原子发射光谱法公式
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第三、四章：原子发射、吸收光谱法
灯电流:空心阴极灯的发射特性取决于工作电流。灯电流过 小，放电不稳定，光输出的强度小；灯电流过大，发射谱线 变宽，导致灵敏度下降，灯寿命缩短。选择灯电流时，应在 保持稳定和有合适的光强输出的情况下，尽量选用较低的工 作电流。一般商品的空极阴极灯都标有允许使用的最大电流 与可使用的电流范围，通常选用最大电流的1/2 ~ 2/3为工 作电流。实际工作中，最合适的电流应通过实验确定。空极 阴极灯使用前一般须预热10 ~ 30 min。
分析线:用来进行定性或定量分析的特征谱线. 灵敏线:每种元素的原子光谱线中,凡是具有一定强 度,能标记某元素存在的特征谱线. 最后线:即元素含量降低或减少到最大限度时,仍能 坚持到最后的谱线.
分类：纯样光谱比较法、铁光谱比较法
铁原子光谱
3.4.2 光谱定量分析
一、原理:根据试样光谱中待测元素的谱线 强度来确定元素浓度。
4.1 概 述
定义：基于测量待测元素的基态原子对其特征谱
线的吸收程度而建立起来的分析方法。 优点：灵敏度高，10-15-10-13g ；选择性好；测量 元素多；需样量少，分析速度快 。 缺点：测定不同元素需要换灯（传统）；多数非 金属元素不可测
4.2 原理
4.2.1基本原理：在通常情况下，原子处于基态， 当通过基态原子的某辐射线所具有的能量或频 率恰好符合该原子从基态跃迁到激发态所需的 能量或频率时，该基态原子就会从入射辐射中 吸收能量，产生原子吸收光谱。 △ E=h=hc/
峰值吸收测量示意图
4.3 原子吸收分光光度计
定义:用于测量待测物质在一定条件下形成的基 态原子蒸汽对其特征光谱线的吸收程度并进行 分析测定的仪器.
分类条件 类型 按原子化方式 火焰离子化 非火焰离子化 按入射光束 单光束 多光束 按通道分 单通道 多通道
原子发射光谱分析概述、基本原理和定性定量分析方法
节重点介绍光源、相板检测器及相关特性。
物镜
准直镜
反射镜 入射狭缝
光栅 转台
AES仪器略图
光源
一 、AES光源 1. 光源种类及特点
光源
经典光源 现代光源
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
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
d) 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)； e)e) 激发温度 T； f)f) 基态原子数 N0 或浓度 c； g) 前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数 、外层电子、轨道状态等。 h) 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！
5.3 AES仪器 AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2击穿 高压高频振荡 引燃分析 间隙（L2-C2-G2）;
G 被击穿瞬间，低压电流使 G2 放电（通过R1和电流表） 电弧； 不断引燃 电弧不灭。
5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性原理
原子发射光谱分析 概述、基本原理和 定性定量分析方法
5.1 概述 5.2 基本原理 5.3 AES 仪器 5.4 定性定量分析方法
1）分析对象为大多数金属原子； 2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）； 3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。
E = E2-E1 = h =hc/
高能态E2）
2. 几个概念 激发电位(Excited potential)：由低能态--高能态所需要的
物镜
准直镜
反射镜 入射狭缝
光栅 转台
AES仪器略图
光源
一 、AES光源 1. 光源种类及特点
光源
经典光源 现代光源
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
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
d) 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)； e)e) 激发温度 T； f)f) 基态原子数 N0 或浓度 c； g) 前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数 、外层电子、轨道状态等。 h) 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！
5.3 AES仪器 AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2击穿 高压高频振荡 引燃分析 间隙（L2-C2-G2）;
G 被击穿瞬间，低压电流使 G2 放电（通过R1和电流表） 电弧； 不断引燃 电弧不灭。
5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性原理
原子发射光谱分析 概述、基本原理和 定性定量分析方法
5.1 概述 5.2 基本原理 5.3 AES 仪器 5.4 定性定量分析方法
1）分析对象为大多数金属原子； 2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）； 3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。
E = E2-E1 = h =hc/
高能态E2）
2. 几个概念 激发电位(Excited potential)：由低能态--高能态所需要的
原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry,简称AAS)
双光束型：来自光源的光束被分 成两束，一束作测量光束，通过 火焰；另一束作参比光束；交替 进入单色器到达光电倍增管检测 比较
– 特点：消除因光源波动造成的影响，
但不能抵消因火焰波动造成的影响
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16
四、定量分析方法
1、标准曲线法：吸光度—浓度标准曲线
– 方法：
配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液 在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸 光度值 绘制吸光度对浓度的校准曲线。 测定试样的吸光度 查校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。
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12
火焰原子化器和石墨炉原子化器可测定的元素
H Li Be Na Mg
火焰 火焰 & 石墨炉
He B C N O F Ne Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Zn Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
e- e-
e-
Dynode (9-13)
Quartz Window
*100 Million Amplification of Signal
Photomultiplier Tube Operation
三、原子吸收分光光度计
单光束型：空白溶液调透光率T 到100%。测试剂溶液的透射比
– 特点：仪器结构简单，不能消除因 光源波动造成的影响，基线漂移
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6
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7
原子化器
原子化：将试样转变为原子蒸汽的过程
原子化器的功能：提供能量使试样干燥、蒸 发和原子化。同时入射光束在这里被基态原 子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。
第3讲 原子发射光谱法
最灵敏线、最后线、分析线进行定性分析。
2.定性分析的方法
A．标准样品与试样光谱比较法
相同条件下摄谱 比较特征谱线
样品（指定元素） 纯物质（指定元素）
若试样光谱中出现标准样品所含元素的2~3条 特征谱线（一般看最后线），就可以证实试样
中含有该元素，否则不含有该元素。
只适合于少数指定元素的定性分析,即判断样品中 是否含有某种或某几种指定元素时,可用此种方法
温度：6000－8000K 稳定性：很好 温度：10000K
稳定性：很好
温度：10000K，稳定性：好
交流电弧
直流电弧
温度：4000－7000K，稳定性：好
温度：4000－7000K，稳定性：差
火焰
温度：2000－3000K，稳定性：很好
如何选择光源？
• • • • • 易激发易电离元素，碱金属等——火焰光源 难挥发——直流电弧光源 难激发——交流,火花电弧 低含量——交流电弧 高含量——电弧
类型：
a、棱镜分光系统（折射） b、光栅分光系统（衍射和干涉）
1. 平面衍射光栅摄谱仪
感光板的乳剂面 物镜 凹面反射镜
平面光栅 三透镜
准光镜 反射镜 狭缝 光源
2.IRIS Advantage 中阶梯 光栅分光系统（实物图）
（三）检测器
1. 摄谱检测系统
1.1 摄谱步骤：
a.安装感光板在摄谱仪的焦面上 b.激发试样，产生光谱而感光 c.显影，定影，制成谱板 d.特征波长，定性分析 e.特征波长下的谱线强度，定量分析
谱线强度的基本公式
Iqp ：谱线强度； Aqp ：原子由q能态向p能态跃迁的概率 N0：基态原子数 hυqp：光子的能量；
gq 、g0：激发态和基态的统计权重（粒子在某一能级下可能 具有的几种不同的状态数） Eq ：激发电位； T ：温度K k ：Boltzmann常数
(仪器分析)11.1原子发射光谱分析法
11.1.3 原子发射光谱分析的应用
1. 元素的分析线、最后线、灵敏线
分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几 条特征谱线检验，称其为分析线； 最后线：浓度减小，谱线强度减小，最后消失的谱线； 灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素有一条 或几条谱线最强的线，即灵敏线。最后线也是最灵敏线； 共振线：由第一激发态回到基态所产生的谱线；通常也是 最灵敏线、最后线。
nmgmex pE(m/kT)
N
Z
2020/10/24
nmgmex pE(m/kT)
N
Z
Z 为温度 T 的函数，分析中的温度通常在2000～7000 K ，Z 变化很小，谱线强度为
I hc4g πm Z AN exE pm(/kT )
式中：Φ 是考虑在 4 球面角度上发射各向同性的常数。 Z 可视为常数，对于某待测元素，选定分析线后，T一定
2020/10/24
原子发射光谱分析法的特点:
(1) 可多元素同时检测: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。 (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)； 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。
常见光源的种类和特点是什么？
2020/10/24
（1）直流电弧
电弧是指在两个电极间施加高电流密度和低燃点电压 的稳定放电。
石墨电极，试样放置凹槽内。试样量10～20mg。
两电极接触通电后，尖端被烧热，点 燃电弧，再使电极相距4 ～ 6mm。
现代仪器分析与实验技术复习题
化学发光:因吸收化学反应能激发发光,称为化学发光。
生物发光:因发生在生物体内有酶类物质参与的化学发光。
振动松弛:分子吸收光辐射后,可被激发到任一振动能级。在同一电子能级中,电子由高振动能级迅速（约10-12s）转至低振动能级,而将多余的能量以分子振动能形式消耗掉一部分,这样的过程称之为振动弛豫,是一种无辐射去激过程。
斯托克斯位移:由于荧光物质分子吸收的光经过无辐射去激的消耗后降至S1态的最低振动能级,因而发射的荧光的波长比激发光长,能量比激发光小,这种现象称为斯托克斯位移。
光致发光:物质因吸收光能而激发发光的现象。
重原子效应:苯环上取代上F、Cl、Br、I后,系间窜跃加强,其荧光强度随卤素的相对原子质量的增加而减弱,磷光效应增强的现象。
4.紫外—可见分光光度法的实际应用中,为了减小浓度的相对误差,提高测量的准确度,一般应控制待测溶液的吸光度在0.2~0.7,透射率为65%~20%。
5.正相色谱是指:流动相极性小于固定相；反向色谱是指流动相极性大于固定相。
6.速率理论的数学表达式为:H=A+B/U+C·U,A、B、C三项分别代表:涡流扩散项、分子纵向扩散项、传质阻力项。
7.什么是化学位移？试简述化学位移有什么重要作用？有哪些因素影响化学位移？
答：化学位移是核外电子云对抗外加磁场的电子屏障作用所引起共振பைடு நூலகம்磁感应强度及共振频率的位移。
作用：根据化学位移的大小来判断原子核所处的化学环境，也就是物质的分子结构。
影响因素：1.电负性：电负性越强。绕核的电子云密度越小，对核产生的屏蔽作用越弱，共振信号移向低场。2.磁各向异性效应：质子与某一基因的空间关系有时会影响质子化学位移的效应。3.其他因素：当分子形成氢键时，质子周围电子云密度下降，具有氢键的质子比没有氢键的质子化学位移大，温度、PH也会影响化学位移。
生物发光:因发生在生物体内有酶类物质参与的化学发光。
振动松弛:分子吸收光辐射后,可被激发到任一振动能级。在同一电子能级中,电子由高振动能级迅速（约10-12s）转至低振动能级,而将多余的能量以分子振动能形式消耗掉一部分,这样的过程称之为振动弛豫,是一种无辐射去激过程。
斯托克斯位移:由于荧光物质分子吸收的光经过无辐射去激的消耗后降至S1态的最低振动能级,因而发射的荧光的波长比激发光长,能量比激发光小,这种现象称为斯托克斯位移。
光致发光:物质因吸收光能而激发发光的现象。
重原子效应:苯环上取代上F、Cl、Br、I后,系间窜跃加强,其荧光强度随卤素的相对原子质量的增加而减弱,磷光效应增强的现象。
4.紫外—可见分光光度法的实际应用中,为了减小浓度的相对误差,提高测量的准确度,一般应控制待测溶液的吸光度在0.2~0.7,透射率为65%~20%。
5.正相色谱是指:流动相极性小于固定相；反向色谱是指流动相极性大于固定相。
6.速率理论的数学表达式为:H=A+B/U+C·U,A、B、C三项分别代表:涡流扩散项、分子纵向扩散项、传质阻力项。
7.什么是化学位移？试简述化学位移有什么重要作用？有哪些因素影响化学位移？
答：化学位移是核外电子云对抗外加磁场的电子屏障作用所引起共振பைடு நூலகம்磁感应强度及共振频率的位移。
作用：根据化学位移的大小来判断原子核所处的化学环境，也就是物质的分子结构。
影响因素：1.电负性：电负性越强。绕核的电子云密度越小，对核产生的屏蔽作用越弱，共振信号移向低场。2.磁各向异性效应：质子与某一基因的空间关系有时会影响质子化学位移的效应。3.其他因素：当分子形成氢键时，质子周围电子云密度下降，具有氢键的质子比没有氢键的质子化学位移大，温度、PH也会影响化学位移。
第七章 原子发射光谱分析 (Atomic Emission Spectrometry知识分享
Aij —两个能级间跃迁概率； νij —发射谱线的频率； T—激发温度（T）；
Ei—激发电位（J或eV)。
Iij
gi g0
AijhijN0ekEiT
原子发射光谱 法定量的依据
基态原子密度（N0）：Iij正比于N0，N0正比于浓度。
激发电位(Excitation potential)
谱线强度与激发电位成负指数关系。在温度一定时，激发 电位越高，处于该能量状态的原子数越少，谱线强度越小。 激发电位最低的共振线通常是强度最大的线。
目前常用的光源有直流电弧(DC arc)、交流电 弧(AC arc)、高压火花(electric spark)及电感耦合等离 子体（ICP）。
1. 直流电弧
优点：电极头温度相对比较高（4000至7000K，与 其它光源比），蒸发能力强、绝对灵敏度高、背景小；
缺点：放电不稳定，且弧较厚，自吸现象严重，故 不适宜用于高含量定量分析，但可很好地应用于矿石 等的定性、半定量及痕量元素的定量分析。
微波光谱法
4×10-7~4×10-10 核磁共振波谱法
高能辐射区
γ射线 能量最高，核能级跃迁 X射线 内层电子能级的跃迁
光学光谱区
(10nm-1000 μm)
紫外光 可见光
原子和分子外层电子能级的跃迁
红外光 分子振动能级和转动能级的跃迁
波谱区
微波 分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 原子核自旋能级的跃迁
2．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。
光谱区域 γ射线 X射线 远紫外光 近紫外光
光 可见光 学 近红外光 区 中红外光
远红外光
微波
无线电波
波长 5～140pm 10-3～10nm 10～200nm 200～380nm 380～780nm 0.78～2.5μm 2.5～50μm
Ei—激发电位（J或eV)。
Iij
gi g0
AijhijN0ekEiT
原子发射光谱 法定量的依据
基态原子密度（N0）：Iij正比于N0，N0正比于浓度。
激发电位(Excitation potential)
谱线强度与激发电位成负指数关系。在温度一定时，激发 电位越高，处于该能量状态的原子数越少，谱线强度越小。 激发电位最低的共振线通常是强度最大的线。
目前常用的光源有直流电弧(DC arc)、交流电 弧(AC arc)、高压火花(electric spark)及电感耦合等离 子体（ICP）。
1. 直流电弧
优点：电极头温度相对比较高（4000至7000K，与 其它光源比），蒸发能力强、绝对灵敏度高、背景小；
缺点：放电不稳定，且弧较厚，自吸现象严重，故 不适宜用于高含量定量分析，但可很好地应用于矿石 等的定性、半定量及痕量元素的定量分析。
微波光谱法
4×10-7~4×10-10 核磁共振波谱法
高能辐射区
γ射线 能量最高，核能级跃迁 X射线 内层电子能级的跃迁
光学光谱区
(10nm-1000 μm)
紫外光 可见光
原子和分子外层电子能级的跃迁
红外光 分子振动能级和转动能级的跃迁
波谱区
微波 分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 原子核自旋能级的跃迁
2．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。
光谱区域 γ射线 X射线 远紫外光 近紫外光
光 可见光 学 近红外光 区 中红外光
远红外光
微波
无线电波
波长 5～140pm 10-3～10nm 10～200nm 200～380nm 380～780nm 0.78～2.5μm 2.5～50μm
6第3章 原子发射光谱法(4)
元素的灵敏线、共振线、最后线、分析线
例：Cd含量： 10% 谱线条数： 14条
0.1%
10 条
0.01 %
7条
0.001%
1条 （2265Å ）
低含量时，最后线 高含量时，最后线
= 第一共振线 = = 第一共振线
最灵敏线 =？最灵敏线 2~5条灵敏线
分析线——光谱分析使用的谱线
通常2~3条
二、定性分析的方法
2. 内标元素和分析线对条件
1．内标法原理：(赛伯-罗马金公式：I = a c b )
lg
R = b lg c + lg a
—内标法公式 内标线：I 0=α0 c0 b0
a1 其中 a b a0 c0 0
分析线：I =α1c b
I a1c b b 令R a c I 0 a0 c0 b0
一、光谱定量分析的基本关系式
赛伯-罗马金公式：I =a c b 或 lg I = lga+ b lg c I—谱线强度 a—与试样蒸发、激发过程和试样组成有关 参数 I不大，无自吸时, b =1 b-自吸系数 有自吸时， b＜1 高含量，自吸严重时， b =0
二、内标法和分析线对
内标法—用谱线相对强度来测定被测物含量的方法 1． 内标法原理
量增加而增加
条件
试样组成和标样组成基本一致
二、谱线呈现法
p42表3-2
依据：被测元素的谱线数目和强度随该元素含量增加而增加 条件：测定时实验条件必须和编表时实验条件一致
表3-2 铅的谱线呈现表
ω（Pb）％ 0.001 0.003
谱 线 及 其 特 征
283.31nm清晰可见；261.42和280.20nm谱线很弱 283.31nm,261.42nm谱线增强；280.20nm谱线清晰
《现代仪器分析教学》3.原子发射光谱分析法
整理课件
2、光谱定量分析
(1) 发射光谱定量分析的基本关系式
在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为： I=ac
a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱 中存在着自吸现象，需要引入自吸常数 b ，则：
I acb
（自吸：原子在高温时被激发，发射某一波长的谱 线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的 辐射，这种现象称为自吸现象整理）课件
3.激发电位：原子中的电子从基态跃迁至激发态所需的 能量称为激发电位。
整理课件
4、原子发射光谱的产生：气态原子或离子的核外层电 子当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发 态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速回 到低能态时，就要释放出能量，若以电磁辐射的形式
释放能量，即得到原子发射光谱。
（quantitative spectrometric analysis）
1.光谱半定量分析
与目视比色法相似；测量试样中元素的大致浓度范 围；
谱线强度比较法：将被测元素配制成质量分数分别 为1%,0.1%,0.01%,0.001%四个标准。将配好的标样 与试样同时摄谱，并控制相同条件。在摄得的谱线 上查出试样中被测元素的灵敏线，根据被测元素的 灵敏线的黑度和标准试样中该谱线的黑度，用目视 进行比较。
2）光栅摄谱仪
光栅摄谱仪采用衍射光栅代替棱镜作为色散元件。 特点：适用波长范围广，色散和分辨能力大
整理课件
3.4 发射光谱分析的应用
3.4.1 光谱定性分析
1、定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同 →特征光谱 2、定性分析基本概念 分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其 中几条特征谱线检验，称其为分析线； 最后线：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的 谱线；
2、光谱定量分析
(1) 发射光谱定量分析的基本关系式
在条件一定时，谱线强度I 与待测元素含量c关系为： I=ac
a为常数(与蒸发、激发过程等有关)，考虑到发射光谱 中存在着自吸现象，需要引入自吸常数 b ，则：
I acb
（自吸：原子在高温时被激发，发射某一波长的谱 线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的 辐射，这种现象称为自吸现象整理）课件
3.激发电位：原子中的电子从基态跃迁至激发态所需的 能量称为激发电位。
整理课件
4、原子发射光谱的产生：气态原子或离子的核外层电 子当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发 态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速回 到低能态时，就要释放出能量，若以电磁辐射的形式
释放能量，即得到原子发射光谱。
（quantitative spectrometric analysis）
1.光谱半定量分析
与目视比色法相似；测量试样中元素的大致浓度范 围；
谱线强度比较法：将被测元素配制成质量分数分别 为1%,0.1%,0.01%,0.001%四个标准。将配好的标样 与试样同时摄谱，并控制相同条件。在摄得的谱线 上查出试样中被测元素的灵敏线，根据被测元素的 灵敏线的黑度和标准试样中该谱线的黑度，用目视 进行比较。
2）光栅摄谱仪
光栅摄谱仪采用衍射光栅代替棱镜作为色散元件。 特点：适用波长范围广，色散和分辨能力大
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3.4 发射光谱分析的应用
3.4.1 光谱定性分析
1、定性依据：元素不同→电子结构不同→光谱不同 →特征光谱 2、定性分析基本概念 分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其 中几条特征谱线检验，称其为分析线； 最后线：浓度逐渐减小，谱线强度减小，最后消失的 谱线；
第六章原子发射光谱法-文档资料
每一条离子线也都有其激发电位，这些离子线激发电位 大小与电离电位高低无关。
原子线、离子线的表示方法
I 表示原子发射的谱线； II 表示一次电离离子发射谱线，一级离子线 III 表示二次电离离子发射谱线，二级离子线 例： Mg I 285.213 nm ； Mg II 279.553 nm
均为Mg的特征光谱。
交流电弧光源
电 源 经 变 压 器 T1 升 至 3000V 左右，使C1充电到放电盘G1 的击穿电压时，在回路中产 生高频振荡，经高频空芯变 压器T2升至10kV，将G2放电 间隙击穿，引燃电弧。引燃 后，低压电路便沿着导电的 气体通道产生电弧放电。放 电很短的瞬间，电压降低直 至电弧熄灭。但下半周高频 引燃作用下，电弧重新被点 燃，如此反复进行，交流电 弧维持不熄。
• 等离子体光源包括：高频发生器、等离子 体炬管、感应线圈、供气系统、雾化系统。
HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
• 等离子炬管由三层同心石 英管组成。
• 外层石英管流动的 Ar气， 避免烧毁石英管；在炬管 中心产生低压通道,利于 进样
跃迁概率：单位时间内自发发射的原子数与激发 态原子数之比。 3）统计权重
谱线强度与统计权重g成正比
元素多重线的谱线强度比
钠双线
588.996nm 32S1/2 – 32P3/2 589.593nm 32S1/2 – 32P1/2
2、原子总密度：谱线强度与N成正比 3.激发温度
温度升高，谱线强度增大。温度太高，体系 中被电离的原子数目增多，致使原子线强度 减弱，离子线强度增强。 每条谱线都有最合适的激发温度——原子谱 线强度最大
原子线、离子线的表示方法
I 表示原子发射的谱线； II 表示一次电离离子发射谱线，一级离子线 III 表示二次电离离子发射谱线，二级离子线 例： Mg I 285.213 nm ； Mg II 279.553 nm
均为Mg的特征光谱。
交流电弧光源
电 源 经 变 压 器 T1 升 至 3000V 左右，使C1充电到放电盘G1 的击穿电压时，在回路中产 生高频振荡，经高频空芯变 压器T2升至10kV，将G2放电 间隙击穿，引燃电弧。引燃 后，低压电路便沿着导电的 气体通道产生电弧放电。放 电很短的瞬间，电压降低直 至电弧熄灭。但下半周高频 引燃作用下，电弧重新被点 燃，如此反复进行，交流电 弧维持不熄。
• 等离子体光源包括：高频发生器、等离子 体炬管、感应线圈、供气系统、雾化系统。
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• 等离子炬管由三层同心石 英管组成。
• 外层石英管流动的 Ar气， 避免烧毁石英管；在炬管 中心产生低压通道,利于 进样
跃迁概率：单位时间内自发发射的原子数与激发 态原子数之比。 3）统计权重
谱线强度与统计权重g成正比
元素多重线的谱线强度比
钠双线
588.996nm 32S1/2 – 32P3/2 589.593nm 32S1/2 – 32P1/2
2、原子总密度：谱线强度与N成正比 3.激发温度
温度升高，谱线强度增大。温度太高，体系 中被电离的原子数目增多，致使原子线强度 减弱，离子线强度增强。 每条谱线都有最合适的激发温度——原子谱 线强度最大
原子发射光谱法
原子发射光谱法 （AES）
原子发射光谱法
元素在受到热或电激发 由基态跃迁到激发态， 时，由基态跃迁到激发态， 返回到基态时， 返回到基态时，发射出特 征光谱， 征光谱，依据特征光谱进 行定性、定量的分析方法。 行定性、定量的分析方法。
1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生 (Bunsen R W) 研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现 了光谱检验； 1930 1930年以后，建立了光谱定量分析方法； 在原子吸收光谱分析法建立后，其在分析 化学中的作用下降，新光源(ICP)、新仪器 的出现，作用加强。
3. 定性分析实验操作技术
(1) 试样处理 a. 金属或合金可以试样本身作为电极，当试样量很少 时，将试样粉碎后放在电极的试样槽内； b. 固体试样研磨成均匀的粉末后放在电极的试样槽内； c. 糊状试样先蒸干，残渣研磨成均匀的粉末后放在电极 的试样槽内。液体试样可采用ICP-AES直接进行分析。 (2) 实验条件选择 a. 光谱仪 在定性分析中通常选择灵敏度高的直流电弧；狭缝宽度5 ～7µm；分析稀土元素时，由于其谱线复杂，要选择色散率较 高的大型摄谱仪。
高压火花的特点： 高压火花的特点： 特点
（1）放电瞬间能量很大，产生的温度高，激发能力强， ）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； 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 ）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低， 于低熔点金属与合金的分析； 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； ）稳定性好，重现性好，适用定量分析；
2. 定性方法
标准光谱比较法： 标准光谱比较法： 最常用的方法，以铁谱作为标准(波长标尺)；为什么选铁谱？
原子发射光谱法
元素在受到热或电激发 由基态跃迁到激发态， 时，由基态跃迁到激发态， 返回到基态时， 返回到基态时，发射出特 征光谱， 征光谱，依据特征光谱进 行定性、定量的分析方法。 行定性、定量的分析方法。
1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生 (Bunsen R W) 研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现 了光谱检验； 1930 1930年以后，建立了光谱定量分析方法； 在原子吸收光谱分析法建立后，其在分析 化学中的作用下降，新光源(ICP)、新仪器 的出现，作用加强。
3. 定性分析实验操作技术
(1) 试样处理 a. 金属或合金可以试样本身作为电极，当试样量很少 时，将试样粉碎后放在电极的试样槽内； b. 固体试样研磨成均匀的粉末后放在电极的试样槽内； c. 糊状试样先蒸干，残渣研磨成均匀的粉末后放在电极 的试样槽内。液体试样可采用ICP-AES直接进行分析。 (2) 实验条件选择 a. 光谱仪 在定性分析中通常选择灵敏度高的直流电弧；狭缝宽度5 ～7µm；分析稀土元素时，由于其谱线复杂，要选择色散率较 高的大型摄谱仪。
高压火花的特点： 高压火花的特点： 特点
（1）放电瞬间能量很大，产生的温度高，激发能力强， ）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； 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 ）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低， 于低熔点金属与合金的分析； 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； ）稳定性好，重现性好，适用定量分析；
2. 定性方法
标准光谱比较法： 标准光谱比较法： 最常用的方法，以铁谱作为标准(波长标尺)；为什么选铁谱？
仪器分析原子发射光谱法
△E = E2-E1 = hυ= hc/λ Na (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1, 3p1、3d1、4s1、4p1、4d1、4f1、 ……
每一条发射谱线的波长取决于跃迁前后两个能级（E2， E1）的差。由于各种元素的原子具有不同的核外电子结构， 根据光谱选律，特定元素的原子可产生一系列不同波长的特 征光谱（组）。原子的能级是量子化的，原子光谱是线状光 谱。通过光谱的辨认和谱线强度的测量可进行元素的定性、 定量分析，这就是原子发射光谱法（AES）。
原子光谱是原子外层电子在不同能级间跃迁的结果。在量 子力学中，电子的运动状态可用四个量子数, 即主量子数n、 角量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms来描述。
主量子数n表示核外电子离核的远近，n值越大，电子的能 量越高，电子离核越远。n值取为1，2，3，…任意正整数。
角量子数l 表示电子在空间不同角度出现的几率，即电子云 的形状，也代表电子绕核运动的角动量。 l 取小于n的整数， 0，1，2，…，n-1。相对应的符号是什么？
在n、L、S、J四个量子数中，n、L、S 确定后，原子 的能级也就基本确定了，所以根据n、L、S 三个量子数 就可以得出描述原子能级的光谱项：
n2S+1L
式中2S+1叫做谱项的多重性。在L≥S 时，2S+1就是内 量子数J可取值的数目，也就是同一光谱项中包含的J 值相同、能量相近的能量状态数。习惯上将多重性为1、 2、3的光谱项分别称作单重态、双重态和三重态。把J 值不同的光谱项称为光谱支项。用下式表示：
1、光源 将试样中的元素转变为原子（或离子） 的过程称为原子化。原子化、激发和发射是在 光源中进行的。
原子发射光谱分析使用的仪器设备主要包括 激发光源和光谱仪两个部分。
《仪器分析》第十一章-原子发射光谱法
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自吸对谱线中心强度影响大。 元素含量小时，不表现自吸。 含量增大时，自吸现象增加。 当自吸现象非常严重时，谱 线中心部分被完全吸收，成 为两条紧密相邻的谱线，这 种现象称为自蚀。
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3 原子发射光谱分析仪器
光谱仪器分三块：光源、分光系统、观测系统
1、光源：
在光谱分析中，光源的作用是为试样蒸发、离解、原 子化和激发提供能量。
2021/4/9
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2、原子能级与能级图
光谱项 原子光谱是原子外层电子不同能级跃迁的结果。原子能
级通常用光谱项符号来表示。 n2S+1L可以用4个量子数，即主 量子数n、角量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms来描述。
主量子数n表示电子离核的远近，n值越大，电子能量 越高，电子离核越远。n值取为1，2，3，∙∙∙，任意正整数。
Z＝ g0＋g1 exp(-E1/kT)＋g2 exp(-E2/kT) ＋
当温度一定时，Z是定值，因此基态原子数与总原子数即
2021试/4/9样浓度之间成正比，因此有 I = kc
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4、谱线的自吸和自蚀
在激发光源高温条件下，以气体存在的物质为等离子体， 即气体处在高度电离状态，所形成的空间电荷密度大体相等， 整个气体电中性。在光谱学中，等离子体是指包含有分子、 原子、离子、电子等各种粒子的电中性的集合体。
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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。
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。
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原子发射光谱法（AES）是一种常用的光谱分析方法，可以用于元素定性分析以及元素的定量分析。
以下是原子发射光谱法中常用的公式：
1. 里德伯公式（Rydberg formula）：该公式可以用来计算光谱线的波长。
其中，R 是里德伯常数，e 是电子的电荷，h 是普朗克常数，n 是主量子数，m 是电子的质量。
2. 洛伦兹公式（Lorentz formula）：该公式可以用来计算光谱线的强度。
其中，I 是谱线强度，c 是光速，e 是电子的电荷，m 是电子的质量，B 是磁感应强度，g 是洛伦兹因子，v 是谱线的频率。
3. 斯托克斯公式（Stokes formula）：该公式可以用来计算谱线的半宽度（即谱线在峰值一半处的宽度）。
其中，v 是谱线的频率，k 是玻尔兹曼常数，T 是绝对温度，I 是谱线强度。
这些公式在原子发射光谱法中有着重要的应用，可以帮助我们更好地理解和分析光谱数据。