原子发射光谱分析基本原理

1、关于原子发射光谱分析基本原理2022/10/8第1页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8一、概述 generalization原子发射光谱分析法（atomic emission spectroscopy ，AES）：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W)研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验；1930年以后，建立了光谱定量分析方法；原子光谱 原子结构 原子结构理论 新元素在原子吸收光谱分析法建立后，

2、其在分析化学中的作用下降，新光源(ICP)、新仪器的出现，作用加强。第2页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8原子发射光谱分析法的特点: (1)可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征光谱； (2)分析速度快 试样不需处理，同时对几十种元素进行定量分析(光电直读仪)； (3)选择性高 各元素具有不同的特征光谱； (4)检出限较低 100.1gg-1(一般光源)；ngg-1(ICP） (5)准确度较高 5%10% (一般光源）； 1% (ICP) ； (6)ICP-AES性能优越 线性范围46数量级，可测高、中、低不同含量试样； 缺点：非金属元素不能检测或灵

3、敏度低。第3页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8二、原子发射光谱的产生 formation of atomic emission spectra 在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）；特征辐射基态元素M激发态M*热能、电能E第4页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8原子的共振线与离子的电离线 原子由第一激发态到基态的跃迁： 第一共振线，最易发生，能量最小； 原子获得足够的能量(电离能)产生电离,失去一个电子，一次电离。 离子由第

4、一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)： 电离线，其与电离能大小无关，离子的特征共振线。 原子谱线表：I 表示原子发射的谱线； 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； Mg：I 285.21 nm ；II 280.27 nm；第5页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8 Na 能级图 由各种高能级跃迁到同一低能级时发射的一系列光谱线；第6页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8 K 元素的能级图 第7页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8 Mg 元素的能级图第

5、8页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8三、谱线强度 spectrum line intensity原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei ：为激发能；k为玻耳兹曼常数；T为激发温度；发射谱线强度： Iij = Ni Aijhijh为Plank常数；Aij两个能级间的跃迁几率； ij发射谱线的频率。将Ni代入上式，得：第9页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四202

6、2/10/8谱线强度影响谱线强度的因素：（1）激发能越小，谱线强度越强；（2）温度升高，谱线强度增大，但易电离。第10页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8四、谱线的自吸与自蚀 self-absorption and self reversal of spectrum line 等离子体：以气态形式存在的包含分子、离子、电子等粒子的整体电中性集合体。等离子体内温度和原子浓度的分布不均匀，中间的温度、激发态原子浓度高，边缘反之。自吸：中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收，使辐射强度降低的现象。元素浓度低时，不出现自吸。随浓度增加，自吸越严重，当达到一定值时，谱线中心完全吸收，如同出现两条线，这种现象称为自蚀。谱线表，r：自吸；R：自蚀；第11页，共13页，2022年，5月20日，2点38分，星期四2022/10/8内容选择第一节 原子发射光谱分析基本原理basic principle of Atomic emission spectrometry第二节 发射光谱分析装置与仪器device and instrument of AES第三节 等离子体发射光谱仪plasma emission spectrometry第四节 定性、定量分析方法qualitative and