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
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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；