原子物理研究领域，原子结构中的原子能级图和光谱分析方法扮演着重要的角色。
原子能级图是描述原子能级分布的图表，而光谱分析方法则通过研究原子的光谱特性，可以获取有关原子结构、成分和性质等信息。
一、原子能级图原子能级图是描述原子内部能级分布的图表，它展示了原子在不同能级上的电子分布情况。
根据量子力学理论，原子的能级是离散的，而且每个能级都对应着一定的能量。
从能级图可以清晰地看出每个能级的能量差异以及电子的分布情况。
在原子能级图中，能级以水平线表示，每个水平线上方用箭头表示电子的分布情况，箭头的方向表示电子的自旋方向。
根据泡利不相容原理，每个能级上最多只能容纳两个电子，且自旋相反。
原子能级图的每个能级上还可以有多个子能级，这取决于原子的量子数。
原子能级图的绘制可以根据原子的电子构型进行推导。
通过了解原子的电子构型，可以确定每个能级上的电子数目以及电子的分布状态。
原子能级图的研究对于理解原子的能级结构、电子转移和能量变化等过程非常重要，对于量子力学理论的验证和应用也起着至关重要的作用。
二、光谱分析方法光谱分析是一种通过光学技术研究物质的方法，它利用物质相互作用光的特性来分析物质的成分和性质。
原子光谱分析方法是光谱分析的一种重要形式，它基于原子在光的激发下产生特定的光谱行为。
原子光谱分析包括原子的吸收光谱和发射光谱两种形式，分别对应着原子吸收光和原子发射光的特性。
吸收光谱是指当原子吸收特定波长的光时，原子内部的电子受激跃迁到较高能级，产生吸收谱线。
而发射光谱是指当原子从高能级跃迁到低能级时，会发射出特定波长的光，形成发射谱线。
原子光谱分析方法可以通过测量光谱谱线的强度、波长和位置等来分析样品中的原子成分和浓度。
这是因为每个原子（或分子）只会对应特定的吸收或发射谱线，其位置和强度与原子的能级结构和转移行为有密切关系。
因此，通过观察光谱谱线，可以确定样品中存在的原子种类，以及它们的浓度和状态等信息。
原子光谱分析原理
原子光谱分析原理光谱分析是一种用来研究物质的组成和结构的重要手段，而原子光谱分析则是光谱分析中的一种重要方法。
原子光谱分析原理是基于原子的能级结构，可以通过测量和分析原子在不同能级间跃迁时所产生的光谱信息来确定物质的组成和浓度。
一、原子的能级结构原子的能级结构是由原子核和电子组成的，电子位于不同的能级上，并且每个能级只能容纳一定数量的电子。
当外部条件改变时，电子就会发生跃迁，从一个能级跃迁到另一个能级。
这个跃迁过程伴随着能量的吸收或释放，而这些能量的差异正好对应着特定的光谱线。
二、原子光谱分析的基本原理原子光谱分析主要分为光电离法和光谱发射法两种方法。
光电离法是通过外加能量使原子中的电子跃迁到高能级，然后测量由电子重返低能级时所产生的光电流或电磁辐射来分析物质。
光谱发射法是通过加热或激发物质，使其原子发生跃迁并产生特定的光谱线，通过分析光谱线的强度和波长来确定物质的成分和浓度。
三、原子光谱分析的具体方法原子光谱分析方法主要包括原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）、原子发射光谱法（AES）等。
不同的方法适用于不同的元素和分析要求。
1. 原子吸收光谱法（AAS）原子吸收光谱法是通过测量原子吸收特定波长的光线来确定物质中金属元素的浓度。
它的原理是，当光通过一个原子吸收体系时，光的能量会被体系中的原子吸收掉，吸收光的强度与物质中特定元素的浓度成正比。
2. 原子荧光光谱法（AFS）原子荧光光谱法是通过测量物质中原子发出的荧光光线的强度和波长来确定元素的浓度。
它的原理是，当物质受到光或电子束的激发时，原子会发生跃迁并发出特定波长的荧光光线，通过测量荧光光线的强度和波长，可以确定物质中特定元素的浓度。
3. 原子发射光谱法（AES）原子发射光谱法是通过加热或激发物质使其原子发生跃迁并产生特定的光谱线来确定元素的存在与浓度。
它的原理是，物质加热或激发后，原子会处于激发态，并在返回基态时发射特定波长的光谱线，通过测量光谱线的强度和波长，可以确定物质中特定元素的浓度。
第二章+原子发射光谱分析法
(2) 钠原子的第一激发态 ：(3p)1 n=3 L=l=1 S = 1/2 (2S+1) = 2 J = 3/2，1/2
光谱项：32P
光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2
由于轨道运动和自旋运动的相互作用, 这两个光 谱支项代表两个能量有微小差异的能级状态。
J 的取值范围：
L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
谱线多重性符号：2S+1(M)
钠原子由第一激发态向基态跃迁发射两条谱线
第一激发态光谱支项 ： 32P1/2 和 32P3/2 基态光谱项：32S1/2
589.593 nm ，588.996 nm
能量 原子能级图 实际光谱项
主量子数 n: 1,2,3…
电子运动状态的描述
原子轨道描述： n、l、m
角量子数 l : 0,1,2, …n-1 磁量子数 ml(m): l～-l 自旋量子数 ms(s): 1/2
基态Na原子的核外电子排布： (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
单价电子原 子电子能级
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（二）原子能级和能级图
单、多价电子 原子电子能级
光谱定量公式推导：
激发光源中的电离
气体（等离子体）
离解
MX
M+ X
试样
元素浓度: C
M + e 电离 M+ + 2e
NMX NM NM +
NM = N0 + N2 + ···+ Ni + ···
光谱分析
第二章光谱分析(一)原子发射光谱分析1.概念：①激发：基态原子吸收外界能量，被外电子“跃迁”至高能级运动状态的过程，这一过程称为电子的跃迁或激发。
此时所需要的能量称为“激发能”，原子的这种新的运动状态称为“激发态原子”②原子发射光谱：激发态原子极不稳定，在10-8S的时间里要由激发态回复到初态，此时，所吸收的能量常常以特殊的波长的光辐射发射出来。
这种由激发态原子恢复到基态时所产生的光辐射，称为“原子发射光谱”或“发射光谱”。
③特征谱线：由原子核外价电子的第一激发能级激发后产生的光辐射的波长被称为元素的“特征谱线”，也称“灵敏线”。
④基态自由原子：对于稳定的单个自由原子来说，核外电子是处于本身最低能级水平运动，这种稳定的单个自由原子我们称为基态自由原子。
⑤原子化：多数情况下，由于样品中待测元素处于非原子状态（离子或化合物），因此，测定时必须给与一定的条件将非原子化物质转化为基态自由原子，这一过程称为原子化。
2.发射光谱分析定性基础：原子激发后回覆到基态时所产生的光辐射的波长就能判断元素种类定性基础：核外电子被激发后回覆到基态所发射出的光辐射波长是独一无二的，因此，只需要通过原子激发后回覆到基态时所产生的光辐射的波长就能够判断元素的种类定量基础：在相同的原子化条件和激发态条件下，待测元素所产生的发射光强度，在一定范围内与样品中待测元素的浓度呈正比。
通过测定发射光强度与相同条件下的标准曲线相比较，即可得出样品中待测物质的浓度3.原子发射光谱分析的定量基础：相同的原子化条件和激发条件下，待测元素所能产生的发射光强度，在一定范围内与样品中待测元素的浓度呈正比。
[ I=αCb ]4. 构造：光源→单色器→检测器光源构成形式：火焰光度器、电弧光谱仪、ICP是光源，即电感或电容耦合等离子体。
5. 火焰光度计是测定碱金属的唯一标准化仪器（发射光谱中）。
6. 原子发射光谱的干扰（光谱、电离、化学、物理☆、自吸收干扰[P15☆]）：解决自吸收干扰的方法：降低待测溶液的浓度。
原子结构和原子光谱
原子结构和原子光谱【学习目标】1．了解汤姆孙发现电子的研究方法；2．知道粒子散射实验；3．明确原子核式结构模型的主要内容；4．理解原子核式结构提出的主要思想；5．知道光谱、发射光谱、吸收光谱、光谱分析等概念；6．明确光谱产生的原理及光谱分析的特点；7．知道氢原子光谱的实验规律；8．了解玻尔原子模型及能级的概念；9．理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系；10．知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性；7．了解激光产生的原理和激光的特性及激光在日常生活中的应用。
知识1--原子结构1．阴极射线（1）气体的导电特点：通常情况下，气体是不导电的，但在强电场中，气体能够被电离而导电．平时我们在空气中看到的放电火花，就是气体电离导电的结果．在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体，导电时可以看到辉光放电现象．（2）1858年德国物理学家普里克发现了阴极射线．①产生：在研究气体导电的玻璃管内有阴、阳两极．当两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线为阴极射线．②阴极射线的特点：碰到荧光物质能使其发光．（2）测定阴极射线粒子的比荷．4．密立根实验美国物理学家密立根在1910年通过著名的“油滴实验”简练精确地测定了电子的电量密立根实验更重要的发现是：电荷是量子化的，即任何电荷只能是元电荷的整数倍．5．电子发现的意义以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒．现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子的质量比最轻的氢原子质量小得多，这说明电子是原子的组成部分．电子是带负电，而原子是电中性的，可见原子内还有带正电的物质，这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢？电子的发现大大激发了人们研究原子内部结构的热情，拉开了人们研究原子结构的序幕．6．19世纪末物理学的三大发现对阴极射线的研究，引发了19世纪末物理学的三大发现：（1）1895年伦琴发现了X射线；（2）1896年贝克勒尔发现了天然放射性；（3）1897年汤姆孙发现了电子e．知识3--氢原子光谱1．光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录，即光谱．用摄谱仪可以得到光谱的照片．物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：（1）发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它又可分为连续光谱和明线光谱（线状光谱）．①连续光谱一一由连续分布的一切波长的光（一切单色光）组成的光谱。
光谱分析与原子结构
光谱分析与原子结构光谱分析是一种重要的分析技术，通过对物质发射或吸收光的特性进行研究，可以得到有关物质组成、结构以及性质等信息。
该技术在许多领域都得到了广泛应用，特别是在化学、物理学和天文学等领域。
本文将介绍光谱分析的原理和应用，并探讨其与原子结构的关系。
一、光谱的基本概念光谱是将光通过一个光栅或棱镜分解成不同波长的光线所得到的图像。
可见光谱由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七个颜色组成，每种颜色代表一种特定的波长。
根据这个特性，科学家们开始利用光谱进行分析。
二、光谱分析的原理光谱分析利用物质对光的吸收、发射或散射的特性来获取相关信息。
根据不同的光谱类型，可以分成发射光谱、吸收光谱和散射光谱等。
1. 发射光谱当物质受到激发时，会吸收能量并从基态跃迁到激发态。
在返回基态时，物质会发出特定波长的光，形成发射光谱。
通过观察和分析发射光谱的特征峰值，我们可以确定物质的组成和结构。
2. 吸收光谱物质会对特定波长的光吸收而形成吸收光谱。
不同物质对光的吸收程度不同，通过分析吸收光谱可以确定样品中的成分和浓度等信息。
吸收光谱广泛应用于化学分析和生物医学领域。
3. 散射光谱散射光谱是指物质对入射光进行散射，形成一定分布规律的光谱。
其中，拉曼散射光谱（Raman spectrum）是通过检测样品散射光与入射光之间的频率差异而获得的。
拉曼光谱具有高分辨率和选择性，广泛应用于材料科学和表面分析等领域。
三、光谱分析与原子结构的关系光谱分析与原子结构有着密切的关系。
当物质受到激发时，电子从低能级跃迁到高能级，再从高能级返回低能级时会发出特定波长的光。
这种发射光谱的现象与原子的能级结构密切相关。
原子的能级结构由电子在原子中的分布情况决定。
根据泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle）和能级填充规则，不同原子具有不同的能级分布。
当电子跃迁时，能级的差异导致了发射光谱的特征波长。
通过对发射光谱的测量和分析，科学家们可以推断出原子的能级结构和电子分布规律。
原子结构知识：原子的光谱分析
原子结构知识：原子的光谱分析原子的光谱分析光谱分析被称为物质分析的皇冠之一，它是通过研究物质的光谱特性来分析物质成分的一种手段。
光谱分析的应用非常广泛，从天文学到化学，从环境监测到生命科学，都有其独特的应用。
原子的光谱分析是光谱分析的一个重要领域。
原子是化学中最基本的单位，它们包含了质子、中子和电子。
原子结构的研究可以揭示许多化学现象，如雾霾、火山喷发等。
原子的光谱分析是一种利用原子的电子能级结构来研究原子性质的方法，是原子物理学的一个重要分支。
原子光谱分析通常基于原子吸现象。
可见光和紫外线是原子吸收光谱的常见波长范围，因为它们能够被原子的电子能级结构吸收。
在这个光谱中，每一个周波数或者能量都代表一个原子能级的激发。
当一个原子处于低能量状态时，它的电子处于低能量状态的原子轨道，而当它受到带能量的光时，电子被激发成高能量状态的原子轨道，这个过程叫做激发。
在这个过程中，电子吸收了光子的能量，自身能量变高。
电子发生临界激发时，会自发地向低能量状态退回，并且该过程会释放出原子的过剩能量。
能量的释放通常通过光的形式实现，其中稍低于激发波长的特定光子会被释放并放射出去。
基于不同的原子的能级结构，它们会吸收和发射特定的波长和光谱线。
每个元素都有一组特定的波长和光谱线，这些光谱线和波长特征被用于确定原子的存在和原子类型。
这些波长和光谱线可以使用光谱仪来测量。
光谱仪是一种可以测量不同波长和光谱线的仪器，它可以分析特定元素的光谱线强度和波长，并且可以显示出特定的光谱线。
在原子光谱分析中，有许多技术被用来检测特定的光谱线。
例如，原子吸收谱和原子发射谱都是用来研究原子能级结构的。
原子吸收谱使用光源和样品进行比较，通过检测轻微的光强差异来检测特定元素的存在。
而原子发射谱使用放电技术来激发样品，并检测特定元素的光谱线。
这些光谱线可以通过某些技术来检测，例如质谱测量、激光测量和光电子测量等。
总的来说，原子的光谱分析是一种非常重要的手段，它可以用来确定原子的存在和类型，并对原子的能级结构进行研究。
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光电效应及爱因斯坦的光量子假说
•金属受到光照时发射电子的现象叫 “光电效应”，光照产生的电子叫
“光电子”。
•光线由一个个微粒组成,这种微粒 被叫做“光子”，光线则是由光子 组成的微粒流。 •每个光子的能量，就是普朗克方程 中的“hν ”。
小结: “量子化”即“不连续” ！
(Discrete!) ★ 普朗克方程: 光的发射和吸收是量子化的 ★ 光电效应:
Niels Bohr (1885-1962)
• Bohr因其提出的原子结构及 原子光谱的量子理论（1913） 及其后对量子力学发展所作 的贡献，于1922年获Nobel 奖 • Bohr理论是原子结构理论发 展中的一个巨大进展。Bohr 的定态假设和频率条件知道 今天仍然有效。Bohr理论开 创了原子光谱和分子光谱的 理论研究和实验研究的新时 期，使得原子和分子光谱成 为研究原子和分子结构的有 力工具，极大地推动了原子 和分子结构理论的进展
1918年诺贝尔物理学奖获得者—— 普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck） 德国人
1858 — 1947
发现能量子
爱因斯坦在 1948 年 4月悼念普朗克的会上 , 充分肯定了普 朗克常数发现的重大意义：
“这一发现成为20世纪整个物理学研究的基础 , 从那时候起, 几乎完全决定了物理学的发展. 要是 没有这一发现 , 那就不可能建立原子、分子以及 支配它们变化的能量过程的有用理论. 而且, 它还 粉碎了古典力学和电动力学的整个框架,并给科学 提出了一项新的任务 : 为全部物理学找出一个新 的概念基础.”
瑟能 夫量 轨连 道续 变 化 的 卢
光本身也是量子化的
确能 定量 轨不 道连 续 变 化 的
origin of other spectral series
1 1 E h 13 . 6 eV 2 2 n n i f
Lyman Balmer Paschen
氢原子光谱的巴耳末系的广义里德伯公式。 在氢原子的光谱的可见光区，存在一系列的谱线， 各根谱线的波长，或者频率，或者波数满足一定的 纯粹数值上的相互关系：
1 1 1 ~ R 2) H( 2 n n f i
nf 1 ,2 ,3 , n 1 ,nf 2 , i n f
其中v为相应谱线的频率，R为里德伯常数 （ R=1.096776107m-1 ），n取1，2，3， 4，5，· · · 时，就得到不同频率的谱线。
Ernest Rutherford (1871-1937)
[1908年] 诺贝尔 化学奖，研究元 素蜕变和放射性 物质化学
Rutherford, Geiger, and Marsden conceived a new technique for investigating the structure of matter by scattering a particles from atoms.
玻尔理论的基本假设
1913年丹麦物理学家玻尔在 卢瑟福核模型基础上，结合 普朗克量子假设和原子光谱 的分立性，提出假设：
定态假设：原子系统只能处在一系列具有不 连续能量的稳定状态(定态)。定态时核外电 子在一定的轨道上作圆周运动，但不发射电 磁波。
1 1 E h 13 . 6 eV 2 2 1 n i
1 1 E h 13 . 6 eV 2 2 2 n i
1 1 E h 13 . 6 eV 2 2 3 n i
）
波的粒性 粒的波性—波粒二象性
电磁波谱
紫外灾难 r
0
瑞利-金斯线
实验曲线
普朗克的“能量量子化”概念
E = hν
★ 物体无论是吸收或者放出光能, 都只能以“hν”为单位,
一份一份的（不连续的）进行。或者说，只能以 “量子 化的”方式进行。 ★ 这一份一份的能量叫“光量子”或“光子”, 每个光 量子的能量只取决于光的频率。
第二章 原子光谱分析理论基础
2.1
• •
原子结构
希腊的原子说。 1900的科学发现证实原子并非最小物质单位
1) 2) 3) 4)
对应不同元素，似乎有多种特定对应的原子。 原子与电磁光谱现象密切相关。（磁性材料、绝缘 体，导体，不同原子的发射光谱） 只有某些特定元素才能结合。（化学键隐含原子内 部的结构特征） 放射性，X射线，电子的发现，都说明原子在某些 特定的条件下可以打开。
Planetary Model
Байду номын сангаас
行星模型的困扰
•From classical E&M theory, an accelerated electric charge radiates energy (electromagnetic radiation), which means the total energy must decrease. So the radius r must decrease!!
三种原子模型，三种“轨道”概念
卢瑟夫
玻尔
波动力学
行星轨道
西北大学 史启祯
确定轨道
轨道是个区域
从波粒二象性到原子结构的现代模型
Knowledge of atoms in 1900 • 1897年，J.J.汤姆逊 (Joseph John Thomson)在研究了阴 极射线后认为它是一 种带负电的粒子流。 发现电子。 • 1906年的诺贝尔奖。 . • 史称“葡萄干布丁” 模型
Electron 原子的稳定性？ crashes into the 原子光谱的连续性？ nucleus!?
Physics had reached a turning point in 1900 with Planck’s hypothesis of the quantum behavior of radiation, so a radical solution would be considered possible. E =hν h =6.626×10^-34焦耳*秒 1918年诺贝尔 发现基本量子（德国 普朗克