第三章-原子发射光谱法-ICP好PPT优秀课件
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大学《仪器分析》课件：第3章 原子光谱
10
例：钠原子，一个外层电子， S =1/2；因此： 2S +1 = 2；双重线； 碱土金属：两个外层电子， 自旋方向相同时， S =1/2 + 1/2 =1， M = 3；三重线； 自旋方向相反时， S =1/2 － 1/2 =0， M = 1；单重线；
11
一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产生的， 可用两个光谱项符号表示这种跃迁或跃迁谱线：
第3章 原子光谱法基础
原子发射光谱法--依据每种化学元素的 原子或离子在热激发或电激发下，发射 特征的电磁辐射，进行元素定性、定量 分析的方法。 它是光学分析中产生与发展最早的一种 分析方法
1
❖ 原子发射光谱法包括三个主要的过程: 1.由光源提供能量使试样蒸发，形成气态原子，并进一步
使气态原子激发而产生光辐射；
14
四、谱线的自吸与自蚀
❖ 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。
❖ 元素浓度低时，不出现自 吸。随浓度增加，自吸越 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。
❖ 基态原子对共振线的吸收 最严重。
15
第三节 原子发射光谱仪
❖ 光源、分光仪和检测器
的谱线，III表示二次电离离子发射的谱线。
3
二、能级与能级图
➢ 能级：电子在稳定状态所具有的能量称为能级。 ➢ 能级图：把原子系统内所有可能存在的能量为
零，高于基态的所有能量状态为激发态。
➢ 原子的能级通常用光谱项符号表示：n2S+1Lj n：主量子数；M(2S+1)：谱线多重性符号； L：总角量子数； j：内量子数
例 钠原子的双重线 Na 588.996nm ; 32S1/ 2 — 32P3/ 2； Na 589.593nm ; 32S1/ 2 — 32P1/ 2；
例：钠原子，一个外层电子， S =1/2；因此： 2S +1 = 2；双重线； 碱土金属：两个外层电子， 自旋方向相同时， S =1/2 + 1/2 =1， M = 3；三重线； 自旋方向相反时， S =1/2 － 1/2 =0， M = 1；单重线；
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一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产生的， 可用两个光谱项符号表示这种跃迁或跃迁谱线：
第3章 原子光谱法基础
原子发射光谱法--依据每种化学元素的 原子或离子在热激发或电激发下，发射 特征的电磁辐射，进行元素定性、定量 分析的方法。 它是光学分析中产生与发展最早的一种 分析方法
1
❖ 原子发射光谱法包括三个主要的过程: 1.由光源提供能量使试样蒸发，形成气态原子，并进一步
使气态原子激发而产生光辐射；
14
四、谱线的自吸与自蚀
❖ 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。
❖ 元素浓度低时，不出现自 吸。随浓度增加，自吸越 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。
❖ 基态原子对共振线的吸收 最严重。
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第三节 原子发射光谱仪
❖ 光源、分光仪和检测器
的谱线，III表示二次电离离子发射的谱线。
3
二、能级与能级图
➢ 能级：电子在稳定状态所具有的能量称为能级。 ➢ 能级图：把原子系统内所有可能存在的能量为
零，高于基态的所有能量状态为激发态。
➢ 原子的能级通常用光谱项符号表示：n2S+1Lj n：主量子数；M(2S+1)：谱线多重性符号； L：总角量子数； j：内量子数
例 钠原子的双重线 Na 588.996nm ; 32S1/ 2 — 32P3/ 2； Na 589.593nm ; 32S1/ 2 — 32P1/ 2；
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
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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
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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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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
第三章原子发射光谱
元素浓度低时，不出现自吸。随浓度增 加，自吸越严重，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。r：自吸；R：自蚀；
第 三节 原子发射光谱仪器
原子发射光谱仪
一 激发光源
作用：提供试样蒸发、解离原子化和激发所需的能量 并产生辐射信号
分类Βιβλιοθήκη 电弧光源• 直流电弧：用于矿物和难挥发试样的定性、 定量分析
2020/3/22
6.矿物中微量Ag、Cu的发射光谱定性分析应采用的光源是 ( )
思考题
2020/3/22
1.原子发射光谱仪中光源的作用是
()
A 提供足够能量使试样蒸发、原子化/离子化、激发
B 提供足够能量使试样灰化
C 将试样中的杂质除去,消除干扰
D 得到特定波长和强度的锐线光谱
2.在原子发射光谱分析中，直流电弧光源的主要优点是 ( )
A 弧温高 B 自吸小 C 电极头温度高 D 对离子线的灵敏度高
e kT
I ij
gi g0
Aij h ij
N0
Ei
e kT
影响谱线强度的因素：（1）Ei越小，Iij越强； （2）T升高，Iij增大，但易电离
四 谱线的自吸和自蚀
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。
第一共振线，易产生自吸；弧层越厚， 自吸越严重被测元素浓度越大，自吸也 越严重。
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。
M+ * M+ (Ⅱ) ；
M2+* M2+ (Ⅲ)
共振线：由激发态直接跃迁至基态时辐射的谱线称为共振线 第一共振线：由第一激发态直接跃迁至基态的谱线称为第一共
第 三节 原子发射光谱仪器
原子发射光谱仪
一 激发光源
作用：提供试样蒸发、解离原子化和激发所需的能量 并产生辐射信号
分类Βιβλιοθήκη 电弧光源• 直流电弧：用于矿物和难挥发试样的定性、 定量分析
2020/3/22
6.矿物中微量Ag、Cu的发射光谱定性分析应采用的光源是 ( )
思考题
2020/3/22
1.原子发射光谱仪中光源的作用是
()
A 提供足够能量使试样蒸发、原子化/离子化、激发
B 提供足够能量使试样灰化
C 将试样中的杂质除去,消除干扰
D 得到特定波长和强度的锐线光谱
2.在原子发射光谱分析中，直流电弧光源的主要优点是 ( )
A 弧温高 B 自吸小 C 电极头温度高 D 对离子线的灵敏度高
e kT
I ij
gi g0
Aij h ij
N0
Ei
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影响谱线强度的因素：（1）Ei越小，Iij越强； （2）T升高，Iij增大，但易电离
四 谱线的自吸和自蚀
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。
第一共振线，易产生自吸；弧层越厚， 自吸越严重被测元素浓度越大，自吸也 越严重。
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。
M+ * M+ (Ⅱ) ；
M2+* M2+ (Ⅲ)
共振线：由激发态直接跃迁至基态时辐射的谱线称为共振线 第一共振线：由第一激发态直接跃迁至基态的谱线称为第一共
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
ICP基本原理培训课件.ppt
(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。目前ICP-AES已广泛地应 用于各个领域之中。
3）用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
激发
+
不同的原子具有不同的能级，在一般的情况下，原子处于能 量最低的状态，即基态，当电子或其他粒子与原子相互碰撞 ，如果其动能稍大于原子的激发能，就可使该气态原子获得 一定的能量，从原子的基态过渡至某一较高能级，这一过程 叫做激发。
发射
+ 光
电子返回低能级 发出特定波长的光 DE=k/l k 12400
2. 历史：
3.原子发射光谱分析的特点
(1) 多元素同时检测能力。可同时测定一个样品中的多种元素。每 一个样品一经激发后，不同元素都发射特征光谱，这样就可同 时测定多种元素。
(2) 分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对 几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液 体样品都可直接测定。
为了方便起见，我们可先看看AES所用到的光源， 并比较其各自的特征：
1.5.1 AES光源种类
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
1.5.2 AES光源的比较
光源
蒸发温度 K
ICP发射光谱分析
目录
1. 原子发射法简介 2.ICP发射光谱分析原理 3.ICP发射光谱仪的构成 4.ICP发射光谱分析方法 5. 样品的前处理
(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。目前ICP-AES已广泛地应 用于各个领域之中。
3）用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
激发
+
不同的原子具有不同的能级，在一般的情况下，原子处于能 量最低的状态，即基态，当电子或其他粒子与原子相互碰撞 ，如果其动能稍大于原子的激发能，就可使该气态原子获得 一定的能量，从原子的基态过渡至某一较高能级，这一过程 叫做激发。
发射
+ 光
电子返回低能级 发出特定波长的光 DE=k/l k 12400
2. 历史：
3.原子发射光谱分析的特点
(1) 多元素同时检测能力。可同时测定一个样品中的多种元素。每 一个样品一经激发后，不同元素都发射特征光谱，这样就可同 时测定多种元素。
(2) 分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对 几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液 体样品都可直接测定。
为了方便起见，我们可先看看AES所用到的光源， 并比较其各自的特征：
1.5.1 AES光源种类
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
1.5.2 AES光源的比较
光源
蒸发温度 K
ICP发射光谱分析
目录
1. 原子发射法简介 2.ICP发射光谱分析原理 3.ICP发射光谱仪的构成 4.ICP发射光谱分析方法 5. 样品的前处理
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
第三章-原子发射光谱法-ICP好PPT课件
2021/4/8
.
41
2、谱线的强度：
i
可以设想一下发射谱线 j
的强度(Iij）与哪些因
素有有关？
Ni
Aij：跃迁概率
Eij：能级间的能量差
Ni 光Iij
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即：
Iij＝NiAijEij Iij＝NiAijhnij
3、能级图
如果把原子可能存在的光谱项（能级）以及能级跃迁 用图解的形式来表示就得到能级图，图中纵坐标为能 级的能量，横坐标为实际存在的能级。
2021/4/8
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27
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从能级图上可得到下列信息：
（1）原子的能级之间具有确定的能量：DE＝hc/l。不 同能级之间的跃迁产生的原子光谱是确定的、相互分 开的谱线，原子光谱是线光谱。 （2）原子和离子的能级图有差别？ （3）价电子越多，谱项复杂，谱线更复杂。 如：Li：30；Cs：645；Cr：2277条
Ni
gi
Ei
e kT
No go
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式中：
Ni——单位体积内处于i激发态的原子数目（原子密度） N0——单位体积内处于基态的原子数目（原子密度） gi,g0分别为激发态和基态的统计权重; Exp(-Ei/kT)为Boltzmann因子； k——为Boltzmann常数：1.38×10-23 J/K或8.618×10-5 eV/K T——激发温度（T）；Ei——激发电位（J或eV)。
S P D F，…表示
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18
（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。
第三章原子发射光谱法ICP好PPT课件
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?)
2020/9/29
11
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
2020/9/29
5
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
2020/9/29
6
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
2020/9/29
2
以分子轨道和分子能级为例
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。
2020/9/29
3
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。
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2020/9/29
8
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
2020/9/29
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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
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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
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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
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以分子轨道和分子能级为例
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。
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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。
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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
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（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
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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？
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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
第三章 原子发射光谱分析法
Atomic Emission Spectrometry
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§ 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？
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以分子轨道和分子能级为例
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。
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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。
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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
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电子的自旋方向——自旋量子数s s=+1/2，-1/2
例如：分子的单重态的电子在轨道的排布状况
高能轨道
基态
低能轨道
激发态
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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）
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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
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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
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?)
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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
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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？
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举个例子
S P D F，…表示
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（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。
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（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：
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
20ห้องสมุดไป่ตู้0/10/18
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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
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
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关于光谱项的几点讨论
例如Na价电子组态的 3p1——激发态
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 ?
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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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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