发射光谱法
原子发射光谱法原理
原子发射光谱法原理原子发射光谱法是一种常用的分析化学方法，它利用原子在高温条件下激发产生的特征光谱来分析物质的成分。
该方法具有灵敏度高、选择性好、分辨率高等优点，被广泛应用于金属材料、环境监测、生物医学等领域。
本文将介绍原子发射光谱法的基本原理及其应用。
首先，我们来了解一下原子发射光谱法的基本原理。
在原子发射光谱法中，样品首先被加热至高温，使得其中的原子处于激发态。
当原子返回基态时，会释放出特定波长的光子，形成特征光谱。
通过检测和分析这些特征光谱，就可以确定样品中各种元素的含量。
这一过程基于原子的能级结构和光谱学原理，因此能够实现对元素的高灵敏度分析。
原子发射光谱法具有很高的灵敏度，这是因为原子在高温条件下能够被有效激发，产生大量的特征光谱。
同时，该方法还具有很好的选择性，不同元素的特征光谱具有明显的区分度，可以准确地识别不同元素。
此外，原子发射光谱法的分辨率也很高，能够实现对元素含量的精确测定。
在实际应用中，原子发射光谱法被广泛应用于金属材料分析领域。
例如，对于钢铁行业来说，原子发射光谱法可以用于快速准确地检测各种合金中的元素含量，保证产品质量。
此外，该方法还可以应用于环境监测，例如对水质中重金属元素的检测。
在生物医学领域，原子发射光谱法也被用于对生物样品中微量元素的分析，为临床诊断提供支持。
总的来说，原子发射光谱法是一种重要的分析化学方法，具有高灵敏度、良好的选择性和高分辨率等优点。
通过对样品中的原子激发特征光谱的检测和分析，可以实现对元素含量的准确测定。
该方法在金属材料、环境监测、生物医学等领域都有着重要的应用价值，为相关领域的研究和生产提供了有力支持。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解原子发射光谱法的原理及其应用。
原子发射光谱法
b
弧焰示意图
第二节 仪器装置
原子发射光谱仪
光源
分光仪
检测器
壹
光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。
肆
类型：直流电弧、交流电弧、电火花、电感耦合高频等离子体（ICP）
叁
要求：灵敏度高、稳定性好、结构简单、操作安全
较好
试样中低含量组分的定量分析
火花
低
瞬间10000
好
金属与合金、难激发元素的定量分析
ICP
很高
6000~8000
很好
溶液定量分析
2.2 分光仪
1
分光仪的作用是将样品在激发光源中受激发而发射出来的含各种波长谱线的复合光，经色散后得到按波长顺序排列的光谱。 按色散元件及分光原理分为：棱镜光谱仪（折射原理）、光栅光谱仪（衍射原理）
1.2 原子发射光谱的产生
在正常状态下，元素处于基态，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）
特征辐射
基态元素M
激发态M*
热能、电能
E
原子的共振线与离子的电离线
激发电位：从低能级到高能级需 要的能量（eV） 共振线：具有最低激发电位的谱线 电离电位：使原子电离所需要的最低能量 离子线：离子外层电子跃迁时发射的谱线 离子线激发电位的大小与电离电位的高低无关 原子谱线表： I 表示原子发射的谱线； II 表示一次电离离子发射的谱线； III 表示二次电离离子发射的谱线； Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm； 原子线(I) 离子线(II、III) 相似谱线 Na I、Mg II、Al III
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（Atomic Emission Spectroscopy，AES）和原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是常用的分析方法，它们利用原子在能量激发下发射或吸收特定波长的光线来确定样品中的元素含量。
以下是它们的优缺点比较：一、原子发射光谱法优点：1. 灵敏度高：原子在激发后能发出强烈的荧光，使得检测灵敏度高。
2. 分辨率高：能够分离出元素的不同能级，对于元素的多种化合价态也有很好的分辨率。
3. 多元素分析：可以同时分析多种元素，适用于复杂样品。
4. 快速：仅需要几分钟即可得到结果。
缺点：1. 形成荧光需要外部能量输入，易受分析环境影响，如气体的压力和温度等。
2. 需要专业人员操作：仪器复杂，需要专业的技术人员进行操作和维护。
3. 样品处理复杂：由于样品需要被分解为原子态，因此需要严格的前处理过程。
4. 不能定量：由于荧光强度与供能的原子数不成比例，因此不能直接定量。
二、原子吸收光谱法优点：1. 灵敏度高：具有极高的检测灵敏度，尤其适用于微量元素的分析。
2. 定量性好：由于原子吸收的强度与元素浓度呈线性关系，因此可以直接定量。
3. 选择性好：由于不同元素的吸收谱线是独立的，因此可以区分不同元素。
4. 不受环境影响：对于气体和液体样品，只需要进行简单的前处理即可进行分析。
缺点：1. 只能测量单一元素：每个元素只有一个特定的吸收波长，因此只能测量一个元素。
2. 影响灵敏度的因素多：灵敏度受到多种因素影响，如化学基质等。
3. 仅限于溶液测量：由于需要将样品转化为气态原子，因此只适用于溶液样品。
4. 仪器复杂：仪器需要精密的光学部件以保证精确的测量结果。
无论是原子发射光谱法还是原子吸收光谱法，都有其独特的优点和缺点。
在选择分析方法时，需要考虑样品类型、分析目标和实验室条件等因素，并综合评估各种分析方法的优缺点，以选择最适合的方法。
原子发射光谱法的主要特点
原子发射光谱法的主要特点
原子发射光谱法（AES）是一种常用的材料分析方法，它具有以下主要特点：
1.精确性高：原子发射光谱法可以提供非常精确的元素定性定量信息。
通过使用复杂的仪器设备和先进的算法，可以准确地测量元素在样品中的浓度和分布。
2.灵敏度高：原子发射光谱法具有很高的灵敏度，可以检测到样品中微量的元素。
这使得该方法可以用于分析痕量元素，如金属杂质或合金成分。
3.选择性强：原子发射光谱法可以选择性地测量特定元素。
通过选择适当的激发条件和光谱线，可以仅对某些元素进行检测，而对其他元素不产生干扰。
4.线性范围宽：原子发射光谱法的线性范围很宽，可以从ppm（百万分之一）到ppb（十亿分之一）的浓度范围进行测量。
这使得该方法可以适应不同浓度的样品分析需求。
5.实验方法简单：原子发射光谱法的实验方法相对简单。
样品经过简单的制备和稀释后，可以直接进行分析。
这使得该方法在实验室中易于操作，并且适用于各种不同类型的样品。
总之，原子发射光谱法具有精确性高、灵敏度高、选择性强的特点，可以提供准确的元素信息，并适用于各种不同类型的样品分析。
原子发射光谱法(aes)
通过测量待测样品中某一元素的特征谱线强度，与已知浓度的标准样品进行比 较，大致确定待测样品中该元素的含量范围。
定性分析
谱线识别法
通过对比已知元素的标准谱线与待测样品的谱线，确定待测样品中存在的元素种 类。
特征光谱法
利用不同元素具有独特的特征光谱，通过比对特征光谱的差异，确定待测样品中 存在的元素种类。
电热原子化器利用电热丝加热 ，使样品中的元素原子化。
化学原子化器利用化学反应将 样品中的元素转化为气态原子
。
光源
01 光源用于提供能量，使样品中的元素原子 化并产生光谱信号。
02 光源类型有多种，如电弧灯、火花放电灯 等。
03
电弧灯利用电弧放电产生高温，使样品中 的元素原子化。
04
火花放电灯利用高压电场使气体放电，产 生高温，使样品中的元素原子化。
原子发射光谱法(AES)
目 录
• 原子发射光谱法(AES)概述 • AES的仪器与设备 • AES的样品制备与处理 • AES的分析方法与技术 • AES的优缺点与挑战 • AES的未来发展与展望
01 原子发射光谱法(AES)概 述
定义与原理
定义
原子发射光谱法(AES)是一种通过测量物质原子在受激发态跃迁时发射的特定波长的光来分析物质成分的方法。
02
发射光谱仪通常包括电 子激发源、真空系统、 光学系统、检测器等部 分。
03
电子激发源用于产生高 能电子，激发原子或离 子，使其跃迁至激发态。
04
真空系统用于维持仪器 内部的高真空环境，减 少空气对光谱信号的干 扰。
原子化器
01
02
03
04
原子化器是将样品转化为原子 蒸气的装置。
原子发射光谱法
最后线 是指当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。
谱线强度
I = A CB
赛伯－罗马金公式
影响谱线强度的因素：
激发电位 统计权重 原子密度
跃迁几率 光源温度 其他因素
仪器
光源
单色器
熔融、蒸发、 离解、激发
分光
检测器 检测
围要大，对于ICP而言准确性也较高。有些元素原子吸收是无 法测定的，但发射可测，如P、S 等；（3）AAS比较普遍，其
价格相对AES便宜，操作也比较简单。
AES理论基础
❖ 原子结构及原子光谱的产生 ❖ 原子的激发和电离 ❖ 谱线强度
原子结构及原子光谱的产生
❖ 原子结构 ❖ 原子光谱的产生
原子结构及原子光谱的产生
激发光源。 ❖ 在一定频率的外部辐射光能激发下，原子的外层电子在由一个
较低能态跃迁到一个较高能态的过程中产生的光谱就是原子吸
收光谱 （AAS)。 ❖ （1）一般来说AES在多元素测定能力上优于AAS，但是AES在
操作上比AAS来的复杂；还有就是AES由谱线重叠引起的光谱
干扰较严重，而AAS就小的多 ；（2）原子发射比吸收测定范
AES的发展简史
❖ 定量分析阶段 20世纪30年代，罗马金(Lomakin)和赛伯(Scheibe) 通过实验方法建立了谱线强度(I)与分析物浓度(c) 之间的经验式--- I = A CB 从而建立了AES的定量分析法。
❖ 等离子光谱技术时代
20世纪60年代，电感耦合等离子体(ICP)光源的 引入，大大推动了AES的发展。
激发光源
激发光源的作用及理想光源 光源 光源选择
原子发射光谱法原理及利用
原子发射光谱法原理及利用原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，AES）是一种常用的材料分析方法，其主要通过对样品中元素产生的光子特征进行检测和分析，进而实现对样品中元素的定性和定量分析。
本文将主要介绍原子发射光谱法在元素分析、化学态分析、表面分析、合金分析和质量检测等方面的原理及应用。
1.元素分析原子发射光谱法在元素分析方面的应用主要体现在对样品中元素的种类进行识别和定量测定。
其基本原理是每种元素都具有独特的原子结构，因此会在特定的能量条件下发射出具有特征波长的光子。
通过对这些光子的检测和分析，可以确定样品中含有的元素种类。
在具体实践中，原子发射光谱法通常与火花、电弧或激光等激发源配合使用，以产生足够的光子用于检测。
该方法可以同时检测多种元素，且具有较高的灵敏度和准确性。
例如，在地质学领域，原子发射光谱法常用于测定岩石、矿物等样品中的常量、微量和痕量元素。
2.化学态分析原子发射光谱法在化学态分析方面的应用主要是通过对元素产生的化学键合状态进行分析，以了解元素的化合物组成和结构等信息。
不同化学态的同一种元素在原子发射光谱法中可能会表现出不同的特征波长，这是因为不同的化学键合状态会导致元素的原子结构发生变化。
例如，在环境科学领域，原子发射光谱法可用于分析水样或土壤样品中的重金属元素及其化学形态，以了解这些元素对环境的污染程度和生物毒性的影响。
3.表面分析原子发射光谱法在表面分析方面的应用主要是通过对样品表面的元素组成和化学状态进行分析，以了解样品的表面形貌、表面化学成分和结构等信息。
原子发射光谱法可以应用于各种材料的表面分析，如金属、合金、陶瓷、高分子材料等。
在具体实践中，原子发射光谱法通常与离子束铣削、等离子体刻蚀等手段结合使用，以制备干净的表面样品并进行深入的分析。
例如，在材料科学领域，原子发射光谱法可用于研究材料的表面氧化、腐蚀等行为，以及表面涂层的质量检测和评估。
发射光谱法
子数，磁量子数m，自旋量子数s。
原子的能级
主量子数 n， 即核外的电子壳层，第一层最
多2个电子，第二层最多8个电子…；
角量子数 ，电子亚层，即 s ， p ， d ， f 等
电子轨道。
磁量子数m，电子云在空间伸展的方向， s
第五章 发射光谱法
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 原子发射光谱法 电感耦合等离子体发射光谱 荧光光谱法 原子荧光分析法 X－射线分析法
第一节 原子发射光谱法
原子发射光谱法利用了原子光谱的全部信 息特点，其信息品质好、信息量多、适合定性 分析，可同时分析几种甚至几十种元素。
原子发射光谱利用的信息是由激发态的粒子 产生，其发射强度受很多因素影响，因而在定 量分析中的应用效果略差。
共振线：由激发态直接跃迁到基态所发射的谱线。
第一共振线：由最低激发态跃迁到基态发射的谱线。
通常是最强的谱线。
原子光谱
电子从高能量激发态也可以回到为光谱定 则所允许的各个较低的激发状态，从而发射出 各种波长的谱线。 每种元素都有许多条发射谱线。 例如：结构最简单的氢原子，在紫外可见区 现在已经发现的谱线有 54 条。对于结构比较复 杂的原子，如Fe，W等元素，已知它们的谱线有 5000多条。
52G9/2.7/2 … n2G9/2.7/2
原子的能级
②、能级图
能级图：把原子中各种可能的光谱项和能 级间的跃迁，用图解的形式表现出来就是原子 的能级图。
原子能级跃迁选择定则：据量子力学原理，电子在两 个能级间的跃迁必须遵循一定的选择定则： (1) 主量子数的变化，Δn为整数，包括0。 (2) 总角量子数的变化，ΔL＝±1。 (3) 内量子数的变化,ΔJ＝0 ,±1，但当J＝0 时,ΔJ＝0的 跃迁时不允许的。 (4) 总子旋量子数的变化， ΔS＝ 0 ，就是不同多重性状 态之间的跃迁是禁戒的。
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。
仪器分析第三章发射光谱
发射光谱的分析基础：
定性分析：特征谱线的波长 定量分析：特征谱线的强度（黑度），主要的
26
二、原子发射光谱的分析仪器
光源 分光系统 检测器 信号显示系统
27
光源
作用：提供稳定，重现性好的能量，使试样中的被 测元素蒸发、解离、原子化和激发，产生电子跃迁， 发生光辐射
19
4、原子发射光谱图
元素标准光谱图
20
21
5、谱线的自吸和自蚀
自吸和自蚀
影响自吸和自蚀的因素 谱线的固有强度 弧层厚度 溶液浓度
22
自吸和自蚀
发射光谱是通过物质的蒸发、激发、 迁移和射出弧层而得到的。在一般光 源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有 一定的厚度，如下图：
a b
23
a
自吸和自蚀
发射光谱的分析过程 发射线的波长 发射谱线的强度 原子发射光谱图 谱线的自吸和自蚀
3
1、发射光谱的分析过程
激发态原子
外 层 电 子 跃 迁
基态原子
光电法 摄谱法
原子化
热或电
光电倍增管 感光板
气态分子
气 化
样品分子
4
原子发射光谱示意图
5
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 ，约经10-8 s，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。
第三章 原子发射光谱法
Atomic Emission Spectrometry，AES
1
特点： 优点——灵敏度高、简便快速、可靠性高、
原子发射光谱方法
原子发射光谱方法是一种常用的元素分析方法，它利用物质原子在高温、高压或电子轰击等激发条件下发射出特定波长的光来确定物质中元素的含量。
其主要原理是将待分析样品中的原子或离子激发到高能级，使其从高能级跃迁到低能级时发射出特定波长的光，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
原子发射光谱方法主要包括以下几种：
1原子吸收光谱法（AAS）：将待分析样品中的元素原子激发到高能级，使其从高能级跃迁到低能级时吸收特定波长的光，通过测量吸收光的强度和波长来确定元素的含量。
2.火焰原子发射光谱法（FAS）：将待分析样品在高温火焰中燃烧，使其原子或离子激发到高能级，从而发射出特定波长的光，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
3.电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）：将待分析样品通过电感耦合等离子体（ICP）的高温高压条件下进行原子化，使其原子或离子激发到高能级，从而发射出特定波长的光，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
4.原子荧光光谱法（XRF）：将待分析样品中的元素原子激发到高能级，使其从高能级跃迁到低能级时发射出特定波长的X射线，通过测量发射光的强度和波长来确定元素的含量。
原子发射光谱方法具有高灵敏度、高分辨率、广泛的分析范围和快速分析速度等优点，因此在材料分析、环境监测、食品安全、生命科学等领域得到了广泛应用。
原子发射光谱法的原理
原子发射光谱法的原理
原子发射光谱法（atomic emission spectroscopy）是一种用于分析物质的方法，根据原子在能级跃迁时释放出的特定波长的光谱进行分析。
该方法的原理基于原子在受到能量激发后跃迁到较低能级时会释放出特定波长的光，这些波长是由原子的电子结构决定的。
在原子发射光谱法中，首先需要将待分析的样品转化为气体态中的离子状态，这可以通过气化、电离或燃烧等方法实现。
然后，将激发源（如火焰、等离子体或光源）作用于样品，提供足够的能量使得样品中的原子处于激发态。
当原子从激发态返回到基态时，会通过发射光子的方式释放出能量。
这些发射的光子会落在特定的波长上，形成不同元素的特征光谱。
为了分析样品中的元素组成，首先需要确定每个元素特定的激发和发射波长。
这可以通过先用标准物质进行校准，然后通过比较其发射光谱与待分析样品的发射光谱来确定。
当待分析样品中含有多个元素时，可以通过利用光谱仪对发射光进行分光和检测，然后与已知的发射光谱进行比较，从而确定每个元素的存在和浓度。
原子发射光谱法具有许多优点，包括高灵敏度、多元素分析能力、宽线性范围、简单操作和相对低成本。
它被广泛应用于制药、环境监测、冶金、食品安全等领域，并为化学分析提供了一种快速、准确和可靠的方法。
原子发射光谱法应用
原子发射光谱法应用
原子发射光谱法（Atomic Emission Spectroscopy，AES）是一种常用的分析技术，用于元素定性和定量分析。
它基于原子在光激发下吸收能量并发射特定波长的光线的原理。
下面是原子发射光谱法的一些应用领域：
1.环境分析：原子发射光谱法可以用于分析环境样品中的重金属污染物，如水中的铅、汞、镉等。
它能够提供高灵敏度和准确度的分析结果，帮助监测和评估环境质量。
2.食品安全：原子发射光谱法可用于食品中有害元素的测定，如水产品中的汞、海产品中的镉等。
通过对食品样品进行分析，可以及时发现潜在的食品安全隐患。
3.质量控制：原子发射光谱法可以用于工业生产过程中的质量控制。
例如，在金属冶炼和制造工业中，可使用原子发射光谱法对金属合金和其他材料进行成分分析，以确保产品质量符合规定标准。
4.地质矿物分析：原子发射光谱法在地质探测和矿物分析中具有重要应用。
它可以用于分析岩石和矿石中的元素含量，帮助研究和勘探天然资源。
5.药物分析：原子发射光谱法在制药行业中被广
泛应用。
它可以用于药品中残留金属元素的定量分析，以确保药品的质量和安全性。
《发射光谱法》课件
寻找更加简便、快速的样品处理方法，减少实验前的准备工作。
提高抗干扰能力
通过改进实验条件或采用特殊的干扰消除技术，减少实验过程中的干扰因素。
加强自动化和智能化
通过引入自动化和智能化的技术，提高操作简便性和分析效率。
05
发射光谱法案例分析
案例一：金属元素分析
总结词
利用发射光谱法对金属元素进行分析，具有高精度、高灵敏度的特点。
高灵敏度
发射光谱法能够检测到非常微量的物 质，其检测下限通常很低。
多元素同时检测
在同一实验条件下，可以同时检测多 种元素，提高了分析效率。
谱线特征性强
每种元素都有独特的谱线，方便进行 定性分析。
应用范围广
适用于各种不同类型样品的分析，如 金属、合金、矿石、土壤、水质等。
缺点
仪器成本高
样品制备复杂
发射光谱法的仪器通常比较昂贵，需要较 高的投资。
优点
高精度、高灵敏度、可测定多种元素。
03
发射光谱法实验技术
实验设备与仪器
光源
发射光谱法需要使用光 源，如电弧灯、火花放 电灯等，以产生光谱。
光谱仪
检测器
用于测量光谱的仪器， 包括棱镜光谱仪、光栅
光谱仪等。
用于检测光谱的仪器， 如光电倍增管、CCD等
。
计算机
用于数据处理和显示光 谱。
实验操作流程
历史与发展
历史
发射光谱法最早可追溯到19世纪中叶 ，随着科技的发展，其应用范围不断 扩大，分析精度和灵敏度也不断提高 。
发展
近年来，随着激光技术和计算机技术 的进步，发射光谱法在分析速度、准 确度和自动化程度等方面得到了显著 提升。
应用领域
发射光谱分析法的广泛应用
发射光谱分析法的广泛应用发射光谱分析法是一种广泛应用于材料、化学、生物等领域的分析手段，它基于样品激发后产生的辐射光谱，通过分析这些光谱特征来确定样品的化学组成和结构。
本文将详细介绍发射光谱分析法的基本原理、常见应用以及未来发展方向。
一、基本原理发射光谱分析法是基于样品被激发后自发发射出的辐射光谱来确定其化学组成和结构的一种分析方法。
在激发过程中，样品中的原子或分子吸收了一定量的能量，进入激发态，然后由于外光场的作用，会从激发态返回基态，释放出一些能量，包括光能和热能。
当释放出的能量为光能时，被称为发射光谱，它所包含的波长和强度取决于样品中存在的元素种类和化学络合情况。
发射光谱分析法有两种主要的实现方式：原子发射光谱（atomic emission spectroscopy, AES）和分子发射光谱（molecular emission spectroscopy, MES）。
原子发射光谱是一种基于原子能级跃迁的分析方法，它可用于分析单质、金属和合金等样品中的金属元素及其含量。
而分子发射光谱则是一种基于分子能级跃迁的方法，用于分析大分子或含有官能团的复杂有机物样品。
这两种方法都可通过火焰、等离子体或激光等方式来激发样品，从而产生发射光谱。
二、常见应用发射光谱分析法具有很多优点，如快速、灵敏、准确、非破坏性等，因此被广泛应用于材料、化学、生物等领域。
以下是几种常见应用：1. 金属材料分析发射光谱分析法最常见的应用是用于金属材料的分析，如钢铁、铜、铝、锡等合金材料。
通过发射光谱分析法，可以快速准确地测定金属材料中的元素含量及其化学状态，评估材料的质量和性能。
同时，这种方法还可用于监测金属材料中的不良元素，如铅、汞、镉等，以及通过加入微量元素来改善金属材料性能的效果。
2. 土壤污染检测随着人类活动的增加，地球环境中的土壤污染问题逐渐凸显。
发射光谱分析法可用于检测土壤中的污染物，如重金属、有机化合物、农药残留等。
发射光谱法
发射光谱法发射光谱法，是一种常见的光谱分析方法，它主要是基于样品在光激发下，在一定温度、压力等条件下，产生的特征光谱信号进行光谱分析。
这种分析方法被广泛应用于材料的组成分析、化学反应过程的研究、矿物质分析、地质样品分析等领域。
本文将介绍发射光谱法的原理、实验装置以及其在实际应用中的一些注意事项。
一、原理发射光谱法基于的原理是样品在激发光作用下，处于激发状态的原子或分子会产生自发辐射或诱发辐射，从而发射出特定波长的光线。
这些发射光线的波长、强度等特征，与原子或分子的能级结构、电子跃迁等相关。
通过对这些光谱信号的检测和分析，可以得到样品的组成分析结果。
特别是在分析金属材料时，发射光谱法具有高灵敏度、高分辨率、宽测量范围等优点，因此被广泛应用于不同行业的材料分析。
二、实验装置发射光谱法的实验装置主要包括样品来源、光源、光谱仪和检测系统等。
样品来源可以是固体、液体或气体，针对不同的样品状态会有不同的样品处理方法。
光源可以是等离子体火焰、放电等，其中等离子体火焰常常被用于金属材料的分析。
光谱仪是最核心的组成部分，它可以将特定波长的光信号进行分辨、放大，并通过检测系统进行数字化处理。
发射光谱法采用的光谱仪主要包括摆动晶片光谱仪、CCD光谱仪、ICP光谱仪等，这些光谱仪在光谱分辨率、信噪比、灵敏度等方面都有不同的特性。
三、注意事项在进行发射光谱法分析时，需要注意以下几点：1. 样品的制备。
不同的样品状态需要不同的制备方法，固体样品需要研磨成粉末形式，在分析前还需要进行高温熔融等处理方法；液体样品需要在特定的温度条件下进行调制；气态样品需要在压力下进行样品收集和处理。
2. 光源的选择。
不同的样品需要不同的光源激发，且光源激发的强度、频率等参数也会影响到分析结果。
3. 光谱仪的选择。
不同的光谱仪在信噪比、光谱分辨率、灵敏度等方面都有不同的特点，需要根据具体情况进行选择。
4. 样品的存储和处理。
样品在光激发下会产生大量的热量，因此需要采用特殊的装置对样品进行冷却和保护。
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Nj/N0
2000K
3000K
4.31×10-4
7.19×10-3
1.68×10-4
3.84×10-3
0.99×10-5
5.83×10-4
6.83×10-4
5.19×10-4
1.22×10-7
3.55×10-5
2.29×10-9
1.31×10-6
6.03×10-10
8.99×10-7
4.82×10-10
…
4
42S1/2 42P3/2.1/2 42D5/2.3/2 42F7/2.5/2
…
5
52S1/2 52P3/2.1/2 52D5/2.3/2 52F7/2.5/2 52G9/2.7/2Leabharlann ……………
…
……
n
n2S1/2 n2P3/2.1/2 n2D5/2.3/2 n2F7/2.5/2 n2G9/2.7/2 …
当原子的外层为一个电子时，其能级可
通过四个量子数来描述。主量子数n，角量 子数 ，磁量子数m，自旋量子数s。
原子的能级
主量子数n，即核外的电子壳层，第一层最
多2个电子，第二层最多8个电子…；
角量子数 ，电子亚层，即s，p，d，f等
电子轨道。
磁量子数m，电子云在空间伸展的方向， s
电子云为球形对称；p电子云在三个空间方向上伸 展，为哑铃形对称…；
自旋量子数s，电子的自旋方向；
2、原子能级的表示方法
原子的能级
① 能级项： 原子的能级通常用符号n(2S+1)LJ来表 示，称为能级项。每组不同的n(2S+1)LJ值代表一个不 同的能级。
n是指外层电子的主量子数， L是外层电子的总轨道角量子数， S是外层电子的总自旋量子数，(2S+1)是表示谱线多重性的 符号。由于角量子数L与自旋量子数S之间的电磁相互作用， 可产生(2S+1)个能量稍微有所不同的能级分裂，是产生光谱多 重线的原因。
第五章 发射光谱法
第一节 原子发射光谱法 第二节 电感耦合等离子体发射光谱 第三节 荧光光谱法 第四节 原子荧光分析法 第五节 X－射线分析法
第一节 原子发射光谱法
原子发射光谱法利用了原子光谱的全部信 息特点，其信息品质好、信息量多、适合定性 分析，可同时分析几种甚至几十种元素。
原子发射光谱利用的信息是由激发态的粒子 产生，其发射强度受很多因素影响，因而在定 量分析中的应用效果略差。
6.65×10-7
3.35×10-11
1.50×10-7
7.45×10-15
5.50×10-10
从上表可知，在火焰原子化过程 中，产生激发态原子的数目，决定于 火焰的温度和原子的激发能。温度越 高，NJ/N0越大；同一温度，激发能越 低，共振波长越长，激发态的原子数 也就越大。
(三)、原子光谱
原子光谱
温度开始升高时，气体中的各种粒子、电子 等运动速度加快，增强了非弹性碰撞，原子被 激发的程度增加，谱线强度增强。超过某一温 度之后，电离度增加，原子谱线强度渐渐降低， 离子谱线强度逐渐增强。
每种元素都有许多条发射谱线。 例如：结构最简单的氢原子，在紫外可见区 现在已经发现的谱线有54条。对于结构比较复 杂的原子，如Fe，W等元素，已知它们的谱线有 5000多条。
2、谱线强度
谱线强度影响因素
谱线强度与激发态的能级、激发时的温度、 基态原子数等因素有关。
（1）激发态能级 谱线强度与激发态能级的能量是负指数关系，
k 是 波 茨 曼 常 数 (1.38*10-16erg·K-1) ； T
为绝对温度。
几种元素在不同温度下激发态与基态的 原子数比值
元素
Cs K Na Ba Ca Fe Ag Cu Mg Zn
共振线
nm 852.11 766.49 589.00 553.56 422.67 371.99 328.07 324.75 285.21 213.86
J为内量子数，指电子在外磁场作用下，每一能级可能 被分裂成的子能级数目，它决定多重线中各谱线的强度比。
原子的能级
例：钠原子，其外层为一个电子，基态为3S， 它可能的能级项见下表。
钠原子光谱中可能的能级项(n(2S+1)LJ)：
nL S
P
D
F
G…
3
32S1/2 32P3/2.1/2 32D5/2.3/2
原子的能级
能级图
(二)、基态和激发态原子的分配关系
在一定的温度下，物质激发态的原子数与基态
的原子数有一定的比值，并且服从波茨曼分布定律：
Nj/N0=gj/g0
e
[-(E -E )/kT] j0
式中：N0、Nj 为基态和激发态原子数； g0、gj为基态和激发态的统计权重，其值
为(2J+1)，
J为内量子数；E0、Ej分别为基态和激发 态原子的能量；
②、能级图
原子的能级
能级图：把原子中各种可能的光谱项和能
级间的跃迁，用图解的形式表现出来就是原子 的能级图。
原子能级跃迁选择定则：据量子力学原理，电子在两 个能级间的跃迁必须遵循一定的选择定则：
(1) 主量子数的变化，Δn为整数，包括0。 (2) 总角量子数的变化，ΔL＝±1。 (3) 内量子数的变化,ΔJ＝0 ,±1，但当J＝0 时,ΔJ＝0的 跃迁时不允许的。 (4) 总子旋量子数的变化，ΔS＝0，就是不同多重性状 态之间的跃迁是禁戒的。
第一节 原子发射光谱法
一、基本原理 二、原子发射光谱仪 三、原子发射光谱的定性
和定量分析方法
一、基本原理
由原子产生的光谱有： 基于原子外层电子跃迁而建立的原子
发射、原子吸收、原子荧光三种； 基于原子内层电子仪器的X荧光； 基于原子核与r射线的相互作用而建立
的莫斯鲍尔谱等。
（一）原子的能级
原子的能级是原子在不同状态下所 具有的能量，即原子中电子所处的能量 状态。
激发能级越高，能量越大，谱线强度越小。
原因：随着激发态能级的增高，处于该激发 态的原子数迅速减少，释放谱线的强度降低。
激发能量最低的谱线往往是最强线(第一共振线)。
（2）激发温度T
谱线强度影响因素
谱线强度与温度之间的关系比较复杂。温度 既影响激发过程、又影响电离过程。
原子谱线强度随温度的升高，先是增强，到 达极大值后又逐渐降低。
1.原子发射光谱的产生 处于激发态的电子跃迁回到基态时，辐射一定
能量，得到一条波长与辐射能量相对应的发射谱线。 共振线：由激发态直接跃迁到基态所发射的谱线。 第一共振线：由最低激发态跃迁到基态发射的谱线。 通常是最强的谱线。
原子光谱
电子从高能量激发态也可以回到为光谱定 则所允许的各个较低的激发状态，从而发射出 各种波长的谱线。