原子发射光谱
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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)；
原子发射光谱法(aes)
谱线强度法
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。
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。
第三章 原子发射光谱法(一).
四、发射光谱为何属于线状光谱
•能级量子化、不连续 •选择定则（跃迁具有一定的选择性）
§2 原子能级与原子光谱
一、光谱项符号
一个e： n
l
m
s
主量子数 角量子数 磁量子数 自旋量子数
多个e： n
L
S
J
内量子数
主量子数 总角量子数 总自旋量子数
1. n （主量子数） ：决定了电子的能量和电子离核的远近
光源
蒸发温度 激发温度/ K 放电稳定性 应用范围
DCA （直流电弧）
高
Spark （火花）
低
4000~7000 瞬间10000
ICP
非常高
6000~8000
稍差 好
很好
定性及半定量 分析
低熔点的金属 和合金以及难 激发元素、高 含量元素的定 量分析
溶液定量分析
<五>、试样引入激发光源的方法
固体 （1）固体自电极法 （2）粉末法
C: N=2，S取1或0
4. J（内量子数）
反映了电子轨道总角动量与电子自旋总角动量之间的偶合
J= L + S
J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），……| L-S |
当L≥S，有2S+1个值， 当L≤S，有2L+1个值。
光谱项符号： n 2S+1LJ
2S+1：谱线的多重性 J：光谱支项
例 ： Na 基态 ：(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
直流电弧 交流电弧
电感耦合等 离子体ICP
〈一〉直流电弧（Direct Current Arc，DCA）
1.工作原理
E：直流电源，220~380V，5~30A R：镇流电阻，稳定及调节电流 L：电感，减小电流波动 G：分析间隙
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
原子发射光谱法
灵敏线 是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是 共振线。
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
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
原子吸收光谱,原子发射光谱,原子荧光光谱
原子吸收光谱,原子发射光谱,原子荧光光谱
原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）：
原子吸收光谱是一种分析技术，用于测量样品中特定金属元素的浓度。
这种技术基于原子在特定波长的光线下吸收能量的原理。
在原子吸收光谱中，样品首先被转化为气态原子，然后通过将样品暴露在特定波长的光下，测量吸收的光强度来确定金属元素的浓度。
该技术常用于环境、食品、生物、地质等领域的元素分析。
原子发射光谱（Atomic Emission Spectroscopy，AES）：
原子发射光谱是一种分析技术，用于测量样品中特定金属元素的浓度。
在原子发射光谱中，样品首先被转化为气态原子，然后通过将样品激发至高能级，测量由于电子跃迁而释放的特定波长的光来确定金属元素的浓度。
原子发射光谱可用于元素分析，其应用广泛，包括金属工业、环境监测、地质研究等领域。
原子荧光光谱（Atomic Fluorescence Spectroscopy，AFS）：
原子荧光光谱是一种分析技术，也用于测量样品中的金属元素浓度。
在原子荧光光谱中，样品首先被转化为气态原子，然后通过特定波长的激发光将原子激发至高能级，然后测量由于电子跃迁而释放的荧光来确定金属元素的浓度。
原子荧光光谱常用于分析痕量金属元素，如汞、砷等，其敏感性高，适用于环境、生物等领域的分析。
原子发射光谱法
第三章 原子发射光谱法
3.1 概论 3.2 基本原理 3.3 原子发射光谱仪器 3.4 原子发射光谱分析方法
Atomic emission spectroscopy
3.1 概论
原子发射光谱法：(atomic emission spectrometry，AES ) 是根据待测物质的气态 原子被激发时所发射的特征线状光谱的波长及 其强度来测定物质的元素组成和含量的一种分 析技术。
3.3.1.1 直流电弧 电源一般为可控硅整流器。常用高频电
压引燃支流电弧。 直流电弧工作时，阴极释放出来的电子
不断轰击阳极，使其表面上出现一个炽热的 斑点。这个斑点称为阳极斑。阳极斑的温度 较高，有利于试样的蒸发。因此，一般均将 试样置于阳极碳棒孔穴中。在直流电弧中， 弧焰温度取决于弧隙中气体的电离电位，一 般约40007000K，尚难以激发电离电位高的 元素。电极头的温度较弧焰的温度低，且与 电流大小有关，一般阳极可达3800℃，阴极 则在3000℃以下。
特点：
①电弧瞬间温度很高，激发能量大，可 激发电离电位高的元素。
②电极头温度低，不利于元素的蒸发。 ③稳定性高，再现性好。 ④自吸现象小，适用于高含量元素分析。 ⑤低熔点金属、合金的分析，高含量元 素的分析,难激发元素的分析。
3.3.1.4 电感耦合等离子体光源 等离子体是一种电离度大于0.1%的电离
交流电弧是介于直流电弧和电火花之间 的一种光源，与直流相比，交流电弧的电极 头温度稍低一些，但由于有控制放电装置， 故电弧较稳定。这种电源常用于金属、合金 中低含量元素的定量分析。
低压交流电弧的特点：（1）交流电弧电 流具有脉冲性，电流密度比直流电弧大，也 让电弧温度高，激发能力强；（2）交流电弧 的稳定性好，这种电源定量分析；（3）由于 交流电弧放电有间歇性，电极温度较低，蒸 发能力略低。
3.1 概论 3.2 基本原理 3.3 原子发射光谱仪器 3.4 原子发射光谱分析方法
Atomic emission spectroscopy
3.1 概论
原子发射光谱法：(atomic emission spectrometry，AES ) 是根据待测物质的气态 原子被激发时所发射的特征线状光谱的波长及 其强度来测定物质的元素组成和含量的一种分 析技术。
3.3.1.1 直流电弧 电源一般为可控硅整流器。常用高频电
压引燃支流电弧。 直流电弧工作时，阴极释放出来的电子
不断轰击阳极，使其表面上出现一个炽热的 斑点。这个斑点称为阳极斑。阳极斑的温度 较高，有利于试样的蒸发。因此，一般均将 试样置于阳极碳棒孔穴中。在直流电弧中， 弧焰温度取决于弧隙中气体的电离电位，一 般约40007000K，尚难以激发电离电位高的 元素。电极头的温度较弧焰的温度低，且与 电流大小有关，一般阳极可达3800℃，阴极 则在3000℃以下。
特点：
①电弧瞬间温度很高，激发能量大，可 激发电离电位高的元素。
②电极头温度低，不利于元素的蒸发。 ③稳定性高，再现性好。 ④自吸现象小，适用于高含量元素分析。 ⑤低熔点金属、合金的分析，高含量元 素的分析,难激发元素的分析。
3.3.1.4 电感耦合等离子体光源 等离子体是一种电离度大于0.1%的电离
交流电弧是介于直流电弧和电火花之间 的一种光源，与直流相比，交流电弧的电极 头温度稍低一些，但由于有控制放电装置， 故电弧较稳定。这种电源常用于金属、合金 中低含量元素的定量分析。
低压交流电弧的特点：（1）交流电弧电 流具有脉冲性，电流密度比直流电弧大，也 让电弧温度高，激发能力强；（2）交流电弧 的稳定性好，这种电源定量分析；（3）由于 交流电弧放电有间歇性，电极温度较低，蒸 发能力略低。
《原子发射光谱》课件
不同的样品类型和测量方法对样品制备的要求也不同，因此需要根据实际情况选择 合适的样品制备方法。
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
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
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；
什么是原子吸收和发射光谱
什么是原子吸收和发射光谱？
原子吸收和发射光谱是研究原子和分子能级结构的重要工具。
它们通过测量物质在不同能级之间的能量转移来研究原子和分子的性质和行为。
原子吸收光谱是指当原子吸收光能时所产生的光谱。
当原子处于低能级时，它们可以吸收特定波长的光能，使得电子跃迁到高能级。
这些吸收的波长对应着原子的特定能级差。
原子吸收光谱可以用来确定物质中特定元素的存在和浓度。
原子发射光谱是指当原子从高能级跃迁到低能级时所产生的光谱。
当原子处于高能级时，它们可以通过释放能量的方式回到低能级。
这个能量的释放会以特定波长的光的形式发射出来。
原子发射光谱也可以用来确定物质中特定元素的存在和浓度。
原子吸收和发射光谱的研究有助于我们了解原子和分子的内部结构和行为。
它们在化学、物理、环境科学等领域中具有广泛的应用。
例如，原子吸收光谱可以用来确定土壤中重金属元素的浓度，发射光谱可以用来分析星系中的元素组成。
为了进行原子吸收和发射光谱的研究，科学家通常使用光谱仪来测量光的强度和波长。
光谱仪可以分析出原子吸收或发射的特定波长，从而提供关于原子能级结构的信息。
此外，科学家还可以通过控制光源的波长和强度来研究原子的不同能级和跃迁过程。
总之，原子吸收和发射光谱是研究原子和分子能级结构的重要工具。
通过测量原子吸收或发射的光谱，我们可以了解原子的能级结构和跃迁过程，从而深入了解物质的性质和行为。
这些知识在科学研究和实际应用中都具有重要的意义。
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当高频线圈通电后，高频电流I通过感应线圈产 生交变磁场。在高频交流电场的作用下，带电 粒子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式放电， 产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生 感应电流（涡电流），其电阻很小，电流很大( 数百安)，产生高温在管口形成稳定的等离子体 焰炬。
不是火焰而是气体放电（光源） 焰心区（白色不透明状）-温度高，发射连续光谱 内焰区（淡蓝色半透明）-原子线、离子线-测光区 尾焰区（无色透明） -温度高，发射连续光谱
是目前发展迅速、最受重视的一种新型光源
几种光源性能的比较
光源 直流电弧 交流电弧 火花 ICP 蒸发温度 激发温度/K 高 中 低 很高 4000-7000 4000-7000 瞬间10000 6000-8000 放电稳定性 较差 较好 好 很好
二、 ICP-AES的结构流程
采用ICP作为光源是ICP-AES与其他光谱仪的主要不同之处。
主要部分： 1. 高频发生器
27 MHz或40 MHz,1000瓦
2. 等离子体炬管
三层同心石英玻璃管
二、 ICP-AES的结构流程
光谱定性分析
由于各种元素原子结构不同，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，这是光谱定性分析 的基础。
如Mg Ⅰ285.21nm为原子线，MgⅡ为一次电离线
基本概念
灵敏线：是指各种元素谱线中最容易激发或激发电位较低的谱线。 共振线：由激发态直接跃迁至基态时所辐射的谱线。 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。 分析线：进行分析时所使用的灵敏线或最后线。
联系：共振线具有最小的激发电位，最容易被激发，为该元素最强的谱线；灵 敏线是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振线；最后线也往往是该元 素的最灵敏线；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，
特点
1）可同时测定多种元素； 2）分析速度快、适用于各种形态的样品； 3）灵敏度高（ICP，PPT）； 4）分析速度快（秒级至几分钟） 5）准确度高（<1%） 6）选择性高
AES基本原理
原子外层电子由高能级向低能级跃迁过程中能量以电磁辐射的形式 发射而得到发射光谱。是线状光谱。 热激发 基态元素M
1) 蒸发能力强，适用于难挥发元素 2) 弧焰温度较低，激发能力较差 3) 弧光游移不定，分析结果适合高含量成分的定量分析
应用
定性和半定量分析：各类试样均适用。
定量分析：矿石、纯金属中的痕量组分。
谱线的自吸和自蚀
自吸：原子在高温发射某一波长的辐射，被 处在边缘低温状态的同种原子所吸收的现象。
激发光源
3）电感耦合等离子体光源（ICP）
等离子体是物质的第四种状态。是指电离了的但在宏观上为电 中性的气体。由大量正负带电粒子和中性粒子组成的高度电离 的气体。无论是部分电离还是完全电离，只要满足电中性均称 为等离子体。
ICP光源
结构：由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负
载线圈，三层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却气。
一、概述
AES是基于待测元素的激发态原子发射的特征谱线来测定试样
中该元素含量的一种光谱分析方法。
发展历史：
1859年，世界上首台AES问世； 1930年，成为成熟的光谱分析方法
为人们认识原子结构理论提供了大量、直接的证据
原子发射光谱分析
AES是根据待测元素激发态原子回到基态时发射的
特征谱线对待测元素进行分析的方法。
通常选择共振线作为分析线。
AES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
检测器
8
激发光源
作用：为试样气化原子化和激发提供能源
1）电弧光源
2）高压火花
3）电感耦合等离子体(Inductively coupled plasma, ICP）
光谱分析法
光谱方法 基于测量辐射的波长和强度 （能级跃迁）
电磁辐射的本质
分子光谱 和原子光谱
辐射能量传递的方式 发射光谱、吸收光谱、拉曼光谱 非光谱方法 （非跃迁，而是基于电磁辐射与物质的相互作用） 折射、反射、散射、偏振 比浊法、X射线衍射
原子发射光谱
atomic emission spectrometry AES
ICP光源
等离子体光源－外观上类似火焰的放电光源
ICP的形成和结构
光源装置：
1) 高频发生器和感 应线圈 2) 炬管和供气系统
3) 试样引入系统
ICP的物理特性
1) ICP的环状结构
交流电通过导体时，电流 密度在导体截面上的分布 是不均匀的，越接近导体 表面，电流密度越大，此 种现象称为趋肤效应。
灵敏线、 共振线、最后线、分析线
光谱定性分析
比较法 1. 标准试样光谱比较法
2. 铁光谱比较法
用于指定元素的鉴定
铁谱比较法适宜同时进行多元素定性鉴定
E
特征辐射
激发态M*
AAS基本原理
原子中某一外层电子由基态激发到高能态所需能量称为激发电 位。原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位。由 第一激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线。共振线具有 最小激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强谱线。 在原子谱线表中，罗马数Ⅰ表示中性原子发射谱线，Ⅱ表示一 次电离离子发射谱线，Ⅲ表示二次电离离子发射谱线
ICP温度分布
焰心区 （预热区） 温度10000 K。试样在一区域被预热、挥发 溶剂和蒸发溶质。 内焰区（测光区） 温度6000-8000 K，是分析物质原子化、激发、 电离与辐射的主要区域，也是光谱分析区。
尾焰区
温度低于6000 K
ICP光源的特点
(1) 极高的灵敏度和稳定性 （温度高、原子化条件好） (2) 宽的线性范围 （4～5个数量级） （自吸少） (3) 无电极污染（无电极放电） （4）光谱背景少（Ar工作气体） （5）对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高。
激发光源
1）电弧光源 （直流或交流）
直流电弧
发生光谱。 阴极释放出来的电子不断轰击阳极而使样品原子化及离子化并产生
击穿
电压 150-380 V 电流：5-30 A
弧焰温度中心 ：4000-7000 K
特点： 绝对灵敏度高、背景小； 适宜于定性分析及低含量杂质的测定 重现性差（不适于定量分析）
直流电弧特点
电压 10-25 KV 电流持续时间 几微秒-几百微妙
电弧和火花区别
持续时间： 电弧放电时间较长，火花较短。交流电弧一般持续5~10mS， 直流电弧则可以持续任意长时间，火花则通常只有数微秒至 数百微秒。 发射谱线：火花以离子谱线为主，而电弧则以中性原子线为主。 特点： 电弧：放电极温较高，原子化效率较高，故灵敏度较高，但电 弧激发能力较弱，一些元素难以被电弧激发。另外，电弧的稳 定性不好，精密度不如火花。 火花：极温不高，原子化不如电弧，故灵敏度不高，但激发 能力强，且精密度优于电弧
激发光源
交流电弧
间歇性放电（脉冲性）
电压 220 V 电流持续时间 5-10 ms
特点： 稳定性高 适宜于定性分析和定量分析 灵敏度稍差
激发光源
高压火花
利用电容的周期性冲放电在两电极间产生电火花
特点：
放电稳定性好、重现性好 可得到瞬间极高的温度（10 000K）而具有高的激发能力 灵敏度低、背景大 不适用于痕量分析