第三章-原子发射光谱法-ICP好PPT优秀课件
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第三章 原子发射光谱分析法
Atomic Emission Spectrometry
2020/10/18
1
§ 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？
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?)
2020/10/18
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
2020/10/18
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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？
2020/10/18
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举个例子
S P D F，…表示
2020/10/18
Leabharlann Baidu
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。
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：
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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
2020/10/18
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
2020/10/18
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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。
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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21
关于光谱项的几点讨论
2020/10/18
15
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
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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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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
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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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
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
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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
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）
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？
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？
2020/10/18
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举个例子
S P D F，…表示
2020/10/18
Leabharlann Baidu
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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：
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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。
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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21
关于光谱项的几点讨论
2020/10/18
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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？
2020/10/18
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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
2020/10/18
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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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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
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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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
2020/10/18
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电子的自旋方向——自旋量子数s s=+1/2，-1/2
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
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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
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）