西北师范大学：《仪器分析》课程教学资源（PPT课件）第七章 原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry, AES）

第七章 原子发射光谱分析 (Atomic Emission Spectrometry, AES) §7-1 光学分析概述 一、电磁辐射和电磁波谱 1．电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空 间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它 是检测物质内在微观信息的最佳信使。 2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交 换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式： 3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。   c E  h  h

第七章 原子发射光谱分析 (Atomic Emission Spectrometry, AES) §7-1 光学分析概述 一、电磁辐射和电磁波谱 1．电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空 间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它 是检测物质内在微观信息的最佳信使。 2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交 换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式： 3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。   c E  h  h

光学分析法可分为：Spectrometric method 和non-spectrometric method两大类。 光谱法是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。AE、AA

光学分析法可分为：Spectrometric method 和non-spectrometric method两大类。 光谱法是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。AE、AA

别：

别：

三、发射光谱与吸收光谱 激发态 基态 光 发光 释放能量 M  M  h *  发射光谱 基态 光 激发态 吸收辐射能量 * M  h M 吸收光谱

三、发射光谱与吸收光谱 激发态 基态 光 发光 释放能量 M  M  h *  发射光谱 基态 光 激发态 吸收辐射能量 * M  h M 吸收光谱

4 氢的发射光谱 5 n=3 刀=2 (Balmer (Paschen senes》 series) R VIS UV 月=1 Paschen Balmer Lyman series (Lyman series) 2000 500011000500 250200 150 i25入nnm100 1.Energy level diagram 2.Line spectrum ol hydrogen 锂的吸收光谱 red vellow green blue 670.8nrm+ 232.3nm 1ithium 2741nm 812.7nm 671(610 589 610.4nm 4972mm sodium 460.3rnm energy 80o 700 600 500mm400

§7-2 原子发射光谱分析原理 一、原子发射光谱的产生 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过 程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态 过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M*  M + hv 通过测量物质的激发态原子发射光谱线的波长和强 度进行定性和定量分析的方法叫发射光谱分析法。 根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发 射光谱法有许多技术，我们仅讨论常规的方法：用火焰、 电弧、等离子炬等作为激发源，使被测物质原子化并激 发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐 射，利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光 谱分析法，波长范围一般在190~900nm

§7-2 原子发射光谱分析原理 一、原子发射光谱的产生 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过 程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态 过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M*  M + hv 通过测量物质的激发态原子发射光谱线的波长和强 度进行定性和定量分析的方法叫发射光谱分析法。 根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发 射光谱法有许多技术，我们仅讨论常规的方法：用火焰、 电弧、等离子炬等作为激发源，使被测物质原子化并激 发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐 射，利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光 谱分析法，波长范围一般在190~900nm

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。 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(Excitation potential)。 原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位。由激发态 向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。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

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。 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(Excitation potential)。 原子光谱中每一条谱线的产生各有其相应的激发电位。由激发态 向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。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， MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。 激发电位(Excitation potential) 谱线强度与激发电位成负指数关系。在温度一 定时，激发电位越高，处于该能量状态的原子数越少， 谱线强度越小。激发电位最低的共振线通常是强度最 大的线。 激发温度(Excitation temperature) 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

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， MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。 激发电位(Excitation potential) 谱线强度与激发电位成负指数关系。在温度一 定时，激发电位越高，处于该能量状态的原子数越少， 谱线强度越小。激发电位最低的共振线通常是强度最 大的线。 激发温度(Excitation temperature) 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

二、热平衡态与原子布居数目 玻尔兹曼关系式： 此关系式表明激发温度越高、元素的激发 电位越低，则原子光谱线就越强；且特征发射 光谱线的强度与基态原子浓度呈正比关系

二、热平衡态与原子布居数目 玻尔兹曼关系式： 此关系式表明激发温度越高、元素的激发 电位越低，则原子光谱线就越强；且特征发射 光谱线的强度与基态原子浓度呈正比关系

三、谱线的自吸与自蚀(self-absorption and self-reversal of spectral lines) 在一般光源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有 一定的厚度，弧焰中心a的温度最高，边缘b的温度较 低。由弧焰中心发射出来的辐射光，必须通过整个弧 焰才能射出，由于弧层边缘的温度较低，因而这里处 于基态的同类原子较多。这些低能态的同类原子能吸 收高能态原子发射出来的光而产生吸收光谱。原子在 高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状 态的同类原子又能吸收这一波长的辐射，这种现象称 为自吸现象。当自吸现象非常严重时，谱线中心的辐 射将完全被吸收，这种现象称为自蚀

三、谱线的自吸与自蚀(self-absorption and self-reversal of spectral lines) 在一般光源中，是在弧焰中产生的，弧焰具有 一定的厚度，弧焰中心a的温度最高，边缘b的温度较 低。由弧焰中心发射出来的辐射光，必须通过整个弧 焰才能射出，由于弧层边缘的温度较低，因而这里处 于基态的同类原子较多。这些低能态的同类原子能吸 收高能态原子发射出来的光而产生吸收光谱。原子在 高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状 态的同类原子又能吸收这一波长的辐射，这种现象称 为自吸现象。当自吸现象非常严重时，谱线中心的辐 射将完全被吸收，这种现象称为自蚀