哈尔滨商业大学：《分析化学》课程PPT教学课件（工科专业仪器分析）第五章 原子发射光谱分析法（Atomic Emission Spectrosmetry, AES）

第五章原子发射光谱分析 给酒渭商業大是 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE

第五章 原子发射光谱分析

原子发射光谱分析(Atomic Emission Spectrosmetry,. AES),是根据处于激发态的待测元素原子回到 基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的 方法。 疮潮清月業大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE

原子发射光谱分析（Atomic Emission Spectrosmetry, AES），是根据处于激发态的待测元素原子回到 基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的 方法

第一节原子发射光谱分析基本原理 原子能级与能级图 1 1=0 .0 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 哈潮清月掌大呈 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE

第一节 原子发射光谱分析基本原理 一、 原子能级与能级图

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，多余能量以电磁 衡的形式发射出去，这样就得到了发射光谱。原子发射光谱 是线状光谱。 原子处于基态，在激发光源作用下，原子获得足够的能量 外层电子由基态跃迁到较高的能量状态即激发态。处于激发态 的原子是不稳定的，其寿命小于10-8$，外层电子就从高能级 向较低能级或基态跃迁。多余能量的发射就得到了一条光谱线。 谱线波长与能量的关系为 hc λ= E2-E1 (5.1) 疮源演第大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE

二、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，多余能量以电磁 辐射的形式发射出去，这样就得到了发射光谱。原子发射光谱 是线状光谱。 原子处于基态，在激发光源作用下，原子获得足够的能量， 外层电子由基态跃迁到较高的能量状态即激发态。处于激发态 的原子是不稳定的，其寿命小于10－8s，外层电子就从高能级 向较低能级或基态跃迁。多余能量的发射就得到了一条光谱线。 谱线波长与能量的关系为 2 1 λ E E hc − = （5.1）

谱线强度 当体系在一定温度下达到热平衡时，原子在不同 状态的分布也达到平衡.玻尔兹曼（Boltzman)用统计 热力学方法证明，体系处在热力学平衡状态，单位体 积内处于激发态的原子数目和处于基态的原子数目 No应遵守如下分布： Ni=No(gi/go).e-E;/kT (5:2) 式中：g,g为激发态和基态的统计权重；E为谱线的 激发电位；k为玻尔兹曼常数(1.38×1023J/K):T为激发 的绝对温度(K)。 冷酒置月第大圣 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE

三、谱线强度 当体系在一定温度下达到热平衡时，原子在不同 状态的分布也达到平衡.玻尔兹曼（Boltzman）用统计 热力学方法证明，体系处在热力学平衡状态，单位体 积内处于激发态的原子数目Ni和处于基态的原子数目 No应遵守如下分布： Ni = No (gi / go ).e－Ei / kT （5.2） 式中：gi，go为激发态和基态的统计权重；Ei为谱线的 激发电位；k为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)；T为激发 的绝对温度（K）

原子外层电子在，两个能级跃迁所产生的谱线强度以虹表 示，它正比于处在激发态的原子数目ⅵ，即 lii Ni Air hvii 5.3) 式中：A为两个能级之间跃迁的概率；h为普朗克常数； v为跃迁产生谱线的频率.将式(5.2)代入(5.3)得 1,=4,NeG (5.4) 8。 疮潮清月業大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE

原子外层电子在i,j两个能级跃迁所产生的谱线强度以Iij表 示，它正比于处在激发态的原子数目Ni，即 Iij = Ni·Aij·hvij 5.3) 式中：Aij为两个能级之间跃迁的概率；h为普朗克常数； vij为跃迁产生谱线的频率.将式（5.2）代入(5.3)得 kT (5.4) E A hv N g g I i e i j i j O o i i j − = 

四、影响谱线强度 统计权重，谱线强度与统计权重成正比； 激发电位，谱线强度与激发电位是负指数关系，激发电位 愈高，谱线强度愈小，因为激发电位愈高，处在相应激发 态的原子数目愈少。 3、跃迁概率，电子从高能级向低能级跃迁时，在符合选择定 则的情况下，可向不同的低能级跃迁而发射出不同频率的 谱线；两能级之间的跃迁概率愈大，该频率谱线强度愈大。 所以，谱线强度与跃迁概率成正比。 给源渭商業大是 HARBIN LNIVERSTTY OF COMMERCE

四、影响谱线强度 1、统计权重，谱线强度与统计权重成正比； 2、激发电位，谱线强度与激发电位是负指数关系，激发电位 愈高，谱线强度愈小，因为激发电位愈高，处在相应激发 态的原子数目愈少。 3、跃迁概率，电子从高能级向低能级跃迁时，在符合选择定 则的情况下，可向不同的低能级跃迁而发射出不同频率的 谱线；两能级之间的跃迁概率愈大，该频率谱线强度愈大。 所以，谱线强度与跃迁概率成正比

激发温度，由式（5.4)可以看出，温度升高，一方面 可以增加谱线的强度，另一方面使单位体积内处于基态 的原子数目减少。原子电离是减少基态原子数的重要因 素。 5、基态原子数，单位体积内基态原子的数目和试样中的 元素浓度有关。在一定的试验条件下，谱线强度与被测 元素浓度成正比，这是发射光谱定量分析的依据。 给源演大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE

4、激发温度，由式（5.4）可以看出，温度升高，一方面 可以增加谱线的强度，另一方面使单位体积内处于基态 的原子数目减少。原子电离是减少基态原子数的重要因 素。 5、基态原子数，单位体积内基态原子的数目和试样中的 元素浓度有关。在一定的试验条件下，谱线强度与被测 元素浓度成正比，这是发射光谱定量分析的依据

五谱线的自吸与自蚀 样品中的元素产生发射谱线，首先必须让试样蒸发为气体。 高温激发源的激发下，气体处在高度电离状态，所形成的空 电荷密度大体相等，使得整个气体呈现电中性，这种气体在 理学中称为等离子体。在光谱学中，等离子体是指包含有分 子、原子、离子、电子等各种粒子电中性的集合体。 等离子体有一定的体积，温度分布是不均匀的。中心部位 温度高；边缘部位温度低。中心区域激发态原子多；边缘区域 基态原子、低能态原子比较多。这样，元素原子从中心发射一 定波长的电磁辐射时，必须通过有一定厚度的原子蒸气，在边 缘区域，同元素的基态原子或低能态原子将会对此辐射产生吸 收，此过程称为元素的自吸过程。 冷潮清商拿大多 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE

五、谱线的自吸与自蚀 样品中的元素产生发射谱线，首先必须让试样蒸发为气体。 在高温激发源的激发下，气体处在高度电离状态，所形成的空 间电荷密度大体相等，使得整个气体呈现电中性，这种气体在 物理学中称为等离子体。在光谱学中，等离子体是指包含有分 子、原子、离子、电子等各种粒子电中性的集合体。 等离子体有一定的体积，温度分布是不均匀的。中心部位 温度高；边缘部位温度低。中心区域激发态原子多；边缘区域 基态原子、低能态原子比较多。这样，元素原子从中心发射一 定波长的电磁辐射时，必须通过有一定厚度的原子蒸气，在边 缘区域，同元素的基态原子或低能态原子将会对此辐射产生吸 收，此过程称为元素的自吸过程

图5.1谱线自吸现象示意图 1.无自吸；2.有自吸；3.自蚀；4.严重自蚀 疮爾清月業大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE

图5.1 谱线自吸现象示意图 1．无自吸；2．有自吸；3．自蚀；4．严重自蚀