环境工程仪器分析 第三章 原子发射光谱
仪器分析实验原子发射与原子吸收光谱法
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
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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
试剂：钙标准溶液：100μg·mL-1；镧溶液：10 mg·mL-1。若去离子水的水质不好，会 影响钙的测定灵敏度和校准曲线的线性关系，加入适量的镧可消除这一影响。
本实验以乙炔气为燃气，空气为助燃气。
四、实验步骤
（1）测试溶液的制备 ① 条件试验溶液的配制：将 100 μg·mL-1的Ca2＋标液稀释成浓度约为 2-3μg·mL-1的 Ca2＋试液 100mL，摇匀。此溶液用于分析条件选择实验。 ② 标准溶液的配制：用分度吸量管取一定体积的 100μg·mL-1Ca2＋标液于 25mL比色管 中，用去离子水稀释至 25mL刻度处，其浓度应为 10μg·mL-1。于 6 支 10mL比色管中分别加 入一定体积的 10μg·mL-1Ca2＋标液，用去离子水稀释至 10mL刻度处，摇匀。配成浓度分别 为 0、0.5、1.0、2.0、2.5、3.0μg·mL-1的Ca2＋标准系列溶液，用于制作校准曲线。 （2）分析条件的选择 本实验只对燃烧器高度和燃助比这两个条件进行选择。在原子吸收光谱仪中，整个原子化 器的上、下、前、后位置和燃烧器头的旋转角度都是可调的。从光源发出的光，其光路是不变 的。若改变原子化器的上、下位置，就相当于入射光穿过了火焰的不同部位，如图 155-1 所示。 通常原子化器旁装有一标度尺，可读出高度变化的相对值。由于火焰燃烧性质和温度分布的不 均匀性，在H1、H2和H3位置测定的吸光度值会有一些差别。差别的大小因火焰种类和元素性 质而异。钙在火焰中易形成氧化物，若在火焰的还原区或高温区，就可避免或减少氧化钙的形 成，使钙的自由原子数目增多。燃烧器高度的选择就是在寻找原子化的最佳的区域。
仪器分析复习题
仪器分析复习题第一章仪气氛析概论一、单项选择题1、利用电流—电压特性进行分析的相应分析方法是(C)A电位分析法B电导法C极谱分析法D库仑法2、利用两相间分配的分析方法是(D) A光学分析法B电化学分析法C热分析法D色谱分析法3、下述哪种分析方法是以散射光谱为基础的(D)A原子发射光谱B某荧光光谱法C原子吸收光谱D拉曼光谱法4、下列分析方法中，哪一个不属于电化学分析法(C)A电导分析法B极谱法C色谱法D伏安法5、仪器分析与化学分析比较，其灵敏度一般(A)A比化学分析高B比化学分析低C一般高D不能判断6、仪器分析与化学分析比较，其准确度一般(B)A比化学分析高B比化学分析低C一般高D不能判断二、多项选择题1、仪器分析法与化学法，其优点是(ACDE)A灵敏度高B准确度高C速度快D易自动化E选择性好2、下列分析方法中，属于光学分析法的是(AB)A发射光谱法B分光光度法C电位分析法D气相色谱法E极谱法3、对某种物质进行分析，选择分析方法时应考虑的因素(ABCDE)A分析结果要求的准确度B分析结果要求的精确度C具有的设备条件D成本核算E工作人员工作经验4、仪器分析的发展趋势是(ABCDE)A仪器结构的改善B计算机化C多机连用D新仪器分析方法E自动化三、填空题1、仪器分析法是以测量物质的(物理或物理化学性质)为基础的分析方法。
2、仪器分析具有(简便、快捷、灵敏、易于实现自动操作)等特点。
3、测量物质试液的电化学性质及其变化来进行分析的方法称(电化学分析法)4、属于电化学分析法的有(电导分析法)、(电位分析法)5、光学分析法是一类重要的仪器分析法。
它主要根据物质(发射)(吸收电磁波)以及(物质与电磁辐射的相互作用)来进行分析的。
四、名词解释1、仪器分析：以被测物质的物理或物理化学性质为分析的主要依据，并采用些特定仪器进行测试的分析方法。
2、光学分析法：以能量作用于被测物质后，检测其产生的辐射信号或辐射性质所引起的变化的分析方法。
仪器分析习题
第二章一．选择题1、符合吸收定律的稀溶液稀释时，其最大吸收峰波长位置：（C）A、向长波方向移动B、向短波方向移动C、不移动D、不移动，吸收峰值增大2、光学分析中，使用到电磁波谱，其中可见光的波长范围：A、10~400nm ，B、400~750nmC、0.75~2.5mD、0.1~100cm3、指出下列哪个化合物的紫外吸收波长最大：（D）A、CH3CH2CH3B、CH3CH2OHC、CH2=CHCH2CH=CH2D、CH3CH=CH-CH=CHCH34.下面哪一种电子能级跃迁需要的能量最高( A)A、σ→σ *B、n→σ *C、π→π *D、π→σ *6．在下列化合物中，π→π*跃迁所需能量最大的化合物是（B ）A. 1,3-丁二烯B. 1,4-戊二烯C. 1,3-环已二烯D. 2,3-二甲基-1,3-丁二烯7．下列基团或分子中，能发生nπ→*跃迁的基团是（BC ）A. C=CB. C=OC. C≡ND. CH3OH二、填空题1、分子内部的运动方式有三种，即：电子相对于原子核运动、和原子在其平衡位置的相对振动和分子本身的转动，相应于这三种不同的运动形式，分子具有电子远动能能级、振动能级和转动能级。
2 、R带是由nπ→* 跃迁引起，其特征是波长_较长；K带是由π→π* 跃迁引起，其特征是波长较短。
3、在紫外吸收光谱中，随着溶剂极性增加，R带_蓝移，K带将___红移。
三、名词解释1．σ→σ*：饱和烃类化合物由基态(σ)跃迁到激发态(σ*)。
此类跃迁需要的能量较高，一般吸收波长＜150 nm。
2．π→π*：不饱和化合物由基态(π)跃迁到激发态(π*)。
此类跃迁需要的能量降较低，孤立的π→π*吸收波长一般＜200 nm；共轭的π→π*吸收波长＞200 nm。
共轭体系越长，跃迁所需能量越小，向长波长方向移动的程度越大，吸收强度越强（ε= 103--104）。
3．n→π*：含有杂原子的不饱和化合物由杂原子空轨道(n)跃迁到π反键轨道(π*)。
原子发射光谱_由激发态返回基态或较低能级的过程中_概述说明
原子发射光谱由激发态返回基态或较低能级的过程中概述说明1. 引言1.1 概述原子发射光谱是研究原子的能级结构和电子跃迁行为的重要工具。
当原子从激发态返回到基态或较低能级时，会以辐射的形式释放出能量。
这种辐射称为发射光谱。
通过对发射光谱的分析，我们可以获取有关元素的信息，例如元素的存在、浓度、化学组成等。
因此，原子发射光谱在很多领域都被广泛应用。
1.2 文章结构本文将围绕原子发射光谱展开讨论。
首先在引言部分概述原子发射光谱的研究背景和意义，在第二部分对原子发射光谱进行简要介绍并解释激发态和基态的概念。
接下来，在第三部分中详细探讨了返回基态或较低能级的过程，并介绍了发射光谱产生机制中的能级跃迁与辐射过程之间的关系。
第四部分将展示一些应用实例，并评述了光谱仪器技术对原子发射光谱研究的影响。
最后，在第五部分中总结本文的主要观点和内容回顾，并探讨了原子发射光谱研究的展望和潜在应用领域。
1.3 目的本文的目的是介绍原子发射光谱及其相关概念，解释发射光谱产生机制，探讨其在实际应用中的表现与解读方法，并展示一些该领域的应用案例。
同时，我们将评述光谱仪器技术对原子发射光谱研究的影响，并展望未来该领域可能的研究进展和应用趋势。
通过本文的阅读，读者将对原子发射光谱有一个全面而深入的了解，为相关研究与应用提供参考和借鉴。
2. 原子发射光谱概述：2.1 发射光谱简介原子发射光谱是一种重要的光谱分析方法，用于研究原子在激发态和基态之间跃迁时所产生的辐射现象。
当原子受到能量激发后，其电子会由低能级跃迁至高能级。
随后，部分电子会从高能级返回到低能级或基态，并释放出与跃迁相对应的特定频率的光。
2.2 激发态和基态概念解释在原子中，每个电子都存在于不同的能级上。
当电子处于较低的能级时称为基态，而当电子受到外界能量激发并跃迁至较高的能级时，则称为激发态。
基态和激发态之间存在着固定的能量差。
2.3 返回基态或较低能级的过程说明原子在受到外界激励后，电子将从基态跃迁至激发态。
仪器分析笔记 《原子发射光谱分析》
第三章原子发射光谱分析§3.1 光化学分析法概述3.1.1 光化学分析法概述1、光学分析法的分类光学分析法分为光谱法和非光谱法两类。
✓光谱法：基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。
✓非光谱法：不涉及物质内部能级的跃迁，是基于物质与辐射相互作用时，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法（即测量辐射的这些性质）。
属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。
2、电磁波谱电磁辐射按照波长（或频率、波数、能量）大小的顺序排列就得到电磁波谱。
表3-1-1 各光谱区的光谱分析方法3、各种光分析法简介A、发射光谱法∙γ射线光谱法∙x射线荧光分析法∙ 原子发射光谱分析 ∙ 原子荧光分析法 ∙ 分子荧光分析法 ∙ 分子磷光分析法 ∙ 化学发光分析 B 、吸收光谱法 ∙ 莫斯堡谱法∙ 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 C 、散射∙ Roman 散射4、原子发射光谱分析法的特点①可多元素同时检测：各元素同时发射各自的特征光谱；②分析速度快：试样不需处理，同时对几十种元素进行定量分析(光电直读仪)； ③选择性高：各元素具有不同的特征光谱；④检出限较低：10～0.1μg ⋅g -1(一般光源)；ng ⋅g -1(ICP ） ⑤准确度较高：5%～10% (一般光源）； <1% (ICP)；⑥ICP-AES 性能优越：线性范围4～6数量级，可测高、中、低不同含量试样； ⑦非金属元素不能检测或灵敏度低。
3.1.2 原子光谱与原子光谱分析法直接相关的原子光谱理论，主要指原子光谱的产生和谱线强度理论，这就是光谱定性、定量分析的理论依据。
1、原子光谱的产生量子力学认为，原子光谱的产生，是原子发生能级跃迁的结果，而跃迁几率的大小则影响谱线的强度，并决定了跃迁规则。
分析化学仪器分析第三版答案
分析化学仪器分析第三版答案【篇一：仪器分析第五版习题及答案】/p> 1、主要区别：（1）化学分析是利用物质的化学性质进行分析；仪器分析是利用物质的物理或物理化学性质进行分析；（2）化学分析不需要特殊的仪器设备；仪器分析需要特殊的仪器设备；（3）化学分析只能用于组分的定量或定性分析；仪器分析还能用于组分的结构分析；（3）化学分析灵敏度低、选择性差，但测量准确度高，适合于常量组分分析；仪器分析灵敏度高、选择性好，但测量准确度稍差，适合于微量、痕量及超痕量组分的分析。
2、共同点：都是进行组分测量的手段，是分析化学的组成部分。
1-5分析仪器与仪器分析的区别：分析仪器是实现仪器分析的一种技术设备，是一种装置；仪器分析是利用仪器设备进行组分分析的一种技术手段。
分析仪器与仪器分析的联系：仪器分析需要分析仪器才能达到量测的目的，分析仪器是仪器分析的工具。
仪器分析与分析仪器的发展相互促进。
1-7因为仪器分析直接测量的是物质的各种物理信号而不是其浓度或质量数，而信号与浓度或质量数之间只有在一定的范围内才某种确定的关系，且这种关系还受仪器、方法及样品基体等的影响。
因此要进行组分的定量分析，并消除仪器、方法及样品基体等对测量的影响，必须首先建立特定测量条件下信号与浓度或质量数之间的关系，即进行定量分析校正。
第二章光谱分析法导论2-1光谱仪的一般组成包括：光源、单色器、样品引入系统、检测器、信号处理与输出装置。
各部件的主要作用为：光源：提供能量使待测组分产生吸收包括激发到高能态；单色器：将复合光分解为单色光并采集特定波长的光入射样品或检测器；样品引入系统：将样品以合适的方式引入光路中并可以充当样品容器的作用；检测器：将光信号转化为可量化输出的信号。
信号处理与输出装置：对信号进行放大、转化、数学处理、滤除噪音，然后以合适的方式输出。
2-2：单色器的组成包括：入射狭缝、透镜、单色元件、聚焦透镜、出射狭缝。
各部件的主要作用为：入射狭缝：采集来自光源或样品池的复合光；透镜：将入射狭缝采集的复合光分解为平行光；单色元件：将复合光色散为单色光（即将光按波长排列）聚焦透镜：将单色元件色散后的具有相同波长的光在单色器的出口曲面上成像；出射狭缝：采集色散后具有特定波长的光入射样品或检测器2-3棱镜的分光原理是光的折射。
原子发射光谱 相对误差-概述说明以及解释
原子发射光谱相对误差-概述说明以及解释1.引言1.1 概述原子发射光谱是研究原子内部能级结构和原子性质的重要实验技术之一。
利用原子发射光谱可以获得原子的能级跃迁信息，进而得到元素的特征光谱线，从而可以进行元素分析和物质组成的确定。
原子发射光谱广泛应用于多个领域，包括化学分析、环境监测、材料科学等。
在化学分析领域，原子发射光谱被用于定量分析、质量分析等，可以实现对不同元素浓度的测量。
在环境监测中，原子发射光谱可以用于检测污染物的存在和浓度，从而评估环境质量。
在材料科学中，原子发射光谱可以用于材料成分的表征和分析，帮助研究人员了解和改进材料的性能。
然而，在进行原子发射光谱分析时，相对误差是一个重要的问题需要考虑。
相对误差指的是实际测量结果与理论值之间的差异在相对值上的百分比。
原子发射光谱的相对误差可以来自多个方面，比如仪器本身的误差、采样和前处理的误差等。
本文将对原子发射光谱的基本原理进行介绍，探讨其应用领域，并重点分析原子发射光谱的相对误差问题。
通过总结原子发射光谱的重要性和归纳相对误差问题，我们还将提出一些改进原子发射光谱相对误差的方法。
这些方法可以帮助科研人员和实验室从业人员更准确地进行原子发射光谱的分析和测量，提高其结果的可靠性和准确性。
1.2 文章结构文章结构在本文中，我们将按照以下顺序来展开对原子发射光谱相对误差的讨论。
首先，在引言部分，我们将概述本文的研究背景和目的，以及文章的整体结构。
然后，我们在正文部分将深入探讨原子发射光谱的基本原理和应用领域，包括其在化学、物理和纳米科学等领域的重要性和应用。
在这一部分，我们还将特别着重分析原子发射光谱的相对误差问题，探讨其产生的原因和可能的解决方法。
最后，在结论部分，我们将对全文进行总结，强调原子发射光谱的重要性，并归纳讨论了其相对误差问题，提出可能的改进方法。
通过这样的结构安排，本文旨在全面而系统地介绍原子发射光谱的相关知识，特别关注其相对误差问题，并为未来的研究提供有价值的参考。
仪器分析-谱线强度及影响因素
主讲教师：杨屹 第三章 原子发射光谱法 Atomic Emission Spectroscopy(AES)目 录CONTENTS 谱线强度 影响因素 谱线强度及影响因素 3.33.3 谱线强度及影响因素3.3.1 谱线强度原子的外层电子在 i, j 能级间跃迁产生的谱线强度 I i,j 与跃迁几率 A 及处于激发态的原子数 N i 成正比i j ν=i j i j i I A h NI i,j :单位时间、单位体积内光子发射的总能量 h νij一个激发态原子跃迁一次所发射出的能量 A ij :两个能级间的跃迁几率 N i : 单位体积内处于激发态的原子数3.3 谱线强度及影响因素在热力学平衡状态时，位于基态的原子数 N 0 与位于激发态原子数 N i 之间满足 Boltzmann 分布 g ：统计权重(2J+1)； k ： Boltzmann 常数(1.38⨯10-23J/o C)/00exp i E kTi i g N N g -=由于激发态原子数目较少，因此基态原子数 N 0 可以近似代替原子总数 N 总，并以浓度 c 代替N 总3.3 谱线强度及影响因素考虑试样的蒸发、离解、激发、电离以及自吸效应等因素，可得I = a c b Schiebe-Lomakinx : 气态原子的电离度α: 样品蒸发的常数β : 气体分子的解离度τ: 原子在蒸气中平均停留时间q : 与化学反应有关的常数(无化学反应时q=1)b: 自吸系数（无自吸时b=1)赛伯－罗马金公式3.3 谱线强度及影响因素自吸光源辐射共振线被光源周围较冷的同种原子所吸收的现象自蚀严重的谱线自吸收就是谱线的自蚀1 2 3 1.无自吸；2.自吸；3.自蚀3.3 谱线强度及影响因素3.3.2影响谱线强度的因素激发电位跃迁几率E i , I A , I统计权重光源温度g , I T , I原子密度c ,I本节要求1. 掌握原子发射光谱定量公式I = a c b2. 掌握影响谱线强度的因素。
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
仪器分析原理3原子荧光光谱与X射线荧光光谱分析
仪器分析原理3原子荧光光谱与X射线荧光光谱分析原子荧光光谱和X射线荧光光谱是常用的仪器分析原理之一、这两种分析方法可以快速准确地确定样品中元素的种类和含量。
下面将分别介绍原子荧光光谱和X射线荧光光谱的工作原理及其在仪器分析中的应用。
1.原子荧光光谱原子荧光光谱（Atomic Fluorescence Spectroscopy, AFS）是利用物质吸收射入能量后，再辐射能量的特性来分析物质中元素的种类和含量。
工作原理：原子荧光光谱的工作原理分为两个步骤：原子化和荧光辐射。
首先，样品通过加热、火焰、电磁辐射等方式使其原子化。
原子化是将样品中的元素由化合物或离子状态转变为单体原子的过程。
常用的原子化方式有火焰原子吸收光谱（Flame Atomic Absorption Spectroscopy, FAAS）和电感耦合等离子体发射光谱（Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy, ICP-OES）等。
然后，通过激发原子辐射的方式，使其产生特定的荧光辐射。
荧光辐射的能量和波长是特定的，因此可以通过测量样品的荧光辐射来确定元素的种类和含量。
应用：原子荧光光谱广泛应用于环境、食品、农产品等领域的元素分析。
它具有分析速度快、准确度高、灵敏度高的特点。
可以用于分析痕量元素，如水中的重金属等。
2.X射线荧光光谱X射线荧光光谱（X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRF）是利用物质受到X射线激发后发生荧光辐射的特性来分析样品中元素的种类和含量。
工作原理：X射线荧光光谱是利用样品中的元素受到高能X射线激发后产生特定能量的荧光X射线。
当样品被照射时，元素中的电子会被激发到较高能级，并在回到基态时发出荧光X射线。
每个元素的荧光X射线的能量和强度是特定的，通过测量荧光X射线的能量和强度可以确定样品中元素的种类和含量。
应用：X射线荧光光谱广泛应用于材料分析、岩石矿产分析、金属合金分析等领域。
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
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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
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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、
仪器分析第三章AES
将样品离子束引入电离室，通过测量离子能量和电荷态来分析元素 组成。
AES分析方法
定量分析
通过测量特征X射线的强度，确定样品中元素的含 量。
半定量分析
利用特征X射线确定样品中是否存在某种元素，但 不给出具体含量。
表面成分分析
利用AES分析样品表面的元素组成，适用于表面污 染、镀层等研究。
02
AES仪器设备
AES仪器的基本结构
激发源
真空系统
用于产生高能电子束或X 射线束，激发样品中的
原子或分子。
保持分析区域的超高真 空，减少背景干扰。
检测器
用于捕捉和分析被激发 的原子或分子的特征辐
射。
数据处理系统
用于处理和显示实验数 据，提供最终的分析结
果。
AES仪器的工作原理
样品激发
辐射的检测与数据分析
样品处理过程
干燥
去除样品中的水分，以免影响 AES分析结果。
研磨
将样品研磨成细粉末，以提高AES 信号的强度。
过滤
去除样品中的杂质和颗粒物，以提 高AES分析的纯度和分辨率。
样品制备与处理中的注意事项
防止污染
在整个样品制备与处理过程中， 要确保使用的工具、容器和实验
室环境清洁无污染。
保持干燥
对于某些样品，干燥是非常重要 的步骤，要确保使用适当的干燥
AES实验操作流程
实验设置
根据实验需求选择合适的电子 束能量、扫描速率等参数。
数据处理
对采集的数据进行背景校正、 校正标定等处理，提取元素含 量信息。
样品准备
选择适当的样品制备方法，如 研磨、抛光等，以暴露出干净 的表面。
数据采集
原子发射光谱法讲
ICP形成原理
感应线圈由高频电源耦合供电，产生垂 直于线圈平面的磁场。如果通过高频装 置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁 场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更 多的离子和电子，形成涡流。强大的电 流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达 10000k的等离子焰炬。
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ICP形成原理
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ICP火焰
11
原子发射光谱概述
发射谱线，应选择合适的激发温度； 基态原子数N0，在一定的条件下，谱线
强度与N0成正比，这是发射光谱法定量 分析的依据。 当火焰中原子浓度过高，可产生严重的 自吸现象，使谱线中心强度降得很低， 对分析结果产生严重的影响。故不用原 子吸收法做常量分析。
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原子发射光谱法包括了三个主要的过程: 由光源提供能量使样品蒸发、形成气态
原子、并进一步使气态原子激发而产生 光辐射； 将光源发出的复合光经单色器分解成按 波长顺序排列的谱线，形成光谱； 用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
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原子发射光谱激发光源
激发光源的基本功能是提供使试样中被 测元素原子化和原子激发发光所需要的 能量。对激发光源的要求是： 灵敏度高，稳定性好，光谱背景小，结 构简单，操作安全。
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原子发射光谱激发光源
常用的激发光源： 电弧光源。（交流电弧、直流电弧） 电火花光源。 电感耦合高频等离子体光源（ICP光源）
等。
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电感耦合高频等离子体（ICP）光源
Inductive Coupled Plasma (ICP) 等离子体是一种由自由电子、离子、中
性原子与分子所组成的在总体上呈中性 的气体，利用电感耦合高频等离子体 （ICP）作为原子发射光谱的激发光源 始于上世纪60年代。
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《仪器分析》原子发射光谱法
ms ＝±1/2，±3/2，∙∙∙，±S （当S为半整数时）
共有2S+1个值。
总角动量量子数（也称总内量子数）J等于L和S的矢量和， 即J＝L＋S。J的取值为： J＝L+S，L+S-1，L+S-2，∙∙∙，| L-S | 若L≥S ，数值从J＝L＋S到L-S，共有（2S＋1）个; 若L<S，数值从J＝L＋S到S-L，共有（2L＋1）个。 例如，L＝2，S＝1，即2S＋1＝3， 则J＝3，2，1，有 3个J值。
n是主量子数。 L是原子总角量子数，用大写英文字母S，P，D，F ∙∙∙ 表示。 L ＝ 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， ∙∙∙ ，（ 2S ＋ 1 ）的数值写在 L 符号的左上角， （2S＋1）为光谱项的多项性，也可以用符号M表示。 因每一个光谱项有（2S＋1）个不同的J值，把J值注在L的右 下角表示光谱支项，每一个光谱项有（2S＋1）个光谱支项。 由于 L 与 S 的相互作用，光谱支项的能级略有不同，这（ 2S ＋1）个略有不同的能级在光谱中形成（2S＋1）条距离很短的 线，称为多重线。若2S＋1等于2或者3，分别称为二重线和三重 线。 当 L<S 时，每一个光谱支项只有（ 2L ＋ 1 ）个支项，但（ 2S ＋1）还称为多重性，所以“多重性”的定义是（2S＋1），不 一定代表光谱支项的数目。
原子发射光谱法（AES）
原子发射光谱是基于当原子或离子受激发的外 层电子从较高的激发态跃迁到较低的能级或者基态 能级，多余的能量以光的形式辐射出来，从而产生 发射光谱。这样产生的光谱是线光谱。
原子的线光谱是元素的特征，不同的元素具有 不同的特征光谱，是定性定量分析的基础。原子发 射光谱法是元素分析的重要方法之一。
跃迁的谱线称为第一共振线或主共振线。
仪器分析重点
仪器分析重点绪论一．现代仪器分析的作用和发展二．仪器分析的应用第三章、原子发射光谱法原子荧光，1.原子荧光光谱的产生气态自由原子吸收特征辐射后跃迂到较高能级，然后又跃迁回到基态或较低能级。
同时发射出与原激发辐射波长相同或不同的辐射即原子荧光。
原子荧光为光致发光，二次发光，激发光源停止时，再发射过程立即停止。
2．原子荧光的类型原子荧光分为共振荧光，非共振荧光与敏化荧光等三种类型。
一、原子荧光的特点：（1）高灵敏度、低检出限。
特别对Cd、Zn等元素有相当低的检出限，Cd可达0.001ng.cm-3、Zn为0.04ng.cm-3。
由于原子荧光的辐射强度与激发光源成比例，采用新的高强度光源可进一步降低其检出限。
（2）谱线简单、干扰少。
可以制成非色散原子荧光分析仪。
这种仪器结构简单，价格便宜。
（3）标准曲线线性范围宽，可达3-5个数量级。
（4）多元素同时测定。
因为原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易制作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。
一、为什么要采用高强度的光源：光源强可使灵敏度增高，达到低检出限二、氩气的作用：载气等第四章、原子吸收光谱法一、光源：采用待测元素制成的锐线光源及其原因，用普通连续光源进行测量时吸收值仅相当于总入射光强度的0.5%，信号变化小，难于检测，测定灵敏度极差，而锐线光源可以解决上述问题。
二、谱线变宽的因素：1.、自然宽度，无外界因素影响时谱线具有的宽度。
其大小与激发态原子的寿命有关，寿命越短,谱线越宽。
2、多普勒宽度（热变宽），ΔνD原子在空间作无规则的热运动所引起的，故又称为热变宽。
一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。
3、压力变宽，由于原子相互碰撞使能级发生稍微变化。
10-3nm~10-2nm劳伦兹（Lorentz）变宽ΔνL待测原子和其他原子碰撞。
随蒸汽压力增加而增大。
赫鲁兹马克（Holtmark）变宽（共振变宽）同种原子碰撞。
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感光板上谱线的黑度与作用其 上的总曝光量有关。曝光量等于感 光层所接受的照度和曝光时间的乘 积；
H = E •t
式中，H为曝光量，E为照度，t 为时间。
四、光谱仪
光谱仪的作用是将光源发射的电磁辐射经色散
后，得到按波长顺序排列的光谱，并对不同波长的
辐射进行检测与记录。
光谱仪按照使用色散元件的不同，分为棱镜光
原子与分子所组成的在总体上呈中性的气 体，利用电感耦合高频等离子体（ICP） 作为原子发射光谱的激发光源始于上世纪 60年代。
ICP装置由: 高频发生器和感应线圈。 炬管和供气系统。 进样系统。 三部分组成,高频发生器的作用是产生高频磁场 以供给等离子体能量。
用Ar做工作气体的优点： Ar为单原子惰性气体，不与试样组 份形成难离解的稳定化合物，也不象分 子那样因离解而消耗能量，有良好的激 发性能，本身光谱简单。
直流电弧
交流电弧
中
4000～7000
较好
试样中低含量组分 的定量分析
金属与合金、难激 发元素的定量分析
火化
低
瞬间10000
好
ICP
很高
6000～8000
最好
溶液的定量分析
电感耦合高频等离子体（ICP）光源
（Inductive Coupled Plasma）--ICP
等离子体是一种由自由电子、离子、中性
的谱线，多是共振线。
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。
它也是该元素的最灵敏线。
定性分析
要确认试样中存在某个元素，需要在试样
光谱中找出三条或三条以上该元素的灵敏 线，并且谱线之间的强度关系是合理的； 只要某元素的最灵敏线不存在，就可以肯 定试样中无该元素。
定量分析
一次电离的离子发出的谱线，称为一级离子线，用罗马 字“Ⅱ”表示。二次电离的离子发出的谱线，称为二 级离子线，用罗马字“Ⅲ”表示。例如Mg Ⅰ285.21nm 为原子线，MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。
谱线强度
设i、j两能级之间的跃迁所产生的谱线强度 Iij表示，则 Iij = NiAijhij 式中Ni为单位体积内处于高能级i的原子数，Aij 为i、j两能级间的跃迁几率，h为普朗克常数， ij为发射谱线的频率。 若激发是处于热力学平衡的状态下，分配在 各激发态和基态的原子数目Ni 、N0 ，应遵循统 计力学中麦克斯韦。
元素的检出限降低至10-3 - 10-4ppm，精密度达到
±1%以下，线性范围可延长至7个数量级。这种方 法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。
Advantages and Disadvantages of AES
A：1.多元素同时检出能力 2.分析速度快 3.选择性好 4.检出限低 （0.1—1ug/g)
二、试样引入激发光源的方法
溶液试样
ICP光源，直接用雾化器将试样溶液引入等离子体内。 电弧或火花光源通常用溶液干渣法进样。将试液滴在平头或 凹液面电极上，烘干后激发。为了防止溶液渗入电极，预先滴 聚苯乙烯-苯溶液，在电极表面形成一层有机物薄膜，试液也可 以用石墨粉吸收，烘干后装入电极孔内。 常用的电极材料为石墨，常常将其加工成各种形状。石墨具
原子发射光谱
原子光谱
原子吸收光谱
原子荧光光谱
第二节 原子发射光谱分析 发展史
1860年本生和凯西霍夫研制了第一台棱镜分光的光 谱仪，使原子发射光谱正式走进了分析化学领域 1930年前后，原子光谱分析进入了定量分析阶段 20世纪40年代是原子发射光谱分析的黄金时期 1945年出现了光电直读光谱仪，使原子发射光谱分 析取得新突破 20世纪50年代至70年代，发射光谱发展缓慢，不 少应用领域被原子吸收分析所取代 20世纪70年代，ICP光源研究成绩突出，1974年 后ICP-AES商品仪器出现，开始了原子发射光谱的 又一个辉煌时代
激发温度 温度升高，谱线强度增大。但温度升高， 电离的原子数目也会增多，而相应的原子数 减少，致使原子谱线强度减弱，离子的谱线 强度增大 基态原子数
谱线强度与基态原子数成正比。在一定 的条件下，基态原子数与试样中该元素浓度 成正比。因此，在一定的条件下谱线强度与 被测元素浓度成正比，这是光谱定量分析的 依据。
玻兹曼分布定律：
Ni = N0 gi/g0e
(-E / kT)
式中Ni 为单位体积内处于激发态的原子数， N0为单位体积内处于基态的原子数， gi，g0 为激发态和基态的统计权重，Ei为激发电位，k 为玻兹曼常数，T为激发温度。
影响谱线强度的因素为： （1）统计权重 （2）跃迁几率（3）激发电位 （4）激发温度（5）基态原子数
5.用ICP光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可 达4～6个数量级。 6.样品消耗少
D：1.在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试
样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高。 2.含量（浓度）较大时，准确度较差。 3.只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定。 4.大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线。
有导电性能良好，沸点高（可达4000K），有利于试样蒸发，
谱线简单，容易制纯及容易加工成型等优点。
三、检测器 在原子发射光谱法中，常用的检测方 法有：目视法、摄谱法和光电法。
1. 摄谱法
摄谱法是用感光板记录光谱。将光谱感 光板置于摄谱仪焦面上，接受被分析试样的 光谱作用而感光，再经过显影、定影等过程 后，制得光谱底片，其上有许多黑度不同的 光谱线。然后用映谱仪观察谱线位置及大致 强度，进行光谱定性及半定量分析。用测微 光度计测量谱线的黑度，进行光谱定量分析。
第三节
基本原理
一般情况下，原子处于基态，通过电致激 发、热致激发或光致激发等激发源作用下，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。
原子的外层电子由高能级向低能级跃迁， 能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得 到发射光谱。原子发射光谱是线状光谱。
标准样品的组成与实际样品一致
在工作曲线的直线范围内测定
使用无干扰的分析线
定量分析
标准加入法
测定范围的工作曲线的直线性
溶液中干扰物质浓度必须恒定
应有1-3个添加样品
使用无干扰的分析线
进行背景校正
半定量分析
半定量分析
有些样品不要求给出十分准确的分析数据，允 许有较大偏差，但需要尽快给出分析数据，这 类样品可采用半定量分析法。
• 原子线:
由原子外层电子被激发到高能态后跃迁回基态或较 低能态，所发射的谱线称为原子线，在谱线表图中用 罗马字“Ⅰ”表示； 离子线: 原子在激发源中得到足够能量时，会发生电离。原 子电离失去一个电子称为一次电离，一次电离的离子 再失去一个电子称为二次电离，依此类推。离子也可 能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱，这种谱线称 为离子线。
谱仪和光栅光谱仪；按照光谱记录与测量方法的不
同，又分为照相式摄谱仪和光电直读光谱仪。
原子发射光谱的分光系统： 外光路、分光系统（包括入射狭缝，光栅，物 镜，反射镜，出射狭缝） 检测器：照相干板，光电倍增管
光源 （原子化器）分光仪
检测器
读数系统
第五节 ICP发射光谱分析方法
定性分析
定量分析
半定量分析 需进行使样品溶液化的前处理
一、光谱定性分析 由于各种元素的原子结构不同，在光源 的激发作用下，试样中每种元素都发射自己 的特征光谱。
光谱定性分析一般多采用摄谱法。 试样中所含元素只要达到一定的含量， 都可以有谱线摄谱在感光板上。摄谱法操作 简单，价格便宜，快速。它是目前进行元素 定性检出的最好方法。
ICP光源的半定量分析尚无通用方法，因仪器 类型和软件功能而异，应用不广泛。
原子发射光谱的发现
1672年牛顿发现了太阳光谱
1859年和1860年凯西霍夫（kirchhofer） 和本生（Bunsen）发现了原子发射和原子吸 收光谱
1902年乌德（wood）发现了原子荧光光谱
原子光谱的分支学科
原子光谱又称为光学光谱 光学光谱的波长范围从10nm~300μ m，而 分析上最常使用的波长为190~900nm
（一）元素的分析线与最后线
每种元素发射的特征谱线有多有少 （多的可达几千条）。当进行定性分析时， 只须检出几条谱线即可。 进行分析时所使用的谱线称为 分析 线。如果只见到某元素的一条谱线，不可 断定该元素确实存在于试样中，因为有可 能是其它元素谱线的干扰。
检出某元素是否存在必须有两条以上不 受干扰的最后线与灵敏线。 灵敏线 是元素激发电位低、强度较大
AES定性和定量的基础
定性分析：不同元素的原子具有不同 的能级构成，△E不一样，各种元素都 有其特征的光谱线，从识别各元素的 特征光谱线可以鉴定样品中元素的存 在
定量分析：元素特征谱线的强度与样品中 该元素的含量有确定的关系，所以可通过 测定谱线的强度确定元素在样品中的含量
有关术语：
激发电位（激发能）: 原子中某一外层电子由基态激发到高能态所需要的能量， 称该高能态为激发电位，以电子伏特（eV）表示； 电离电位（电离能）: 把原子中外层电子电离所需要的能量，称为电离电位， 以eV表示； 共振线: 原子中外层电子从基态被激发到激发态后，由该激发态 跃迁回基线所发射出来的辐射线，称为共振线。 而由最低激发态（第一激发态）跃迁回基态所发射的辐射 线，称为第一共振线，通常把第一共振线称为主共振线。 主共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，一般 是该元素最强的谱线；
第二章 原子发射 光谱分析
Atomic Emission spectroscopy