石河子大学：《仪器分析》课程PPT教学课件（食品专业）原子发射光谱法

第三章原子发射光谱法 原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约 70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非 蔬上赛分机。这特芳滋常前宇定住、中 在一般情况下，用于1%以下含量的组份测定 检出限可达ppm,精密度为士10%左右，线性范 围约2个数量级。但如采用电感耦合等离子体 (ICP)作为光源，则可使某些元素的检出限降低 至103~10ppm,精密度达到士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。 1

1 第三章 原子发射光谱法 原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约 70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非 金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半 定量和定量分析。 在一般情况下，用于1%以下含量的组份测定， 检出限可达ppm，精密度为±10%左右，线性范 围约2个数量级。但如采用电感耦合等离子体 （ICP）作为光源，则可使某些元素的检出限降低 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

第一节 基本原理 一、原子发射光谱的产生 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。 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光源作用下，、原子获得 能量，尔层电子从基态铁定到较高能态变为激发态 约经108s,外层电子就从高能级同较低能级或基态 跃迁，多余的能量的发射可得到一条光谱线。 原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需 要的能量称为邀发电位。原子光谱中每一条谱线的 产生客有其相应的激发电位。 2

2 第一节 基本原理 一、原子发射光谱的产生 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。 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。 原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需 要的能量称为激发电位。原子光谱中每一条谱线的 产生各有其相应的激发电位

第一节 基本原理 由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线。 共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发， 为该元素最强的谱线。 离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光 谱。由于离子和原子具有不同的能级，所以离子发 射的光谱与原子发射的光谱不一样。每一条离子线 都有其激发电位。这些离子线的激发电位大小与电 离电位高低无关。 在原子谱线表中，罗马数1表示中性原子发射 光谱的谱线，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.例如Mg I285.21nm为原子线，MgⅡ280.27nm为一次电离 离子线

3 第一节 基本原理 由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线。 共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发， 为该元素最强的谱线。 离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光 谱。由于离子和原子具有不同的能级，所以离子发 射的光谱与原子发射的光谱不一样。每一条离子线 都有其激发电位。这些离子线的激发电位大小与电 离电位高低无关。 在原子谱线表中，罗马数Ⅰ表示中性原子发射 光谱的谱线，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例如Mg Ⅰ285.21nm为原子线，MgⅡ 280.27nm为一次电离 离子线

第一节基本原理 Continuous Spectrum Emission Spectrum Absorption Spectrum Continuous,emission,and absorption spectra 4

4 第一节 基本原理 Continuous, emission, and absorption spectra

第一节基本原理 二、原子能级与能级图 原子光谱是原子的外层电子（或称价电子）在两 个能级之间跃迁而产生。原子的能级通常用光谱项 符号表示： n2s+1LJ 核外电子在原子中存在运动状态，可以用四个 量子数n、m、m,来规定。 5

5 第一节 基本原理 二、原子能级与能级图 原子光谱是原子的外层电子（或称价电子）在两 个能级之间跃迁而产生。原子的能级通常用光谱项 符号表示： n 2s+1LJ 核外电子在原子中存在运动状态，可以用四个 量子数n、l、m、ms来规定

第一节基本原理 The nucleus is a tiny positive core surrounded by negatively charged electrons moving in elliptical orbits. The first electron- nucleus models of the atom. 6

6 第一节 基本原理 The nucleus is a tiny positive core surrounded by negatively charged electrons moving in elliptical orbits. The first electron￾nucleus models of the atom

第一节基本原理 主量子数决定电子的能量和电子离核的远近。 角量子数1决定电子角动量的大小及电子轨道的 形状，在多电子原子中也影响电子的能量。 磁量子数m决定磁场中电子轨道在空间的伸展方 向不同时电子运动角动量分量的大小。 自旋量子m,数决定电子自旋的方向。 四个量子数的取值： n=1,2,3.n I=0,1,2,.(n-1)相应的符号为s,p, d,f.3 m=0,1,2,. m。=±1/2 7

7 第一节 基本原理 主量子数n决定电子的能量和电子离核的远近。 角量子数l 决定电子角动量的大小及电子轨道的 形状，在多电子原子中也影响电子的能量。 磁量子数m决定磁场中电子轨道在空间的伸展方 向不同时电子运动角动量分量的大小。 自旋量子ms数决定电子自旋的方向。 四个量子数的取值： n = 1，2，3 n； l = 0，1，2，（n-1）相应的符号为s，p， d，f； m = 0，1，2， l； ms =  1/2

第一节基本原理 有多个价电子的原子，它的每二个价电子都可能 跃迁而产生光谱。同时各个价电子间还存在相互作 用，光谱项用n,L,S,J四个量子数描述。 n为主量子数： L为总角量子数，其数值为外层价电子角量子数 的矢量和，即 L=∑I7 两个价电子耦合所的的总角量子数L与单个价电 子的角量子数刻、有如下的关系： L=(+2),(①1+2-1)，(1+122) 山-以 8

8 第一节 基本原理 有多个价电子的原子，它的每一个价电子都可能 跃迁而产生光谱。同时各个价电子间还存在相互作 用，光谱项用n，L，S，J四个量子数描述。 n为主量子数； L为总角量子数，其数值为外层价电子角量子数l 的矢量和，即 L =  li 两个价电子耦合所的的总角量子数L与单个价电 子的角量子数l1、 l2有如下的关系： L = （l1+l2），（l1+ l2-1），（l1+ l2-2），  l1-l2 

第一节 基本原理 其值可能：L=0,1,2, 3, 相应的谱项符 号为S,P,D,F, 若价电子数为3时，应先把2个 价电子的角量子数的矢量和求出后，再与第三个价 电子求出其矢量和，就是3个价电子的总角量子数。 $为总自旋量子数，.自旋与自旋之间的作用也 较强的，多个价电子总自旋量子数是单个价电子自 旋量子数m的矢量和。 S=∑ms,i 其值可取0，±12，±1，土3/2， 为内量子数，是由于轨道运动与自旋运动的 相互 9

9 第一节 基本原理 其值可能：L=0，1，2，3，，相应的谱项符 号为S，P，D，F， 若价电子数为3时，应先把2个 价电子的角量子数的矢量和求出后，再与第三个价 电子求出其矢量和，就是3个价电子的总角量子数。 S 为总自旋量子数，自旋与自旋之间的作用也 较强的，多个价电子总自旋量子数是单个价电子自 旋量子数ms的矢量和。 S = ms,i 其值可取0，±1/2，±1，±3/2，  J 为内量子数，是由于轨道运动与自旋运动的 相互

第一节基本原理 作用即轨道磁矩与自旋量子数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。 J=L+S J的求法为 J三(L+S), (L+S-1), (L+S-2).L-S 光谱项符号左上角的(2S+1)称为光谱项的多重 性。 当用光谱项符号32S12表示钠原子的能级时，表示 钠原子的电子处于n3,1=0,S=1/2,J1/2的能级状 态，这是钠原子的基本光谱项，3P32和3平2是钠 原子的两个激发态光谱项符号。 10

10 第一节 基本原理 作用即轨道磁矩与自旋量子数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。 J = L + S J的求法为 J = （L+S），（L+S-1），（L+S-2） L-S 光谱项符号左上角的（2S+1）称为光谱项的多重 性。 当用光谱项符号3 2S1/2表示钠原子的能级时，表示 钠原子的电子处于 n=3，L=0，S=1/2，J=1/2的能级状 态，这是钠原子的基本光谱项， 3 2P3/2 和 3 2P1/2是钠 原子的两个激发态光谱项符号