第八章原子发射光谱法
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原子发射光谱法
原子发射光谱法
原子发射光谱法是一种分析物质的技术，它通过激发原子的电子，使其跃迁到更高能级，
从而发射出特定波长的光来，从而分析出其中的元素组成。
原子发射光谱法可以用来分析
物质中的元素组成，以及物质的结构和形状。
原子发射光谱法可以用来测定微量元素，包
括金属、碱金属、非金属、有机物等，这些元素的含量可以低至几十分之一个百万分之一。
原子发射光谱法可以用来分析化学物质的组成，以及它们的构成模式，这是一种非常有效
的分析技术。
仪器分析原子发射光谱法
等离子体与一般气体不同，能够导电。当电流通过时， 可以达到很高温度（10000 K）。具有类似火焰的外形， 实质是一个放电过程，而不是一个燃烧过程。具有和火 焰一样或比火焰更好的在空间和时间上的稳定性，而温 度要比火焰高得多，会增加更多的激发态原子数。等离 子体光源包括电感耦合等离子体（ICP）、直流等离子 体（DCP）和微波等离子体（MIP）。
ICP的焰炬一般具有环状结构，环状结构是ICP具有 优良分析性能的根本保证。
ICP光源分析特点
⑴
检出限低：由于ICP温度高，样品在中央通道受热而激发， 谱线强度大。检出限10-7 ~10-9g。（ICP-MS可达10-9 ~10-12g） 准确度好：温度高，基体效应小，可得到低干扰水平和高准 确度的分析结果。
7.3 分析方法
一、定性分析
不同元素的原子由于结构不同而发射各自不同的特征光谱， 根据元素的特征谱线可以确定该元素是否存在于样品中。
⒈ 灵敏线：信号强的谱线。 ⒉ 共振线：电子由高能态跃迁至基态所发射谱线。 ⒊ 第一（主）共振线：电子从最低高能态至基态所发射的 谱线。 ⒋ 最后线：被测元素含量逐渐降低时最后出现的谱线，即 最灵敏线。
⑸
各种激发光源的比较：
直流电弧 差 高 4000~7000 固体 定性 交流电弧 较好 中 4000~7000 固体 定量 火花 好 低 10000 固体 定量 ICP 良好 很高 6000~10000 溶液 定量
稳定性 蒸发温度 激发温度
分析应用
二、光谱仪
⒈ 光谱仪的基本结构
平行光管、色散元件、暗箱
2. 内标法：
按分析线与内标线强度比进行光谱定量分析的方法。 分析线对：分析线与内标线的强度比。
设分析线和内标线的强度分别为I1和I2，则 I1 = a1 C1b1， I2 = a2 C2b2， I1/ I2= a1 C1b1 /a2 C2b2
ICP的焰炬一般具有环状结构，环状结构是ICP具有 优良分析性能的根本保证。
ICP光源分析特点
⑴
检出限低：由于ICP温度高，样品在中央通道受热而激发， 谱线强度大。检出限10-7 ~10-9g。（ICP-MS可达10-9 ~10-12g） 准确度好：温度高，基体效应小，可得到低干扰水平和高准 确度的分析结果。
7.3 分析方法
一、定性分析
不同元素的原子由于结构不同而发射各自不同的特征光谱， 根据元素的特征谱线可以确定该元素是否存在于样品中。
⒈ 灵敏线：信号强的谱线。 ⒉ 共振线：电子由高能态跃迁至基态所发射谱线。 ⒊ 第一（主）共振线：电子从最低高能态至基态所发射的 谱线。 ⒋ 最后线：被测元素含量逐渐降低时最后出现的谱线，即 最灵敏线。
⑸
各种激发光源的比较：
直流电弧 差 高 4000~7000 固体 定性 交流电弧 较好 中 4000~7000 固体 定量 火花 好 低 10000 固体 定量 ICP 良好 很高 6000~10000 溶液 定量
稳定性 蒸发温度 激发温度
分析应用
二、光谱仪
⒈ 光谱仪的基本结构
平行光管、色散元件、暗箱
2. 内标法：
按分析线与内标线强度比进行光谱定量分析的方法。 分析线对：分析线与内标线的强度比。
设分析线和内标线的强度分别为I1和I2，则 I1 = a1 C1b1， I2 = a2 C2b2， I1/ I2= a1 C1b1 /a2 C2b2
原子发射光谱分析 (2)
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
（1）、直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
A
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；
阴极释放的电子不断撞击阳极，产生高温阳极斑（4000 K）；
等离子体是一种电离度大于0.1%的电离气体，由电子、 离子、原子和分子所组成，其中电子数目和离子数目基本相等， 整体呈现中性。
通常产生等离子体的气体为氩气。 最常用的等离子体光源是直流等离子焰（DCP）、电感耦 合高频等离子炬（ICP）、容耦微波等离子炬（CMP）和微波诱 导等离子体（MIP）等。
电感耦合等离子体
ms 光谱的多重性(M)：
M=2S+1
内量子数(J)：光谱支项 J = L+S、•••、 L-S J = S+L、•••、 S-L
(LS )
(S >L)
（二）.原子的能级与能级图
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
第八章 原子发射光谱分析法
•原子光谱法（Atomic spectroscopy methods）是基于激 发（热能、电能或光能）下的气态原子的外层电子的能级 间跃迁过程中吸收或发射的特征谱线而建立的光学分析法。 •研究与光谱线有关的特征物理量：波长和强度 波长—定性 强度—定量 •原子光谱类型 原子发射光谱：发射（吸收热能、激发以后回到基态时） 原子荧光光谱：发射（吸收光辐射、激发以后回到基态时） 原子吸收光谱：吸收（吸收光辐射、基态到激发态时） •分析对象：元素分析（Elemental analysis）
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。
第八章 原子发射光谱法
3. 高压火花：高频高压引燃并放电
B
L
R1
D
220V
V~
C
G
D
220V－10 ~25kV （B）－ C充电电压达到分析间隙G的击穿电压时
－通过电感L向分析间隙 G 放电；产生具有振荡特性的火花放电。放电
完以后，又重新充放电，反复进行－火花不灭。 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；
第八章 原子发射光谱法 (Atomic emission spectrometry，
AES)
22:48:47
1
光学原子光谱法基础
一、原子的光谱项(属于结构化学，在此直接
引用） 原子光谱是由原子外层的电子在两能级间跃迁而产 生的，原子的能级通常用光谱项符号来表示：
n2S+1LJ 或 nMLJ
n为主量子数；L为总角量子数；S为总自旋量子数； J为内量子数，又称光谱支项。M=2S+1,称为谱线 的多重性。
22:48:47
42
(3) ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小； (4) Ar气体产生的背景干扰小； (5) 无电极放电，无电极污染； ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放 电。
缺点： 对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高 。
22:48:47
43
22:48:47
44
5.试样引入激发光源的方法
22:48:47
8
（2）多普勒变宽（热变宽） ΔVD
由于原子在空间作无规则热运动所导致的变宽
，故又称热变宽。
通常为10-4～10-3nm，它是谱线变宽的主要因
原子发射光谱法
近年来，随着电荷耦合器件(CCD)等检测器的使 用，使多元素同时分析能力大大提高。
光 源
火焰
电弧
ICP
检 测
感光板
光电倍增管
CCD
器
摄谱仪
感光板
AES的发展简史
单道扫描
全谱直读
固体检测器(CCD)
PMT
多道
PMT
原子发射光谱分析的优缺点
优点：
1、具有多元素同时分析能力 2、既可进行定性、也可进行定量分析 3、具有较高的灵敏度和选择性（ng/ml ~ pg/ml） 4、仪器较简单（与X射线荧光、ICP质谱法相比）
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
电荷耦合器件（Charge Coupled Device, CCD检测器)
>70,000个感光元以连续倾
角阵列排列
波长连续测定 图象匹配技术 (I-MAP) 电信号处理速度提高40倍
( L + S, L+S – 1, …, |L –S|) L ≥ S, 2S + 1个值, L ＜ S, 2L +1 个值
如：钠原子的光谱支项符号 32S1/2
n 2S +1 L
表示钠原子的电子处于的能级状态 J
（基态能级）
n=3，2S+1 =2 (S = 1/2)，L =0，J = L +S=1/2
32P1/2 32P3/2
31P1
33P2—33P1—33P0
32S1/2
31S0
பைடு நூலகம்
不同元素的原子因能级结构不同，因此跃迁所产生的谱 线具有不同的波长特征。根据谱线特征可以进行发射光 谱定性分析。
光 源
火焰
电弧
ICP
检 测
感光板
光电倍增管
CCD
器
摄谱仪
感光板
AES的发展简史
单道扫描
全谱直读
固体检测器(CCD)
PMT
多道
PMT
原子发射光谱分析的优缺点
优点：
1、具有多元素同时分析能力 2、既可进行定性、也可进行定量分析 3、具有较高的灵敏度和选择性（ng/ml ~ pg/ml） 4、仪器较简单（与X射线荧光、ICP质谱法相比）
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
电荷耦合器件（Charge Coupled Device, CCD检测器)
>70,000个感光元以连续倾
角阵列排列
波长连续测定 图象匹配技术 (I-MAP) 电信号处理速度提高40倍
( L + S, L+S – 1, …, |L –S|) L ≥ S, 2S + 1个值, L ＜ S, 2L +1 个值
如：钠原子的光谱支项符号 32S1/2
n 2S +1 L
表示钠原子的电子处于的能级状态 J
（基态能级）
n=3，2S+1 =2 (S = 1/2)，L =0，J = L +S=1/2
32P1/2 32P3/2
31P1
33P2—33P1—33P0
32S1/2
31S0
பைடு நூலகம்
不同元素的原子因能级结构不同，因此跃迁所产生的谱 线具有不同的波长特征。根据谱线特征可以进行发射光 谱定性分析。
8.2 原子发射光谱定量分析
加入K+标准溶液体积/mL 0.00 1.00 2.00 4.00
强度 105 216 328 550
求该血清试样中钾的浓度并判断该浓度是否处于正常范围？
标准加入法 I = aC
8.2 AES光谱定量分析
标准加入法 I = aC
以强度对加入标样的浓度作图（右图） 反向延长直线，与X轴交点得到Cx 线性方程 I = 69.55Cx + 105
计算 I = 0 时，Cx = 1.51 g·mL-1
0.20 mL血清试样浓度
1.51*25.0/0.20 = 188.75 (g·mL-1 )
188.75/39.098 = 4.83 (mmol·L-1) 人的正常血清中含钾量为3.5 ~ 8.5 mmol·L-1 该浓度处于正常范围 答：血清试样中钾的浓度为4.83 mmol·L-1，该浓度 处于正常范围。
nm
lgR
标样1 0.08 285 293 0.97 -0.012
标样2 0.13 323 310 1.04 0.018
标样3 0.20 418 389 1.07 0.031
标样4 0.30 429 384 1.12 0.048
lgC
-1.10 -0.89 -0.70 -0.52
未知样 x 392 372 1.05 0.022 -0.79
在被测元素的光谱中选择一条作为分析线(强度I)，再选择内标物的一
条谱线(强度I0)，组成分析线对
I a cb I0 a0 c0b0
内标法定量的基本关系式
R I a cb Acb I 0 a0 c0b0
lg R b lg c lg A
注02lgC + 0.103 当 lgR = 0.022 时，lgC = -0.79，C = 0.16
《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
中国地质大学《分析化学》第8章原子吸收光谱法
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2019/1/29
（3）原子吸收线的宽度
3)压力变宽(pressure boradening)
由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子 和电子等）间的相互作用而产生的谱线变宽，统称 为压力变宽。 压力变宽有两种：
罗伦兹(Lorentz )变宽——不同粒子碰撞引起的谱 线变宽；
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2019/1/29
（3）原子吸收线的宽度
2)多普勒变宽(Doppler broadening)
多普勒变宽——原子在空间作相对热运动 引起的谱线变宽。 由于辐射原子作无规则的热运动，它与位 置固定的观测器间便产生相对的位移，从而发 生多普勒效应，使谱线变宽。这种谱线变宽由 于是热运动产生的，所以又称为热变宽。一般 可达10-3 nm，是谱线变宽的主要因素。
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2019/1/29
空心阴极灯
空心阴极灯的特点： 发射的谱线窄； 发射强度较大； 光源稳定性好； 使用寿命长。 缺陷： 单元素灯。
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2019/1/29
光源调制
光源调制：
来自火焰的辐射背景（连续光谱，直流信号）可与待测 物吸收线一同进入检测器，尽管单色器可滤除一部分背景， 但仍不能完全消除这些背景对测定的干扰。为此，必须对光 源进行“调制”。 光源调制定义：将入射光所产生的直流信号转换成交流信号，通 过电学方法将其与来自火焰的直流信号滤掉（RC电路），从 而避免火焰背景干扰。 光源调制方法： 1）机械调制—在光源和火焰之间加一切光器（分成四个扇形， 其中对角的两个扇形可让入射光通过）并以一定的速度（频 率）旋转，入射光被“切”成交变的光。 2）电学调制：通过脉冲方式给光源供电，直接产生“脉冲”光。
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（3）原子吸收线的宽度
3)压力变宽(pressure boradening)
由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子 和电子等）间的相互作用而产生的谱线变宽，统称 为压力变宽。 压力变宽有两种：
罗伦兹(Lorentz )变宽——不同粒子碰撞引起的谱 线变宽；
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（3）原子吸收线的宽度
2)多普勒变宽(Doppler broadening)
多普勒变宽——原子在空间作相对热运动 引起的谱线变宽。 由于辐射原子作无规则的热运动，它与位 置固定的观测器间便产生相对的位移，从而发 生多普勒效应，使谱线变宽。这种谱线变宽由 于是热运动产生的，所以又称为热变宽。一般 可达10-3 nm，是谱线变宽的主要因素。
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空心阴极灯
空心阴极灯的特点： 发射的谱线窄； 发射强度较大； 光源稳定性好； 使用寿命长。 缺陷： 单元素灯。
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光源调制
光源调制：
来自火焰的辐射背景（连续光谱，直流信号）可与待测 物吸收线一同进入检测器，尽管单色器可滤除一部分背景， 但仍不能完全消除这些背景对测定的干扰。为此，必须对光 源进行“调制”。 光源调制定义：将入射光所产生的直流信号转换成交流信号，通 过电学方法将其与来自火焰的直流信号滤掉（RC电路），从 而避免火焰背景干扰。 光源调制方法： 1）机械调制—在光源和火焰之间加一切光器（分成四个扇形， 其中对角的两个扇形可让入射光通过）并以一定的速度（频 率）旋转，入射光被“切”成交变的光。 2）电学调制：通过脉冲方式给光源供电，直接产生“脉冲”光。
原子发射光谱法
a
b
二、定量分析基础-谱线强度
在i, j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：
I ij= Ni Aij hυij (1) (Aij 为跃迁几率)
在高温下，处于热力学平衡状态时， 单 Ni位之体间积遵的守基Bo态ltz原m子an数n分N布0与定激律发态原子数
Ni = N0 gi/g0 e-E/kT (2)
第三节 原子发射光谱仪
原子发射光谱法仪器分为三部分：光源、分光 仪和检测器。
一、光源 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。 光源的类型：
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP) （Inductively coupled plasma）
主要部分：
1. 高频发生器 2. 等离子体炬管 3. 试样雾化器 4. 光谱系统
R = I / I0 =Acb 取对数，得
lgR = blgc + lgA
此式为内标法光谱定量分析的基本关系式。
2. 校准曲线法： 在确定的分析条件下，用三个或三个以上
含有不同浓度被测元素的标准样品与试样 在相同的条件下激发光谱，以分线强度I或 内标分析线对强度比R或lgR对浓度c或lgc做 校准曲线。再由校准曲线求得试样被测元 素含量。
为(Bgoi,ltgz0m为an激n常发数态，和T基为态温的度统。计) 权，Ei为激发电位，K
把(2)代入(1)得：
Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
此式为谱线强度公式。 Iij 正比于基态原子N0 ，也就是说 Iij ∝C，这就 是定量分析依据。
影响谱线强度的因素为：
（1）统计权重(gi/g0)
影响谱线强度的因素为：
（4）激发温度(T)
温度升高，谱线强度增大。但温度升高， 电离的原子数目也会增多，而相应的原子 数减少，致使原子谱线强度减弱，离子的 谱线强度增大。
b
二、定量分析基础-谱线强度
在i, j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：
I ij= Ni Aij hυij (1) (Aij 为跃迁几率)
在高温下，处于热力学平衡状态时， 单 Ni位之体间积遵的守基Bo态ltz原m子an数n分N布0与定激律发态原子数
Ni = N0 gi/g0 e-E/kT (2)
第三节 原子发射光谱仪
原子发射光谱法仪器分为三部分：光源、分光 仪和检测器。
一、光源 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。 光源的类型：
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP) （Inductively coupled plasma）
主要部分：
1. 高频发生器 2. 等离子体炬管 3. 试样雾化器 4. 光谱系统
R = I / I0 =Acb 取对数，得
lgR = blgc + lgA
此式为内标法光谱定量分析的基本关系式。
2. 校准曲线法： 在确定的分析条件下，用三个或三个以上
含有不同浓度被测元素的标准样品与试样 在相同的条件下激发光谱，以分线强度I或 内标分析线对强度比R或lgR对浓度c或lgc做 校准曲线。再由校准曲线求得试样被测元 素含量。
为(Bgoi,ltgz0m为an激n常发数态，和T基为态温的度统。计) 权，Ei为激发电位，K
把(2)代入(1)得：
Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
此式为谱线强度公式。 Iij 正比于基态原子N0 ，也就是说 Iij ∝C，这就 是定量分析依据。
影响谱线强度的因素为：
（1）统计权重(gi/g0)
影响谱线强度的因素为：
（4）激发温度(T)
温度升高，谱线强度增大。但温度升高， 电离的原子数目也会增多，而相应的原子 数减少，致使原子谱线强度减弱，离子的 谱线强度增大。
第八章 原子吸收光谱
12:19:39
（3）火焰
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解等过程产生大 量基态原子。
火焰温度的选择：
只要保证待测元素充分离解为基态原子就可以，超过所需 温度，使激发态原子增加；
（a）确保待测元素充分离解为基态原子的前提下，选用低 温火焰
（b）火焰温度取决于燃气与助燃气类型。(表8-3)
12:19:39
温
度
虚线：阶梯升温
oC
实线：斜坡升温
干燥
灰化
原子化 净化
时间，t
干 燥：去除溶剂，防样品溅射； 灰 化：使易挥发的基体和有机物尽量除去； 原子化：待测物化合物分解为基态原子 净 化：样品测定完成，高温去残渣，净化石墨管。
12:19:39
（3）石墨管原子化器的优缺点
优点：原子化程度高，试样用量少 缺点：背景干扰比火焰法大，精密度差（自动进样装置）
或由标准试样数据获得线性方程，将测定试样的吸光度A
数据带入计算。
12:19:39
2.标准加入法 取若干份体积相同的试液（cX），依次按比例加入不同
量的待测物的标准溶液（cO），定容后浓度依次为： cX ， cX +cO ， cX +2cO ， cX +3cO ， cX +4 cO ……
分别测得吸光度为：AX，A1，A2，A3，A4……。 以A对加入量做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度 。
2 π ln 2 e2
A 0.434 D mc N0 fL kLN0 当使用锐线光源时，吸光度与原子蒸汽中待测元素的 基态原子数成正比 A kLN0
12:19:39
火焰温度低于3000K时，可以用基态原子数代表待测元 素的原子总数
当使用锐线光源时，A = k N0 L =k’ c （比尔定律）
（3）火焰
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解等过程产生大 量基态原子。
火焰温度的选择：
只要保证待测元素充分离解为基态原子就可以，超过所需 温度，使激发态原子增加；
（a）确保待测元素充分离解为基态原子的前提下，选用低 温火焰
（b）火焰温度取决于燃气与助燃气类型。(表8-3)
12:19:39
温
度
虚线：阶梯升温
oC
实线：斜坡升温
干燥
灰化
原子化 净化
时间，t
干 燥：去除溶剂，防样品溅射； 灰 化：使易挥发的基体和有机物尽量除去； 原子化：待测物化合物分解为基态原子 净 化：样品测定完成，高温去残渣，净化石墨管。
12:19:39
（3）石墨管原子化器的优缺点
优点：原子化程度高，试样用量少 缺点：背景干扰比火焰法大，精密度差（自动进样装置）
或由标准试样数据获得线性方程，将测定试样的吸光度A
数据带入计算。
12:19:39
2.标准加入法 取若干份体积相同的试液（cX），依次按比例加入不同
量的待测物的标准溶液（cO），定容后浓度依次为： cX ， cX +cO ， cX +2cO ， cX +3cO ， cX +4 cO ……
分别测得吸光度为：AX，A1，A2，A3，A4……。 以A对加入量做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度 。
2 π ln 2 e2
A 0.434 D mc N0 fL kLN0 当使用锐线光源时，吸光度与原子蒸汽中待测元素的 基态原子数成正比 A kLN0
12:19:39
火焰温度低于3000K时，可以用基态原子数代表待测元 素的原子总数
当使用锐线光源时，A = k N0 L =k’ c （比尔定律）
第八章原子吸收光谱
换用纯度较高的单元素灯减小干扰。
（3）灯的辐射中有连续背景辐射， 用较小通带或更换灯。
二 物理干扰（基体效应） 指试液与标准溶液物理性质(如粘度、
表面张力、雾化气体的压力等)有差别 而产生的干扰。是非选择性干扰。
消除方法：
1. 采用与被测试样组成相似的标准样 品制作工作曲线。 2. 标准加入法。
基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。
产生共振吸收线（简称共振线）
激发态基态
吸收光谱
发射出一定频率的辐射。
产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱
特征吸收 基态元素M E 特征辐射 激发态M*
1.原子吸收与原子发射法的对比
（1）吸收辐射后基态的原子数减少，辐射吸收值与基
态原子的数量有关，也即由吸收前后辐射光强度的变化
I
e
0
I d
将 It=I0e-KvL 代入上式： I e I e-K L d 0
则： A lg
e
e
0
0
I 0 d
0
I 0 e -K L d
用锐线光源测量，则Δve< Δva ，
由图可见，在辐射线宽度范围内，Kν
可近似认为不变，近似等于峰值时的 吸收系数K0。
气体测量管中进行吸光度测量。 特点：常温测量； 灵敏度、准确度较高（可达10-8 g汞）。
五、单色器
1.作用 2.组件 将待测元素的共振线与邻近线分开。 色散元件（棱镜、光栅）、凹凸镜、狭缝等。 两条谱线间的距离与波长差的比
3.单色器性能参数 （1）线色散率（D）
值ΔX/∆λ 。实际工作中常用其倒数 ∆λ/ ∆X 。
将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，送
第七章 第八章原子发射和吸收光谱
原子发射光谱分析的特点
(4) 检出限低。一般光源可达10～0.1μg﹒g-1（或μg﹒cm-3），绝
对值可达1～0.01μg。电感耦合高频等离子体（ICP）检出限可
达ng﹒g-1级。 (5) 准确度较高。一般光源相对误差约为5％～10％，ICP相对误 差可达1％以下。 (6) 试样消耗少。
(7) ICP光源校准曲线线性范围宽可达4～6个数量级。这样可测
特征谱线
{ 强度I：
波长λ：定性分析 定量分析
影响谱线强度：
（1）激发电位---谱线强度与激发电位是负指数关系， 激发电位愈高，谱线强度愈小，因为激发电位愈高， 处在相应激发态的原子数目愈少。
（2）跃迁概率---电子从高能级向低能级跃迁时，在 符合选择定则的情况下，可向不同的低能级跃迁而 发射出不同频率的谱线；两能级之间的跃迁概率愈 大，该频率谱线强度愈大。所以，谱线强度与跃迁 概率成正比。
扰的最后线与灵敏线。
元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振 线----灵敏线 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(也是该元素的最灵敏线)----最后线
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。
元素浓度高自吸严重时将谱线中心完全吸收--自蚀。
8-2 原子吸收光谱分析基本原理
• 原子吸收光谱的产生
样品转化为原子蒸气后，绝大部分处于基 态，光源发射的共振发射线通过原子蒸气，其 入射光强度为I0，产生共振吸收，透射光的 强度I与电磁辐射通过原子蒸气的宽度（即火 焰的宽度）L的关系(同有色溶液吸收电磁辐射 的情况完全类似)服从吸收定律。
共振线与吸收线
定元素各种不同含量（高、中、微含量）。一个试样同时进行 多元素分析，又可测定各种不同含量。
第八章 原子吸收光谱分析.
变宽程度
DVD 7.162107 V0
T M
多普勒变宽与吸收原子自身的相对原子质量的平方根成反比， 与火焰的温度平方根成正比，与谱线频率有关。
3、压力变宽
由于原子相互碰撞使能级发生稍微变化引起的变宽，又称
为碰撞（Collisional broadening）变宽。它是由于碰撞使
激发态寿命变短所致。外加压力越大，浓度越大，变宽越显
仪器分析-原子吸收光谱分析
K0Βιβλιοθήκη 2 lnDvD
2
e2 mc
N0
f
将上式带入朗伯比尔定律中得到
2 π ln 2 e2
A 0.4343K 0L 0.4343 D D mc N0 fL kLN0
由于N0 ∝N∝c
（ N0基态原子数，N原子总数，c 待测元素浓度）
所以：A=KLN0=K′LN=K′′c
仪器分析-原子吸收光谱分析
原子吸收光谱分析的常规模式
定 量 分 析
3
仪器分析-原子吸收光谱分析
§8-2 原子吸收光谱分析基本原理
一、共振线
E3
1、共振吸收线
E2
使电子由基态跃迁到
第一激发态所产生的
吸收谱线称为共振吸
E1
收线（也简称共振线）
A
B
E0
A 产生吸收光谱
B 产生发射光谱
E0 基态能级 E1、E2、E3、激发态能级
吸收线的宽度受多种因素影响，一类是由原子性质所决定，另 一类是外界因素。
1、自然宽度 Δ N
无外界因素影响时，谱线固有的宽度叫自然宽度。
自然宽度与激发态原子的平均寿命有关。一般约10-5nm。
照射光具有一定的宽度。
原子发射光谱法
3.3.6 光谱仪器类型
光电直读光谱仪分为多道直读光谱仪、 单道扫描光谱仪和全谱直读光谱仪三种。 前两种仪器采用光电倍增管作为检测器， 后一种采用固体检测器。 1.摄谱仪 2.多道直读光谱仪 3.单道扫描光谱仪 4.全谱直读光谱仪
3.3.6.1 摄谱仪
平面光栅摄谱仪
3.3.6.2 多道直读光谱仪
3.2 基本原理
3.2.1原子发射光谱的产生
原子的核外电子一般处在基态运动， 当获取足够的能量后，就会从基态 跃迁到激发态，处于激发态不稳定 （寿命小于10 -8 s），迅速回到基态 时，就要释放出多余的能量，若此 能量以光的形式出显，既得到发射 光谱。
8/6/2013
能量与光谱
ΔE=E2- E1 =h c/λ =hυ =hσc λ= h c/E2-E1 υ= c /λ σ= 1/λ
3.3.2.1 溶液试样
气动雾化器：利用动力学原理将液体试样 变成气溶胶并传输到原子化器的进样方式。
(a) 同心雾化器;
(b) 交叉型雾化器;
(c) 烧结玻璃雾化器; (d) Babington雾化器
3.3.2.1 溶液试样
超声雾化器进样是根据超声波振动的 空化作用把溶液雾化成气溶胶后，由载气 传输到火焰或等离子体的进样方法。
好
ICP
很高
6000～8000 最好
3.3.4 分光仪
原子发射光谱的分光仪目前采用棱镜和
光栅两种分光系统。请参阅第2章。
3.3.5 检测器
目视法：用眼睛来观测谱线强度的方法称 为目视法。仅适用于可见光波段。 摄谱法：用感光板记录光谱。 光电法：光电转换器件是光电光谱仪接收 系统的核心部分，主要是利用光电效应将 不同波长的辐射能转化成光电流的信号。
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；
《仪器分析》原子发射光谱法
ms ＝±1/2，±3/2，∙∙∙，±S （当S为半整数时）
共有2S+1个值。
总角动量量子数（也称总内量子数）J等于L和S的矢量和， 即J＝L＋S。J的取值为： J＝L+S，L+S-1，L+S-2，∙∙∙，| L-S | 若L≥S ，数值从J＝L＋S到L-S，共有（2S＋1）个; 若L<S，数值从J＝L＋S到S-L，共有（2L＋1）个。 例如，L＝2，S＝1，即2S＋1＝3， 则J＝3，2，1，有 3个J值。
n是主量子数。 L是原子总角量子数，用大写英文字母S，P，D，F ∙∙∙ 表示。 L ＝ 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， ∙∙∙ ，（ 2S ＋ 1 ）的数值写在 L 符号的左上角， （2S＋1）为光谱项的多项性，也可以用符号M表示。 因每一个光谱项有（2S＋1）个不同的J值，把J值注在L的右 下角表示光谱支项，每一个光谱项有（2S＋1）个光谱支项。 由于 L 与 S 的相互作用，光谱支项的能级略有不同，这（ 2S ＋1）个略有不同的能级在光谱中形成（2S＋1）条距离很短的 线，称为多重线。若2S＋1等于2或者3，分别称为二重线和三重 线。 当 L<S 时，每一个光谱支项只有（ 2L ＋ 1 ）个支项，但（ 2S ＋1）还称为多重性，所以“多重性”的定义是（2S＋1），不 一定代表光谱支项的数目。
原子发射光谱法（AES）
原子发射光谱是基于当原子或离子受激发的外 层电子从较高的激发态跃迁到较低的能级或者基态 能级，多余的能量以光的形式辐射出来，从而产生 发射光谱。这样产生的光谱是线光谱。
原子的线光谱是元素的特征，不同的元素具有 不同的特征光谱，是定性定量分析的基础。原子发 射光谱法是元素分析的重要方法之一。
跃迁的谱线称为第一共振线或主共振线。
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1859年，基尔霍夫和本生研制了第一台用于光谱分 析的分光镜，实现了光谱检验；
1930年以后，建立了光谱定量分析方法
原子发射光谱分析的特点
优点：
(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 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (5)准确度较高 5%～10% (一般光源）； <1% (ICP) ； (6)ICP性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中、低不
AES 定性及定量原理
定性原理： 由于原子或离子的能级很多并且不同元素
的结构是不同的，因此对 特定元素的原子或 离子可产生一系不同波长的特征光谱，通过识 别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析 定量原理：
通过谱线的强度来测定元素的含量进行定 量分析。
4 谱线的自吸与自蚀
等离子体有一定的体积，温度分布是不均匀的。 中心部位温度高；边缘部位温度低。中心区域激发态 原子多；边缘区域基态原子、低能态原子比较多。这 样，元素原子从中心发射一定波长的电磁辐射时，必 须通过有一定厚度的原子蒸气，在边缘区域，同元素 的基态原子或低能态原子将会对此辐射产生吸收，此 过程称为元素的自吸过程。
激发态 基态
量子化能级： 产生不连续的
线状光谱
辐射跃迁与无辐射跃迁
辐射跃迁：以光辐射的形式释放出多余的能 量。
无辐射跃迁：与其它同种或异种原子碰撞， 转变为其它原子的激发能、动能或化学能。
2、原子发射线有关术语
原子线与离子线：原子外层电子跃迁产生的谱线为原 子线，记为Ca(Ⅰ)；离子外层电子受激发后产生的谱 线，记为Ca(Ⅱ)
共振线与主共振线：
共振线：由各激发态跃迁回 基态时所发射的谱线
主共振线：由第一激发态 h 跃迁回基态时所发射的谱线， 最易发生，能量最小。
共振吸收
灵敏线、最后线与分析线
灵敏线：元素的最特征谱线，一般主共振线 为灵敏线
最后线：当元素含量减小到最低时，仍然坚 持到最后出现的谱线。含量低时，最后线为 灵敏线，含量高时不一定。
第二节 原子发射光谱仪
原子发射光谱仪器的基本结构由三部分组成，即激 发光源、单色器和检测器。 按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法； 按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；
世界上速度最快的全谱 直读式ICP-AES
摄谱仪光路图
1 光源
激发光源是原子发射光谱仪中一个极为重要 的组成部分
光源种类
（1） 直流电弧 直流电弧发生器的基本电路如图所示。利用直流
电作为激发能源，常用电压为150～380V，电流为5～ 30A。绝对灵敏度高，背景小，适于进行定性分析及 低含量杂质的测定，电极头温度高，不宜进行定量分 析及低熔点元素的分析。
直流电弧发生器
（2） 交流电弧
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；
(3)仪器价格贵。现在一般仪器的价格在60～70万元。
二、原子发射光谱分析基本原理
1 原子发射光谱的产生
原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，多余
能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得到了发
射光谱。原子发射光谱是线状光谱。
谱线波长与能量的关系为:
λ hc
热能、电能
E2 E1
基态元素M
E
激发态M*
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；
第四章 原子发射光谱分析法
第一节 基本原理 第二节 原子发射光谱仪 第三节 光谱定性及定量分析方法 第四节 原子发射光谱法的特点及应用
第一节 基 Emission Spectrosmetry, AES），是根据处于激发态的待测元 素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。
2）振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器 C2将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电；
3）当G被击穿时，电源的低压部分沿着已造成的电离 气体通道，通过G进行电弧放电；
4）在放电的短暂瞬间，电压降低直至电弧熄灭，在下 半周高频再次点燃，重复进行；
交流电弧特点
1）电弧温度高，激发能力强； 2）电极温度稍低，蒸发能力稍低； 3）电弧稳定性好，使分析重现性好，适用于定量分析。
分析线：用来进行定性定量分析的谱线
λ＝2265Å是Cd元素的最后线。
3 谱线强度
试样浓度低时，I=aC
a是与试样蒸发、激发过程和组成等有关的常数
试样浓度高时，I=aCb
b为自吸收系数，与谱线的自吸收有关 影响谱线强度的因素： （1）激发能越小，谱线强度越强； （2）温度升高，谱线强度增大，但易电离
同含量试样；
局限性
(1)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。
(2)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。
它的作用是给分析试样提供蒸发、原子化或 激发的能量。
在光谱分析时，试样的蒸发、原子化和激发 之间没有明显的界限，这些过程几乎是同时 进行的，而这一系列过程均直接影响谱线的 发射以及光谱线的强度。
原子发射光谱仪的光源类型
目前常用的光源有以下两种：一类是经典光 源（直流电弧、交流电弧及高压火花），另 一类是等离子体及辉光放电光源，其中以电 感耦合等离子体光源（ICP）居多，在不同 的领域中得到广泛的应用。
（3） 高压火花
1）交流电压经变压器T后，产生10～25kV的高压，然 后通过扼流圈D向电容器C充电，达到G的击穿电压时， 通过电感L向G放电，产生振荡性的火花放电；
2）转动续断器M，2,3 为钨电极，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；
1930年以后，建立了光谱定量分析方法
原子发射光谱分析的特点
优点：
(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 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (5)准确度较高 5%～10% (一般光源）； <1% (ICP) ； (6)ICP性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中、低不
AES 定性及定量原理
定性原理： 由于原子或离子的能级很多并且不同元素
的结构是不同的，因此对 特定元素的原子或 离子可产生一系不同波长的特征光谱，通过识 别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析 定量原理：
通过谱线的强度来测定元素的含量进行定 量分析。
4 谱线的自吸与自蚀
等离子体有一定的体积，温度分布是不均匀的。 中心部位温度高；边缘部位温度低。中心区域激发态 原子多；边缘区域基态原子、低能态原子比较多。这 样，元素原子从中心发射一定波长的电磁辐射时，必 须通过有一定厚度的原子蒸气，在边缘区域，同元素 的基态原子或低能态原子将会对此辐射产生吸收，此 过程称为元素的自吸过程。
激发态 基态
量子化能级： 产生不连续的
线状光谱
辐射跃迁与无辐射跃迁
辐射跃迁：以光辐射的形式释放出多余的能 量。
无辐射跃迁：与其它同种或异种原子碰撞， 转变为其它原子的激发能、动能或化学能。
2、原子发射线有关术语
原子线与离子线：原子外层电子跃迁产生的谱线为原 子线，记为Ca(Ⅰ)；离子外层电子受激发后产生的谱 线，记为Ca(Ⅱ)
共振线与主共振线：
共振线：由各激发态跃迁回 基态时所发射的谱线
主共振线：由第一激发态 h 跃迁回基态时所发射的谱线， 最易发生，能量最小。
共振吸收
灵敏线、最后线与分析线
灵敏线：元素的最特征谱线，一般主共振线 为灵敏线
最后线：当元素含量减小到最低时，仍然坚 持到最后出现的谱线。含量低时，最后线为 灵敏线，含量高时不一定。
第二节 原子发射光谱仪
原子发射光谱仪器的基本结构由三部分组成，即激 发光源、单色器和检测器。 按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法； 按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；
世界上速度最快的全谱 直读式ICP-AES
摄谱仪光路图
1 光源
激发光源是原子发射光谱仪中一个极为重要 的组成部分
光源种类
（1） 直流电弧 直流电弧发生器的基本电路如图所示。利用直流
电作为激发能源，常用电压为150～380V，电流为5～ 30A。绝对灵敏度高，背景小，适于进行定性分析及 低含量杂质的测定，电极头温度高，不宜进行定量分 析及低熔点元素的分析。
直流电弧发生器
（2） 交流电弧
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；
(3)仪器价格贵。现在一般仪器的价格在60～70万元。
二、原子发射光谱分析基本原理
1 原子发射光谱的产生
原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，多余
能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得到了发
射光谱。原子发射光谱是线状光谱。
谱线波长与能量的关系为:
λ hc
热能、电能
E2 E1
基态元素M
E
激发态M*
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；
第四章 原子发射光谱分析法
第一节 基本原理 第二节 原子发射光谱仪 第三节 光谱定性及定量分析方法 第四节 原子发射光谱法的特点及应用
第一节 基 Emission Spectrosmetry, AES），是根据处于激发态的待测元 素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。
2）振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器 C2将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电；
3）当G被击穿时，电源的低压部分沿着已造成的电离 气体通道，通过G进行电弧放电；
4）在放电的短暂瞬间，电压降低直至电弧熄灭，在下 半周高频再次点燃，重复进行；
交流电弧特点
1）电弧温度高，激发能力强； 2）电极温度稍低，蒸发能力稍低； 3）电弧稳定性好，使分析重现性好，适用于定量分析。
分析线：用来进行定性定量分析的谱线
λ＝2265Å是Cd元素的最后线。
3 谱线强度
试样浓度低时，I=aC
a是与试样蒸发、激发过程和组成等有关的常数
试样浓度高时，I=aCb
b为自吸收系数，与谱线的自吸收有关 影响谱线强度的因素： （1）激发能越小，谱线强度越强； （2）温度升高，谱线强度增大，但易电离
同含量试样；
局限性
(1)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。
(2)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。
它的作用是给分析试样提供蒸发、原子化或 激发的能量。
在光谱分析时，试样的蒸发、原子化和激发 之间没有明显的界限，这些过程几乎是同时 进行的，而这一系列过程均直接影响谱线的 发射以及光谱线的强度。
原子发射光谱仪的光源类型
目前常用的光源有以下两种：一类是经典光 源（直流电弧、交流电弧及高压火花），另 一类是等离子体及辉光放电光源，其中以电 感耦合等离子体光源（ICP）居多，在不同 的领域中得到广泛的应用。
（3） 高压火花
1）交流电压经变压器T后，产生10～25kV的高压，然 后通过扼流圈D向电容器C充电，达到G的击穿电压时， 通过电感L向G放电，产生振荡性的火花放电；
2）转动续断器M，2,3 为钨电极，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；