原子吸收和发射光谱法
原子发射光谱法_原子吸收光谱法_原子荧光光谱法的比较
TECHNOLOGY WIND ［摘要]通过三种方法的比较，可以得知不同的分析方法所适用的元素。
本文主要从基本原理，研究对象及温度三个方面进行比较。
［关键词原子发射光谱法；原子吸收光谱法；原子荧光光谱法原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法的比较赫健（辽宁省有色地质局一0四队测试中心，辽宁营口115007）1基本原理三者从基本原理来看其相同点是：相应能级间的跃迁所得的3种光谱，波长或频率完全相同，而且发射强度、吸收强度、荧光强度与元素性质、谱线特征及外界条件间的依赖有关系基本类似。
因此，原子发射光谱法中的问题，在原子吸收和原子荧光法中也大多同样存在。
2研究对象三者之间也存在根本区别：从3种方法的研究对象来看是有区别的：原子发射光谱法是研究待测元素激发的辐射强度；原子吸收光谱法是研究待测原子蒸气对光源共振线的吸收强度，是属吸收光谱；原子荧光光谱法是研究待测元素受激发跃迁所发射的荧光强度，虽然激发主式与发射光谱法不同，但仍然是属发射光谱。
而原子荧光光谱法既具有发射光谱分析的特点，以与原子吸收法有许多相似之处，因此，介于两者之间，在某些方面兼具两者的优点。
谱线数目不同，复杂程度不同，光谱干扰程度也有很大差别：发射光谱谱线多，由谱线重叠引起的光谱干扰较严重。
由于基态原子密度较其他能级原子密度大，受激吸收机会占优势，因此原子吸收线多限于一些以基态为低能级的共振吸收线，其谱线数目远比发射线少，谱线重叠引起光谱干扰也较少。
由于只有产生受激吸收之后才能产生荧光，因此荧光谱线大多是强度较大的共振线，其谱线数目更少，相对光谱干扰也少。
3温度温度变化对原子发射强度、吸收强度、原子荧光强度的影响不同：激发态原子随温度变化是以指数形式变化，而基态原子数因温度变化引起的变化是很小的，实际上接近于恒定值。
这是由于参加跃迁的低能级的激发能一般很小（基态激发能等于零），玻尔慈曼因子近似等于1，因此原子吸收强度受原子化温度变化的影响，比发射光谱受激发温度影响小。
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
原子荧光、原子吸收和原子发射
原子荧光光谱简介原子荧光光谱是1964年以后发展起来的分析方法。
原子荧光光谱法是以原子在辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的发射光谱分析法。
但所用仪器与原子吸收光谱法相近。
原子荧光光谱分析法具有很高的灵敏度，校正曲线的线性范围宽，能进行多元素同时测定。
原子荧光光谱是介于原子发射光谱和原子吸收光谱之间的光谱分析技术。
它的基本原理是基态原子（一般蒸汽状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。
原子荧光的波长在紫外、可见光区。
气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，约经10-8秒，又跃迁至基态或低能态，同时发射出荧光。
若原子荧光的波长与吸收线波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。
共振荧光强度大，分析中应用最多。
在一定条件下，共振荧光强度与样品中某元素浓度成正比。
该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3――5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳。
主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用。
原理原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度，来确定待测元素含量的方法。
气态自由原子吸收特征波长辐射后，原子的外层电子从基态或低能级跃迁到高能级经过约10-8S，又跃迁至基态或低能级，同时发射出与原激发波长相同或不同的辐射，称为原子荧光。
原子荧光分为共振荧光、直跃荧光、阶跃荧光等。
发射的荧光强度和原子化器中单位体积该元素基态原子数成正比，式中：I f为荧光强度；$ 为荧光量子效率，表示单位时间内发射荧光光子数与吸收激发光光子数的比值，一般小于1；Io为激发光强度；A为荧光照射在检测器上的有效面积；L为吸收光程长度；& 为峰值摩尔吸光系数；N为单位体积内的基态原子数。
原子发射光谱和原子吸收光谱的区别
原子发射光谱和原子吸收光谱的区别
原子发射光谱和原子吸收光谱是研究原子的光谱现象常用的两种方法。
它们的区别主要体现在以下几个方面：
1. 测量对象不同：原子发射光谱是测量原子在受激发后由高能级向低能级跃迁时所发射的光线的现象，而原子吸收光谱则是测量原子从低能级吸收光子跃迁到高能级的过程。
2. 光谱形态不同：原子吸收光谱通常呈现为黑线或者缺失线的形式，称为吸收线，而原子发射光谱则是一系列明亮可见光线的集合，称为发射线，有时也称为亮线谱。
3. 测量方法不同：原子发射光谱常采用光谱仪测量，它通过分离和检测样品发射的不同波长的光线来得到光谱图谱。
而原子吸收光谱则通过测量样品中某个特定波长的光线的吸收强度来得到光谱图谱。
4. 应用方向不同：原子发射光谱常用于分析和确定不同样品中化学元素的存在和浓度，例如在冶金、环境、地球科学等领域。
原子吸收光谱则通常用于测量和分析样品中特定元素的含量，特别是对于微量元素的分析具有重要意义。
总的来说，原子发射光谱和原子吸收光谱分别从不同的角度研究了原子的光谱现象，提供了研究原子量子结构和元素分析的有力工具。
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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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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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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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”。
原子吸收光谱法与原子发射光谱法的比较
原子吸收光谱法与原子发射光谱法的比较摘要原子吸收光谱法及原子发射光谱法的产生，原理，用法等的比较。
关键词原子吸收光谱法；原子发射光谱法原子吸收光谱法是根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量。
原子吸收光谱法的优点与不足：<1> 检出限低，灵敏度高。
火焰原子吸收法的检出限可达到ppb级，石墨炉原子吸收法的检出限可达到10-10-10-14g。
<2> 分析精度好。
火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可<1%，其准确度已接近于经典化学方法。
石墨炉原子吸收法的分析精度一般约为3-5%。
<3> 分析速度快。
原子吸收光谱仪在35分钟内，能连续测定50个试样中的6种元素。
<4> 应用范围广。
可测定的元素达70多个，不仅可以测定金属元素,也可以用间接原子吸收法测定非金属元素和有机化合物。
<5> 仪器比较简单，操作方便。
<6> 原子吸收光谱法的不足之处是多元素同时测定尚有困难,有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人满意。
原子发射光谱法是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。
原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即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。
由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。
原子吸收光谱是原子发射光谱的逆过程。
基态原子只能吸收频率为ν＝（Eq-E0）/h的光，跃迁到高能态Eq。
因此，原子吸收光谱的谱线也取决于元素的原子结构，每一种元素都有其特征的吸收光谱线。
原子的电子从基态激发到最接近于基态的激发态，称为共振激发。
原子发射光谱和原子吸收光谱的区别
原子发射光谱和原子吸收光谱的区别
原子发射光谱和原子吸收光谱是光谱学中两种不同的分析技术，它们主要通过原子在光的作用下产生的能级跃迁来获取信息，但它们的原理和应用有所不同。
下面是它们的主要区别：
1.原理：
-原子发射光谱（Atomic Emission Spectroscopy，简称AES）：在原子发射光谱中，样品原子首先被激发到高能级状态，然后从高能级跃迁回到低能级，释放出特定波长的光。
这些发射的光经过分光仪的分析，可以得到特定元素的光谱线，从而确定样品中含有的元素种类和浓度。
-原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，简称AAS）：在原子吸收光谱中，样品中的原子通过吸收入射光的能量而跃迁到高能级状态。
入射光的波长通常是特定元素的吸收波长。
吸收光强度与样品中特定元素的浓度成正比，通过测量吸收光强度的变化，可以得到样品中特定元素的浓度信息。
2.应用：
-原子发射光谱广泛用于分析样品中特定元素的存在和浓度，特别适用于多元素分析。
-原子吸收光谱主要用于分析样品中特定元素的浓度，它通常对特定元素的测量更为灵敏和准确。
3.灵敏度：
-原子发射光谱的灵敏度通常较低，对于样品中低浓度的元素可能需要高灵敏度的仪器。
-原子吸收光谱的灵敏度相对较高，可以测量样品中较低浓度的元素。
综上所述，原子发射光谱和原子吸收光谱是两种不同的光谱学分析技术，它们分别通过原子的发射和吸收光来获取样品中特定元素的信息。
原子发射光谱主要用于多元素分析，而原子吸收光谱则更适用于特定元素浓度的准确测量。
三种原子光谱(发射,吸收与荧光)产生机理
一、概述原子光谱是研究原子内部结构和原子间相互作用的重要技术手段，也是物质分析学、化学分析学、化学物理学和光谱学等领域的重要研究内容。
原子光谱包括发射光谱、吸收光谱和荧光光谱，它们是由原子在外界作用下产生的具有特殊波长和频率的光谱。
发射光谱是原子从高能级跃迁到低能级时产生的谱线，吸收光谱是原子吸收外界光子导致能级跃迁的谱线，荧光光谱则是原子在受激激发后再跃迁回基态时放出的光谱。
本文将重点介绍三种原子光谱的产生机理。
二、发射光谱产生机理1. 激发当原子受到能量激发时，电子从基态跃迁到高能级，此时原子处于激发态，处于不稳定状态。
2. 跃迁在激发态下，原子的电子会趋向于迅速由高能级跃迁到低能级，这个跃迁的过程伴随着光子的发射。
3. 能级结构原子内部的能级结构决定了发射光谱的特性，不同元素具有不同的能级结构，因而发射光谱对于元素的鉴定和定量分析具有重要意义。
三、吸收光谱产生机理1. 能级跃迁吸收光谱是由原子吸收外界光子导致能级跃迁而产生的，能级跃迁的规律与波长和频率的关系可以用于确定原子的能级结构和特性。
2. 共振吸收当外界光子与原子的能级跃迁能量匹配时，发生共振吸收现象，这种吸收现象对于不同元素的吸收光谱研究具有重要意义。
3. 吸收光谱谱线吸收光谱谱线的位置和强度反映了原子吸收外界光子的能力，可以用于分析样品中的元素及其含量。
四、荧光光谱产生机理1. 受激激发荧光光谱是原子在受到外界激发能量后处于激发态的荧光物质产生的光谱，激发的能量可以是光子或者其他激发源。
2. 荧光发射激发后的原子处于不稳定状态，随后电子会从激发态跃迁回到基态，并伴随着荧光发射。
3. 荧光光谱应用荧光光谱在物质分析、生物学、医学和环境保护等领域有着广泛的应用，对于研究物质的结构和性质具有重要的意义。
五、总结发射光谱、吸收光谱和荧光光谱是三种重要的原子光谱，它们具有独特的产生机理和应用价值。
通过对三种原子光谱的产生机理的深入理解，不仅可以帮助人们认识原子内部的结构和性质，还有助于解决实际问题和促进科学技术的发展。
发射光谱与吸收光谱
二、光谱仪（摄谱仪 Spectrograph）
（见下页图）
光谱仪的核心是分光系统和记录系统
1. Prism spectrograph
B★
照明系统 (lighting system)
准直透镜
色散系统 (dispersive system)
b、是与自吸收有关的参数， 称为自吸系数。
由于系数a受测定实验条件的影响极大，所以 一般在被测元素的谱线中选一条线作为分析线， 在基体元素(或定量加入的其它元素)的谱线中 选一条与分析线均称的谱线作为内标线 (internal standard line,或称比较线)，这两条谱 线组成所谓分析线对（分析线和比较线）。分 析线与内标线的绝对强度的比值称为相对强度。
光电法 光电法用光电倍增管、光电二极管或CCD检测 器直接获得光谱线的相对强度进行定量分析。
Phototube
4. 辅助观测设备：
1. 光谱投影仪 (Spectrum projector)
在进行光谱定性分析 及观察谱片时需要使 用影谱仪。一般放大 倍数为20倍左右，并 与标准铁光谱图进行 比较得出定性结果。
用火焰电弧等离子炬等作为激发源使被测物质原子化并激发气态原子或离子的外层电子使其发射特征的电磁辐射利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光谱分析法波长范围一般在190900nm一般情况下原子处于基态在激发光源作用下原子获得能量外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态108s外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁多余的能量的发射可得到一条光谱线
根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发 射光谱法有许多技术，我们仅讨论常规的方法：用火焰、 电弧、等离子炬等作为激发源，使被测物质原子化并激 发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐 射，利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光 谱分析法，波长范围一般在190~900nm。
火焰原子吸收光谱法和发射法测定水中钾和钠
火焰原子吸收光谱法和发射法测定水中钾和钠摘要：钾、钠是天然水中的常量金属离子。
本文分别用火焰原子吸收法和火焰原子发射法测定水中钾和钠的各个步骤，对影响测定结果的各因素进行了探讨。
关键词：钾；钠；火焰原子吸收法；火焰原子发射法Measurement of Potassium and Sodium in Water by AASZhou Xin sheng jianJiangxi Geological Prospecting Bureau Jiangxi Northwest Central Laboratory Jiangxi Jiujiang 332000Abstract: The Potassium and Sodium ion inside water can be determined by two method of AA andEmission using atomic absorportion sperctrometer, some factor effectting the result of AA is reseaching.Keywords: potassium; sodium; AA emission atomic absorption spectrometry; instrumentalcondition钾和钠是天然水中的常量元素。
钾是植物的基本营养元素，它存在于所有的天然水中。
尽管钾盐在水中有较大的溶解度，但因受土壤岩石的吸附及植物吸收与固定的影响，使的水中钾离子的含量为钠离子的4%～10%左右。
钠存在于大多数天然水中，其含量从低于1 mg/L至大于500mg/L不等。
对某一特定的稳定水系，钾和钠的含量基本长期不变。
通过钾和钠的测定，可以了解某一水体的特性。
另外水中钾和钠的含量测定，对保证工农业生产和人民群众身体健康具有非常重要的意义。
如供高压锅炉用的水中钠的推荐极限浓度为2~3 mg/L，含钠过高不利。
实验31 原子发射光谱和原子吸收光谱观测分析
期末考核实验31 原子发射及吸收光谱观测分析临床医学钟潇健04384087(A) 原子发射光谱观测分析【实验目的】1．学会使用光学多通道分析器的方法。
2．了解碱金属原子光谱的一般规律。
3．加深对碱金属原子中外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解。
【仪器用具】光学多通道分析器WGD-6，光学平台GSZ-2，汞灯，钠灯，计算机。
【原理概述】钠原子光谱特点：钠原子光谱分四个线系：主线系：np →3s ( n = 3,4,5, …)锐线系：ns →3p ( n = 4,5,6, …)漫线系：nd →3p ( n = 3,4,5, …)基线系：nf →3d ( n = 4,5,6, …)各线系的共同特点：1．同一线系内，越向短波方向，相邻谱线的波数差越小，最后趋于连续谱与分立谱的边界。
2．在同一线系内，越向短波方向，谱线强度越小。
各线系的区别：1．各线系所在光谱区域不同。
主线系只有3p →3s 的两条谱线（钠双黄线）在可见区，其余在紫外区。
锐线系和漫线系的谱线除第一条线在红外区外，其余都在可见区。
基线系在红外区。
2．由于s能级不分裂，p、d、f能级由于电子自旋与轨道运动作用引起谱项分裂，它们是双重的。
这些双重分裂随能级增高而变小。
因此，根据选择定则，主线系和锐线系是双线的。
主线系双线间的波数差越往短波方向越小，锐线系各双线波数差相等。
漫线系和基线系是复双重线的。
3．从谱线的外表上看，主线系强度较大，锐线系轮廓清晰，漫线系显得弥漫，一般复双重线连成一片。
【实验步骤】1．检查多通道分析器工作状态。
2．点燃汞灯，利用汞灯的546.07nm，576.96nm，578.97nm三条谱线为光学多通道分析器定标，起始波长为440nm。
3．点燃钠灯，实时采集钠灯发射光谱，利用已定标的数据，测出钠谱线双黄线的波长。
4．将光学多通道分析器的起始波长分别改为460nm、480nm、500nm、520nm，重复步骤2和3。
仪器分析实验-原子发射与原子吸收光谱法
火焰的燃助比变化也会导致测量灵敏度的变化。同样，变化的大小也因火焰种类和元素的 性质而定。即使是相同种类的火焰，燃助比不同，也会引起最佳测量高度的改变，从而使测量 灵敏度发生变化。从图 155-2 可看出燃烧器高度与燃助比两个条件的相互依赖关系。
当仪器的光学及电学部分处于稳定的工作状态时，就可根据操作规程对分析条件进行选
五、数据处理
1、定性分析 根据试样谱板与“谱线图”对比的结果，指出试样中某元素出现的 2~3 条 灵敏线及其黑度，以确定大量元素、中量元素、微量元素、痕量元素等。
2、 定量分析 比较试样和标准中同一条灵敏线的黑度，以确定黑度~1%，~0.1%，~0.01%， ~0.001%，若在 0.1%和 0.01%之间，并接近 0.01%时，则可用 0.1%~0.01%表示，以此表示被 测元素的半定量分析结果。
为了便于识别谱线波长位置，通常用铁光谱作为波长标尺，将铁棒或氧化铁粉末与试样并 列摄谱，把摄得的谱板置于映谱仪上，放大 20 倍与“谱线图”进行比较，如果某些元素的灵 敏线出现则证明试样中存在这些元素。
在一定的条件下，元素的谱线强度随着其含量增高而增大，利用这一特性可对各种元素进 行定量分析。为了确定其大致含量，可将试样与半定量标样在同一块感光板上摄谱，然后在映 谱仪上用目视法，对被测元素的黑度进行比较，借助所出现最低级别谱线的强度级数估计各元 素在试样中的大致含量，即光谱半定量分析法。表 154-1 列出了所出现最低级别谱线的强度级 数与含量的对应关系。
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三、仪器和试剂
仪器：AA300 型原子吸收分光光度计（美国 PE 公司）；10mL 比色管：6 支；25mL 比色 管：1 支；100mL 容量瓶：1 个；5mL 分度吸量管：2 支
原子吸收分光光度法与火焰发射光谱法的区别
原子吸收分光光度法与火焰发射光谱法的区别原子吸收分光光度法（Atomic Absorption Spectrophotometry，AAS）和火焰发射光谱法（Flame Emission Spectroscopy，FES）是常用的分析化学技术，用于测定金属离子的含量。
两种方法在分析原理、仪器设备、样品制备、分析过程等方面存在一些差异，下面将逐一进行介绍。
一、分析原理1.原子吸收分光光度法：AAS是通过原子吸收过程来测定金属离子的含量。
当光通过样品中的金属离子溶液时，如果与金属离子相应的原子能级的能量与光的能量匹配，这些光将被吸收，导致读数下降。
根据比尔-朗伯定律，光的吸收与浓度成正比，可以通过测量光的吸收程度来计算金属离子的含量。
2.火焰发射光谱法：FES是通过原子发射过程来测定金属离子的含量。
在火焰中加热样品，使金属离子转化为对应的原子，然后激发这些原子，使其发射特定的光谱线。
通过测量特定光谱线的强度，可以计算样品中金属离子的含量。
这种方法可以测定多种金属元素，但不适用于测定非金属元素。
二、仪器设备1.原子吸收分光光度法：AAS主要由光源、单色仪、样品室、探测器和信号处理系统等组成。
光源常用的有中空阴极灯和镁弧灯，单色仪则用于分离并选择出感兴趣的特定波长的光线。
探测器通常为光电倍增管，用于测量吸光度。
信号处理系统可将探测器的信号转化为数值，并进行数据分析。
2.火焰发射光谱法：FES的主要仪器设备包括光源、单色仪、样品室、探测器和信号处理系统等。
光源一般采用火焰或电火花形式，可以将样品中的元素激发为原子态。
单色仪用于分离并选择出感兴趣的特定波长的光线。
探测器通常为光电倍增管，用于测量光谱线的强度。
信号处理系统可将探测器的信号转化为数值，并进行数据分析。
三、样品制备1.原子吸收分光光度法：AAS对样品制备的要求相对较高。
一般要求样品溶液中金属离子的浓度在光程范围内能够测量，并且不会产生干扰。
通常需要对样品进行预处理，如稀释、不溶物过滤、酸溶解等，以满足测量要求。
原子发射光谱法和原子吸收光谱法的优缺点
原子发射光谱法和原子吸收光谱法是分析化学中常用的两种技术手段，用于测定样品中的元素含量。
它们在实验原理、仪器设备、分析方法等方面存在一些差异，同时也各自具有一些优点和缺点。
下面将详细介绍这两种光谱法的特点。
一、原子发射光谱法1. 原理：原子发射光谱法是基于原子激发态与基态之间的电子跃迁而进行分析的。
样品先被气体火焰、电弧等高温条件下原子化，然后通过外部能量激发原子使其处于激发态，激发态原子会发射出特定波长的光线。
通过检测和测量这些发射光线的强度和波长，可以确定样品中的元素含量。
2. 优点：- 灵敏度高：原子发射光谱法对于大多数元素都具有较高的灵敏度，可以测定低至微克级别的元素含量。
- 多元素分析：原子发射光谱法可以同时分析多个元素，因为不同元素的激发发射光谱具有独特的特征波长，可以通过同时检测多个波长来分析多种元素。
- 范围广：原子发射光谱法适用于固体、液体和气体样品，可以分析多种不同形态的样品。
3. 缺点：- 精密度较低：原子发射光谱法的精密度相对较低，误差较大。
这是因为在样品原子化和激发过程中，可能会出现非选择性的基态原子和激发态原子共存，导致信号的干扰和背景噪声。
- 不适用于稀释样品：如果样品中元素含量过低，原子发射光谱法的灵敏度可能不足以准确测定元素含量。
- 仪器复杂：原子发射光谱法需要使用高温和高能量的电弧或火焰进行样品原子化和激发，因此仪器设备较为复杂。
二、原子吸收光谱法1. 原理：原子吸收光谱法是基于原子对特定波长的光线的吸收而进行分析的。
样品先被原子化，然后经过光源产生的特定波长的光线通过样品，被原子吸收。
通过测量吸收光线的强度，可以确定样品中的元素含量。
2. 优点：- 精密度高：原子吸收光谱法的精密度相对较高，误差较小。
因为在原子吸收过程中，只有特定波长的光线能够被原子吸收，不会受到其他波长光线的干扰。
- 高选择性：原子吸收光谱法可以通过选择不同的波长来分析不同元素，具有较高的选择性。
原子吸收法和原子发射光谱法的区别
原⼦吸收法和原⼦发射光谱法的区别
原⼦发射需要⽤强⼤的能量去⽓化，并激发，原⼦外层电⼦被激发后，返回较低能态就会产⽣发射光谱。
所以原⼦发射⾸先需要激发源，⽐如电⽕花、激光、等离⼦体等，使原⼦⽓化，再被激发。
图⽚来源⽹络
原⼦荧光是⽤该原⼦的特征光去激发原⼦外层电⼦，显然光能⽐等离⼦体的能量弱很多，但是现在因为使⽤空⼼阴极灯，⼤⼤提⾼了光的能量，⽽且是锐线光，使部分元素的激发变得容易了许多，因此原⼦荧光可以⽐较容易滴应⽤到汞、砷、硒这⼀类低沸点元素上。
然后被激发的原⼦外层电⼦返回低能态，产⽣发射光谱，这个发射光谱和原⼦发射光谱是⼀样的，但是因为是被光激发出来的光，是⼀种⼆次发光，所以被称作荧光。
为了避免被⼀次光（激发光）⼲扰，荧光的检测器都是设在光路的直⾓⽅向。
⽐较特别的，X-射线原⼦荧光，激发的是内层电⼦，产⽣空⽳，外层电⼦进去补空时，发射出X-射线原⼦荧光，因为X-射线不可以⽤普通⽯英玻璃去做光窗，⼀般会使⽤某些⾦属⽚做窗户，⽐如铍。
所以两个光谱法的区别就是：
发射光谱 —— 荧光光谱
1 光源：复杂的激发装置 -------空⼼阴极灯
2 ⽓化：与激发装置相同 -------直接挥发或者产⽣氢化物
3 光路：直线光路 ——— 直⾓光路
4 光栅：需要单⾊器 —— ⽆需单⾊器。
第七章 第八章原子发射和吸收光谱
原子发射光谱分析的特点
(4) 检出限低。一般光源可达10～0.1μg﹒g-1（或μg﹒cm-3），绝
对值可达1～0.01μg。电感耦合高频等离子体（ICP）检出限可
达ng﹒g-1级。 (5) 准确度较高。一般光源相对误差约为5％～10％，ICP相对误 差可达1％以下。 (6) 试样消耗少。
(7) ICP光源校准曲线线性范围宽可达4～6个数量级。这样可测
特征谱线
{ 强度I：
波长λ：定性分析 定量分析
影响谱线强度：
（1）激发电位---谱线强度与激发电位是负指数关系， 激发电位愈高，谱线强度愈小，因为激发电位愈高， 处在相应激发态的原子数目愈少。
（2）跃迁概率---电子从高能级向低能级跃迁时，在 符合选择定则的情况下，可向不同的低能级跃迁而 发射出不同频率的谱线；两能级之间的跃迁概率愈 大，该频率谱线强度愈大。所以，谱线强度与跃迁 概率成正比。
扰的最后线与灵敏线。
元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振 线----灵敏线 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(也是该元素的最灵敏线)----最后线
谱线的自吸和自蚀
自吸：原子在高温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。
元素浓度高自吸严重时将谱线中心完全吸收--自蚀。
8-2 原子吸收光谱分析基本原理
• 原子吸收光谱的产生
样品转化为原子蒸气后，绝大部分处于基 态，光源发射的共振发射线通过原子蒸气，其 入射光强度为I0，产生共振吸收，透射光的 强度I与电磁辐射通过原子蒸气的宽度（即火 焰的宽度）L的关系(同有色溶液吸收电磁辐射 的情况完全类似)服从吸收定律。
共振线与吸收线
定元素各种不同含量（高、中、微含量）。一个试样同时进行 多元素分析，又可测定各种不同含量。
仪器分析设计实验-头发中重金属的检测-原子吸收和发射光谱法
头发中重金属元素的测定--原子发射和原子吸收测定法摘要：头发中重金属的含量与身体有着密切的联系，通过ICP对头发的基体的分析，测出其重金属含量可以作为衡量身体健康的参考数据，并且在分析过程总结出相应的分析方法与存在问题，提高实验室的分析能力关键词：头发重金属 ICP-AES ICP-FAS 测定实验部分：1.实验原理：本实验采用原子吸收（ICP-FAS）和原子发射（ICP-AES）两种方法测定头发中重金属的含量。
1.1 原子吸收光谱法：是一种广泛应用的测定元素的方法。
它是一种基于在蒸汽状态下对待待测元素基态元素原子共振辐射吸收进行定量分析的方法。
为了能够测定吸收值，试样需要转变成一种在适合的介质中存在的自由原子。
化学火焰是产生基态气态原子的方便方法。
待测试样溶解后以气态溶胶的形式引入火焰中，产生的基态原子吸收适当光源发出的发射后被测定。
原子吸收光谱法中一般采用空心阴极灯这种锐线光源。
这种方法快速，选择性好，灵敏度高且有较好的精密度。
然而，在原子光谱中，不同类型的干扰将严重影响测定方法的准确性。
干扰一般分为三种：物理干扰，化学干扰和光谱干扰。
物理和化学干扰改变火焰中原子的数量，而光谱干扰则影响原子吸收信号的准确性。
干扰可以通过选择适当的实验条件和对试样进行预处理来减少或消除。
所以，应从火焰温度和组成两方面作慎重选择。
1.2 原子发射光谱法：ICP光源具有环形通道，高温，惰性气氛等特点。
因此，ICP-AES具有检出限低，精密度高，线性范围宽，基体效应小等优点，可用于高，中，低含量的70种元素的同时测定。
其分析信号源于原子/离子发射谱线，液体试样由雾化器引入Ar等离子体，经干燥，电离，激发产生具有特定波长的发射谱线，波长范围在120-900nm之间，即位于近紫外，紫外和可见光区域。
发射光信号经过单色器分光，光电倍增管或其他固体检测器将信号变为电流进行测定。
此电流与分析物的浓度之间具有一定的线性关系，使用标准溶液制作工作曲线可以对某未知试样进行定量分析。
原子光谱技术原子发射光谱和原子吸收光谱
1
0
共有（2L+1
0
1
）（2S+1）
0
0
1D
行组合方案
0
0
0
0
1
-1
0
-1
，其L值相同 ，S值也相同 ，产生同样 的谱项.
-1
1
-1
0
1D
-1
0
-1
-1
-2 第二章--原子光谱项 0
1D
35
微状态
ml
1
0
-1
ML=ml MS= ms 2S+1L
2
0
1D
划
1
1
掉
1
0
1D
以
1
0
0
1
上
0
0
1D
这
0
Atomic term Symbols
College of Chemistry 2012
第二章--原子光谱项
1
原子光谱 (atomic spectroscopy)
原子光谱技术:原子发射光谱和原子吸收光谱.
Ej
E2 第二激发态 ΔE E1 第一激发态
E0 基态 原子价层能级图
E h hc
第二章--原子光谱项
29
排列组合数称为微状态数:等价电子数n在总数为 m,包含自旋轨道的完全轨道上的排列组合数.
Cmn
m! n!(m
n)!
m 是分轨道可容纳的总电子数, n是等价轨道上填充 的电子数.
例:由“行列式波函数法”推求等价组态p2的光谱
项. 微状态数:
C62
6! 2!(6
第二章--原子光谱项
原子吸收与原子发射光谱
原子吸收原子吸收光谱仪是分析化学领域中一种极其重要的分析方法，已广泛用于冶金工业。
原子吸收光谱法是利用被测元素的基态原子特征辐射线的吸收程度进行定量分析的方法。
既可进行某些常量组分测定，又能进行ppm、ppb级微量测定，可进行钢铁中低含量的Cr、Ni、Cu、Mn、Mo、Ca、Mg、Als、Cd、Pb、Ad；原材料、铁合金中的K2O、Na2O、MgO、Pb、Zn、Cu、Ba、Ca等元素分析及一些纯金属（如Al、Cu）中残余元素的检测。
光谱仪器的产生原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。
这一年澳大利亚的瓦尔什（A.Walsh）发表了他的著名论文‘原子吸收光谱在化学分析中的应用’奠定了原子吸收光谱法的基础。
50年代末和60年代初，Hilger，V arian Techtron及Perkin-Elmer 公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器，发展了瓦尔西的设计思想。
到了60年代中期，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。
电热原子吸收光谱仪器的产生1959年，苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。
电热原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达到10-10g，使原子吸收光谱法向前发展了一步。
原子吸收分析仪器的发展随着原子吸收技术的发展，推动了原子吸收仪器的不断更新和发展，而其它科学技术进步，为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。
近年来，使用连续光源和中阶梯光栅，结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析检测器，设计出了微机控制的原子吸收分光光度计，为解决多元素同时测定开辟了新的前景。
微机控制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构，提高了仪器的自动化程度，改善了测定准确度，使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。
光谱法是依椐处于气态的被测元素基态原子对该元素的原子共振辐射有强烈的吸收作用而建立的。
该法具有检出限低准确度高，选择性好,分析速度快等优点。
度吸收光程，进样方式等实验条件固定时，样品产生的待测元素相基态原子对作为锐线光源的该元素的空心阴极灯所辐射的单色光产生吸收，其吸光度（A）与样品中该元素的浓度（C）成正比。
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定量方法、 定量方法、灵敏度和检出限
定量方法的依据是比耳定律 定量方法的依据是比耳定律 A = k′· c 或 A = k′· m • 直接测定法 主要用于金 直接测定法:主要用于金 属元素的测定， 属元素的测定，间接测定 法用于某些灵敏度太低的 金属元素或非金属元素的 测定。 测定。 • 标准加入法 用于试样基 标准加入法:用于试样基 体组成复杂且对测定又有 明显影响的场合。 明显影响的场合。 • 浓度直接法
原子化系统
• 原子化是将试 样中的待测元 素转变为原子 蒸气的过程， 其装置称为原 子化器。原子 化器是原子吸 收分光光度计 的核心部件。 实现原子化有 两种方法：火 焰法、无焰法。
• 1. 火焰法
热离解
→ 雾滴 → MX (试样)
雾化 脱溶剂
（还原） 蒸气化
MX（气态）
M
*
激发 M(基态原子) + X(气态) 电离 M++e火焰类型 最高温度/K 最高温度/K 用 途
富燃火焰（ 富燃火焰（还原性 火焰） 火焰）
1/3
较易形成难熔氧化 物的元素，比如Mo Mo、 物的元素，比如Mo、 Cr、稀土等。 Cr、稀土等。 碱金属
贫燃火焰（ 贫燃火焰（氧化性 火焰） 火焰）
1/6
无焰法： 2. 无焰法：
电热高温石墨管（石墨炉）、氰化物原子化法。 电热高温石墨管（石墨炉）、氰化物原子化法。 ）、氰化物原子化法 • 石墨炉；即电加热器， 石墨炉； 即电加热器， 通电后可达3000 高温， 3000℃ 通电后可达 3000℃ 高温， 其原子化效率和灵敏度 都比火焰法高得多， 都比火焰法高得多 ，但 精度较差，装置复杂， 精度较差， 装置复杂， 操作不够简便。 操作不够简ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 • 氰化物原子化法；用于 氰化物原子化法； Ge、Sn、Pb、As、Sb、 Ge、Sn、Pb、As、Sb、 Bi、Se、Te等八种元素 Bi、Se、Te等八种元素 的原子化， 的原子化，利用这些元 素氰化物低温下易挥发 的特点。 的特点。
原子发射光谱法（AES）
• 基本原理：原子核外层电子吸收能量后 从基态跃迁到电子能态较高的激发态， 由不稳定的激发态返回基态时，多余的 能量以特征的紫外-可见线状光谱发射， 通过光谱辨认和测量可进行元素的定性 定量分析。
• 分析仪器： • 光源：作用是将分析试样蒸发、离解、 原子化和激发以产生光辐射。 • 光谱仪：根据记录光谱的方式可分为三 类： 1）肉眼直接观察的看谱镜 2）照相法记录的摄谱仪 3）光电法记录的分光计
AAS中的干扰及其抑制 AAS中的干扰及其抑制
化学干扰
• 化学干扰是指溶液或气相中待测元素和其他组分之间的化学 化学干扰是指溶液或气相中待测元素和其他组分之间的化学 作用所引起的干扰，它主要影响待测元素的原子化效率， 作用所引起的干扰，它主要影响待测元素的原子化效率，化 学干扰是AAS中主要的干扰来源。 中主要的干扰来源。 学干扰是 中主要的干扰来源 • 在标准溶液和试液中加入光谱化学缓冲剂是常用的、简便而 在标准溶液和试液中加入光谱化学缓冲剂是常用的、 有效的抑制化学干扰的方法。 有效的抑制化学干扰的方法。
近代测试技术
仪器分析方法：根据测试物质的物理性质或物理化学
性质而建立起来的一类方法，称为物理化学方法， 性质而建立起来的一类方法，称为物理化学方法，由 于通常用仪器来完成，也称为仪器分析方法。 于通常用仪器来完成，也称为仪器分析方法。
含量分析（元素、组分） 测试内容：含量分析（元素、组分） 结构分析
原子吸收的测量和定量关系
• 积分吸收 ∫ K v dv ∝蒸气相中原 子浓度 • 锐线光源的发射线中心频率与吸 收线中心频率一致， 收线中心频率一致 ， 且发射线半 宽比吸收线半宽小许多。 宽比吸收线半宽小许多。 • 峰值吸收 K0∝蒸气相中原子浓度 • 吸光度 A∝K0 • 在稳定的操作条件下，A与试液中 在稳定的操作条件下， 待测元素的浓度成正比 • A = k′ c k′·c
原子吸收光谱法（AAS） 原子吸收光谱法（AAS）
• 原子吸收光谱法的基本原理
•
原子吸收分光光度计
•
AAS中的干扰及其抑制 AAS中的干扰及其抑制
•
定量方法、 定量方法、灵敏度和检出限
原子吸收光谱法的基本原理
• 当光源发出的特定辐射（通常是被测元素的特征谱线）通过待测 当光源发出的特定辐射（通常是被测元素的特征谱线） 元素的原子蒸气时，会被蒸气相中待测元素的基态原子所吸收， 元素的原子蒸气时，会被蒸气相中待测元素的基态原子所吸收， 测量吸收的程度可进行元素定量分析。这就是原子吸收光谱法。 测量吸收的程度可进行元素定量分析。这就是原子吸收光谱法。
谱线变宽
• Doppler变宽——由于原子在空间中作无规则热运动而产 Doppler变宽 变宽 由于原子在空间中作无规则热运动而产 生的Doppler效应引起，也称为热变宽。 Doppler效应引起 生的Doppler效应引起，也称为热变宽。 • Lorentz变宽 Lorentz变宽 变宽——由于吸收原子和其他粒子的碰撞产生， 由于吸收原子和其他粒子的碰撞产生， 由于吸收原子和其他粒子的碰撞产生 也称为压变宽。 也称为压变宽。 • 在 1500~3000K ， 它们都为 0.01~0.05 。 当共存元素原子 1500~3000K 它们都为0 01~ 05Å。 浓度很小时， 主要受Doppler变宽控制，Ar越小 Doppler变宽控制 越小， 浓度很小时，∆v主要受Doppler变宽控制，Ar越小，温度 越高， 越大。 越高，∆v越大。
• 光源：
1、直流电弧：温度高，设备安全、简单；缺点 放电不稳定，再现性差。 2、交流电弧：电弧稳定，谱线强度再现性好； 检出限差。 3、火花光源：稳定性、再现性好；绝对灵敏度 低，不宜痕量分析。 4、等离子体（ICP）：目前广泛应用的新型光源。 以高频振荡电流在感应线圈及其周围产生交变 磁场，瞬间可使电离气体形成高温的稳定等离 子体。
原子吸收分光光度计
锐线光源
• 锐线光源发射待测元素的共 振线， 要求强度大而且稳定。 振线 ， 要求强度大而且稳定 。 • 空心阴极灯 发射出待测元 阴极材料） 的共振线， 素 （ 阴极材料 ） 的共振线 ， 也含有内充惰气的原子线、 也含有内充惰气的原子线 、 离子线、 离子线 、 阴极材料杂质光谱 及邻近线。 及邻近线。 • 在保证稳定 、 合适的光强输 在保证稳定、 出的情况下尽量采用较低的 工作电流。 工作电流。
• 原子光谱法：原子吸收、原子发射、原 子荧光、X射线衍射等。 • 原子吸收光谱法（AAS）：特定光源发 射的辐射通过待测元素的原子蒸气时， 被其基态原子所吸收，测量吸收程度可 进行元素分析。 • 原子发射光谱法（AES）：原子核外层 电子由激发态返回基态时，多余的能量 以特定光谱发射，通过光谱辨认和测量 可进行定性定量分析。
灵敏度和检出（ 灵敏度和检出（极）限
• 灵敏度 （ S） 是指工作曲线的斜率 ， 斜率越大 ， 灵 灵敏度（ ） 是指工作曲线的斜率， 斜率越大， 敏度越高。 敏度越高。 • 火焰法以特征浓度（Cc）表示灵敏度，Cc是对应于 火焰法以特征浓度（ ）表示灵敏度， 1%净吸收的试液中待测元素的浓度 ， 即对应于 净吸收的试液中待测元素的浓度 A=4.4×10-3 的浓度 ， 单位 的浓度， 单位mg(ml·1%)-1 ， Cc 越小 ， 越小， × 灵敏度越高。 灵敏度越高。 • 石墨炉法 中以 特征质量 （ mc ） 表示灵敏度 ， mc 是 石墨炉法中以 特征质量（ 中以特征质量 表示灵敏度， 指产生4.4× 吸光度值所对应的待测元素的质量， 指产生 ×10-3吸光度值所对应的待测元素的质量， 单位g·(1%)-1 单位 • 检出限 （ DL） 是指能以适当置信度检出的待测元 检出限（ ） 素的最小浓度（或最小量） 素的最小浓度（或最小量），检出限比灵敏度意义 更明确。 越小 越灵敏、可靠。 越小， 更明确。DL越小，越灵敏、可靠。
• 火焰法 最小浓度 C DL =
3S b Sc
（µg·ml-1）
• 以一个接近空白的溶液，重复测其 （10~20次）， 以一个接近空白的溶液，重复测其A（ 次 计算标准差S 计算标准差 b。
Sb Σ ( Ai − A ) 2 = n −1
1/ 2
• 再由一系列标准溶液制作标准曲线，求出斜率即 再由一系列标准溶液制作标准曲线， Sc。 • 石墨炉法的检出限以最小检出量（mDL）表示 石墨炉法的检出限以最小检出量（ 的检出限以最小检出量 表示。 3S b m DL = (g) Sm • 火焰法 DL可达到 -6数量级，即1µg·ml-1 火焰法C 可达到10 数量级， • 石墨炉法 DL可达到 -12g 石墨炉法m 可达到10
• 燃烧器高度（观测高度） 选择的目的是使来 燃烧器高度（观测高度） 自空心阴极灯的光束通过自由原子浓度最大的 火焰区。 火焰区。
火 焰 名 称 燃助比 乙炔/空气） （乙炔/空气） 1/4 用 途
化学计量火焰（中 化学计量火焰（ 性火焰） 性火焰）
常用，主要用于Cu、 常用，主要用于Cu、 Cu Pb、Zn、Cd、 Pb、Zn、Cd、碱土
分光系统和检测系统
• 分光系统由色散元件、凹面镜和狭缝组成。对 分光系统由色散元件、凹面镜和狭缝组成。 由色散元件 分光系统的要求是既要有一定的分辨率， 分光系统的要求是既要有一定的分辨率，又要 有一定的集光本领。当光源辐射强度一定时， 有一定的集光本领。当光源辐射强度一定时， 常通过选择一定的通带来满足上述要求。 常通过选择一定的通带来满足上述要求。通带 （ W ） 是通过单色器出射狭缝的某标称波长处 的辐射范围。 的辐射范围。W = D·S S • 分光系统也可选择分析线。 分光系统也可选择分析线。 • 紫外可见分光光度计 光源 → 单色器 → 吸收 池 →·） ） • 原子吸收分光光度计 光源 → 原子化器 → 分 光系统 →·） ） • 检测系统