第三章原子发射光谱法92页PPT文档
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原子发射光谱法_ppt课件
蒸发能力较弱 由于交流电弧电极的极性交替变化 ，所以电极温度较低，蒸发能力较弱。
3、应用
适用于金属及矿物样品的定量分析。
2021/4/26
精选ppt课件2021
27
四、高压火花：高频高压引燃并放电
B
L
R1
D
220V
V~
C
G
D
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，检出限低，多 适于分析易熔金 属、合金样品及高含量元素分析；
第3章 原子发射光谱法
Atomic emission spectroscopy
现代直读ICP-AES仪器
2021/4/26
IRIS Intrepid全谱直读等离
子体发射光谱仪(ICP-AES)
是美国热电公司生产的原
子光谱分析仪器，该仪器
采用CID检测器和设计独
特的光学系统，具有高分
辨率、高灵敏度，可同时
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
2021/4/26
精选ppt课件2021
10
激发过程
在局部热力学平衡条件下，某一激发态原子密度Nj与 基态原子密度N0的关系符合玻尔兹曼(Boltzmann)分布
式中gj和g0分别为j激发态和基态的统计权重；Ej为激发态的共振 电位；K为玻尔兹曼常数，其值为1.38×10-23J·K-1；T为光源的 绝对温度
2021/4/26
精选ppt课件2021
3
光谱分析具有悠久的历史。早在17 世纪中叶，牛顿用三棱镜观察太阳 光谱，就揭开了光谱分析的序幕。 19世纪50年代克希霍夫和本生发现 了光谱与物质组成之间的关系，确 认各种元素都有自己的特征光谱， 从而建立了光谱定性分析的基础， 并发现了元素铷和铯。
3、应用
适用于金属及矿物样品的定量分析。
2021/4/26
精选ppt课件2021
27
四、高压火花：高频高压引燃并放电
B
L
R1
D
220V
V~
C
G
D
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，检出限低，多 适于分析易熔金 属、合金样品及高含量元素分析；
第3章 原子发射光谱法
Atomic emission spectroscopy
现代直读ICP-AES仪器
2021/4/26
IRIS Intrepid全谱直读等离
子体发射光谱仪(ICP-AES)
是美国热电公司生产的原
子光谱分析仪器，该仪器
采用CID检测器和设计独
特的光学系统，具有高分
辨率、高灵敏度，可同时
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
2021/4/26
精选ppt课件2021
10
激发过程
在局部热力学平衡条件下，某一激发态原子密度Nj与 基态原子密度N0的关系符合玻尔兹曼(Boltzmann)分布
式中gj和g0分别为j激发态和基态的统计权重；Ej为激发态的共振 电位；K为玻尔兹曼常数，其值为1.38×10-23J·K-1；T为光源的 绝对温度
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3
光谱分析具有悠久的历史。早在17 世纪中叶，牛顿用三棱镜观察太阳 光谱，就揭开了光谱分析的序幕。 19世纪50年代克希霍夫和本生发现 了光谱与物质组成之间的关系，确 认各种元素都有自己的特征光谱， 从而建立了光谱定性分析的基础， 并发现了元素铷和铯。
原子发射光谱分析法教学课件ppt
02
原子发射光谱分析法实验技术
实验设计
1 2
实验目的与要求
明确实验目的和要求，如元素定量分析和定性 分析。
实验原理
简述原子发射光谱分析法的原理，包括基本概 念、原子能级、跃迁等。
3
实验方案设计
根据实验目的和要求，制定实验方案，包括样 品制备、仪器设备与试剂选择、实验步骤等。
样品制备与测量
样品制备
干扰校正
对谱图中存在的干扰和重叠进行校 正，以提高元素识别的准确性和可 靠性。
结果分析与报告编写
数据统计
对实验数据进行统计、分析和 归纳，得出实验结果和结论。
结果评估
对实验结果进行评估，如准确 性、重复性、灵敏度等，以反 映实验结果的可靠性和有效性
。
报告编写
根据实验数据和分析结果编写 实验报告，包括实验目的、方
控制方法
针对不同的干扰因素，提出相应的控制方法，如光谱干扰校正、基体干扰校正等 。
实验数据的处理与解析
数据处理
介绍实验数据的处理过程，如数据平滑、背景扣 除、谱线识别等。
数据解析
根据实验数据，进行谱线识别和定量分析计算， 得出元素含量结果。
结果表示与评价
介绍实验结果表示方法，如谱线强度与元素含量 的关系、定量分析结果的误差与置信区间等。
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子在高温或放电条件下发 射出的光辐射进行元素分析的方法。
特点
具有分析速度快、准确度高、精密度好、选择性强、适用范 围广等优点。
发展历程
19世纪末和20世纪 初的初步探索阶段
20世纪50年代以后 的仪器和样品制备 技术的不断改进阶 段
20世纪20年代至50 年代的原子发射光 谱分析法的开创和 发展阶段
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
分析化学二第3章原子发射光谱法PPT
l = 0, 1, 2, ……，(n-1)
轨道符号: s p d
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
（1）核外单电子运动状态的描述
磁量子数（m ） 描述电子云在空间的不同取向
m = 0, ±1, ±2, …… ±l （即 m 共有2l ±1个取值）
自旋量子数（s ） 描述电子的自旋情况
s= 1
2
或
共有2L+1个值
二、能级图与光谱项——光谱项
（3）光谱项符号 作 用： 用来表示原子中电子特定的能级
一个光谱项符号代表原子的一个能级
基本原理
表示方法：
谱线多重性符号
主量子数
n 2S 1LJ
总角量子数（用S、P、D…表示） 内量子数, 代表不同的光谱支项
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
写出基态Na的光谱项符号
2、理想的光源条件
（） （） （） （） （） （）
二、AES中的光源
3、AES中常用的光源
经典光源
原子发射光谱仪
现代光源
原子发射光谱仪
二、AES中的光源
与光源相关的几个重要概念
击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。 自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的
电离作用，仍能继续保持电离，使放电持 续的现象。
1.988 10 23 J cm 5893 10 8 cm
3.37 10 19 J
（2）求gJ 和g0
Na的基态3s的光谱项为 32 S1/ 2
g0
(2J 1) 2 1 1 2
2
Na的激发态3p的光谱项为 32 P1/ 2 和 32 P3/ 2
gi
(2J 1) (2 1 1) (2 3 1) 6
轨道符号: s p d
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
（1）核外单电子运动状态的描述
磁量子数（m ） 描述电子云在空间的不同取向
m = 0, ±1, ±2, …… ±l （即 m 共有2l ±1个取值）
自旋量子数（s ） 描述电子的自旋情况
s= 1
2
或
共有2L+1个值
二、能级图与光谱项——光谱项
（3）光谱项符号 作 用： 用来表示原子中电子特定的能级
一个光谱项符号代表原子的一个能级
基本原理
表示方法：
谱线多重性符号
主量子数
n 2S 1LJ
总角量子数（用S、P、D…表示） 内量子数, 代表不同的光谱支项
二、能级图与光谱项——光谱项
基本原理
写出基态Na的光谱项符号
2、理想的光源条件
（） （） （） （） （） （）
二、AES中的光源
3、AES中常用的光源
经典光源
原子发射光谱仪
现代光源
原子发射光谱仪
二、AES中的光源
与光源相关的几个重要概念
击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。 自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的
电离作用，仍能继续保持电离，使放电持 续的现象。
1.988 10 23 J cm 5893 10 8 cm
3.37 10 19 J
（2）求gJ 和g0
Na的基态3s的光谱项为 32 S1/ 2
g0
(2J 1) 2 1 1 2
2
Na的激发态3p的光谱项为 32 P1/ 2 和 32 P3/ 2
gi
(2J 1) (2 1 1) (2 3 1) 6
第三章原子发射光谱法AtomicEmissionSpectrometry(AES)
或
log I = B log C + log A
（罗马金-赛伯公式）
Iul = Aul hul gu
Z
上式表明：
Eu
( 1-
e - x)
KT
CB
1、 log I 与 log C 成正比，构成定量分析的基础； 2、影响发射强度的因素有 Eu
Iul Iul
T X
Iul Iul
I
~C
冷却气（10-19 l/min） 辅助气（0-1 l/min） 气溶胶 载气（0.5-3.5 l/min）
ICP的工作原理：
当有高频电流通过线圈时，产生轴向磁场， 这时若用高频点火装置产生火花，形成的载流子（ 离子与电子）在电磁场作用下，与原子碰撞并使之 电离，形成更多的载流子，当载流子多到足以使气 体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上 就会感生出流经闭合圆形路径的涡流，强大的电流 产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度 可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦 合给等离子体，并维持等离子炬。当载气载带试样 气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000-7000K ，并被原子化和激发产生发射光谱。
电离度
离解度
nM + x= nM + nM + nM = nM + nMX
(1)
(2)
如果等离子体中气态分析物总浓度为
nt
(3)
即
n t = nM+ nM+ + nMX
则由上式可得
nM =
x) 1-( 1- ) x nMX =
( 1-
n t nM + = nt
x nt 1-( 1- )
第三章原子发射光谱法
一 原子发射光谱的产生
二 原子发射光谱线
第二节 三 谱线强度 原子发射光谱法的 四 谱线的自吸和自蚀 基本原理
3/21/2019
一 原子发射光谱的产生
在通常情况下，原子处于稳定状态，电子在能量最低的轨 道能级上运动，这种状态称之为基态。当受到外界能量（ 光能、热能或电能）激发时，原子中的最外层电子就被激 发而从基态跃迁到较高能级，即激发态，处于激发态的原 子或离子是很不稳定的，在极短的时间内，就要从激发态 返回到基态或较低能级的激发态。此时，电子以电磁辐射 的形式将多余的能量释放出来。由于每一种元素都有其特 有的电子构型，即特定的能级层次，所以各元素的原子只 能发射出它特有的那些波长的光，经分光系统得到各元素 发射的互不相同的光谱，即各种元素的特征光谱（线状光 谱）；
Iqp Aqp Nq h qp
gi I ij Aij h ij N 0 e g0
3/21/2019
Ei kT
gi I ij Aij h ij N 0 线强度与激发能量的关系： 激发电位越小，谱线强度越强。 2.谱线强度与气体温度的关系：较复杂 既影响原子的激发过程，又影响原子的电离过程 在一定范围内，激发温度升高谱线强度增大，但超过某一 温度，温度越高，原子发生电离的数目越多，原子谱线强 度降低，离子线谱线强度升高。 每一条谱线都有一个最合适的温度，在这个温度下谱线 强度最大。 激发温度与所使用的光源和工作条件有关
I a cb lg I b lg c lg a
3/21/2019
四 谱线的自吸与自蚀
1.自吸：原子在高温区发射 某一波长的辐射，被处在 边缘低温状态的同种原子 所吸收的现象。 2.自蚀：当元素浓度低时， 不表现自吸现象。当浓度 大时，自吸增强。当达到 一定含量时，由于自吸严 重，谱线中心的辐射完全 被吸收。
《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》课件
地球化学填图
通过分析不同地区岩石、土壤和水 的元素组成，可以绘制地球化学图， 揭示地球的化学特征和矿产分布规 律。
古气候研究
通过分析古岩石中元素的含量变化， 可以推断古代气候的变化情况，为 地质历史研究提供重要依据。
在环境监测中的应用
大气污染物的测定
原子发射光谱法可以快速测定大气中的多种污染物元素，如铅、 汞、砷等，为环境治理和健康保护提供数据支持。
原子发射光谱法可用于炉渣和烟尘中 多种元素的测定，指导冶炼过程的优 化和环保治理。
合金鉴定
通过分析合金中各元素的特征谱线， 可以确定合金的种类和成分，为材料 研发和生产提供依据。
在地质学中的应用
岩石和矿物分析
原子发射光谱法可以对岩石和矿 物中的多种元素进行定性和定量 分析，有助于地质学研究和矿产
资源勘探。
高激发电位
提高激发电位可以增加原子激发的概率，从而提 高谱线强度。
高工作电流
提高工作电流可以增加原子发射的概率，从而提 高谱线强度。
优化光谱通带
优化光谱通带可以减少背景干扰，提高信噪比， 从而提高分析灵敏度。
提高分析准确度的方法
内标法
内标元素的选择应与待测元素性质相似，其在样品中的浓度应接近待测元素的 浓度。通过比较内标元素与待测元素的谱线强度，可以校正实验条件变化对分 析结果的影响，从而提高分析准确度。
连续光谱
由原子内电子在连续能级 间跃迁产生，覆盖较宽的 波长范围。
原子发射光谱与原子吸收光谱的比较
原子发射光谱
通过激发使原子释放光子，检测光子 波长和强度，用于元素定性定量分析 。
原子吸பைடு நூலகம்光谱
通过特定光源发射特定波长的光，使 原子吸收光子能量跃迁到激发态，再 回到基态时释放出特征光谱，用于元 素定性定量分析。
原子光谱完整PPT课件
电离能 离子化过程需要的能量。
完整版课件
3
能级图描述的激发，离子化和发射过程
能级图描述了能量跃迁，a, b代表激发，c代表离子化，d是离子化 /激发，e为离子发射，f, g, h代表原子发射
水平线代表一个原子的能级； 垂直箭头代表能级跃迁，或一个电子能量的改变
完整版课件
4
能量和波长的关系
E = h = hc/λ（ Planck方程）
虚线框内为间接 测定的元素
19
3.3.2 原理
原子吸收光谱法是基于被测元素基态原子在蒸气状态对 其原子共振辐射的吸收 进行元素定量分析的方法。
基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发 态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和 可见区。
例如 钠主要有两种 具有较高能量的激发 态，对于钠基态原子 而言，只吸收589nm 和330.8nm波长的光， 而不吸收其他波长的 光。
I 为谱线强度 A为常数 C为浓度
I=ACb
b为自吸系数
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11
3.2.3仪器结构
原子发射光谱法的分析过程
由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气 态原子激发而产生光辐射；
将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线， 形成光谱；
用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
检测器
一旦与其它波长分离后，光的实际检测是用一个感光性的检测器来 进行的，例如光增效管（PMT），或者象电荷注射装置（CID）或电荷 耦合装置（CCD）这样的先进检测器。
完整版课件
17
§3.3 原子吸收光谱法
3.3.1特点
（AAS）
优点
1.检出限低、灵敏度高: 火焰原子法: 10-6级--10-9级； 石墨炉: 10-9--10-14级。
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3
能级图描述的激发，离子化和发射过程
能级图描述了能量跃迁，a, b代表激发，c代表离子化，d是离子化 /激发，e为离子发射，f, g, h代表原子发射
水平线代表一个原子的能级； 垂直箭头代表能级跃迁，或一个电子能量的改变
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4
能量和波长的关系
E = h = hc/λ（ Planck方程）
虚线框内为间接 测定的元素
19
3.3.2 原理
原子吸收光谱法是基于被测元素基态原子在蒸气状态对 其原子共振辐射的吸收 进行元素定量分析的方法。
基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发 态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和 可见区。
例如 钠主要有两种 具有较高能量的激发 态，对于钠基态原子 而言，只吸收589nm 和330.8nm波长的光， 而不吸收其他波长的 光。
I 为谱线强度 A为常数 C为浓度
I=ACb
b为自吸系数
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11
3.2.3仪器结构
原子发射光谱法的分析过程
由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气 态原子激发而产生光辐射；
将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线， 形成光谱；
用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
检测器
一旦与其它波长分离后，光的实际检测是用一个感光性的检测器来 进行的，例如光增效管（PMT），或者象电荷注射装置（CID）或电荷 耦合装置（CCD）这样的先进检测器。
完整版课件
17
§3.3 原子吸收光谱法
3.3.1特点
（AAS）
优点
1.检出限低、灵敏度高: 火焰原子法: 10-6级--10-9级； 石墨炉: 10-9--10-14级。
第三章原子发射光谱法
2019/11/1
Questions：
（1）用这个所谓价电子的组态可表明价电子所处的原 子轨道，也能说明原子是处于基态还是激发态，那么它 能确切表示电子所处的能级吗？ （2）在这个电子组态的表示式中，没有体现磁量子数 和自旋量子数，难道它们对电子的能量没有影响吗？
2019/11/1
举个例子
例如Na价电子组态的 3p1——激发态
2019/11/1
（2）总角量子数L
各价电子角动量相互作用，按一定方式耦合而成的原 子总的角量子数。 对于有两个价电子的原子，L的取值（只能） l1+l2， l1+l2 –1， l1+l2 –2，……，| l1-l2 | 例如：价电子为np1nd1的原子 l1=1，l2＝2，所以L＝3，2，1三个值 当L＝0，1，2，3，…时分别用大写字母
2019/11/1
（2）关于发射过程
i.发射必须符合光谱选择定则； ii.发射线的波长反映的是单个光子的辐射能量，与辐 射前后原子所处的能级有关，l＝hc/(E2-E1)＝hc/DE； iii. 不同元素原子的结构不同，原子的能级状态不同， 能级之间的能级差不同，因此发射谱线的波长也不同， 每种元素都有其特征谱线，可定性。
这个符号表示的激发态实际上包涵两个能量相近的能 级，因此仅仅用3p1来表示并不能准确地反映在这种 状态下Na原子的能级状况。 Why ?
2019/11/1
Spin (s) and orbital (l) motion create magnetic fields that perturb each other (couple) if fields parallel - slightly higher energy if fields antiparallel - slightly lower energy
Questions：
（1）用这个所谓价电子的组态可表明价电子所处的原 子轨道，也能说明原子是处于基态还是激发态，那么它 能确切表示电子所处的能级吗？ （2）在这个电子组态的表示式中，没有体现磁量子数 和自旋量子数，难道它们对电子的能量没有影响吗？
2019/11/1
举个例子
例如Na价电子组态的 3p1——激发态
2019/11/1
（2）总角量子数L
各价电子角动量相互作用，按一定方式耦合而成的原 子总的角量子数。 对于有两个价电子的原子，L的取值（只能） l1+l2， l1+l2 –1， l1+l2 –2，……，| l1-l2 | 例如：价电子为np1nd1的原子 l1=1，l2＝2，所以L＝3，2，1三个值 当L＝0，1，2，3，…时分别用大写字母
2019/11/1
（2）关于发射过程
i.发射必须符合光谱选择定则； ii.发射线的波长反映的是单个光子的辐射能量，与辐 射前后原子所处的能级有关，l＝hc/(E2-E1)＝hc/DE； iii. 不同元素原子的结构不同，原子的能级状态不同， 能级之间的能级差不同，因此发射谱线的波长也不同， 每种元素都有其特征谱线，可定性。
这个符号表示的激发态实际上包涵两个能量相近的能 级，因此仅仅用3p1来表示并不能准确地反映在这种 状态下Na原子的能级状况。 Why ?
2019/11/1
Spin (s) and orbital (l) motion create magnetic fields that perturb each other (couple) if fields parallel - slightly higher energy if fields antiparallel - slightly lower energy
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四个量子数可以表示原子核外任何一个电子，相互之 间量子数一定不会完全相同——(电子的量子坐标?)
2020/4/12
通常核外电子的排布——电子组态可以这样表示 Na：1s22s22p63s1——基态
1s22s22p63p1——激发态 注意：一般情况下，原子的内层电子已经饱和， 比较稳定，在原子光谱中，发生跃迁的一般为价 电子，所以在光谱学上更关注价电子的组态
分子轨道指的是分子中的电子的运动轨迹，不同的轨 道具有不同的能量，如果用“——”表示轨道，按照能 量高低将轨道上下排列，可以得到轨道能级示意图。
2020/4/12
分子的电子能级是分子的能量状态，能级状况取决于 电子在分子轨道上的排布状况——电子的能量状态。
例如：分子的单重态的电子在轨道的排布状况
高能轨道
2020/4/12
（2）总角量子数L
各价电子角动量相互作用，按一定方式耦合而成的原 子总的角量子数。 对于有两个价电子的原子，L的取值（只能） l1+l2， l1+l2 –1， l1+l2 –2，……，| l1-l2 | 例如：价电子为np1nd1的原子 l1=1，l2＝2，所以L＝3，2，1三个值 当L＝0，1，2，3，…时分别用大写字母
考虑进去自旋－轨道运动耦合作用后的量子数来表示 原子的价电子组态，我们这样书写：
n2S+1L——光谱项
2020/4/12
关于光谱项的几点讨论
n2S+1L
（i）式中的2S＋1称为谱项的多重性。 当2S＋1＝1时，称为单重态； 当2S＋1＝2时，称为双重态； 当2S＋1＝3时，称为三重态； 如Na的激发态：3p1，S＝1/2，双重态。
L＋S，L＋S－1， L＋S－2，……， |L－S| 注意（i）仅取正值；
（ii）若L≥S，其取值为J＝L＋S到L－S共2S＋1 个值；若L<S，取值为从S＋L到S－L共2L＋1个
2020/4/12
例如：L＝2，S＝1，则J可取3，2，1 L＝0，S＝1/2，则J可取1/2
例：3p1，只有一个价电子（N＝1） n=3，L＝1，S＝1/2，J＝3/2，1/2
2020/4/12
Questions：
（1）用这个所谓价电子的组态可表明价电子所处的原 子轨道，也能说明原子是处于基态还是激发态，那么它 能确切表示电子所处的能级吗？ （2）在这个电子组态的表示式中，没有体现磁量子数 和自旋量子数，难道它们对电子的能量没有影响吗？
2020/4/12
举个例子
例如Na价电子组态的 3p1——激发态
§ 3－1 原子光谱法概述
一、原子光谱法分类 原子发射光谱（AES） 原子吸收光谱（AAS）absorption 原子荧光光谱（AFS） 产生原因：原子在电子能级之间的跃迁 或者说，原子外层电子（价电子）在不同的原子轨道 之间的跃迁 Q：轨道和电子能级有什么关系？什么是轨道？
2020/4/12
以分子轨道和分子能级为例
S P D F，…表示
2020/4/12
（3）总自旋量子数S：
原子中各价电子的自旋角动量相耦合而得到的原子总 的自旋量子数。
可取值： N/2，N/2－1， N/2－2……，1/2，0
当N为偶数时，S值为0或者正整数； 当N为奇数时，S值为半整数。
2020/4/12
（4）内量子数J：
是由于轨道运动与自旋运动的相互作用即轨道磁矩与 自旋磁矩的相互影响而得出的，它是原子中各个价电 子组合得到的总角量子数L与总自旋量子数S的矢量和 取值：
2020/4/12
2020/4/12
量子力学对核外电子运动状态的表述
电子层数——主量子数n n=1，2，3，4，5，6，7 K、L、M、N、O、P、Q
原子轨道的形状——角量子数l l＝0，1，2，3，4……n-1 s pd f g
原子轨道的空间取向（即伸展方向）——磁量子数m m＝0， ± 1， ± 2，…… ± l
2020/4/12
1、原子核外电子的运动状态 1-2个电子的运动
轨道形状：球形对称——s轨道
3-4个电子的运动
轨道形状：2个球形对称——2个s 轨道，但能量不同，分层
2020/4/12
更多个电子的运动
轨道特点 （1）多层 （2）第二层除了球形s轨道外， 还有纺锤形p轨道 （3）p轨道在空间还有不同的伸 展方向 （4 ）更高层还有d轨道
2020/4/12
问题思考？
像3p1这种情况，轨道上只有1个电子，自旋运动与轨 道运动相互影响的情形简单，就是一个平行一个反平 行。如果3s1p1情况，2个电子，情形就复杂了，复杂 在哪里？
2020/4/12
2、光谱项
考虑到自旋、轨道运动（S-S，O-O，S-O）相互影 响后的原子能级的情况，定义一套新的参数（量子数） 来表达真实的原子能级 （1）主量子数n，这个不变
2020/4/12
问题：为什么要定义这些量子数？ 目的就是准确描述核外每个电子的运动状态 但根据电子排布的规则，每个轨道上可最多容纳两个 电子，在同一轨道上的这两个电子是不是就具有相同 的量子数了？ 两个电子是自旋方向不同的，用自旋量子数表示
2020/4/12
电子的自旋方向——自旋量子数s s=+1/2，-1/2
基态低能Biblioteka 道激发态2020/4/12
原子轨道和原子能级什么关系？
原子核外的电子在原子轨道上运动，运动状态不同， 原子所处的能量状态（即能级）就不同。 譬如 Na 1s22s22p63s1——Ground state
1s22s22p63p1——? 因此，要了解原子的电子能级，首先要了解原子核外 电子的排布情况（实际上就是核外电子的运动状态）
这个符号表示的激发态实际上包涵两个能量相近的能 级，因此仅仅用3p1来表示并不能准确地反映在这种 状态下Na原子的能级状况。 Why ?
2020/4/12
Spin (s) and orbital (l) motion create magnetic fields that perturb each other (couple) if fields parallel - slightly higher energy if fields antiparallel - slightly lower energy
2020/4/12
通常核外电子的排布——电子组态可以这样表示 Na：1s22s22p63s1——基态
1s22s22p63p1——激发态 注意：一般情况下，原子的内层电子已经饱和， 比较稳定，在原子光谱中，发生跃迁的一般为价 电子，所以在光谱学上更关注价电子的组态
分子轨道指的是分子中的电子的运动轨迹，不同的轨 道具有不同的能量，如果用“——”表示轨道，按照能 量高低将轨道上下排列，可以得到轨道能级示意图。
2020/4/12
分子的电子能级是分子的能量状态，能级状况取决于 电子在分子轨道上的排布状况——电子的能量状态。
例如：分子的单重态的电子在轨道的排布状况
高能轨道
2020/4/12
（2）总角量子数L
各价电子角动量相互作用，按一定方式耦合而成的原 子总的角量子数。 对于有两个价电子的原子，L的取值（只能） l1+l2， l1+l2 –1， l1+l2 –2，……，| l1-l2 | 例如：价电子为np1nd1的原子 l1=1，l2＝2，所以L＝3，2，1三个值 当L＝0，1，2，3，…时分别用大写字母
考虑进去自旋－轨道运动耦合作用后的量子数来表示 原子的价电子组态，我们这样书写：
n2S+1L——光谱项
2020/4/12
关于光谱项的几点讨论
n2S+1L
（i）式中的2S＋1称为谱项的多重性。 当2S＋1＝1时，称为单重态； 当2S＋1＝2时，称为双重态； 当2S＋1＝3时，称为三重态； 如Na的激发态：3p1，S＝1/2，双重态。
L＋S，L＋S－1， L＋S－2，……， |L－S| 注意（i）仅取正值；
（ii）若L≥S，其取值为J＝L＋S到L－S共2S＋1 个值；若L<S，取值为从S＋L到S－L共2L＋1个
2020/4/12
例如：L＝2，S＝1，则J可取3，2，1 L＝0，S＝1/2，则J可取1/2
例：3p1，只有一个价电子（N＝1） n=3，L＝1，S＝1/2，J＝3/2，1/2
2020/4/12
Questions：
（1）用这个所谓价电子的组态可表明价电子所处的原 子轨道，也能说明原子是处于基态还是激发态，那么它 能确切表示电子所处的能级吗？ （2）在这个电子组态的表示式中，没有体现磁量子数 和自旋量子数，难道它们对电子的能量没有影响吗？
2020/4/12
举个例子
例如Na价电子组态的 3p1——激发态
§ 3－1 原子光谱法概述
一、原子光谱法分类 原子发射光谱（AES） 原子吸收光谱（AAS）absorption 原子荧光光谱（AFS） 产生原因：原子在电子能级之间的跃迁 或者说，原子外层电子（价电子）在不同的原子轨道 之间的跃迁 Q：轨道和电子能级有什么关系？什么是轨道？
2020/4/12
以分子轨道和分子能级为例
S P D F，…表示
2020/4/12
（3）总自旋量子数S：
原子中各价电子的自旋角动量相耦合而得到的原子总 的自旋量子数。
可取值： N/2，N/2－1， N/2－2……，1/2，0
当N为偶数时，S值为0或者正整数； 当N为奇数时，S值为半整数。
2020/4/12
（4）内量子数J：
是由于轨道运动与自旋运动的相互作用即轨道磁矩与 自旋磁矩的相互影响而得出的，它是原子中各个价电 子组合得到的总角量子数L与总自旋量子数S的矢量和 取值：
2020/4/12
2020/4/12
量子力学对核外电子运动状态的表述
电子层数——主量子数n n=1，2，3，4，5，6，7 K、L、M、N、O、P、Q
原子轨道的形状——角量子数l l＝0，1，2，3，4……n-1 s pd f g
原子轨道的空间取向（即伸展方向）——磁量子数m m＝0， ± 1， ± 2，…… ± l
2020/4/12
1、原子核外电子的运动状态 1-2个电子的运动
轨道形状：球形对称——s轨道
3-4个电子的运动
轨道形状：2个球形对称——2个s 轨道，但能量不同，分层
2020/4/12
更多个电子的运动
轨道特点 （1）多层 （2）第二层除了球形s轨道外， 还有纺锤形p轨道 （3）p轨道在空间还有不同的伸 展方向 （4 ）更高层还有d轨道
2020/4/12
问题思考？
像3p1这种情况，轨道上只有1个电子，自旋运动与轨 道运动相互影响的情形简单，就是一个平行一个反平 行。如果3s1p1情况，2个电子，情形就复杂了，复杂 在哪里？
2020/4/12
2、光谱项
考虑到自旋、轨道运动（S-S，O-O，S-O）相互影 响后的原子能级的情况，定义一套新的参数（量子数） 来表达真实的原子能级 （1）主量子数n，这个不变
2020/4/12
问题：为什么要定义这些量子数？ 目的就是准确描述核外每个电子的运动状态 但根据电子排布的规则，每个轨道上可最多容纳两个 电子，在同一轨道上的这两个电子是不是就具有相同 的量子数了？ 两个电子是自旋方向不同的，用自旋量子数表示
2020/4/12
电子的自旋方向——自旋量子数s s=+1/2，-1/2
基态低能Biblioteka 道激发态2020/4/12
原子轨道和原子能级什么关系？
原子核外的电子在原子轨道上运动，运动状态不同， 原子所处的能量状态（即能级）就不同。 譬如 Na 1s22s22p63s1——Ground state
1s22s22p63p1——? 因此，要了解原子的电子能级，首先要了解原子核外 电子的排布情况（实际上就是核外电子的运动状态）
这个符号表示的激发态实际上包涵两个能量相近的能 级，因此仅仅用3p1来表示并不能准确地反映在这种 状态下Na原子的能级状况。 Why ?
2020/4/12
Spin (s) and orbital (l) motion create magnetic fields that perturb each other (couple) if fields parallel - slightly higher energy if fields antiparallel - slightly lower energy