北京化工大学：《仪器分析》课程电子教案（课件讲稿）第三章 原子发射光谱法 Atomic Emission Spectroscopy（AES）

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原子发射光谱 ™ 基本理论 ™ 仪器 ™ 应用 ™ 实验技术 2

基本理论 国国 义什么是原子发射光谱法 ”原子结构及原子光谱的产生 ”谱线强度与试样中元素浓度的关系

基本理论 ™ 什么是原子发射光谱法 ™ 原子结构及原子光谱的产生 ™ 谱线强度与试样中元素浓度的关系 3

y of Cho 基本理论 一、什么是原子发射光谱法 气态原子或离子吸收能量，核外电子从基态跃 迁到邀发态，由于电子处于能量较高的激发态， 原子不稳定，经过108s的时间，电子就会从高能 量状态返回低能量状态，下降的这部分能量以电 磁辐射即光的形式释放出来，产生一定波长的光 谱。依据所发射的特征光谱的波长和强度可以进 行元素的定性与定量分析

基本理论 气态原子或离子吸收能量，核外电子从基态跃 迁到激发态，由于电子处于能量较高的激发态， 原子不稳定，经过10-8s的时间，电子就会从高能 量状态返回低能量状态，下降的这部分能量以电 磁辐射即光的形式释放出来，产生一定波长的光 谱。依据所发射的特征光谱的波长和强度可以进 行元素的定性与定量分析。 一、什么是原子发射光谱法 4

基本理论 一、什么是原子发射光谱法 气态原子或离子 如何获得 能量 。如何提供 从基态跃迁到激发态 有何规律 波长 由什么因素决定 强度 -…如何测量 定性与定量分析 …方法

气态原子或离子 --- 如何获得 能量 --- 如何提供 从基态跃迁到激发态 --- 有何规律 波长 --- 由什么因素决定 强度 --- 如何测量 定性与定量分析 --- 方法 基本理论 一、什么是原子发射光谱法 5

基本理论 二、原子结构及原子光谱的产生 1.原子结构 ·原子由原子核和核外电子组成 ?电子具有一定能量且按能量高低分布 “电子能量高低与其在核外运动状态有关

二、原子结构及原子光谱的产生 二、原子结构及原子光谱的产生 1. 原子结构 ™ 原子由原子核和核外电子组成 原子由原子核和核外电子组成 ™ 电子具有一定能量且按能量高低分布 电子具有一定能量且按能量高低分布 ™ 电子能量高低与其在核外运动状态有关 电子能量高低与其在核外运动状态有关 基本理论 6

原子结构及原子光谱的产生 ”用量子理论描述每个电子的运动状态 单个价电子运动状态 主量子数n n=1,2,3,4..电子层 角量子数1 =0,1,2,3.,n-1,电子云形状 符号：S,P,d,f.… 磁量子数m=0,±1，士2，..，±l 有2什1个值电子云空间伸展方向 自旋磁量子数m,m,=±1/2，电子自旋

原子结构及原子光谱的产生 ™ 用量子理论描述每个电子的运动状态 主量子数n n=1 ， 2 ， 3 ，4…电子层 角量子数l l=0 ， 1 ， 2 ， 3… ，n- 1，电子云形状 符号：s, p, d, f… 磁量子数m m=0 ， ± 1 ， ± 2 ， … ， ± l 有 2 l+1个值 电子云空间伸展方向 自旋磁量子数 ms m s= ±1/2， 电子自旋 单个价电子运动状态 7

原子结构及原子光谱的产生 多个价电子的运动状态 N一主量子数 L一总角量子数，为1的矢量和 L=Zl, L=(U+l2),(L7+l2I),(L14l2-2),,-2l S一总自旋量子数，为各个m,的矢量和S=∑m, 取值：0，±1/2，±1，±3/2，±2，… J一内量子数，J=L+S 取值：J=(L+S),(L+S-1),(亿+S-2),…,L-S 当L≥S,J=L+S到L-S,有（2S+1)个取值 当LS,J=S+L到S-L,有(2L+1ノ个取值

多个价电子的运动状态 N — 主量子数 L — 总角量子数，为 l 的矢量和 L = Σ li ， L=( l1 + l2 ) ， ( l1 + l2 - 1 ) ， ( l1 + l2 - 2 ) ， … ， |l1 - l2| S — 总自旋量子数，为各个 m s 的矢量和 S= Σ m s 取值： 0 ， ±1/2 ， ± 1 ， ±3/2 ， ± 2 ， … J — 内量子数， J=L +S 取值： J=(L +S) ， (L +S-1) ， (L +S-2) ， … ， |L - S| 当 L ≥S ， J=L +S 到 L-S，有（2S+1 ）个取值 当 L <S ，J=S+L 到 S-L，有（2L+1 ）个取值 8 原子结构及原子光谱的产生

原子结构及原子光谱的产生 国国 网 2.光谱项 光谱项的多重性 n-主量子数 光谱 L-总角量子数 支项 5-总自旋量子数 J内量子数 表示原子所处的能级

2. 光谱项 n 2S +1 L J n -主量子数 L -总角量子数 S -总自旋量子数 J -内量子数 表示原子所处的能级 光谱项的多重性 光谱 支项 9 原子结构及原子光谱的产生

原子结构及原子光谱的产生 n25+2L) 例：钠原子的光谱支项符号32S12 (1s)22s)2(2p)6(3s)1 表示纳原子的电子处于的能级状态 (基态能级) n=3,2S+1=2(S=1/2),L=0,J=L+S=1/2 10

例：钠原子的光谱支项符号 3 2 S1/2 (1s) 2(2s) 2(2p)6 (3s) 1 表示钠原子的电子处于的能级状态 （基态能级） n=3 ，2S+1 =2 (S = 1/2) ， L =0 ，J = L +S=1/2 n 2S +1 L J 10 原子结构及原子光谱的产生

原子结构及原子光谱的产生 国国 网 钠原子第一激发态：(3p)l n=3;L=l=1;S=1/2;(2S+1)=2 J=3/2,1/2 (L+S,L+S-1) 光谱项：32P 光谱支项：32P12and32P32 可用两个光谱项特号表示这种跃迁或跃迁谱线 Na589.593nm Na588.996nm (32S12-32P12) (32S12-32P32)

钠原子第一激发态 ：(3p) 1 n = 3 ; L = l = 1 ; 光谱支项 ： 3 2 P1/2 and 3 2 P3/2 S = 1/2 ; (2 S+1) = 2 J = 3/2 ，1/2 (L + S, L +S – 1) 光谱项 ：3 2 P 可用两个光谱项符号表示这种跃迁或跃迁谱线 Na 588.996 nm (3 2 S1/2 － 3 2 P3/2 ) Na 589.593nm (3 2 S1/2 － 3 2 P1/2 ) 11 原子结构及原子光谱的产生