有机化学仪器分析课件：仪分实验-实验 13-原子发射光谱法
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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
原子发射光谱分析法
原子发射光谱分析法
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
2023-11-06
目录
• 原子发射光谱分析法概述 • 原子发射光谱仪 • 分析方法与样品处理 • 原子发射光谱法的应用 • 原子发射光谱法的优缺点 • 研究成果与应用实例
01
原子发射光谱分析法概述
定义与原理
定义
原子发射光谱分析法是一种基于原子发射光谱学的方法，通过对样品中原子 或离子的特征光谱进行分析，实现对其成分和含量的测定。
原理
当样品被加热或受到能量激发时，原子会从基态跃迁到激发态，并释放出特 征光谱。通过对这些光谱进行分析，可以确定样品中元素的种类和含量。
发展历程与重要性
发展历程
原子发射光谱分析法自19世纪末发展至今，经历了从经典光谱分析到现代光谱仪 器分析的演进过程。
重要性
原子发射光谱分析法在科学研究和工业生产中具有广泛的应用价值，为材料科学 、环境科学、生命科学等领域提供了重要的分析手段。
03
该方法广泛应用于地质、环保、生物医学等领域，用于研究复杂样品中元素的 含量、分布和化学形态。
05
原子发射光谱法的优缺点
优点
高灵敏度
原子发射光谱法可以检测到低浓度的元素 ，具有很高的灵敏度。
无需样品处理
原子发射光谱法不需要对样品进行复杂的 处理，可以直接进行分析。
快速分析
该方法可以实现多元素同时分析，大大缩 短了分析时间。
发和激发。
光谱仪的构造
包括入射狭缝、准直镜、光栅 、聚焦镜和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射狭缝。
光谱仪工作原理
样品被激发后，原子会产生不 同波长的光谱，通过光栅分光 后形成光谱，再经过聚焦镜聚 焦到出射狭缝，最后由检测器
进行检测。
光谱仪的分类与特点
生物仪器分析第3讲原子发射光谱法ppt课件
ICP
中阶梯光栅交叉色 散光学系统
CID电荷注入 式检测器
全谱直读
低压交流电弧
激发源 (光源)
平面衍射光栅 摄谱仪
感光板
单色 器
检测 器
数据处理 与显示
（一）激发源（光源）
1.激发源(光源)的作用:
M m N n s 蒸 M m N n 发 g 解 M m 离 N n -
a)火焰光度计：滤光片、硒光 电池及检流计
b)火焰分光光度计：光栅（或 棱镜）和光电管
3、应用：碱金属、钙等几种 谱线简单的元素测定
FP6410火焰光度计
参考价格：RMB 9800
四、原子发射光谱摄谱法的定性分析
1.定性分析的基本原理
原子的核外电子能级不同时，跃迁产生不同 波长的光谱线，通过检测特征光谱线存在与否， 确证某元素可否存在。
光电转换器（光电倍增管）将光信号变为电信号。 特点：检测速度快，准确度较高；
适用于较宽的波长范围； 线性范围宽； 受固定的出口狭缝限制，全定性分析较难。
3.阵列检测器 光电二极管阵列检测器，电荷耦合和电荷注
入式检测器
（四）火焰光度计
1、结构：火焰激发源、单色 器和光电检测器
2、类型：按单色器和检测器 组成分：
• 自吸:由弧焰中心发射出来的辐射光，被外 围的基态或低能态的原子所吸收，从而降 低了谱线的强度。（P25）
• 自蚀：自吸严重时，中心部分的谱线将被 吸收很多，从而使原来的一条谱线分裂成 两条谱线。 基态原子对共振线的自吸最严重。
对于自吸和自蚀可用下图表示：
三、原子发射光谱仪
原子发射光谱法的分析过程
一、何谓发射光谱分析法？
E3
现代仪器分析教学课件-3.原子发射光谱分析法
C、 定量分析方法
由 lgR = blgc +lgA 以lgR 对应lgc 作图，绘制标准曲线，在相同条件 下，测定试样中待测元素的lgR，在标准曲线上求得 未知试样lgc ；
例：某合金中Pb的光谱定量测定，以Mg 作为内标，
例: 溶液中Cd2+含量 谱线条数
10%
14
0.1%
10
0.01%
7
0.001%
1(2265A，最后线)
无吸收现象时，最后线就是最灵敏线。
灵敏线：最易激发的能级所产生的谱线，每种元素都 有一条或几条最强的谱线，即灵敏线。最后线也是最灵 敏线；
共振线：由激发态直接回到基态所产生的谱线；
第一共振线：由第一激发态回到基态所产生的谱线；通 常也是最灵敏线、最后线；
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）
2.激发态：当原子受到能量(如热能、电能等)的作用 时，原子由于与高速运动的的气态粒子和电子相互碰 撞而获得了能量，使原子中外层的电子从基态跃迁到 更高的能级上，处在这种状态的原子称激发态。
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。
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
《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
仪器分析-原子光谱法
吸收光谱法
紫外可见分光光度法 原子吸收光谱法 红外光谱法 顺磁共振波谱法 核磁共振波谱法
散射
Roman 散射
迁 能 级 波长λ 类型 核能级 <0.005nm
KL层电 0.005~10nm 子跃迁 10~200nm
外 层 电 200~400nm 子跃迁
400~800nm
分子振 动能级
（2）检测元件
摄谱法之感光板
光电法之光电管，光电倍增管
固体成像器件 电荷注入检测器（CID） 电荷耦合检测器（CCD）
262000个点阵
（3）光谱仪（分光元件和检测元件的组合） 平面光栅（棱镜）+摄谱
凹面光栅+光电倍增管（二极管）阵列
全谱直读光谱仪- 中阶梯光栅+CID/CCD
化合物离解（气态、基态原子）—激发 （激发态原子）—基态（发射光谱）
摄谱 分析（包括定性和定量）
二、光谱分析仪器
光源与样品→单色器→检测器→读出器件
1. 光源
（1）概述
光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。光源是决定分析的灵敏度和准确度 的重要因素。
光源的要求：比较稳定，>5000K，重现性 好，背景小，谱线简单，安全
（2）常用光源
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体
ห้องสมุดไป่ตู้
直流电弧
电路结构及工作原理： 优点：分析绝对灵敏度高 缺点：重现性差、不宜定量 应用范围
试样引入激发光源的方法： 固体试样 溶液试样 气体试样：放电管
交流电弧
电路结构及工作原理： 优点：稳定性较好，适合定量。操作安全简便，
2.基本原理
仪器分析实验-原子发射与原子吸收光谱法
图 155-1 燃烧器高度变化
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。
4
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
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。
4
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
仪器分析—原子发射光谱分析法课件
与激发态原子数成正比。
在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原
子数Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei ：为激发能；k为
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
这里给出结果：
价电子数目
可能产生的多重性
3
双重线、四重线（quartet）
4
单重线、三重线、五重线（quintet）
5
双重线、四重线、六重线（sextet）
元素 Sc，Y…… Ti，Zr…… V，Nb……
注意：对于较重的原子，尤其是过渡元素，不能简单的用能级图描述，因这些 元素原子能级极为复杂，可发射大量谱线。如，Li-Cs(30~645条)；Mg(173)Ca(662)-Ba(472)；Cr(2277)-Fe(4757)-Ce(5755)。
2019/7/24
2. 能级图
元素的光谱线系常用能级 图来表示。最上面的是光谱 项符号；最下面的横线表示 基态；上面的表示激发态； 可以产生的跃迁用线连接；
线系：由各种高能级跃迁 到同一低能级时发射的一系 列光谱线；
2019/7/24
那么对于含三个或者多个价电子的原子，其谱线的多重性
（2S+1）如何计算呢？请思考。
热能、电能
基态元素M
E 特征辐射
激发态M*
2019/7/24
原子光谱
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定： 主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s； 原子外层有多个电子时，其运动状态用总角量子数L；总 自旋量子数S；内量子数J 描述；
111 原子发射光谱分析法PPT课件
第十一章 原子光谱分析法
Atomic spectrometry
第一节 原子发射光谱
分析法
Atomic emission spectrometry,AES
11.1.1 原子发射光 谱分析的基本原理
11.1.2 原子发射光 谱仪器类型与结构
11.1.3 原子发射光 谱分析的应用
2020/11/11
概述： AES、AAS、AFS
2020/11/11
影响谱线强度的因素：
（1）激发能越小，谱线 强度越强。 （2）温度升高，谱线强 度增大，但易电离。
2020/11/11
3.谱线的自吸与自蚀 self-absorption and self -reversal
等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等 粒子的整体电中性集合体。等离子体内温度和原子浓度的 分布不均匀，中间温度、激发态原子浓度高，边缘反之。
2020/11/11
11.1.1 原子发射光谱分析的基本原理
1.元素的特征谱线
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）。
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
2020/11/11
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。 离子由第一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)。 电离线，与电离能大小无关，离子的特征共振线。 原子谱线表：I 表示原子发射的谱线。
自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使 辐射强度降低的现象。
浓度低，不出现自吸。浓度增加 自吸严重，当达到一定值时，谱线中 心完全吸收，如同出现两条线，这种 现象称为自蚀。
Atomic spectrometry
第一节 原子发射光谱
分析法
Atomic emission spectrometry,AES
11.1.1 原子发射光 谱分析的基本原理
11.1.2 原子发射光 谱仪器类型与结构
11.1.3 原子发射光 谱分析的应用
2020/11/11
概述： AES、AAS、AFS
2020/11/11
影响谱线强度的因素：
（1）激发能越小，谱线 强度越强。 （2）温度升高，谱线强 度增大，但易电离。
2020/11/11
3.谱线的自吸与自蚀 self-absorption and self -reversal
等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等 粒子的整体电中性集合体。等离子体内温度和原子浓度的 分布不均匀，中间温度、激发态原子浓度高，边缘反之。
2020/11/11
11.1.1 原子发射光谱分析的基本原理
1.元素的特征谱线
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）。
热能、电能
基态元素M
E
激发态M*
特征辐射
2020/11/11
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。 离子由第一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)。 电离线，与电离能大小无关，离子的特征共振线。 原子谱线表：I 表示原子发射的谱线。
自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使 辐射强度降低的现象。
浓度低，不出现自吸。浓度增加 自吸严重，当达到一定值时，谱线中 心完全吸收，如同出现两条线，这种 现象称为自蚀。
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。
仪器分析第6章原子发射光谱分析法
一、原子光谱的产生 正常状态下，原子处于基态。原子在受到热(火
焰)或电(电火花)激发时，外层电子由基态跃迁到激 发态，返回到基态时，发射出特征光谱(线状光谱)
热能、电能
基态元素M E 激发态M*
特征辐射
2019/11/29
原子的共振线与离子的电离线
第一共振线(最强的谱线)：原子由最低激发态到基 态的跃迁，最易发生，能量最小； 电离线：离子由最低激发态到基态的跃迁， 其与电离能大小无关，离子的特征共振线。 原子谱线表示：I 表示原子发射的谱线；
S (H l g lH g i)lH g i
γ是乳剂特性曲线BC段的斜率，称为反衬度。Hi是 惰延量，其倒数表示乳剂的灵敏度。BC部分在横坐 标上的投影bc称为感光板的展度。乳剂特性曲线下 部与纵坐标的交点相应的黑度S0，称为雾翳黑度。
2019/11/29
第六节 原子发射光谱定量分析
一、发射光谱定量分析的基本关系式 在条件一定，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 A c b ,则 有 lg I b lg c lg A
发射光谱分析的基本关系式，称为塞伯-罗马金公式。 自吸常数 b 随浓度c增加而减小，当浓度很小，自吸 消失时，b=1。
将
Nj
N0
gj g0
EjE0
e kT
代入得
Iij gg0i Aijh
EjE0
ijN0e kT
2019/11/29
影响谱线强度的因素：
Iij gg0i Aijh
EjE0
ijN0e kT
(1)跃迁几率：成正比
焰)或电(电火花)激发时，外层电子由基态跃迁到激 发态，返回到基态时，发射出特征光谱(线状光谱)
热能、电能
基态元素M E 激发态M*
特征辐射
2019/11/29
原子的共振线与离子的电离线
第一共振线(最强的谱线)：原子由最低激发态到基 态的跃迁，最易发生，能量最小； 电离线：离子由最低激发态到基态的跃迁， 其与电离能大小无关，离子的特征共振线。 原子谱线表示：I 表示原子发射的谱线；
S (H l g lH g i)lH g i
γ是乳剂特性曲线BC段的斜率，称为反衬度。Hi是 惰延量，其倒数表示乳剂的灵敏度。BC部分在横坐 标上的投影bc称为感光板的展度。乳剂特性曲线下 部与纵坐标的交点相应的黑度S0，称为雾翳黑度。
2019/11/29
第六节 原子发射光谱定量分析
一、发射光谱定量分析的基本关系式 在条件一定，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 A c b ,则 有 lg I b lg c lg A
发射光谱分析的基本关系式，称为塞伯-罗马金公式。 自吸常数 b 随浓度c增加而减小，当浓度很小，自吸 消失时，b=1。
将
Nj
N0
gj g0
EjE0
e kT
代入得
Iij gg0i Aijh
EjE0
ijN0e kT
2019/11/29
影响谱线强度的因素：
Iij gg0i Aijh
EjE0
ijN0e kT
(1)跃迁几率：成正比
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C
—试样中浓度
—电离度
当以上的影响因素恒定时：
Ii =[ A] C
2. 谱线的自吸与自蚀
A. 自吸 I = I0e-ad
I0 为弧焰中心发射的谱 线强度;
a 为吸收系数; d 为弧层厚度
B. 自蚀 在谱线上，常用r表示自吸，R表示自蚀。在共振线上，自吸严
重时谱线变宽， 称为共振变宽。
考虑到自吸作用的影响时：
B. 电感耦合等离子体 ICP（Inductively coupled plasma）
三、 单色器(摄谱仪)
A. 平面光栅摄谱仪的色散系统
平面光栅衍射的线色散率、分辨率、聚光本领
四、 检测器
A. 摄谱法
❖安装感光板在摄谱仪的焦面上 ❖激发试样，产生光谱而感光 ❖显影，定影，制成谱板
⑴ 摄谱步骤 ❖特征波长，定性分析
真空紫外直读光谱仪：170~340nm 氦气、氮气保护 测定C、S、P etc
非真空直读光谱仪：200~900nm
❖ 扫描型直读光谱仪
C：全谱直读ICP-OES光谱仪
波长
O
A
转动光栅扫描
五、AES的定性定量分析方法
1.定性分析的基本原理(摄谱法、光电法)
n
i
hC
n
i 1
Ei
i 1
m
n
ji m
以证实试样中含有该元素。
❖ 否则不含有该元素。
B.标准铁光谱图比较法 标准铁光谱图（一级）
Cr 5
12.3
❖ 2300~3500埃/15张，80埃/张。 ❖ 以铁光谱作为波长标尺。 ❖ 标有68种元素的480多条特征谱线。
Li 5
47.3
❖ 上标：谱线的强度级（1~10级）。 ❖ 下标：原子线(Ⅰ)与离子线(Ⅱ→ +、 Ⅲ→ 2+、Ⅳ→ 3+ )。 ❖ 底标：波长十位后尾数，12.3→2712.3埃、47.3→ 2747.3埃。
Au、B、Bi、Co、Dy、Er、Eu、Hg、Gd、Ho、La、 Mn、Mo、Nb、 P、Pb、Pr、Pt、Rb、Rn、Ru、S、 Sb、Sn、Si、Ta、Tb、Ti、Tl、V、Zn、Zr
Al、Cd、Cr、Cs、F、Fe、Ga、Ge、In、Mg、Ni、 Pb、Sc、Y、Yb
Ag、Be、Cu、Ba、Sr、Ca
《仪器分析实验》
实验13 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectroscopy
For Short：AES
第一部分 基本原理
一. 原子发射光谱的产生
E3 电能、热能、 光能等激发气态 E2 基态原子、离子 的核外电子受激 E1 跃迁至高能态。
气态、激发态原子、离子的 核外电子，迅速回到低能态时以 光辐射的形式释放能量。原子发 射光谱 (寿命小于10-8s)
S log H log H i
log H i
感光板γ：0.4~1.8
定量分析:采用γ较高的感光板---紫外 型感光板。
定性分析:采用Hi较小即灵敏度较高的 感光板---紫外 型感光板。
i
i0
雾翳
γ = S/ log H 感光板的反衬度 (对比度)
γ
Hi---为感光板的惰延量
B. 光电直读光谱仪的类型
⑵ 感光板
❖特征波长下的谱线强度，定量分析
玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂(AgBr+明胶+增感剂)
感光：
显影： 对苯二酚
（海德洛）
2AgX+2hυ→ Ag(形成潜影中心)+X2
OH
O
+2AgBr
+ Ag + 2MBr
OH
对甲氨基苯酚 HO （米吐尔）
+2AgBr NHCH3
定影： AgBr +Na2S2O3 → NaAgS2O3 Na5硫A代g3硫(S酸2O钠3（)4海波）
Ii =[ A] C b
第二部分 原子发射光谱仪
一、原子发射光谱法的分析过程
激发源(光源)
单色器
检测器
数据处理与显示
二、 激发源(光源)
A. 低压交流电弧
10KV 4000~7000K
高频高压引火线路
2.5~3KV A 低频低压燃弧线路
220V 50Hz
电极放电较稳定 特点与应用 适用于矿物、低含量金属的测定、只能测定固体粉末。
D. 标准铁光谱比较法操作：
O
O
+ 2Ag+2HBr
NCH3
Na3Ag(S2O3)2
⑶ 感光板乳剂特性曲线
A．曝光量(H) 与照度(E)的关系
B. 黑度(S)
t
H
S
0 Edt
log
Edt
i0
i
i0 未曝光部分的透光强度
i 曝光部分的透光强度
C．黑度(S)与曝光量(H) 的关系
黑度(S)与曝光量(H) 的关系 难以用一般的数学公式描述。
hi
E0
1. 激发电位 2. 共振线、第一共振线 3. 最灵敏线、最后线、分析线
4.原子线(Ⅰ)：M* M (I); 离子线(Ⅱ,Ⅲ) ：M* + M + (Ⅱ)
能级图
把原子中所可能存在的 光谱项--能级及能级跃迁用 平面图解的形式表示出来, 称为能级图。
Na (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
Cs、K、Li、Na、Rb
相对灵敏度(%) 1~10-1
10-1~ 10-2 10-2~ 10-3
10-3~ 10-4
10-4~ 10-5 10-5~ 10-6
2.定性分析的方法(摄谱法)
A．标准样品与试样光谱比较法
❖ 用标准样品与试样在相同的条件下摄谱。 ❖ 比较标准样品与试样所出现的特征谱线。 ❖ 若试样光谱中出现标准样品所含元素的2~3条特征谱线，就可
C. 谱线的强度级（1~10级）
等级 1 2 3 4 5 6 7
8
含量 10 10~3 3~1 1~ 0.3~0. 0.1~0. 0.03~0. 0.01~
%
0.3 1 03 01 0.003
9
10
0.003~ 0.001
0.001
谱线消失法：随元素含量减少，低级谱线消失
谱线呈现法：随元素含量增加，低级谱线呈现
hC
n
j 1 i 1
E ji
j 1 i 1
原子的核外电子能级不同时，跃迁产生不同波长的光谱线， 通过检测特征光谱线存在否，确证某元素可否存在。
一般利用2~3根原子线、离子线的第一共振线、最灵敏线、 最后线、分析线进行定性分析。
光谱定性分析的相对灵敏度
Байду номын сангаас
元
素
C、Se
As、Ge、Ir、Os、Sm、Te、Th、U、W
二.原子发射谱线强度与试样中元素浓度的关系
Ei
1. 谱线强度及其影响因素
谱线强度的基本公式:
Ii =[ gi/g0 e-Ei/kTAihυi (1E0 )k/ ] C
gi 、g0—激发态和基态的统计权重
Ei —激发电位
K
— Boltzmann常数
T
—温度K
Ai —蒸发出的原子数
K
—蒸发速率常数
—逸出速率常数