原子发射光谱
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原子发射光谱,荧光光谱,化学发光谱的区别
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱是分析化学中常见的光谱技术，它们在原子结构分析和元素检测等方面具有重要的应用价值。
然而，这三种光谱具有不同的原理和特点。
下面将分别介绍原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱的区别。
一、原子发射光谱1. 原理：原子发射光谱是利用原子在能级跃迁时所发射的特征光谱线进行分析的一种技术。
当原子受到激发能量后，原子的电子会跃迁至较高的能级，而后再跃迁至较低的能级时会发射出特征波长的光谱线。
通过测量这些特征光谱线的强度和波长，可以确定样品中各种元素的含量和种类。
2. 应用：原子发射光谱广泛应用于金属材料分析、环境污染物检测、地质勘探等领域，尤其在工业生产中具有重要的应用价值。
3. 优势：原子发射光谱的灵敏度高、测定范围广，能够同时检测多种元素，具有较高的分析精度和准确度。
二、荧光光谱1. 原理：荧光光谱是利用物质在受到紫外光激发后，发射出荧光光谱进行分析的一种技术。
当样品受到紫外光激发后，部分分子会吸收能量并跃迁至激发态，随后分子会再跃迁至基态并发射出荧光光谱，通过测量荧光光谱的强度和波长，可以得到样品的成分和结构信息。
2. 应用：荧光光谱在生物医学、材料科学、环境监测等领域具有广泛的应用，尤其在生物分析和药物检测中得到广泛应用。
3. 优势：荧光光谱对于生物分子具有较高的灵敏度和选择性，能够实现实时、非破坏性的分析。
三、化学发光光谱1. 原理：化学发光光谱是利用化学反应产生的发光进行分析的一种技术。
当两种或多种试剂混合后，在化学反应的作用下产生的化学发光可以被测定，通过测量化学发光的强度和时间，可以获得样品的化学成分和反应动力学信息。
2. 应用：化学发光光谱广泛应用于医学诊断、食品安全检测、环境监测等领域，尤其在微量分析和实时检测方面具有重要意义。
3. 优势：化学发光光谱对于微量物质具有较高的检测灵敏度和快速响应性，适用于多种复杂样品的分析。
原子发射光谱、荧光光谱和化学发光光谱分别具有不同的原理和应用特点，它们在元素分析和化学反应动力学研究中发挥着重要的作用。
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)；
新版原子发射光谱法
Eij—i，j两能级间旳能量差(J)
ij —发射谱线旳频率
i
Iij j 11
• 当体系在一定温度下到达平衡时，原子在不 同状态旳分布也到达平衡，分配在各激发态和 基态旳原子密度应遵守波尔兹曼分布定律：
Ni
N0
gi g0
Ei
e kT
• Ni、N0— 分别为处于i能态和基态原子密度。
• gi、g0— 分别为i 能态和基态旳统计权重。
保护进样管）；
内管：（又称喷管或进样管）载气。
Ar 气
32
石英管外绕高频感应线圈, 用高频火花引燃， Ar气被电离，相互碰撞，更多旳工作气体电离， 形成等离子体，当这些带电 离子到达足够旳导电率时， 会产生强大旳感应电流， 瞬间将气体加热到 10000K高温。试液被雾 化后由载气带入等离子体 内，试液被蒸发、解离、 电离和激发，产生原子发 射光谱。
仪器分析
第三章 原子发射光谱法
(AES)
1
本章主要内容
• § 3-1 概述 • § 3-2 原子发射法基本原理 • § 3-3 原子发射光谱仪 • § 3-4 光谱定性及半定量分析 • § 3-5 光谱定量分析
2
§ 3-1 概述
一、原子发射光谱定义
原子发射光谱法： (AES—Atomic Emission Spectrometry)
①摄谱仪
电弧.火花 棱镜.光栅 感光板
②直读光谱仪 电弧.火花 棱镜.光栅 光电倍增管
③火焰分光 光度计
火焰
滤光片 光电管或 棱镜.光栅 光电倍增管 25
一、光源（激发源） • 作用:为试样旳蒸发、解离、原子化、激发提供能量 • 对光源旳要求：敏捷度高，稳定性好，再现性好，
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。
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
5-原子发射光谱
二、谱线强度
在一定实验条件下，谱线强度与试样浓度成正比，则：
I ac
a为与试样在光源中的蒸发、原子化及激发过程有关的常数
更进一步，考虑到谱线的自吸效应系数 b：
I = acb 取对数，上式变为： logI = blogc + loga 此式为 AES 分析的最基本的关系式，以 logI 对 logc 作图，得校正曲线。
2.ICP的形成
（1）高频电流 I 通过感应线圈产生交
变磁场，触发，气体电离。
（2）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。 （3）在垂直于磁场方向将产生感应电
流(电阻小，电流大)，高温。
（4）又将气体加热、电离，形成等离 子体焰炬。
3. ICP的分析特性
1-1.原子发射光谱概述
一、原子发射光谱分析过程 1 样品蒸发并被激发产生辐射 将样品引入光源，获得足够的能量，经过蒸发、离解、 原子化后，在激发气态原子使之产生特征辐射。 2 色散分光形成光谱 经激发产生的特征辐射是包括各种波长的复合光，需要 进行分光才能获得便于观察和测量的、按波长顺序排列的光
谱。
1. ICP的结构
它是由高频发生器和感应线圈、 等离子炬管和供气系统、样品引入 系统等三部分组成。
高频发生器和感应线圈的作用 是产生高频磁场，供给等离子 体能量。
等离子炬管是由一个三层同心 石英玻璃管组成。外层管内通 入冷却气Ar。中层石英管出口 做成喇叭形状，通入Ar以维持 等离子体。内层石英管的内径 为1－2mm，由载气（一般用 Ar）将试样气溶胶从内管引入 等离子体。
二、光谱仪（摄谱仪） 光谱仪的作用是将样品在激发光源中受激发而 发射出来的含各种波长谱线的复合光，经色散后得 到按波长顺序排列的光谱，并进行光谱的记录或检 测。
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
原子核外电子的壳层结构
单价电子原子：主量子数n、角量子数l、 磁量子数 m 、自旋量子数 s 磁量子数( m )： 描述核外电子云沿磁场方向的分量，即决 定了电子绕核运动的角动量沿磁场方向的 分量。 m = 0、1、 2、 3、……、 l
原子核外电子的壳层结构
单价电子原子：主量子数n、角量子数l、 磁量子数 m 、自旋量子数 s 自旋量子数( s )： 描述核外电子云自旋方向，即自旋角动量 沿磁场方向的分量。电子自旋的空间取向 只有两个，顺磁场和反磁场。s = 1/2 Na：(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1 (3s)1 n = 3 l = 0 m=0
2、原子线和离子线
原子线(Ⅰ) ：原子核外激发态电子跃迁回基态 所发射出的谱线，用罗马字母Ⅰ 标识，通常也指电弧线。 M*M (I) 离子线(Ⅱ,Ⅲ) ： 离子核外激发态电子跃迁回基态 所发射出的谱线，用罗马字母Ⅱ Ⅲ等表示一级电离、二级电离离子 发射的谱线，通常也指火花线。 M+ * M+ (Ⅱ ) M2+* M2+ (Ⅲ )
光谱项
n2S+1LJ 或者nM LJ 原子发射光谱是由原子或离子的核外电子 在高低能级间跃迁而产生的，原子或离子的 能级通常用光谱项来表示。 n：主量子数； L：总角量子数； S：总自旋量子数； M=2S+1，体现了谱线的多重性 J：内量子数；又称光谱支项。
Na (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
原子核外电子的壳层结构
单价电子原子：主量子数n、角量子数l、 磁量子数 m 、自旋量子数 s 角量子数( l )：
描述核外电子云的形状，决定了电子绕核运 动的角动量，同一主量子数 n 下，按不同角 量子数 l 可分为n个亚层。 l = 0、1、 2、 3、 4、…… 符号： s、p、d、 f、 g、……
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；
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原子发射光谱法
Atomic Emission Spectrometry, AES
第一节 基本原理 第二节 分析装置与仪器 第三节 定性、定量分析方法及应用 第四节 原子荧光光谱分析法
第一节 原子发射光谱法
基本原理
basic principle of AES
一、概述
Generalization 二、原子发射光谱的产生
行定量分析(光电直读仪)； (3)检出限低 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (4)准确度高 5%～10%(一般光源); <1% (ICP); (5)所需试样量少
缺点：
1）需要内标样进行对照，且内标样的纯度要高； 2）只能测元素浓度，不能测元素存在形态； 3）对一些非金属，难以检测或灵敏度低。
主要应用：
★ 地、矿、冶金、机械等领域 ★ 测定微痕量元素，绝大部分是金属及某些气体
元素进行准确测定
二、原子发射光谱的产生(Formation of AES)
热能、电能
E2 hν
基态元素M
E
激发态M* E1
特征辐射
几个概念
①激发电位(Excited potential)：由低能态向高能态跃迁所 需要的能量，单位：eV。每条谱线对应一激发电位。
Formation of atomic emission spectra 三、谱线强度
Spectrum line intensity 四、谱线自吸与自蚀
Self-absorption and selfreversal of spectrum line
一、概述(Generalization)
定义：利用物质在热或电激发下，气态原子的外层电
元素浓度低时(b=1)，不出 现自吸。如果自吸严重，谱 线中心的辐射被强烈的吸收， 致使谱线中心的强度比边缘 更低，似乎变成两条谱线， 这种现象成为自蚀。
第二节 原子发射光谱分 析装置与仪器
device and instrument of AES
一、AES构造
Constitution of AES
子由基态跃迁到激发态，返回到基态时，以辐射(发射光谱) 的形式释放能量，产生的辐射经单色器形成按一定波长顺序 排列的光谱线，以此进行元素定性与定量分析，来判断物质 的组成。
AES是光谱分析法中产生与发展最早的一种。在各种材 料的定性、定量分析中，发挥重要的作用。
原子发射光谱分析法的优点:
(1)可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征谱线； (2)分析速度快 试样不经化学处理，同时对几十种元素进
（赛伯 Schiebe - 罗马金 Lomarkin 公式）
取对数，上式变为：
log I = b log c + log a
此式为 AES定量分析的最基本的关系式
以 log I 对 log c 作图，得校正曲线。当试样浓度高时， 工作曲线发生弯曲
当弧焰中心的激发态原子发 射的光通过边缘时被处于边 缘低温状态的同种原子所吸 收的现象称为自吸，自吸对 谱线中心处的强度影响较大
Iij = Ni Aijhij
Aij两个能级间的跃迁几率； h为Plank常数； ij发射谱线的频率
当激发处于热力学平衡状态时，位于基态的原子数N0与位
于激发态原子数Ni之间满足统计热力学中的玻耳兹曼分布：
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei 为激发电位；
k为玻耳兹曼常数；T为激发温度
谱线强度
Iijgg0i AijhijN0ekEiT
由于激发态原子数目较少，基态原子数 N0 可以近似代 替原子总数 N总，以浓度 c 代替N总:
Iijk1N0k1N总ac
简单地，I c——光谱定量i AijhijN0ekEiT
a) 统计权重 g (weight)：I ∝gi/g0 ，g=2J+1 b) 跃迁几率(probability)： I ∝ A c) 激发电位或激发能：Ei↑ I ↓ d) 激发温度： T ↑ I ↑ ，再高时
例， Mg Ⅰ285.21nm 为原子线 MgⅡ 280.27nm 为一次电离离子线
AES定性原理：
1）基态的气态原子或离子吸收了能量时，其核外电子由基态 跃迁至某一激发态；
2）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8s便返回到基 态, 若将激发所吸收的能量以一定的电磁辐射形式出来并将这 些电磁波按一定波长顺序排列即为原子发射光谱(线状谱)；
二、AES类型
Tpye of AES
一、仪器构造(Constitution of AES)
原子发射光谱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
原子发射光谱仪构成
17
(一) 光源种类及特点
原子线 I↓，离子线 I↑ e) 基态原子数 N0 或浓度 c： c ↑ I ↑
影响谱线强度及其稳定性 最重要的因素是温度T ！！
四、谱线的自吸与自蚀
self-absorption and self-reversal of spectrum line
考虑谱线的自吸效应系数 b：
I = a cb (b≤1)
②电离电位(Ionization potential) ：原子受激后得到足够能 量而失去电子—电离；所需的能量称为电离电位。
③共振线(Resonance line)：由激发态到基态(Ground state) 跃迁所产生的谱线，激发电位最小—最易激发—谱线最强(第 一共振线或主共振线)。
④原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，在谱线表 图中用罗马字“Ⅰ”表示 ⑤离子线：离子的外层电子跃迁也发射光谱。失去一个电 子称为一次电离，一次电离的离子再失去一个电子称为二 次电离，依此类推，以II，III，IV等表示
3）由于原子或离子的能级很多并且不同元素结构不同，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
三、谱线强度(spectrum line intensity)
——AES定量原理
原子的外层电子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射
的谱线强度I与激发态原子数Ni成正比：
Atomic Emission Spectrometry, AES
第一节 基本原理 第二节 分析装置与仪器 第三节 定性、定量分析方法及应用 第四节 原子荧光光谱分析法
第一节 原子发射光谱法
基本原理
basic principle of AES
一、概述
Generalization 二、原子发射光谱的产生
行定量分析(光电直读仪)； (3)检出限低 10～0.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (4)准确度高 5%～10%(一般光源); <1% (ICP); (5)所需试样量少
缺点：
1）需要内标样进行对照，且内标样的纯度要高； 2）只能测元素浓度，不能测元素存在形态； 3）对一些非金属，难以检测或灵敏度低。
主要应用：
★ 地、矿、冶金、机械等领域 ★ 测定微痕量元素，绝大部分是金属及某些气体
元素进行准确测定
二、原子发射光谱的产生(Formation of AES)
热能、电能
E2 hν
基态元素M
E
激发态M* E1
特征辐射
几个概念
①激发电位(Excited potential)：由低能态向高能态跃迁所 需要的能量，单位：eV。每条谱线对应一激发电位。
Formation of atomic emission spectra 三、谱线强度
Spectrum line intensity 四、谱线自吸与自蚀
Self-absorption and selfreversal of spectrum line
一、概述(Generalization)
定义：利用物质在热或电激发下，气态原子的外层电
元素浓度低时(b=1)，不出 现自吸。如果自吸严重，谱 线中心的辐射被强烈的吸收， 致使谱线中心的强度比边缘 更低，似乎变成两条谱线， 这种现象成为自蚀。
第二节 原子发射光谱分 析装置与仪器
device and instrument of AES
一、AES构造
Constitution of AES
子由基态跃迁到激发态，返回到基态时，以辐射(发射光谱) 的形式释放能量，产生的辐射经单色器形成按一定波长顺序 排列的光谱线，以此进行元素定性与定量分析，来判断物质 的组成。
AES是光谱分析法中产生与发展最早的一种。在各种材 料的定性、定量分析中，发挥重要的作用。
原子发射光谱分析法的优点:
(1)可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征谱线； (2)分析速度快 试样不经化学处理，同时对几十种元素进
（赛伯 Schiebe - 罗马金 Lomarkin 公式）
取对数，上式变为：
log I = b log c + log a
此式为 AES定量分析的最基本的关系式
以 log I 对 log c 作图，得校正曲线。当试样浓度高时， 工作曲线发生弯曲
当弧焰中心的激发态原子发 射的光通过边缘时被处于边 缘低温状态的同种原子所吸 收的现象称为自吸，自吸对 谱线中心处的强度影响较大
Iij = Ni Aijhij
Aij两个能级间的跃迁几率； h为Plank常数； ij发射谱线的频率
当激发处于热力学平衡状态时，位于基态的原子数N0与位
于激发态原子数Ni之间满足统计热力学中的玻耳兹曼分布：
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei 为激发电位；
k为玻耳兹曼常数；T为激发温度
谱线强度
Iijgg0i AijhijN0ekEiT
由于激发态原子数目较少，基态原子数 N0 可以近似代 替原子总数 N总，以浓度 c 代替N总:
Iijk1N0k1N总ac
简单地，I c——光谱定量i AijhijN0ekEiT
a) 统计权重 g (weight)：I ∝gi/g0 ，g=2J+1 b) 跃迁几率(probability)： I ∝ A c) 激发电位或激发能：Ei↑ I ↓ d) 激发温度： T ↑ I ↑ ，再高时
例， Mg Ⅰ285.21nm 为原子线 MgⅡ 280.27nm 为一次电离离子线
AES定性原理：
1）基态的气态原子或离子吸收了能量时，其核外电子由基态 跃迁至某一激发态；
2）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8s便返回到基 态, 若将激发所吸收的能量以一定的电磁辐射形式出来并将这 些电磁波按一定波长顺序排列即为原子发射光谱(线状谱)；
二、AES类型
Tpye of AES
一、仪器构造(Constitution of AES)
原子发射光谱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
原子发射光谱仪构成
17
(一) 光源种类及特点
原子线 I↓，离子线 I↑ e) 基态原子数 N0 或浓度 c： c ↑ I ↑
影响谱线强度及其稳定性 最重要的因素是温度T ！！
四、谱线的自吸与自蚀
self-absorption and self-reversal of spectrum line
考虑谱线的自吸效应系数 b：
I = a cb (b≤1)
②电离电位(Ionization potential) ：原子受激后得到足够能 量而失去电子—电离；所需的能量称为电离电位。
③共振线(Resonance line)：由激发态到基态(Ground state) 跃迁所产生的谱线，激发电位最小—最易激发—谱线最强(第 一共振线或主共振线)。
④原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，在谱线表 图中用罗马字“Ⅰ”表示 ⑤离子线：离子的外层电子跃迁也发射光谱。失去一个电 子称为一次电离，一次电离的离子再失去一个电子称为二 次电离，依此类推，以II，III，IV等表示
3）由于原子或离子的能级很多并且不同元素结构不同，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
三、谱线强度(spectrum line intensity)
——AES定量原理
原子的外层电子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射
的谱线强度I与激发态原子数Ni成正比：