第六章原子发射光谱法()PPT课件
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4. 缺点
高含量分析时，准确度较差。 常见非金属元素如O、N、S、卤素等，其谱线
处于远紫外区，一般光谱仪尚无法检测。 一些非金属元素，如磷、硒、锑等，由于激发
电位高，灵敏度较低。
7/1177
5. 应用
可用于70多种元素的分析。 在地质、冶金、机械、环境、材料、能源、生
命及医学领域得到广泛应用。
17/11717
辐射强度I：群体光子辐射总能量的反映，与激 发态原子数 Ni 成正比。
Iij = NiAijEij =Ni Aijhij
Aij为两个能级间的跃迁几率；Eij为两能级能量
差；h为普朗克常数；ij发射谱线的频率。
18/11718
如果激发光源中等离子体处于局部热力学平衡 时，单位体积的基态原子密度N0与激发态原子密度 Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Atomic Emission Spectroscopy
3/1173
2. 发展历史
AES是历史最悠久的光分析方法。 1859年，基尔霍夫、本生研制出第一台用于光
谱分析的分光镜，实现了光谱检验。
4/1174
2. 发展历史
1930年以后，建立光谱定量分析方法。 在原子吸收光谱分析法建立后，AES在分析化
15/11715
1.3 能级图
原子由各种高能级 跃迁到低能级时发射的 一系列光谱线。
16/11716
2. 谱线强度
光谱分析过程中，被测物质在激发光源中被蒸发 、原子化、电离；
基态原子或离子被高速运动的各种粒子碰撞激发 ，这时物质处于等离子态；
激发态原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发 射的谱线强度常用 辐射强度I 来表示。
第六章 原子发射光谱法
1. 定义 2. 原子发射光谱法特点
第一节 概述
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2/1172
1. 定义
原子发射光谱分析法(AES)：原子在受到热或 电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时， 发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的 分析方法。
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
玻耳兹曼因子
gi 、g0为激发态与基态的统计权重；Ei为激发能 量；k为玻耳兹曼常数；T为激发温度。
19/11719
以N表示被测元素在等离子体中总密度，则任意
激发态原子密度Ni与总密度N有如下关系：
Ni
gi Z
Ei
Ne kT
Z
Ei
gie KT
i
Z称为配分函数，是原子所有不同状态的统计权
电离线：离子由激发态到基态的跃迁，与电离 能大小无关，是离子的特征共振线。
第一共振线：原子第一激发态与基态之间跃迁 形成的光谱线，能量差最小，最易发生。
14/11714
1.2 原子谱线表
用罗马字母表示： 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；
i
g
i
Z
N
Ei
e kT
21/11721
将任意能级状态下的原子、离子的密度与原子总 密度的计算公式代入谱线强度计算公式：
Iij
gi Z
Ei
Aijhij (1) Ne kT
Iij
gij Z
Aijhij
N
Ei
e kT
爱因斯坦-波耳兹曼-沙哈谱线强度方程！
22/11722
激发电位
统计权重 辐射频率
学中的地位下降。 目前由于新光源(ICP)的出现，情况发生逆转。
5/1175
3. AES特点（一般光源）
多元素同时检测：各元素同时发射特征光谱。 分析速度快：试样不需复杂的分离等处理步骤，
可同时对几十种元素进行定量分析。 选择性高：各元素具有不同的特征光谱。 检出限较低：10-0.1 gg-1。
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章节重点：
原子发射光谱分析法的特点。
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第六章 原子发射光谱法
1. 原子发射光谱的产生 2. 原子发射光谱法特点
第二节 原子发射光谱 法的基本原理
10
1. 原子发射光谱的产生
正常状态下，物质中原子处于能量最低的基态。 当原子在受到外界能量（热能或电能）激发时，
由基态跃迁到激发态。 处于激发态的原子非常不稳定，返回到基态时，
发电位或电离电位较低的谱线强度较大。 ➢ Ei最低的第一共振线是强度最大的谱线。
24/11724
跃迁概率 ➢ 跃迁概率：单位时间内每个原子由一个能级 辐射跃迁到另一能级的次数。Aij一般在106 109 s-1之间。
Iijg wenku.baidu.comi Aijhij(1)NekEiT
➢ 谱线强度与跃迁概率成正比。
25/11725
原子总密度
Iijg Zi Aijhij(1)NekEiT
跃迁几率
电离度 激发温度
23/11723
2.1 影响谱线强度的因素
2.1.1 谱线的性质 激发电位
➢➢Ii谱 位 随j E线 越i的强 低g Z降i度 ，低A 与 谱i，激线jh激发强发电度ij态位越(粒成大1子 负。密指度数)增关N 大系。，e因激此k发Ei激T 电
不同的元素其原子结构不同，原子能级状态不 同，因此，原子发射的波长也不同。
每种元素都有其特征光谱，这是光谱定性分析 的依据！是AES方法选择性高的基础！
13/11713
1.1 特征光谱
共振线：激发态与基态之间跃迁形成的光谱线 ，分为共振吸收线和共振发射线。
非共振线：激发态与激发态之间跃迁形成的光 谱线。
统计权重 ➢ 量子力学中把能级可能有的微观状态数称为 该能级的简并度，也称统计权重。
重和玻耳兹曼因子乘积的总和。
20/11720
等离子体中不仅存在激发平衡，还存在解离平衡
和电离平衡，分别用解离度 和电离度α表征分子
解离和原子电离的程度。
在等离子体工作状态下，分子一般完全解离。
因此任意能级状态下原子、离子密度与总原子密
度的关系为：
Ni
gi Z
(1 ) N
Ei
e kT
N
按照光谱选择定则，以辐射形式放出能量，跃迁 到较低能级或基态，产生原子发射光谱。
11/11711
激发态M*
热能、电能
E
特征辐射
基态元素M
原子发射光谱的波长：反映单个光子的辐射能量 ，取决于跃迁前后两个能级的能量差。
hc hc
E2 E1 E
12/11712
原子光谱是由原子外层电子在电子能级间的跃 迁产生的。
4. 缺点
高含量分析时，准确度较差。 常见非金属元素如O、N、S、卤素等，其谱线
处于远紫外区，一般光谱仪尚无法检测。 一些非金属元素，如磷、硒、锑等，由于激发
电位高，灵敏度较低。
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5. 应用
可用于70多种元素的分析。 在地质、冶金、机械、环境、材料、能源、生
命及医学领域得到广泛应用。
17/11717
辐射强度I：群体光子辐射总能量的反映，与激 发态原子数 Ni 成正比。
Iij = NiAijEij =Ni Aijhij
Aij为两个能级间的跃迁几率；Eij为两能级能量
差；h为普朗克常数；ij发射谱线的频率。
18/11718
如果激发光源中等离子体处于局部热力学平衡 时，单位体积的基态原子密度N0与激发态原子密度 Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：
Atomic Emission Spectroscopy
3/1173
2. 发展历史
AES是历史最悠久的光分析方法。 1859年，基尔霍夫、本生研制出第一台用于光
谱分析的分光镜，实现了光谱检验。
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2. 发展历史
1930年以后，建立光谱定量分析方法。 在原子吸收光谱分析法建立后，AES在分析化
15/11715
1.3 能级图
原子由各种高能级 跃迁到低能级时发射的 一系列光谱线。
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2. 谱线强度
光谱分析过程中，被测物质在激发光源中被蒸发 、原子化、电离；
基态原子或离子被高速运动的各种粒子碰撞激发 ，这时物质处于等离子态；
激发态原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发 射的谱线强度常用 辐射强度I 来表示。
第六章 原子发射光谱法
1. 定义 2. 原子发射光谱法特点
第一节 概述
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第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
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1. 定义
原子发射光谱分析法(AES)：原子在受到热或 电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时， 发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的 分析方法。
Ni
gi g0
Ei
N0 e kT
玻耳兹曼因子
gi 、g0为激发态与基态的统计权重；Ei为激发能 量；k为玻耳兹曼常数；T为激发温度。
19/11719
以N表示被测元素在等离子体中总密度，则任意
激发态原子密度Ni与总密度N有如下关系：
Ni
gi Z
Ei
Ne kT
Z
Ei
gie KT
i
Z称为配分函数，是原子所有不同状态的统计权
电离线：离子由激发态到基态的跃迁，与电离 能大小无关，是离子的特征共振线。
第一共振线：原子第一激发态与基态之间跃迁 形成的光谱线，能量差最小，最易发生。
14/11714
1.2 原子谱线表
用罗马字母表示： 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；
i
g
i
Z
N
Ei
e kT
21/11721
将任意能级状态下的原子、离子的密度与原子总 密度的计算公式代入谱线强度计算公式：
Iij
gi Z
Ei
Aijhij (1) Ne kT
Iij
gij Z
Aijhij
N
Ei
e kT
爱因斯坦-波耳兹曼-沙哈谱线强度方程！
22/11722
激发电位
统计权重 辐射频率
学中的地位下降。 目前由于新光源(ICP)的出现，情况发生逆转。
5/1175
3. AES特点（一般光源）
多元素同时检测：各元素同时发射特征光谱。 分析速度快：试样不需复杂的分离等处理步骤，
可同时对几十种元素进行定量分析。 选择性高：各元素具有不同的特征光谱。 检出限较低：10-0.1 gg-1。
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章节重点：
原子发射光谱分析法的特点。
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第六章 原子发射光谱法
1. 原子发射光谱的产生 2. 原子发射光谱法特点
第二节 原子发射光谱 法的基本原理
10
1. 原子发射光谱的产生
正常状态下，物质中原子处于能量最低的基态。 当原子在受到外界能量（热能或电能）激发时，
由基态跃迁到激发态。 处于激发态的原子非常不稳定，返回到基态时，
发电位或电离电位较低的谱线强度较大。 ➢ Ei最低的第一共振线是强度最大的谱线。
24/11724
跃迁概率 ➢ 跃迁概率：单位时间内每个原子由一个能级 辐射跃迁到另一能级的次数。Aij一般在106 109 s-1之间。
Iijg wenku.baidu.comi Aijhij(1)NekEiT
➢ 谱线强度与跃迁概率成正比。
25/11725
原子总密度
Iijg Zi Aijhij(1)NekEiT
跃迁几率
电离度 激发温度
23/11723
2.1 影响谱线强度的因素
2.1.1 谱线的性质 激发电位
➢➢Ii谱 位 随j E线 越i的强 低g Z降i度 ，低A 与 谱i，激线jh激发强发电度ij态位越(粒成大1子 负。密指度数)增关N 大系。，e因激此k发Ei激T 电
不同的元素其原子结构不同，原子能级状态不 同，因此，原子发射的波长也不同。
每种元素都有其特征光谱，这是光谱定性分析 的依据！是AES方法选择性高的基础！
13/11713
1.1 特征光谱
共振线：激发态与基态之间跃迁形成的光谱线 ，分为共振吸收线和共振发射线。
非共振线：激发态与激发态之间跃迁形成的光 谱线。
统计权重 ➢ 量子力学中把能级可能有的微观状态数称为 该能级的简并度，也称统计权重。
重和玻耳兹曼因子乘积的总和。
20/11720
等离子体中不仅存在激发平衡，还存在解离平衡
和电离平衡，分别用解离度 和电离度α表征分子
解离和原子电离的程度。
在等离子体工作状态下，分子一般完全解离。
因此任意能级状态下原子、离子密度与总原子密
度的关系为：
Ni
gi Z
(1 ) N
Ei
e kT
N
按照光谱选择定则，以辐射形式放出能量，跃迁 到较低能级或基态，产生原子发射光谱。
11/11711
激发态M*
热能、电能
E
特征辐射
基态元素M
原子发射光谱的波长：反映单个光子的辐射能量 ，取决于跃迁前后两个能级的能量差。
hc hc
E2 E1 E
12/11712
原子光谱是由原子外层电子在电子能级间的跃 迁产生的。