常用元素特征谱线
原子的光谱分析与谱线的特征解析
原子的光谱分析与谱线的特征解析光谱分析是一种重要的科学方法，通过对物质发射、吸收光的特性进行研究，可以了解物质的组成、结构和性质。
而原子的光谱分析则是光谱分析的重要分支之一，它通过研究原子在不同能级间的跃迁所产生的谱线，揭示了原子的内部结构和性质。
在原子的光谱分析中，谱线是一种重要的特征。
谱线是由原子在不同能级间跃迁时所产生的特定频率的光线。
每个原子都有一组特定的能级，当原子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射特定频率的光线。
这些特定频率的光线就构成了原子的光谱，也被称为谱线。
原子的谱线具有一些独特的特征，可以通过这些特征来解析原子的结构和性质。
首先，谱线的位置可以反映原子的能级结构。
不同元素的原子具有不同的能级结构，因此它们的谱线位置也不同。
通过测量谱线的位置，我们可以确定原子的成分和组成。
其次，谱线的强度可以反映原子的跃迁概率。
原子从一个能级跃迁到另一个能级的概率取决于两个能级之间的能量差、原子的密度和温度等因素。
因此，谱线的强度可以提供关于原子的跃迁概率和原子的状态信息。
此外，谱线的形状和宽度也包含了有关原子的信息。
谱线的形状可以受到多种因素的影响，例如原子的速度分布、相互作用和碰撞等。
通过研究谱线的形状和宽度，我们可以了解原子的运动状态和相互作用方式。
除了这些基本特征外，原子的谱线还可以通过一些高级技术进行进一步的解析。
例如，通过测量谱线的偏振性质，可以了解原子的自旋和轨道角动量等信息。
通过测量谱线的时间延迟，可以研究原子的寿命和衰变过程。
通过测量谱线的频率变化，可以研究原子与外界环境的相互作用。
总之，原子的光谱分析是一种重要的科学方法，通过研究原子的谱线特征，可以揭示原子的内部结构和性质。
谱线的位置、强度、形状和宽度等特征都包含了有关原子的信息，通过对这些特征的解析，我们可以深入了解原子的性质和行为。
随着科学技术的不断发展，原子的光谱分析将在更广泛的领域中发挥重要作用，推动科学研究和技术创新的进展。
各种元素的光谱特征线
各种元素的光谱特征线
元素的光谱特征线主要用于识别和研究元素的化学和物理性质。
不同的元素有不同的光谱特征线。
1.铁(Fe)元素：光谱特征线主要有Fe I和Fe II两种类型。
Fe I的光谱特征线主要出现在紫外线和可见光区域，其中最明显的是
位于490.4 nm处的Fe I谱线，该谱线常用于电弧或火焰光谱法中测定铁元素的含量。
Fe II的光谱特征线则集中在可见光和近红外
光区域，其中最重要的是位于523.5 nm处的Fe II谱线，该谱线常用于光电离法中研究铁的电离能。
2.铜(Cu)元素：光谱特征线在可见光区域包括324.8 nm的Cu I谱线和521.8 nm的Cu I谱线，这两个谱线常用于火焰光谱法中
测定铜的含量。
此外，在红外光区域，铜还有一些显著的光谱特征线，如610.3 nm处的Cu I谱线和643.8 nm处的Cu I谱线，这些谱线常用于原子吸收光谱法中测定铜元素的含量。
3.钠（Na）元素的光谱特征线为黄色双线，波长589.0nm和589.6nm；
4.钾（K）元素的特征线为紫色双线，波长766.5nm和
769.9nm。
原子吸收光谱法(AAS)
局限性：测不同的元素需不同的元 素灯，不能同时测多元素，难熔元 素、非金属元素测定困难。
原子吸收光谱法基本原理
1.原子的能级与跃迁
基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱 激发态基态,发射出一定频率的辐射。 产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱
原子吸收光谱法基本原理
A kc
原子吸收分光度计
原子吸收分光度计
原子吸收分光度计
光源
原子化器
单色器
检测系统
思考：光学系统（单色器）为什么在原子化器和检 测系统之间？
光 源
提供待测元素的特征光谱。获得较高的 灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求； （1）能发射待测元素的共振线； （2）能发射锐线； （3）辐射光强度大，稳定性好。
2.元素的特征谱线
（1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态第一激发态:
跃迁吸收能量不同——具有特征性。
（2）各种元素的基态第一激发态
最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。
（3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析
原子吸收光谱法基本原理
从光源发射出具有待测元素特征 谱线的光，通过试样蒸气时，被蒸气 中待测元素的基态原子所吸收，吸收 的程度与被测元素的含量成正比。故 可根据测得的吸光度，求得试样中被 测元素的含量。
将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢
化物，送入原子化器中检测。
单色器
•作用：将待测元素的吸收线与邻近线分开
•组件：色散元件 ( 棱镜、光栅 ) ，凹凸镜、 狭缝等
检测系统
•作用: 将待测元素光信号转换为电信号， 经放大数据处理显示结果。 •组件: 检测器、放大器、对数变换器、显 示记录装置。
第六章原子吸收光谱分析法
例题 计算2000K和3000K时, Na589.0nm的激发态 与基态原子数之比各为多少？已知gi/g0=2
解：
Ei
hc
4.136 1015eV s 3 1010cm s1 589.0nm 107 cm nm1
AAS的基本原理
赫鲁兹马克(Holtzmark)变宽(R或R): 同种原子碰撞，又称为共振变宽， R随着待测
元素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，测定 元素的浓度较低，R一般可以忽略不计 。
自吸变宽：
光源辐射共振线被光源周围较冷的同种原子所吸 收的现象叫做自吸，自吸现象使谱线强度降低，同 时导致谱线变宽。
AAS的基本原理
表征吸收线轮廓（峰）的参数： 中心频率O(峰值频率) :最大吸收系数对应的频率 中心波长λ(nm) :最大吸收系数对应的波长
半宽度ΔO(吸收线宽度)：峰值吸收值一半处的频率
原子吸收线的宽度约为10-3-10-2nm(折合成波长)。
AAS的基本原理
3.吸收峰变宽原因
自然变宽(N或N): 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自
AAS的基本原理
一、共振线
1.原子的能级与跃迁 基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。产生的吸收
线叫共振吸收线（简称共振线） —— 吸收光谱 激发态基态，发射出一定频率的辐射。所释放的光线叫共
振发射线（也简称共振线） ——发射光谱 2.元素的特征谱线 1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 跃迁吸收能量不同——具有特征性 2）各种元素的基态第一激发态 最易发生、吸收最强、最灵敏线，特征谱线 3）利用特征谱线(共振线)可以进行定量分析。
原子具有特征谱线的原因及其应用1(1)(1)
n
E 0
布拉开系
0.85eV 1.51eV
n4 n3 n2
帕邢系
巴尔末系
3.40 eV
n 1
13.6eV
赖曼系
综上所述，氢原子光谱有如下规律：
• （1）谱线的波数有两个光谱项之差决定：
~ T (m ) T (n )
• （2）当m保持定值，n取大于m的整数时，可给出同一 光谱系的各条谱线的波数。 • （3）改变m数值，可给出不同的光谱线系。
物学中的体液成分分析、内脏及试样 分析、药物分析;冶金中的
钢铁分析、合金分析;地球化学中的水质分析、大气污染物分析、 土壤分析、岩石矿物分析;食品中微量元素分析。
火焰原子吸收光谱法测定铜含量
各部分的主要功能： （1）空心阴极灯：发射待测元素的特征光谱。 （2）原 子化系统：提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。入射光束在这里被基态原 子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。 （3）分光系统：将待测元素的共振 线与邻近谱线分开。 （4）检测系统：包括光电元件和记录系统，前者可用光 电倍增管将光信号转变为电信号，后者可用检流计和记录仪来进行记录，再利 用电脑直接进行数据处理。
•
在有机物分析方面的应用
• 使用原子吸收光谱仪利用间接法可以测定 多种有
机物,如8-羟基喹啉(Cu)、醇类(Cr)、酯类(Fe)、氨 基酸(Cu)、维生素C(Ni)、含卤素的有机物(Ag)等多 种有机物,都可通过与相应的金属元素之间的化学 计量反应而间接测定。
参考文献
[1] 杨福家 .原子物理学(第四版)[M]. 高等教育出版
2.分类
发射光谱（亮线）
原 子 光 谱
吸收光谱 （暗线）
发射光谱和吸收光谱是 元素的特征，称为特征 谱线。
石墨富集方式下水中 Cr元素的 LIBS检测
石墨富集方式下水中 Cr元素的 LIBS检测王寅;赵南京;马明俊;王春龙;余洋;孟德硕;刘建国;刘文清【摘要】为了在石墨富集的方式下测量并分析水中Cr元素的激光诱导击穿光谱特性，利用Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源，以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为光信号分离和探测器件，以Cr元素的425．435nm谱线作为分析线，研究了水中Cr元素的时间衰减特性。
结果表明，最佳延时时间为1100ns，最佳门宽为1800ns，通过对具有不同Cr元素含量的样品的测量，给出了Cr元素的定标曲线，并最终计算取得Cr元素的检出限为0．520mg/L。
这一结果为激光诱导击穿光谱应用于水中Cr元素的快速检测提供了数据参考。
%In order to study the spectroscopy emission characteristics of chromium in water enriched with graphite based on laser induced breakdown spectroscopy , the characteristic spectral line of 425.435nm was selected for chromium in the experiment when a Nd∶YAG laser in 1064nm wavelength was used as an excitation source , the echelle spectrometer and intensified charge coupled device detector with high resolution and wide spectral range were used for spectral separation and high sensitive detection .The results show that detection optimal delay time is 1100ns and gate width time is 1800ns.The calibration curve of chromium was plotted based on different concentration measurement results , and the limit of detection was 0.520mg/L.The results of the experiment provide the data reference for fast measurement of chromium in water based on laser-induced breakdown spectroscopy .【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】4页(P808-811)【关键词】光谱学;激光诱导击穿光谱技术;水污染;Cr;石墨富集【作者】王寅;赵南京;马明俊;王春龙;余洋;孟德硕;刘建国;刘文清【作者单位】中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，合肥230031【正文语种】中文【中图分类】O433.1近年来，随着中国工业化进程不断加快，国内水环境污染日益严重。
元素周期及特征谱线表
103.3 106.1
108.9
111.8
12.65 12.97
13.29 13.616
15.71
16.2
16.7
17.22
18.41 18.98
19.55
20.16
11.12
11.36
11.62
周期及特征谱线表
ⅢA
ⅣA
ⅤA
5B
6C
7N
硼
碳
氮
Boron Carbon Nitrogen
大连有限公司 李振宇 欢迎大家完善
1H
1
氢 Hydrogen
1
1.008
ⅡA
3 Li
4 Be
元素(部分)周期及特征
锂
铍
2 Lithium Beryllium
1
6.94
9.012
2
0.052
0.11
制表：雷曼科技大连有限公司 李振宇 欢迎大
11 Na
12 Mg
钠
镁
3
Sodium Magnesium
1
22.99
24.31
2
1.041
1.254
3.92 4.131
4.347
2.252 2.376 2.503 2.633 2.767 2.904 3.044
3.188
76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi
锇
铱
铂
金
汞
铊
铅
铋
Osmium Iridium Platinum Gold Mercury Thallium Lead
37 Rb
38 Sr
发射光谱定性分析和定量分析
发射光谱定性分析和定量分析一、实验原理1、掌握光谱定性分析的一般原理和方法；2、掌握光谱定量分析的一般原理和方法；3、了解电感耦合等离子体原子发射光谱仪的使用方法。
二、实验原理当物质被热能或电能激发到不稳定状态时，会辐射能量并产生发射光谱。
被激发的分子产生带状光谱，被激发的原子或离子产生线状光谱，线状光谱是发射光谱分子的基础。
线状光谱中的各条谱线是元素的原子或离子的外层电子在两个能级间跃迁时产生的。
根据辐射的量子理论△E=E2－E1=hν谱线的波长：λ=c/ν由于各种元素的原子结构不同，故其发射的谱线波长各不相同，根据各元素的特征谱线，可判别相应元素存在与否。
一个元素可以有很多条谱线，其中最容易激发的谱线称为该元素的“灵敏线”或“最后线”。
如为确定试样中某元素存在与否，不必检查该元素所有的谱线，只需根据几条灵敏线的出现与否即可做出判断。
光谱分析就是根据元素的特征光谱来鉴别元素的存在（定性分析），而谱线的强度与试样中该元素的含量有关，因此也可利用谱线的强度来测定元素的含量（定量分析）。
当温度一定时，谱线强度与元素浓度之间的关系符合下列经验公式：I=ac blgI=lgc+lga此式称为赛伯-罗马金公式，是定量分析的基本关系式。
三、仪器与试剂（1）仪器IRIS Intrepid ⅡXSP原子发射光谱仪（Thermo公司）（2）试剂氩气，未知样品，钙、镁标准贮备液（1mg/mL），优级纯硝酸，水（二次蒸馏水）。
四、实验内容与步骤1、定性分析定性分析包括准确分析元素和分析谱线，通常通过全谱谱图对样品中的元素进行更详细的了解，全谱谱图包括样品中所有元素的所有谱线。
样品的所有信息都包括在两张全谱谱图中（UV和Vis,以345nm为分界线），通过全谱谱图可以对未知样品进行定性分析，或证明某些元素的存在。
对于未知样品，首先点击“Run”选择“FullFrame”命令，获得样品的UV 和Vis全谱，然后点击观测到的某条强谱线，用谱线库对其进行鉴别，同时寻找该元素的其他二级谱线进行辅助证明。
铝、砷、钡、铍、钛钙、镉、钴、铬、铜、铁、钾、镁、钠、镍、铅、锶、钛、钒、锌 等离子体原子发射光谱法
2
3.1 硝酸 (HNO3) ñ l.42g/mL优级纯 3.2 盐酸 (HCl) ñ 1.19g/mL优级纯 3.3 硝酸溶液(1+1) 用硝酸 1 配制 3.4 氮气 钢瓶气 纯度不低于99.9 3.5 标准溶液 3.5.1 单元素标准贮备液的配制
表3 单元素标准贮备液配制方法
元素 浓度(mg/mL Al 1.00
Zn 1.00 Ba 1.00 Be 0.10
Ca 1.00
Co 1.00 Cr 1.00 Cu 1.00
Fe 1.00
K
1.00
Mg 1.00
Na 1.00 Ni 1.00 Pb 1.00 Sr 1.00 Ti 1.00
V
1.00
表5 工作参数折衷值范围
高频功率 KW
反射功率 W
观测速度 (nm)
载气流量 (L/min)
等离子气流 量 (L/min)
进样量 (mL/min)
爆光时间 (s)
1.0-1.4
5
6-16
1.0-1.5
1.0-1.5
1.5-3.0
1-20
5 操作步骤 5.1 样品的预处理
(1) 测定溶解态元素 样品采集后立即通过0.45 m滤膜过滤 弃去初始的50一100mL溶液 收集所需体积的滤液并用(1+1)硝酸把溶液调节至pH 2
品中从痕量到较高浓度的各种元素 表1给出了一般仪器宜采用的元素特征谱线波长及检出限
表1 元素推荐波长及检出限
元素
波长 nm
检出限 mg/L
元素
波长(nm)
仪器分析[第十章原子吸收光谱分析法]山东大学期末考试知识点复习
![仪器分析[第十章原子吸收光谱分析法]山东大学期末考试知识点复习](https://img.taocdn.com/s3/m/75ec86359b89680202d8254d.png)
第十章原子吸收光谱分析法1．共振线与元素的特征谱线基态→第一激发态，吸收一定频率的辐射能量，产生共振吸收线(简称共振线)；吸收光谱。
激发态→基态，发射出一定频率的辐射，产生共振吸收线(也简称共振线)；发射光谱。
元素的特征谱线：(1)各种元素的原子结构和外层电子排布不同，基态→第一激发态：跃迁吸收能量不同——具有特征性。
(2)各种元素的基态→第一激发态，最易发生，吸收最强，最灵敏线。
特征谱线。
(3)利用特征谱线可以进行定量分析。
2．吸收峰形状原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线。
实际上用特征吸收频率左右围的辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一定宽度)。
由 It =Ie-Kvb透射光强度It 和吸收系数及辐射频率有关。
以Kv与v作图得图10一1所示的具有一定宽度的吸收峰。
3．表征吸收线轮廓(峰)的参数(峰值频率)：最大吸收系数对应的频率或波长；中心频率v中心波长：最大吸收系数对应的频率或波长λ(单位为nm)；半宽度：△v0B4．吸收峰变宽原因(1)自然宽度在没有外界影响下，谱线仍具有一定的宽度称为自然宽度。
它与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。
不同谱线有不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级。
多普勒效应：一个运动着的原子发出的光， (2)多普勒变宽(温度变宽)△v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)劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽(碰撞变宽)△v由于原子相互碰撞使能L量发生稍微变化。
劳伦兹变宽：待测原子和其他原子碰撞。
赫鲁兹马克变宽：同种原子碰撞。
(4)自吸变宽空心阴极灯光源发射的共振线被灯同种基态原子所吸收产生自吸现象，灯电流越大，自吸现象越严重，造成谱线变宽。
(5)场致变宽场致变宽是指外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象，但一般影响较小。
为主。
在一般分析条件下△V5．积分吸收与峰值吸收光谱通带0．2 nm，而原子吸收线的半宽度10-3nm，如图10—2所示。
常用耐热合金材料的光谱分析
常用耐热合金材料的光谱分析摘要光谱分析技术建立在识别元素特征谱线的基础之上。
种类繁多的合金材料被广泛应用于国民生产各部门，耐高温、高压合金材料作为其中的一类，其常见合金元素一般为Cr、Mo、V、Ni、W、Ti、Mn、Nb等。
本文旨在归纳常见合金元素的光谱分析方法，并介绍了部分应用实例。
关键词特征光谱、谱线强度、看谱定性分析、看谱半定量分析SPECTRAL ANALYSIS OF COMMON ALLOY MATERIALHuang Min（Guangzhou Power Plant, Guangzhou 510160）ABSTRACTThe spectral analysis method is built up at the foundation of identify the characteristic spectrum of chemical element rightly．Various kinds of alloy materials are used in many national producing departments．As one kind of alloy materials, refractory alloy is often made from Cr、Mo、V、Ni、W、Ti、Mn、Nb and etc．This text aim is introducing the spectral analysis method of the common alloy elements, and some application examples are introduced。
Key words characteristic spectrum，spectral optical power，spectral set quality analysis，spectral half-quantitative analysis一、前言种类繁多的合金材料被广泛应用于国民生产各个部门。
第八章 原子吸收光谱分析.
变宽程度
DVD 7.162107 V0
T M
多普勒变宽与吸收原子自身的相对原子质量的平方根成反比， 与火焰的温度平方根成正比，与谱线频率有关。
3、压力变宽
由于原子相互碰撞使能级发生稍微变化引起的变宽，又称
为碰撞（Collisional broadening）变宽。它是由于碰撞使
激发态寿命变短所致。外加压力越大，浓度越大，变宽越显
仪器分析-原子吸收光谱分析
K0Βιβλιοθήκη 2 lnDvD
2
e2 mc
N0
f
将上式带入朗伯比尔定律中得到
2 π ln 2 e2
A 0.4343K 0L 0.4343 D D mc N0 fL kLN0
由于N0 ∝N∝c
（ N0基态原子数，N原子总数，c 待测元素浓度）
所以：A=KLN0=K′LN=K′′c
仪器分析-原子吸收光谱分析
原子吸收光谱分析的常规模式
定 量 分 析
3
仪器分析-原子吸收光谱分析
§8-2 原子吸收光谱分析基本原理
一、共振线
E3
1、共振吸收线
E2
使电子由基态跃迁到
第一激发态所产生的
吸收谱线称为共振吸
E1
收线（也简称共振线）
A
B
E0
A 产生吸收光谱
B 产生发射光谱
E0 基态能级 E1、E2、E3、激发态能级
吸收线的宽度受多种因素影响，一类是由原子性质所决定，另 一类是外界因素。
1、自然宽度 Δ N
无外界因素影响时，谱线固有的宽度叫自然宽度。
自然宽度与激发态原子的平均寿命有关。一般约10-5nm。
照射光具有一定的宽度。
《仪器分析》第十一章-原子发射光谱法
2021/4/9
自吸对谱线中心强度影响大。 元素含量小时，不表现自吸。 含量增大时，自吸现象增加。 当自吸现象非常严重时，谱 线中心部分被完全吸收，成 为两条紧密相邻的谱线，这 种现象称为自蚀。
27
3 原子发射光谱分析仪器
光谱仪器分三块：光源、分光系统、观测系统
1、光源：
在光谱分析中，光源的作用是为试样蒸发、离解、原 子化和激发提供能量。
2021/4/9
7
2、原子能级与能级图
光谱项 原子光谱是原子外层电子不同能级跃迁的结果。原子能
级通常用光谱项符号来表示。 n2S+1L可以用4个量子数，即主 量子数n、角量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms来描述。
主量子数n表示电子离核的远近，n值越大，电子能量 越高，电子离核越远。n值取为1，2，3，∙∙∙，任意正整数。
Z＝ g0＋g1 exp(-E1/kT)＋g2 exp(-E2/kT) ＋
当温度一定时，Z是定值，因此基态原子数与总原子数即
2021试/4/9样浓度之间成正比，因此有 I = kc
25
4、谱线的自吸和自蚀
在激发光源高温条件下，以气体存在的物质为等离子体， 即气体处在高度电离状态，所形成的空间电荷密度大体相等， 整个气体电中性。在光谱学中，等离子体是指包含有分子、 原子、离子、电子等各种粒子的电中性的集合体。
2021/4/9
12
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。