原子发射光谱分析的基本原理-教学设计

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原子发射光谱分析法

原子发射光谱仪通常由三部分构成：光源、分光、检测
二、火焰光度计
利用火焰作为激发光源，仪器装置简单，稳定性高。该仪器通常采用滤光片、光电池检测器等元件，价格低廉，又称火焰光度计。
常用于碱金属、钙等谱线简单的几种元素的测定，在硅酸盐、血浆等样品的分析中应用较多。对钠、钾测定困难，仪器的选择性差。
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；（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；
二、原子发射光谱的产生
在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）；
特征辐射
基态元素M
激发态M*
热能、电能
E
原子的共振线与离子的电离线
原子由第一激发态到基态的跃迁：第一共振线，最易发生，能量最小；原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一个电子，一次电离。（二次电离）离子外层电子跃迁时发射的谱线称为离子线，每条离子线都具有相应的激发电位，其大小与电离电位大小无关。原子谱线表：I 表示原子发射的谱线； II 表示一次电离离子发射的谱线； III表示二次电离离子发射的谱线； Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm；
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

原子发射光谱分析基本原理

组成
• 光源 • 样品室 • 分光器 • 检测器
工作原理
光源激发样品，样品产生特定光谱线，经过分光器分离并检测到光强度，然后分析得到样品组成。
光源的选择和调节
1 选择
根据需要的波长范围和光强度选择适合的光源类型，如灯丝和镧系灯。
2 调节
根据样品的需求和分析要求，调节光源的电流和功率，以及光源和样品的距离。
原子发射光谱分析基本原理
原子发射光谱分析是一种基于原子的能级跃迁和光谱特征的分析方法。本文将介绍其原理、仪器、样品处理方法、应用范围以及未来的改进方向。
什么是原子发射光谱分析
原子发射光谱分析是一种通过检测原子激发态和基态之间的能级跃迁所产生的特定光谱线来分析样品组成的方法。
原子的能级和电子结构简介
原子的能级是电子在原子内的特定能量状态，电子结构是描述电子在不同能级上分布的方式。
原子光谱的种类及区别
原子发射光谱
分析样品中出射的光的波长和强度，用于定性和定量分析。
原子吸收光谱
测量样品吸收入射光的波长和强度，用于定量分析。
原子荧光光谱
测量样品返回的荧光光的波长和强度，用于元素分析。
光谱仪的组成和工作原理
标准品的制备和选择
标准品的制备要求纯度高且与待测样品相似，制备方法包括化学纯化、物理纯化和稀释。选择标准品要考虑其适用范围和可信度。
样品的处理方法
1 前处理
2 样品溶解
去除样品中的杂质和干扰物。
将样品溶解在适当的溶剂中进行测量和分析，得出样品中各元素的含量和相对比例。

高中物理原子发射实验教案

高中物理原子发射实验教案
实验目的：通过观察原子在激发下发射光线的现象，了解原子结构和光谱现象。

实验材料：汞灯、扩展器、光栅、光电管、示波器、功率源等。

实验步骤：
1. 将汞灯放置在实验台上，并将扩展器对准汞灯形成的光线束。

2. 将光栅插入扩展器中，调整其角度，使得入射光线发生衍射。

3. 将光电管放置在一定位置，并确保其与光线束垂直。

4. 将示波器接入光电管，调节示波器参数，观察输出的光谱信号。

5. 调节功率源的电压和电流，改变激发原子的条件，观察信号的变化。

实验原理：当原子受激发时，会发射特定波长的光线，形成特定的光谱线。

通过光栅的衍射效应，可以将这些光谱线进行分散，使其能够被光电管捕获并转化为电信号。

最终，利用示波器可以观察到这些信号的波形，从而得到原子发射的光谱信息。

实验注意事项：
1. 操作时要注意安全，避免触电和光线伤害。

2. 实验过程中要注意调节光电管和示波器参数，保证信号清晰可见。

3. 实验结束后要关闭功率源和示波器，注意归还实验材料并清理实验台面。

实验结果分析：根据观察到的光谱信号波形和频率，可以推断出激发原子的波长和能级情况。

通过实验数据的分析，可以进一步了解原子结构和光谱现象。

拓展实验：可以尝试使用其他原子源或改变激发条件，观察不同原子的发射光谱，进一步探索原子结构和光谱现象的规律。

（备注：实验的具体步骤和参数设置可以根据实际情况进行调整，以确保实验的顺利进行和结果的准确观察。

）。

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

原子发射光谱法

第3章原子发射光谱法教学时数：8学时教学要求：1．较好掌握原子光谱的产生原理；掌握原子发射光谱强度的影响因素。

2．基本掌握仪器的各部分基本工作原理、工作流程；掌握ICP形成过程及其特性。

3．较好掌握光谱定性、半定量、定量分析4．了解光谱法的干扰效应及消除方法教学重点与难点1. 原子发射光谱分析法的基本原理：原子发射光谱的产生。

掌握原子发射光谱强度的影响因素；谱线强度与分析元素的关系(塞伯一罗马金公式)。

2．原子发射光谱仪器：激发光源及其选择，光谱仪的结构及组成。

棱镜光谱仪及光栅光谱仪的色散率和分辩率。

感光板及乳剂特性曲线。

3. 光谱定性分析。

灵敏线、最后线、分析线。

半定量分析：谱线黑度比较法和谱线呈现法。

光谱定量分析：基本定量关系式，内标法原理，光谱定量分析方法和工作条件。

3-1 概述一、定义原子发射光谱法(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，一般简称发射光谱分析或光谱(化学)分析。

二、原子发射光谱的分析过程原子发射光谱是原子的特征，在进行发射光谱分析时，必须经过下列过程。

1、试样蒸发、激发产生辐射首先将试样引入激发光源中，给以足够的能量，使试样中待测成分蒸发、离解成气态原子，再激发气态原子使之产生特征辐射。

蒸发和激发过程是在激发光源中完成的，所需的能量由光源发生器供给。

2、色散分光形成光谱从光源发出的光是包含有多种波长单色光的复合光，需要进行分光才能获得便于观察和测量的光谱．这个过程是通过分光系统完成的，分光系统的主要部件是光栅(或棱镜)，其作用就是分光。

3、检测记录光谱,根据光谱进行定性或定量分析三、原子发射光谱法的特点优点：1. 应用范围广2. 具有一定的精密度和准确度3. 检出限低。

4. 样品消耗少5. 多元素同时检出能力。

6. 分析速度快。

7. 选择性好。

化学原子发射光谱教学设计

化学原子发射光谱教学设计导言：化学原子发射光谱是化学分析中常用的一种技术方法。

它通过观察原子在高温下的激发态向基态跃迁时所释放出的特定波长的光，来确定元素的存在和浓度。

因此，教学中对化学原子发射光谱的教学设计尤为重要。

本文将从预备知识、教学目标、教学内容和教学方法四个方面进行阐述。

一、预备知识在进行化学原子发射光谱的教学前，学生需要掌握以下预备知识：1. 基本的光学原理，包括光的波动性和粒子性，波长、频率和能量的关系等。

2. 基本的电子结构，包括原子的电子层次结构、原子能级和电子跃迁原理等。

3. 基本的化学计量学知识，包括摩尔和摩尔质量的概念，以及摩尔浓度的计算方法等。

二、教学目标通过本次化学原子发射光谱的教学，学生应能够达到以下目标：1. 理解原子发射光谱的基本原理和应用。

2. 掌握原子能级和电子跃迁的基本知识。

3. 熟悉化学原子发射光谱的实验操作步骤。

4. 能够利用原子发射光谱的数据进行元素的定性和定量分析。

三、教学内容本教学设计主要围绕以下内容展开：1. 原子发射光谱的基本原理：介绍原子发射光谱的基本原理和应用领域，包括原子发射光谱的激发态和基态能级的跃迁、光的波长和频率的计算关系等。

2. 原子的电子结构和能级跃迁：讲解原子的电子层次结构和电子能级，以及电子在高温下激发态和基态之间的跃迁原理。

3. 化学原子发射光谱实验操作：介绍化学原子发射光谱的实验操作步骤，包括样品的制备、光谱仪的工作原理和样品的测量等。

4. 光谱数据的分析和解读：教学如何分析和解读化学原子发射光谱的数据，包括利用光谱图确定元素的存在和浓度的计算方法等。

5. 化学原子发射光谱在分析化学中的应用：探讨化学原子发射光谱在分析化学中的应用，包括元素的定性分析、定量分析和质量分析等方面。

四、教学方法教学中应采用多种多样的教学方法和手段，以提高学生的学习兴趣和学习效果。

以下是一些常用的教学方法：1. 讲授法：通过讲解原理、方法和实验操作步骤，向学生传授相关知识。

高中物理原子发射光谱教案

高中物理原子发射光谱教案
一、教学目标：
1.理解原子发射光谱的概念和特点；
2.掌握原子发射光谱的谱线组成及其特征；
3.能够利用原子发射光谱解决相关问题。

二、教学重点：
1.原子发射光谱的概念和特点；
2.原子发射光谱的谱线组成及其特征。

三、教学内容：
1.原子发射光谱的概念和特点；
2.原子发射光谱的谱线组成及其特征；
3.原子发射光谱的应用。

四、教学准备：
1.教师准备课件、实验仪器和原子发射光谱相关资料；
2.学生准备笔记本和课堂参与积极性。

五、教学过程：
1.导入：通过实验视频或图片展示原子发射光谱及其特征；
2.讲解：介绍原子发射光谱的概念和特点，谱线组成及其特征；
3.示范：通过实验演示原子发射光谱的测量方法和数据解读；
4.练习：让学生进行练习，并解答相关问题；
5.总结：总结本节课的内容，并展示原子发射光谱的应用。

六、教学延伸：
1.让学生自行阅读相关文献，了解原子发射光谱的更多应用领域；
2.组织学生进行小组讨论，探讨原子发射光谱在实际生活中的应用。

七、教学反馈：
1.课堂参与度；
2.课后作业完成情况。

八、教学评价：
通过考试和实验数据的分析评价学生对原子发射光谱的掌握情况，以及对应用能力的培养程度。

以上为高中物理原子发射光谱教案范本，可以根据具体教学情况进行相应调整和补充。

祝教学顺利！。

原子发射光谱法原理及利用

原子发射光谱法原理及利用原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，AES）是一种常用的材料分析方法，其主要通过对样品中元素产生的光子特征进行检测和分析，进而实现对样品中元素的定性和定量分析。

本文将主要介绍原子发射光谱法在元素分析、化学态分析、表面分析、合金分析和质量检测等方面的原理及应用。

1.元素分析原子发射光谱法在元素分析方面的应用主要体现在对样品中元素的种类进行识别和定量测定。

其基本原理是每种元素都具有独特的原子结构，因此会在特定的能量条件下发射出具有特征波长的光子。

通过对这些光子的检测和分析，可以确定样品中含有的元素种类。

在具体实践中，原子发射光谱法通常与火花、电弧或激光等激发源配合使用，以产生足够的光子用于检测。

该方法可以同时检测多种元素，且具有较高的灵敏度和准确性。

例如，在地质学领域，原子发射光谱法常用于测定岩石、矿物等样品中的常量、微量和痕量元素。

2.化学态分析原子发射光谱法在化学态分析方面的应用主要是通过对元素产生的化学键合状态进行分析，以了解元素的化合物组成和结构等信息。

不同化学态的同一种元素在原子发射光谱法中可能会表现出不同的特征波长，这是因为不同的化学键合状态会导致元素的原子结构发生变化。

例如，在环境科学领域，原子发射光谱法可用于分析水样或土壤样品中的重金属元素及其化学形态，以了解这些元素对环境的污染程度和生物毒性的影响。

3.表面分析原子发射光谱法在表面分析方面的应用主要是通过对样品表面的元素组成和化学状态进行分析，以了解样品的表面形貌、表面化学成分和结构等信息。

原子发射光谱法可以应用于各种材料的表面分析，如金属、合金、陶瓷、高分子材料等。

在具体实践中，原子发射光谱法通常与离子束铣削、等离子体刻蚀等手段结合使用，以制备干净的表面样品并进行深入的分析。

例如，在材料科学领域，原子发射光谱法可用于研究材料的表面氧化、腐蚀等行为，以及表面涂层的质量检测和评估。

《原子发射光谱分析》课件

食品安全
原子发射光谱分析可用于食品中微元素的检测，确保食品安全和质量。
发展历程和趋势
历史
原子发射光谱分析起源于19世纪，经过多年的发展和改进，成为现代化的分析技术。
未来
随着技术的进步，原子发射光谱分析将在元素分析领域发挥更重要的作用，实现更高的灵敏度和准确性。
总结和结束语
通过本课件的学习，您了解了《原子发射光谱分析》的重要性和原理，以及其在化学分析、环境监测和食品安全等领域的应用。随着技术的不断发展，原子发射光谱分析将在未来产生更大的应用前景。
3
样品进样
将样品注入原子发射光谱仪中，加热或
光谱分析
4
电离样品以激发原子。
测量样品发射的特定波长光线，并根据光谱曲线确定元素含量。
技术应用场景和优势
化学分析
原子发射光谱分析被广泛应用于化学分析领域，用于分析金属元素的含量。
环境监测
该技术可用于检测土壤、水体和大气中的污染物，为环境保护提供重要数据。
《原子发射光谱分析》 PPT课件
本课件将介绍《原子发射光谱分析》的重要性、原理和实验过程，并展示该技术的应用场景、优势以及发展历程和趋势，最后进行总结和结束。
什么是原子发射光谱分析?
原子发射光谱分析是一种用于分析物质元素组成的重要技术。通过激发样品中的原子，测量其发射的特定波长光线，可以确定样品中各种元素的含量。
原理和原理说明
原子发射光谱分析基于原子在能级跃迁时释放特定的光线的原理。通过将样品加热或电离，使其原子激发到高能级并发射光线，测量光线的波长和强度来分析元素含量。
实验过程和图示
1
样品准备
将待测样品制备成适合分析的形式，如
光谱仪设置

《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；

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。

[理学]仪器分析教案第四章原子发射光谱_OK

直流电弧的优点：适于难挥发元素的分析；可使 70种以上的元素激发；分析的绝对灵敏度高，光谱的背景小，适宜于痕量元素的定量、定性分析。
缺点：放电不稳定，弧光漂移不定，再现性差，自吸现象严重，不适于高含量的定量及低熔点元素的分析。
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2.交流电弧
高频、高压引火，低频、低压燃弧。
（1）原子发射光谱的产生
基态
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量子化能级：产生不连续的
线状光谱
2
（2）原子谱线
设高能级的能量为E2，低能级的能量为El，外层电子由高能级回到低能级时，两能级的能量差与发射光的波长之间的相互关系为：
E E2 E1 hv hc/
hc
E
两能级间的能量差△E越大，
辐射光的波长λ越短
B.摄谱法 →摄谱仪；感光板作检测器。 C. 光电法→光电直读光谱仪；用光电信增管作为检测器。
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1.摄谱法通过测量感光板上谱线的黑度来进行定量分析用感光板记录光谱→用映谱仪观察谱线的位置和大致强度→定性分析和半定量分析；用测微光度计来测量谱线的黑度→光谱的定量分析。
最小能量称为电离电位。
激发与电离是两个不同的概念，两者的区别
在于：离子的激发是能级之间的跃迁，激发后的电
子仍属于该离子。而电离失去的电子不再属于该离
子。
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（4）灵敏线与最后线
铁光谱的谱线多达4000多条。进行光谱定性分析时，只需要找出少数几根谱线即可。
用来进行光谱分析的谱线叫做分析线，分析线常常选用灵敏线或最后线。
以铅的含量与谱线出现的关系为例，当铅含量
变化时，谱202线1/8/出28 现的情况列于表1。

原子发射光谱PPT学习教案

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原子线(Ⅰ) 离子线(Ⅱ,Ⅲ)
例如 Mg I 285.21nm为原子线 MgⅡ 280.27nm为一次电离离子线
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二．原子的能级与能级图
1．光谱项
能级：电子在稳定状态所具有的能量
总角量子数
原子的能级通常用光谱项符号主量子数
Ni为单位体积内处于高能级i的原子数，Aij为i、j两能级间的跃迁几率， h为普朗克常数， ij为发射谱线的频率
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在高温下，处于热力学平衡状态时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数 Ni 之间遵守 Boltzmann 分布定律
Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT （2）
由于自吸现象严重影响谱线强度，所以在光谱定量分析中是一个必须注意的问题
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重要术语的意义
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放电：通常干燥气体不能传导电流，在强电场、光辐射、粒子轰击和高温加热等条件下，气体分子会发生电离，产生出可以自由移动的带电粒子，并在电场作用下形成电流，使绝缘的气体成为良好的导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过
原子发射光谱分析经历的过程
蒸发——原子化——激发——发射
检测器
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能量与光谱
ΔE=E2- E1 =h c/λ =hυ =hσc
λ= h c/E2-E1 υ= c /λ σ= 1/λ
h 为普朗克常数（6.626×10-34 J.s） c 为光速(2.997925×1010cm/s)
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