仪器分析-原子发射光谱法教材

S可取下列数据：
S
N 2
,
N 2
1,
N 2
2, 1 2
或0
当价电子数为偶数时，S值为零或正整数，价电子数
为奇数时，S值为半整数。
J为总内量子数。它是原子中各价电子总轨道角动量与 总自旋角动量相耦合得到的原子总角动量的量子数。J 可取以下数值。
J＝L＋S，L＋S－1，L＋S－2，…… |L－S|
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。
原子光谱法
原子吸收光谱法（AAS） 原子荧光光谱法（AFS） 与原子外层电子跃迁有关 原子发射光谱法（AES） X-射线光谱法——与原子内层电子跃迁有关
一般情况下，原子的核外电子处于最低的能量状态，称为 基态。当外层电子吸收能量时会跃迁到较高的电子能态而转变 为激发态（这个过程称为激发）。处于激发态的电子很不稳定， 会迅速返回基态或较低的能态，并释放出多余的能量，这种能 量往往以一定波长的电磁波的形式辐射出去，产生线光谱。
原子发射光谱法
Atomic Emission Spectrometry, AES
第一节 基本原理 AES的原理 第二节 光谱分析仪器
1、 光源 2、 光谱仪 第三节 原子发射光谱分析方法 一、 光谱定性分析 二、 光谱定量分析 第四节 应用
3、 观测设备
第一节 基本原理
一、 AES的原理
利用原子（离子）所发射的辐射或辐射与原子（离子） 的相互作用而进行分析的一类方法称为原子光谱法。
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？
对于多外价电子的原子要比单价电子的原子复杂。 价电子可用量子数n，L，S和J来描述。
n为主量子数，与描述核外电子运动状态的主量子数n的 意义相同。
L为总轨道角量子数。各价电子角动量相互作用，按照 一定的方式耦合成原子总的量子化轨道角动量。
如：对于两个价电子的原子，L只能取下列数值：
(l1 l2 ),(l1l2 1),(l1 l2 2) , l1 l2
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：
当原子发射谱线的强度与发射粒子的浓度相关时， 则便可能利用该谱线的强度进行定量分析。当原子 外层电子在高能级Em和低能级Ek之间跃迁时，其发 射谱线的强度正比于：
1、两能级之间的能量差；
2、在高能级Em上的粒子总数nm； 3、单位时间内在两能级间可能的跃迁次数，其数值 以跃迁几率Amk表示。
第二节 光谱分析仪器
(2) L的差值为1，即△L＝±1，跃迁只允许在S与P、P与S 或D与P之间，等等。
(3) △S＝0，单重态只能跃迁到单重态，三重态只能跃迁到 三重态。
(4) J值相等或差值为1，即△J＝0，±1。但当J＝0，△J=0 的跃迁是禁阻的。
以上条件称为原子光谱选律或选择源自文库则。
每一光谱支项还包括（2J＋1）个可能的状态，在 无外加磁场时它们的能级是相同的。当在外加磁 场作用下可分裂为（2J＋1）个能级，一条谱线分 裂为（2J＋1）条谱线，这种效应称为Zeeman效 应。当在外加强电场作用下，也可产生谱线分裂 效应，这种效应称为Stark效应。
△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）。
磁量子数ml表示电子云在空间的不同取向。ml值取为- l ≤ml ≤+l ，可以取ml =0，±1，±2，……±l。同一个l 值，磁量 子数 ml 有（2l+1）个不同的数值。
自旋量子数ms表示电子的自旋。ms的取值为ms=±1/2，分别 表示电子的自旋运动有顺时针方向和反时针方向。
钠原子价电子的运动状态
激发电位/eV，共振线，离子线 原子发射谱线(Ⅰ)，一次电离的离子发射的谱线(Ⅱ)，二次 电离的离子发射的谱线(Ⅲ)，…/ Å或nm。
当辐射跃迁的低能级是原子的基态能级时， 该跃迁称为共振跃迁，所发射的谱线称为共 振线。从最低激发态跃迁到基态所发射的谱 线称为第一共振线或主共振线。
二、 谱线的强度
即可取l1+l2到|l1-l2|，依次递减1的所有数值。
例如，对价电子组态为np1nd1的原子，l1=1，l2=2，于是 L可取3、2、1三个数值。L的数值0、1、2、3…分别用 大写字母S、P、D、F、…表示。
S为总自旋量子数，它是各价电子自旋角动量耦合后
所得自旋角动量的量子数。若原子有N个价电子，其
n2S+1LJ
在磁场作用下，同一光谱项会分裂成2J+1个不同的支 能级。外磁场消失，分裂支能消失，此种现象称为能 级简并。2J+1为能级的简并度。
原子内电子的跃迁不可能在所有的两个能级之间发生，有些 跃迁是禁阻的，有些跃迁是允许的。只有符合下列规则的两 光谱项之间才能发生跃迁。
(1)△n＝0或任意正整数。