光谱分析-1教材课件

材料现代分析测试方法

ModernMethodsofAnalysisandTestforMaterials

材料现代分析测试方法

ModernMethodsofA2023/1/4光谱分析

Spectroanalysis

第六章2022/12/27光谱分析

Spectroanalysi2023/1/4光谱分析法及其分类1简介光谱是电磁辐射的波长和强度分布的记录。光谱分析法是基于物质与电磁辐射作用时，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、吸收或散射特征光谱波长和强度，进行材料分析的方法。光谱仪把光按波长展开，把不同波长成分的强度记录下来2022/12/27光谱分析法及其分类2023/1/4光谱法的发展史

1858～1859年间，德国化学家本生和物理学家基尔霍夫奠定了一种新的化学分析方法—光谱分析法的基础。他2人被公认为光谱分析法的创始人光谱法的应用开创了化学和分析化学的新纪元：不少化学元素通过光谱分析发现；已广泛地用于地质、冶金、石油、化工、农业、医药、生物化学、环境保护等许多方面：是常用的灵敏、快速、准确的近代仪器分析方法之一2022/12/272023/1/41光谱的分类（1）按波长区域不同远红外光谱，红外光谱，可见光谱，紫外光谱，远紫外光谱（真空紫外光谱）等等（2）按光谱的形态不同线状光谱，带状光谱，连续光谱（3）按发生作用的物质类型不同原子光谱，分子光谱（4）按激发光源的不同火焰光谱，闪光光谱，激光光谱，等离子体光谱等（5）按产生光谱的方式不同发射光谱，吸收光谱，散射光谱2022/12/271光谱的分类2023/1/4波谱区名称波长范围跃迁能级类型分析方法射线0.005nm~0.14nm原子核能级放射化学分析法X射线0.001nm~10nm内层电子能级X射线光谱法光学光谱区远紫外光10nm~200nm价电子或成键电子能级真空紫外光度法近紫外光200nm~400nm价电子或成键电子能级紫外分光光度法可见光400nm~756nm价电子或成键电子能级比色法、可见分光光度法近红外光0.756mm~2.5mm分子振动能级近红外光谱法中红外光2.5mm~50mm原子振动/分子转动能级中红外光谱法远红外光50mm~1000mm分子转动、晶格振动能级远红外光谱法微波0.1cm~100cm电子自旋、分子转动能级微波光谱法射频(无线电波)1m~1000m磁场中核自旋能级核磁共振光谱法各种电磁波及其对应的光谱分析方法2022/12/27波谱区名称波长范围跃迁能级类型分析方法2023/1/4按发生作用的物质微粒不同，光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。

原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。

属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。

2022/12/27按发生作用的物质微粒不同，光谱法可分为原2023/1/4

分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。2022/12/27分子光谱法是由分子中电子能级、2023/1/42.光谱分析法的特点（1）分析速度较快

原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果（2）操作简便

有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度（3）不需纯样品

只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。这是光谱分析一个十分突出的优点（4）可同时测定多种元素或化合物

省去复杂的分离操作2022/12/272.光谱分析法的特点2023/1/4（5）选择性好

可测定化学性质相近的元素和化合物。如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，它们的谱线可分开而不受干扰，成为分析这些化合物的得力工具（6）灵敏度高

可利用光谱法进行痕量分析。目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10-8g~10-9g（7）样品损坏少

可用于古物以及刑事侦察等领域随着新技术的采用（如应用等离子体光源），定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可同时测定。还可以进行微区分析局限性

光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难2022/12/27（5）选择性好可测定化学性质相近的元素2023/1/4第二节原子、分子结构与光谱2022/12/27第二节原子、分子结构与光谱2023/1/41.原子的组成及电子量子数原子是由带正电荷的原子核和核外高速运动的带负电荷的电子组成。

(一)原子能态与光谱2022/12/271.原子的组成及电子量子数原子是由带正2023/1/4电子在核外运动没有固定的轨道，只能取一定的运动状态。为了描述电子的运动状态，量子力学引入四个量子数来确定一个电子的运动状态。量子数是表征微观粒子运动状态的一些特定数字。2022/12/27电子在核外运动没有固定的轨道，只能取一定2023/1/4主量子数(n)角量子数(l)磁量子数(m)自旋量子数(ms)一个电子的运动状态2022/12/27主量子数(n)角量子数(l)磁量子数(m2023/1/4(1)主量子数（n）一般说来，电子所在的原子轨道离核越近，电子受原子核的吸引大，电子的能量越低，反之，离核越远轨道上，电子的能量越高，这说明电子在不同的原子轨道上运动时其能量有所不同。原子中电子所处的不同能量状态，称为原子轨道的能级。主量子数是决定电子能级高低的主要因素。用符号“n”表示

“n”通常可以取非零的任意正整数，即n=1、2、3……等值。其中每一个n

值代表一个电子层。在一个原子内，具有相同的主量子数的电子（n值相同的电子）近乎在同样的空间范围内运动，所以常将n值相同的电子称为同层电子，它们所占有的区域称为电子层。当n=1,2,3……时，分别称为第一、第二、第三……电子层。常用符号K、L、M、N等来表示。2022/12/27(1)主量子数（n）一般说来，电子所在的2023/1/4主量子数n表明了电子距核平均距离的大小。

n愈大，则电子离核距离愈远，则电子在能级较高处运动，电子能量高或者说原子中电子的能级越高。n＝l时，表示能量最低，电子离核最近；n=2时，表示能量次低，离核次近的第二电子层。以此类推。其对应关系为：主量子数n12

345

电子层K

L

M

N

O能级升高电子离核距离增大2022/12/27主量子数n表明了电子距核平均距离的大小。2023/1/4（2）角量子数(l)一些元素原子光谱的一条谱线往往是由两条、三条或更多的非常靠近的细谱线构成的。这说明在同一电子层内电子的运动状态和具有的能量稍有差异。因此，除主量子数外，还要多用一个参数来描述核外电子的运动状态和能量，这个量子数称为角量子数，用符号“l”表示。角量子数l是确定电子云形状和几率径向分布，它和主量子数一起决定电子能量，标志电子亚层。当主量子n数值一定时，l可取0、l、2，…（n－l）的正整数，l值受n值的限制，只能取小于n的正整数。

l的每一个数值表示一个电子亚层。

电子亚层分别用s、p、d、f等符号表示。

K层只包含一个S亚层

L层包含S和P两个亚层

M层包含S、P、d三个亚层

N层包含S、P、d、f四个亚层2022/12/27（2）角量子数(l)一些元素原子光谱的一2023/1/4l的每一个数值表示一种形状的电子云。

l=0表示圆球形的s电子云

l=1表示哑铃形的p电子云

l=2表示花瓣形的d电子云l数值与光谱学规定的亚层符号之间的对应关系为：角量子数l

0

1

2

3

4

亚层符号

s

p

dfg

l的数值受n的数值限制n=1时，l=（n-1）只可能取1个数值，即0，n、l两者合并表示只能有1种，即1s亚层。n=2时，l可取2个数值，即0，1，

n、l两者合并表示可能有2种，即2s、2p亚层。以此类推，n=3时，有3S、3P、3d

亚层。2022/12/27l的每一个数值表示一种形状的电子云。角量子数l也是决定电子能量在多电子原子中，角量子数l也是决定电子能量的一个因素。它和主量子数一起决定电子的能量。只有主量子数n和角量子数l都相同，电子能量才相等。主量子数相同，但角量子数不同的电子，其能量也不相同。角量子数l也是决定电子能量在多电子原子中，角量子数l也是决定2023/1/4（3）磁量子数（m）同一亚层（如P亚层）中往往还包含着若干个空间伸展方向不同的原子轨道。磁量子数就是用来描述原子轨道或电子云在空间伸展方向的。某种形状的电子云，可以在空间取不同的伸展方向，而得到几个空间取向不同的原子轨道。m的取值受l的数值限制

m的取值受角量子数l的限制。共可取（2l

＋1）个，从－l到＋l

（包括零在内）的整数。即m取值为0，±1，±2，±3…的整数。例如：l

＝0时，m只能为0；

l

＝1时，m可以为－1，0，＋1三个数值，余类推。2022/12/27（3）磁量子数（m）同一亚层（如P亚层）2023/1/4m的每一个数值表示具有某种空间方向的一个原子轨道。一个亚层中，m有几个可能的取值，这亚层就只能有几个不同的伸展方向的同类原子轨道。例如：l＝0时，m为0，表示S亚层只有一个轨道，即S轨道。l=1时，m有－1，0，+1三个取值，表示P亚层有三个伸展方向，P亚层有3个原子轨道，分别记为Px，Py，Pz，这三个轨道的伸展方向是相互垂直的。l=2时，m有－2，－1，0，+1，+2五个取值，表示d亚层有五个不同伸展方向的原子轨道。2022/12/27m的每一个数值表示具有某种空间方向的一个2023/1/4l=0的轨道都称为S轨道，其中按n值分别称为1S，2S，3S…轨道，S轨道内的电子称为S电子。l=1，2，3的轨道依次分别称为p，d，f轨道，其中按n值分别称为np，nd，nf轨道。p，d，f轨道内的电子依次称为p，d，f电子。磁量子数与电子的能量无关，磁量子数的个数表明了一个电子亚层中原子轨道的数目，这些轨道通常可称为等价轨道或简并轨道。2022/12/27l=0的轨道都称为S轨道，其中按n值分别2023/1/4轨道名称轨道的名称包括为第几电子层，什么类型（s、p、d、f等）两方面的信息。如：1s轨道表示n=1，l=0，m=02p轨道表示n=2，l=1，m=－1，0，＋12022/12/27轨道名称轨道的名称包括为第几电子层，什么2023/1/4从上述讨论中，可知：第一电子层（n＝1），只有一个1s轨道；第二电子层（n＝2），有四个轨道，包括一个2s轨道，三个2p轨道；第三电子层（n＝3），有九个轨道，包括一个3s轨道，三个3p轨道，五个3d轨道。因此，每个电子层的轨道总数应为n2。2022/12/27从上述讨论中，可知：2023/1/4（4）自旋量子数ms实验证明，电子除绕核运动外，还有绕自身的轴旋转的运动，称为自旋。为了描述核外电子的自旋状态，需要引入第四个量子数－自旋量子数。用符号“ms”表示。ms可能取值只有两个，－1/2和+1/2这两个数值。其中每一个数值表示电子的一种自旋方向。2022/12/27（4）自旋量子数ms实验证明，电子除绕核2023/1/4ms=1/2,分别表示电子的顺时针和逆时针两种自旋方向。通常也用符号和表示自旋方向。两个电子的自旋方向相同时称为自旋平行，记为或

；而两个电子自旋方向相反时，称为自旋反平行，记为或

。2022/12/27ms=1/2,分别表示电子的顺时针和逆2023/1/4综上所述，一组合理的量子数n，l，m确定一个原子轨道。例如：n=3，l=1，m=0就可确定一个原子轨道，即3p轨道2022/12/27综上所述，一组合理的量子数n，l，m确定2023/1/42022/12/272023/1/4

由主量子数

n,角量子数

l

描述的原子中的电子排布方式称为“组态”（configuration），组态说明了各个单电子的能量状态。但在多电子体系中，由于存在着电子间的排斥以及电子轨道和自旋运动所产生的磁矩的相互作用，使原子的整体状态并不是各个单电子状态的简单相加。因此组态仅仅是一种粗略的描述，不足以说明整个原子的状态（state），往往在一个组态中，由于这些复杂的相互作用，而出现不止一种能量状态，描述原子的状态使用原子光谱项（term）,由于这种能级分裂变化主要来自原子中电子间相互作用和轨道与自旋运动相互作用。且这些相互作用可用它们的角动量之间相互作用来表示，这种方法称为角动量耦合。2.原子的状态和光谱项

2022/12/27由主量子数n,角量子数l2023/1/4

多电子原子中，电子之间的相互作用是非常复杂的，但大致可以归纳为以下几种相互作用：电子轨道运动间的相互作用（轨道－轨道）A；电子自旋运动间的相互作用（自旋－自旋）B；轨道运动与自旋运动间的相互作用（轨道－自旋）C；

A&B合称剩余相互作用角动量的耦合方案

(A&B)<C

j-j耦合l1,s1→j1

；l2,s2→j2

j1

，j2→J

适合于重原子（Z＞40）

(A&B)>C

L-S耦合

l1,l2→L；s1,s2→S

L，S→J

适合于轻原子（Z≤40）（1）多电子原子的状态及量子数2022/12/27多电子原子中，电子之间的相互作用2023/1/4(2)原子的四个量子数（1）总轨道角动量PL

(2)总自旋角动量PS（3）总角动量PJPJ=PL+PS在L－S耦合中，通常用L，S，J，MJ四个量子数来描述原子的整体状态，称为原子的四个量子数L:总(轨道)角量子数S:总自旋量子数J:总量子数MJ:

总磁量子数来表征总角动量沿外磁场方向分量的大小2022/12/27(2)原子的四个量子数（1）总轨道角动2023/1/4□原子的角量子数L规定原子的轨道角动量：□原子的自旋量子数S规定原子的自旋角动量：□原子的总量子数J规定原子的总角动量（轨道和自旋）：□原子的磁量子数mL规定原子轨道角动量在磁场方向的分量：P□原子的自旋磁量子数mS规定原子的自旋角动量在磁场方向的分量：P2022/12/27□原子的角量子数L规定原子的轨道角动量：2023/1/4(3)原子光谱项的推导

原子的光谱项(即原子能级）：可由原子的量子数来表示，L值为0，1，2，3，4…n－1的能态用大写字母S，P，D，F，G…表示，将M写在L的左上角。原子的光谱支项将J写在L的右下角。原子的光谱项：nML(当L≥S时，M=2S+1；L<S时,M=2L+1)原子的光谱支项：nMLJ

若将光源置于足够强的外磁场中，它所发出的一条谱线会分裂成若干条相互靠近的谱线，这种现象是荷兰物理学家塞曼于1896年发现的，称为塞曼效应。2022/12/27(3)原子光谱项的推导原2023/1/4例如：Na原子的基态电子结构是： （1s）2（2s）2（2p）6（3s）1

价电子为（3s）1n=3；L=0;S=½J=½只有一个光谱支项为: 3S1/2

钠原子的第一激发态的光学电子是(3p)1L=1，S=1/2，2S+1=2，J=1/2、3/2，故有两个光谱支项，32P1/2

与32P3/232P1/2

32P3/23S1/2

不同元素的原子因能级结构不同，因此跃迁所产生的谱线具有不同的波长特征。根据谱线特征可以进行发射光谱定性分析。2022/12/27例如：Na原子的基态电子结构是：2023/1/4(4)原子基态、激发态、能级跃迁◆基态：在无外来作用时，原子中各电子都尽可能处于最低能级，从而使整个原子的能量最低，原子的这种状态称为基态。◆激发态：当原子受到外来作用时，它的一个或几个电子吸收能量后跃迁到较高能级，从而使原子处于能量较高的新状态，此状态称作激发态。◆能级跃迁/电子跃迁：原子中电子受激向高能级跃迁或者由高能级向低能级跃迁。◆激发：原子由基态跃迁到激发态的过程叫做激发。◆退激：激发态是一种寿命极短的不稳定状态，原子随即跃迁回基态，这一过程叫做退激。◆原子发射光谱：原子从某一激发态跃迁回基态，发射出具有一定波长的一条光线，而从其它可能的激发态跃迁回基态以及某些激发态之间的跃迁都可发射出波长不同的光线，这些光线形成一个系列（谱），称为原子发射光谱。

2022/12/27(4)原子基态、激发态、能级跃迁2023/1/4◆原子吸收光谱：将一束白光通过某一物质，若该物质中的原子吸收其中某些波长的光而发生跃迁，则白光通过物质后将出现一系列暗线，如此产生的光谱称为原子吸收光谱。X射线荧光分析利用能量足够高的X射线(或电子)照射试样，激发出来的光叫X射线荧光。利用X射线荧光光谱仪分析X射线荧光光谱，鉴定样品的化学成分称为X射线荧光分析。原子光谱是原子结构的反映，原子结构决定原子光谱的性质（成分和强度）。原子光谱是原子结构理论的重要实验基础之一，原子结构理论在原子光谱的测定、解释及应用等方面具有重要的指导意义。光谱和结构之间存在着一一对应的内在联系。2022/12/27◆原子吸收光谱：将一束白光通过某一物质，2023/1/4

原子光谱是电子在原子能级之间的跃迁产生的，但并不是所有能级之间均可以随便发生跃迁，必须遵从某些规则，即选择定则：多电子原子光谱的选择定则（也称光谱选律，）为：(5)原子光谱跃迁选择定则2022/12/27原子光谱是电子在原子能级之间的跃2023/1/4原子光谱中几个概念1.激发电位(Excitedpotential)：由低能态--高能态所需要的能量，以eV表示。每条谱线对应一激发电位。2.原子线：原子外层电子的跃迁所发射的谱线，以I表示,

如Na(I)3.共振线(Resonanceline)：由激发态到基态(Groundstate)跃迁所产生的谱线，由最低能级的激发态到基态的跃迁称为第一共振线。一般也是最灵敏线。与元素的激发程度难易有关4.灵敏线：激发电位较低的谱线，常为原子线（电弧线），或离子线（火花线）。与实验条件有关5.电离电位(Ionizationpotential)和离子线：原子受激后得到足够能量而失去电子—电离；所需的能量称为电离电位；离子的外层电子跃迁—离子线。以II，III，IV等表示。2022/12/27原子光谱中几个概念2023/1/4

分子光谱是对分子所发出的光或被分子吸收的光进行分光得到的光谱，它是分子内部运动的反映。分子内部运动有转动、振动和电子运动。它们的能量都是量子化的，分子的内部运动总能量为：

E＝E(转)+E(振)+E(电)=Er+Ev+Ee

(二)分子能态与光谱2022/12/27分子光谱是对分子所发出的光或被分2023/1/4分子的转动、振动、电子能级示意图E电子能级ΔEe=1~20eV振动能级ΔEv=0.05~1eV转动能级ΔEt=10-4~10-2eVΔEe＞ΔEv＞ΔEr2022/12/27分子的转动、振动、电子能级示意图E电子能2023/1/4ΔEr：10－4～0.05eV：0.8～400cm-1

位于微波和远红外光区ΔEv：0.05～1eV：400～8000cm-1位于红外光区ΔEe：1～20eV：8×103～1.6×l05cm-1位于紫外、可见光区只有转动能级发生跃迁时，对应的光谱称为转动光谱（远红外光谱）;在振动能级发生跃迁时，一般都伴随转动能级的跃迁，所以对应的光谱称为振动转动光谱（红外光谱）。在电子能级发生跃迁时，一般都伴随振动转动能级的跃迁，所对应的光谱称为电子光谱（紫外、可见吸收光谱）。电子在两个能级之间的跃迁不再是一个确定的数值，而是多个相差很小的数值，表现出一组一组的“连续”谱带.2022/12/27ΔEr：10－4～0.05eV2023/1/4原子发射光谱（AtomicEmissionSpectroscopy，AES）

1概述

2基本原理

3AES

仪器

4定性定量分析方法

2022/12/27原子发射光谱光谱分析-1教材课件（1）对某经济作物植物体进行元素的定性全分析； （直流电弧）（2）炼钢厂炉前12种元素定量分析；（火花）（3）铁矿石定量全分析；（交流电弧）（4）头发各元素定量分析；（交流电弧或ICP）（5）水源调查6种元素定量分析。（ICP）

（1）对某经济作物植物体进行元素的定性全分析； 2023/1/4概述1.定义：AES是据每种原子或离子在热或电激发下，发射出特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分析的方法。2.

历史：1859年德国学者Kirchhoff&Bensen——分光镜；随后30年——定性分析;1930年以后——定量分析2022/12/27概述2023/1/42基本原理1.原子发射光谱的产生过程：

1）能量（电或热、光）基态原子

2）外层电子(outerelectron)（低能态E1

高能态E2）

3）外层电子（低能态E1

高能态E2）

4）发出特征频率()的光子:E=E2-E1=h=hc/

激发态基态，发射出一定频率的辐射。产生发射线发射光谱第一激发态基态产生共振发射线（也简称共振线）

发由激发态返回低能级态，辐射出不同特征波长的光，将被测定物质发射的复合光经分光装置色散成光谱。

据光谱的谱线位置进行光谱定性分析，据谱线强度进行光谱定量分析。

2022/12/272基本原理激发态基态，2023/1/42.AES定性原理量子力学基本理论告诉我们：1）原子或离子可处于不连续的能量状态，该状态可以光谱项来描述；2）当处于基态的气态原子或离子吸收了一定的外界能量时，其核外电子就从一种能量状态（基态）跃迁至另一能量状态（激发态）；3）处于激发态的原子或离子很不稳定，经约10-8秒便跃迁返回到基态，并将激发所吸收的能量以一定的电磁波辐射出来；4）将这些电磁波按一定波长顺序排列即为原子光谱（线状光谱）；5）由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的，因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱，通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析—定性原理。

2022/12/272.AES定性原理2023/1/43.AES特点1）多元素检测(multi-element);2）分析速度快:多元素检测;可直接进样;固、液样品均可3）选择性好：Nb与Ta；Zr与Ha，Rare-elements;4）检出限低：10-0.1g/g(g/mL);ICP-AES可达ng/mL级;5）准确度高：一般5-10%，ICP可达1%以下;6）

所需试样量少；7）

线性范围宽(linearrange)，4~6个数量级;缺点：无法检测非金属元素：O、S、N、X(处于远紫外)；P、Se、Te-----难激发，常以原子荧光法测定）

2022/12/273.AES特点2023/1/43.AES定量原理（Quantification）1）Boltzmann分布与谱线强度(Intensity)AES分析进行定量测量的基础就是谱线的强度特性。那么，谱线强度与待测物浓度之间到底有什么样的关系呢？样品光源样品蒸发基态原子(N0)等离子体(原子+离子+电子)从整体上看，处于热力学平衡状态！ArcSparkICPFlame激发态原子(Ni)样品激发E0Ei

2022/12/273.AES定量原理（Quantific2023/1/4

当Plasm处于热力学平衡状态时，位于基态的原子数N0与位于激发态原子数Ni之间满足

Boltzmann分布：p239式6-7其中，g为统计权重(2J+1)；k为Boltzmann常数(1.3810-23J/oC)：电子在i,j能级间跃迁产生的谱线强度I

与跃迁几率A

及处于激发态的原子数Ni

成正比，即由于激发态原子数目较少，因此基态原子数N0可以近似代替原子总数N总，并以浓度c

代替N总:简单地，Ic，此式为光谱定量分析的依据2022/12/272023/1/4更进一步，考虑到谱线的自吸效应系数b：I

=Acb（罗马金－赛伯公式）上式中b为自吸收系数，随着浓度C增加而减小,当浓度很小而无自吸收时b＝1取对数，上式变为：

logI=blogc+logA此式为AES定量分析的最基本的关系式。以logI

对logc作图，得校正曲线。当试样浓度高时，b<1，工作曲线发生弯曲。光谱分析法除了上面的校正曲线法之外还有标准加入法2022/12/27更进一步，考虑到谱线的自吸效应系数b：2023/1/42）影响谱线强度I

因素:

统计权重g(weight)；跃迁几率(probability)；激发电位或激发能E；谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)；e)激发温度T；f)基态原子数N0或浓度c；前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数、外层电子、轨道状态等。影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！2022/12/272）影响谱线强度I因素:2023/1/4光源单色器检测器激发光源激发光源的作用是提供试样蒸发、原子化、激发所需的能量。

对激发光源的要求是：温度高稳定，重现背景小（无或少带光谱）简便、安全2022/12/27光源单色器检测器激发光源温度高2023/1/43AES仪器

AES仪器由激发光源与光谱仪组成。光源电弧电感耦合等离子体，ICP现代光源经典光源高压火花直流电弧交流电弧火焰激光光源一、AES光源1.光源种类及特点

(InductivelyCoupledPlasma，ICP）

2022/12/273AES仪器光源电弧电感耦合等离子体2023/1/4直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电

接触短路引燃（或高频引燃）；阴极电子与气体分子和离子相撞产生的离子再冲击阴极，引起二次电子发射……电子再撞击阳极，产生高温阳极斑（4000K）；产生的电弧温度：4000~7000K直流电弧特点：a）样品蒸发能力强（阳极斑）---进入电弧的待测物多---绝对灵敏度高---尤其适于定性分析；同时也适于部分矿物、岩石等难熔样品及稀土难熔元素定量；b）电弧不稳----分析重现性差；2022/12/27直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电2023/1/4交流电弧：高频高压引燃、低压放电

交流电弧特点：1）电弧温度比直流电弧略高；2）电弧稳定，重现性好，适于一般的光谱定性定量分析；3）放电温度较高，激发能力较强；2022/12/27交流电弧：高频高压引燃、低压放电交流电2023/1/4高压火花：高频高压引燃并放电火花特点：1）放电稳定，分析重现性好；2）放电间隙长，电极温度（蒸发温度）低，检出现低，多适于分析易熔金属、合金样品等均匀样品的定量分析；3）激发温度高（瞬间可达10，000K），产生的谱线主要是离子线，适于难激发元素分析。

2022/12/27高压火花：高频高压引燃并放电火花特点：2023/1/4组成：ICP高频发生器+炬管

+样品引入系统载气（Ar）辅助气冷却气绝缘屏蔽载气Ar+样品样品溶液废液电感耦合等离子体ICP光源特点1）低检测限：蒸发和激发温度高4000－6500k；2）高稳定性，精度高：。3）分析线性范围宽。4）众多无素同时测定：激发温度高（70多种）

5）适于光谱定量和定性分析；不足：对非金属测定的灵敏度低；仪器昂贵；维持费高。

2022/12/27组成：ICP高频发生器+炬管+样

石英管外绕高频感应线圈,用高频火花引燃，Ar气被电离，相互碰撞，更多的工作气体电离，形成等离子体，当这些带电离子达到足够的导电率时，会产生强大的感应电流，瞬间将气体加热到10000K高温。试液被雾化后由载气带入等离子体内，试液被蒸发、解离、电离和激发，产生原子发射光谱石英管外绕高频感应线圈,用高频火花引燃，ArICP光源具有以下突出的优点：1、激发温度高，一般在6000~8000K，有利于难激发元素的激发。可测定70多种元素。2、原子化完全，化学干扰少，对于各种元素都有很高的灵敏度和很低的检出限。3、ICP炬放电的稳定性很好，分析的精密度高，相对标准偏差在1%左右。4、

ICP光源自吸和自蚀效应小，标准曲线的线性范围宽，可达4—6个数量级，既可测定试样中的痕量组分元素，又可测定主分元素。ICP光源具有以下突出的优点：2023/1/4

二光谱仪光谱仪利用色散元件和光学系统将光源发射的复合光按照波长排列，并用适当的接收器接收不同波长的光辐射的仪器看谱仪；摄谱仪；光电直读光谱仪摄谱仪分为棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪待测物发出的光谱经分光得一系列谱线，这些不同波长的光在感光板上曝光，经显影、定影后于相板上得到平行排列的谱线（黑线），这些谱线“变黑”的程度来进行光谱定量分析棱镜摄谱仪用光的折射原理通过棱镜进行分光，光栅摄谱仪利用光的衍射现象，通过衍射光栅进行分光。摄谱仪用感光板记录光谱光电直读光谱仪：包括多道固定狭缝式（光量计）和单道扫描式两种，用光电倍增管检测谱线的强度。2022/12/27二光谱仪光谱仪利用色2.5.1试样的处理（1）固体试样

金属与合金本身能导电，可直接做成电极，称为自电极。若金属箔丝，可将其置于石墨或碳电极中。

粉末样品，通常放入制成各种形状的小孔或杯形电极中。§2-5原子发射光谱分析方法2.5.1试样的处理§2-5原子发射光谱分析方法光谱分析-1教材课件（2）溶液试样

ICP光源，直接用雾化器将试样溶液引入等离子体内。

电弧或火花光源通常用溶液干渣法进样。将试液滴在平头或凹液面电极上，烘干后激发。为了防止溶液渗入电极，预先滴聚苯乙烯-苯溶液，在电极表面形成一层有机物薄膜，试液也可以用石墨粉吸收，烘干后装入电极孔内。（2）溶液试样

常用的电极材料为石墨，常常将其加工成各种形状。石墨具有导电性能良好，沸点高（可达4000K），有利于试样蒸发，谱线简单，容易制纯及容易加工成型等优点。（3）气体试样

通常将其充入放电管内。常用的电极材料为石墨，常常将其加工成各2.5.4定性及半定量分析

一、光谱定性分析由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱。每种元素发射的特征谱线有多有少（多的可达几千条）。当进行定性分析时，只须检出几条谱线即可。

2.5.4定性及半定量分析一、光谱定性分析元素的分析线应该具备以下基本条件:（1）它是元素的灵敏线，具有足够的强度和灵敏度;(2)是元素的特征线组；(3)是无自吸的共振线；(4)不应与其它干扰谱线重叠。

分析线元素的分析线应该具备以下基本条件:分析线(1)标准试样光谱比较法

将要检出元素的纯物质和纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。(1)标准试样光谱比较法（二）分析方法（2）铁光谱比较法目前最通用的方法，它采用铁的光谱作为波长的标尺，来判断其他元素的谱线。铁光谱作标尺有如下特点：：①谱线多在210-660nm范围内有几千条谱线。②谱线间距离都很近

在上述波长范围内均匀分布。对每一条谱线波长，人们都已进行了精确的测量。在实验室中有标准光谱图对照进行分析。（二）分析方法

标准光谱图是在相同条件下，在铁光谱上方准确地绘出68种元素的逐条谱线并放大20倍的图片。铁光谱比较法实际上是与标准光谱图进行比较，因此又称为标准光谱图比较法。在进行分析工作时将试样与纯铁在完全相同条件下并列并且紧挨着摄谱，摄得的谱片置于映谱仪（放大仪）上；谱片也放大20倍，再与标准光谱图进行比较。

标准光谱图是在相同条件下，在铁光谱上方准确地绘出68光谱分析-1教材课件光谱分析-1教材课件

比较时首先须将谱片上的铁谱与标准光谱图上的铁谱对准，然后检查试样中的元素谱线。若试样中的元素谱线与标准图谱中标明的某一元素谱线出现的波长位置相同，即为该元素的谱线。判断某一元素是否存在，必须由其灵敏线决定。铁谱线比较法可同时进行多元素定性鉴定。比较时首先须将谱片上的铁谱与标准光谱图上二、光谱半定量分析

光谱半定量分析可以给出试样中某元素的大致含量。若分析任务对准确度要求不高，多采用光谱半定量分析。例如钢材与合金的分类、矿产品位的大致估计等等，特别是分析大批样品时，采用光谱半定量分析，尤为简单而快速。

二、光谱半定量分析（1）显线法

元素含量低时，仅出现少数灵敏线、随着元素含量增加，一些次灵敏线与较弱的谱线相继出现，于是可以编成一张谱线出现与含量的关系表，以后就根据某一谱线是否出现来估计试样中该元素的大致含量。该法的优点是简便快速，其准确程度受试样组成与分析条件的影响较大。

（1）显线法

元素含量低时，仅出现少数灵敏线、随（2）谱线黑度比较法将试样与已知不同含量的标准样品在一定条件下摄谱于同一光谱感光板上，然后在映谱仪上用目视法直接比较被测试样与标准样品光谱中分析线的黑度，若黑度相等，则表明被测试样中欲测元素的含量近似等于该标准样品中欲测元素的含量。该法的准确度取决于被测试样与标准样品组成的相似程度及标准样品中欲测元素含量间隔的大小。（2）谱线黑度比较法2.5.5光谱定量分析1.光谱定量分析的关系式光谱定量分析主要是根据谱线强度与被测元素浓度的关系来进行的。当温度一定时谱线强度I与被测元素浓度c成正比，即

I=ac

当考虑到谱线自吸时，有如下关系式

I=acb2.5.5光谱定量分析

此式为光谱定量分析的基本关系式。式中b为自吸系数。b随浓度c增加而减小，当浓度很小无自吸时，

b=1，因此，在定量分析中，选择合适的分析线是十分重要的。

a值受试样组成、形态及放电条件等的影响，在实验中很难保持为常数，故通常不采用谱线的绝对强度来进行光谱定量分析，而是采用“内标法”。此式为光谱定量分析的基本关系式。式中2.内标法

采用内标法可以减小前述因素对谱线强度的影响，提高光谱定量分析的准确度。内标法是通过测量谱线相对强度来进行定量分析的方法。2.内标法具体做法：在分析元素的谱线中选一根谱线，称为分析线；再在基体元素（或加入定量的其它元素）的谱线中选一根谱线，作为内标线。这两条线组成分析线对。然后根据分析线对的相对强度与被分析元素含量的关系式进行定量分析。

具体做法：

设分析线强度I，内标线强度I0，被测元素浓度与内标元素浓度分别为c和c0，b和b0分别为分析线和内标线的自吸系数。

I=acb

I0=a0c0bo

设分析线强度I，内标线强度I0，被测元素浓度分析线与内标线强度之比R称为相对强度

R=I/I0=acb/a0c0bo

式中内标元素c0为常数，实验条件一定时，A=a/a0c0bo

为常数，则

R=I/I0

=Acb=acb分析线与内标线强度之比R称为相对强度取对数，得

lgR=blgc+lga此式为内标法光谱定量分析的基本关系式。取对数，得

加入内标元素符合下列几个条件：①内标元素与被测元素在光源作用下应有相近的蒸发性质；②内标元素若是外加的，必须是试样中不含或含量极少可以忽略的。③分析线对选择需匹配；两条原子线或两条离子线。加入内标元素符合下列几个条件：3.定量分析方法（1）校正曲线法

在确定的分析条件下，用三个或三个以上含有不同浓度被测元素的标准样品与试样在相同的条件下激发光谱，以分析线强度I或内标分析线对强度比R或lgR对浓度c或lgc做校准曲线。再由校准曲线求得试样被测元素含量。3.定量分析方法123样品标液C1C2C3CX

R

R1

R2

R3

R

XlgCR

XRlgCXlgR=lgI1/I2=blgC+lgA

为正确作出工作曲线,所用的试样不得少于三个,又称”三标准试样法”.1（2）标准加入法

当测定低含量元素时，找不到合适的基体来配制标准试样时，一般采用标准加入法。设试样中被测元素含量为Cx

，在几份试样中分别加入不同浓度C1、C2

、C3

的被测元素；在同一实验条件下，激发光谱，然后测量试样与不同加入量样品分析线对的强度比R。（2）标准加入法12345未知液CXCXCXCXCX标液C02C03C04C05C0

R

R

1

R

2

R3

R

4

R

5R=I/I0

=AcbR=A(c+cx)b浓度较低时b=1R=A(c+cx)122023/1/4A定性分析前已提及，由于各元素的原子结构不同，在光源激发下，试样中各元素都发射各自的特征光谱（谱线有多有少），通过识别元素的一条或数条特征谱线的波长，可以进行元素定性分析。1.铁光谱比较法

4定性定量分析方法Fe谱线丰富（有数千条）、“均匀”（强度及间距）、每条谱线波长已准确测得。2.标样光谱比较法判断样品中某元素是否存在，可将该元素的纯物质或其化合物与样品并列摄谱于同一谱板（此时不用铁谱），于映谱仪上检查该元素是否存在。2022/12/27A定性分析4定性定量分析方法Fe谱2023/1/4B定量分析前面讲到，发射光谱定量分析关系式为：

logI=blogc+logA

由于试样组成和实验条件(蒸发、激发、试样组成、感光板特性、显影条件等)直接影响谱线强度，而这些影响很难完全避免，故以谱线绝对强度来定量往往带来很大误差。实际工作中常以分析线和内标线的强度比来进行定量分析，以补偿这些难以控制的变化因素的影响。2022/12/27B定量分析材料现代分析测试方法

ModernMethodsofAnalysisandTestforMaterials

材料现代分析测试方法

ModernMethodsofA2023/1/4光谱分析

Spectroanalysis

第六章2022/12/27光谱分析

Spectroanalysi2023/1/4光谱分析法及其分类1简介光谱是电磁辐射的波长和强度分布的记录。光谱分析法是基于物质与电磁辐射作用时，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、吸收或散射特征光谱波长和强度，进行材料分析的方法。光谱仪把光按波长展开，把不同波长成分的强度记录下来2022/12/27光谱分析法及其分类2023/1/4光谱法的发展史

1858～1859年间，德国化学家本生和物理学家基尔霍夫奠定了一种新的化学分析方法—光谱分析法的基础。他2人被公认为光谱分析法的创始人光谱法的应用开创了化学和分析化学的新纪元：不少化学元素通过光谱分析发现；已广泛地用于地质、冶金、石油、化工、农业、医药、生物化学、环境保护等许多方面：是常用的灵敏、快速、准确的近代仪器分析方法之一2022/12/272023/1/41光谱的分类（1）按波长区域不同远红外光谱，红外光谱，可见光谱，紫外光谱，远紫外光谱（真空紫外光谱）等等（2）按光谱的形态不同线状光谱，带状光谱，连续光谱（3）按发生作用的物质类型不同原子光谱，分子光谱（4）按激发光源的不同火焰光谱，闪光光谱，激光光谱，等离子体光谱等（5）按产生光谱的方式不同发射光谱，吸收光谱，散射光谱2022/12/271光谱的分类2023/1/4波谱区名称波长范围跃迁能级类型分析方法射线0.005nm~0.14nm原子核能级放射化学分析法X射线0.001nm~10nm内层电子能级X射线光谱法光学光谱区远紫外光10nm~200nm价电子或成键电子能级真空紫外光度法近紫外光200nm~400nm价电子或成键电子能级紫外分光光度法可见光400nm~756nm价电子或成键电子能级比色法、可见分光光度法近红外光0.756mm~2.5mm分子振动能级近红外光谱法中红外光2.5mm~50mm原子振动/分子转动能级中红外光谱法远红外光50mm~1000mm分子转动、晶格振动能级远红外光谱法微波0.1cm~100cm电子自旋、分子转动能级微波光谱法射频(无线电波)1m~1000m磁场中核自旋能级核磁共振光谱法各种电磁波及其对应的光谱分析方法2022/12/27波谱区名称波长范围跃迁能级类型分析方法2023/1/4按发生作用的物质微粒不同，光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。

原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。

属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。

2022/12/27按发生作用的物质微粒不同，光谱法可分为原2023/1/4

分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。2022/12/27分子光谱法是由分子中电子能级、2023/1/42.光谱分析法的特点（1）分析速度较快

原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果（2）操作简便

有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度（3）不需纯样品

只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。这是光谱分析一个十分突出的优点（4）可同时测定多种元素或化合物

省去复杂的分离操作2022/12/272.光谱分析法的特点2023/1/4（5）选择性好

可测定化学性质相近的元素和化合物。如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，它们的谱线可分开而不受干扰，成为分析这些化合物的得力工具（6）灵敏度高

可利用光谱法进行痕量分析。目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10-8g~10-9g（7）样品损坏少

可用于古物以及刑事侦察等领域随着新技术的采用（如应用等离子体光源），定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可同时测定。还可以进行微区分析局限性

光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难2022/12/27（5）选择性好可测定化学性质相近的元素2023/1/4第二节原子、分子结构与光谱2022/12/27第二节原子、分子结构与光谱2023/1/41.原子的组成及电子量子数原子是由带正电荷的原子核和核外高速运动的带负电荷的电子组成。

(一)原子能态与光谱2022/12/271.原子的组成及电子量子数原子是由带正2023/1/4电子在核外运动没有固定的轨道，只能取一定的运动状态。为了描述电子的运动状态，量子力学引入四个量子数来确定一个电子的运动状态。量子数是表征微观粒子运动状态的一些特定数字。2022/12/27电子在核外运动没有固定的轨道，只能取一定2023/1/4主量子数(n)角量子数(l)磁量子数(m)自旋量子数(ms)一个电子的运动状态2022/12/27主量子数(n)角量子数(l)磁量子数(m2023/1/4(1)主量子数（n）一般说来，电子所在的原子轨道离核越近，电子受原子核的吸引大，电子的能量越低，反之，离核越远轨道上，电子的能量越高，这说明电子在不同的原子轨道上运动时其能量有所不同。原子中电子所处的不同能量状态，称为原子轨道的能级。主量子数是决定电子能级高低的主要因素。用符号“n”表示

“n”通常可以取非零的任意正整数，即n=1、2、3……等值。其中每一个n

值代表一个电子层。在一个原子内，具有相同的主量子数的电子（n值相同的电子）近乎在同样的空间范围内运动，所以常将n值相同的电子称为同层电子，它们所占有的区域称为电子层。当n=1,2,3……时，分别称为第一、第二、第三……电子层。常用符号K、L、M、N等来表示。2022/12/27(1)主量子数（n）一般说来，电子所在的2023/1/4主量子数n表明了电子距核平均距离的大小。

n愈大，则电子离核距离愈远，则电子在能级较高处运动，电子能量高或者说原子中电子的能级越高。n＝l时，表示能量最低，电子离核最近；n=2时，表示能量次低，离核次近的第二电子层。以此类推。其对应关系为：主量子数n12

345

电子层K

L

M

N

O能级升高电子离核距离增大2022/12/27主量子数n表明了电子距核平均距离的大小。2023/1/4（2）角量子数(l)一些元素原子光谱的一条谱线往往是由两条、三条或更多的非常靠近的细谱线构成的。这说明在同一电子层内电子的运动状态和具有的能量稍有差异。因此，除主量子数外，还要多用一个参数来描述核外电子的运动状态和能量，这个量子数称为角量子数，用符号“l”表示。角量子数l是确定电子云形状和几率径向分布，它和主量子数一起决定电子能量，标志电子亚层。当主量子n数值一定时，l可取0、l、2，…（n－l）的正整数，l值受n值的限制，只能取小于n的正整数。

l的每一个数值表示一个电子亚层。

电子亚层分别用s、p、d、f等符号表示。

K层只包含一个S亚层

L层包含S和P两个亚层

M层包含S、P、d三个亚层

N层包含S、P、d、f四个亚层2022/12/27（2）角量子数(l)一些元素原子光谱的一2023/1/4l的每一个数值表示一种形状的电子云。

l=0表示圆球形的s电子云

l=1表示哑铃形的p电子云

l=2表示花瓣形的d电子云l数值与光谱学规定的亚层符号之间的对应关系为：角量子数l

0

1

2

3

4

亚层符号

s

p

dfg

l的数值受n的数值限制n=1时，l=（n-1）只可能取1个数值，即0，n、l两者合并表示只能有1种，即1s亚层。n=2时，l可取2个数值，即0，1，

n、l两者合并表示可能有2种，即2s、2p亚层。以此类推，n=3时，有3S、3P、3d

亚层。2022/12/27l的每一个数值表示一种形状的电子云。角量子数l也是决定电子能量在多电子原子中，角量子数l也是决定电子能量的一个因素。它和主量子数一起决定电子的能量。只有主量子数n和角量子数l都相同，电子能量才相等。主量子数相同，但角量子数不同的电子，其能量也不相同。角量子数l也是决定电子能量在多电子原子中，角量子数l也是决定2023/1/4（3）磁量子数（m）同一亚层（如P亚层）中往往还包含着若干个空间伸展方向不同的原子轨道。磁量子数就是用来描述原子轨道或电子云在空间伸展方向的。某种形状的电子云，可以在空间取不同的伸展方向，而得到几个空间取向不同的原子轨道。m的取值受l的数值限制

m的取值受角量子数l的限制。共可取（2l

＋1）个，从－l到＋l

（包括零在内）的整数。即m取值为0，±1，±2，±3…的整数。例如：l

＝0时，m只能为0；

l

＝1时，m可以为－1，0，＋1三个数值，余类推。2022/12/27（3）磁量子数（m）同一亚层（如P亚层）2023/1/4m的每一个数值表示具有某种空间方向的一个原子轨道。一个亚层中，m有几个可能的取值，这亚层就只能有几个不同的伸展方向的同类原子轨道。例如：l＝0时，m为0，表示S亚层只有一个轨道，即S轨道。l=1时，m有－1，0，+1三个取值，表示P亚层有三个伸展方向，P亚层有3个原子轨道，分别记为Px，Py，Pz，这三个轨道的伸展方向是相互垂直的。l=2时，m有－2，－1，0，+1，+2五个取值，表示d亚层有五个不同伸展方向的原子轨道。2022/12/27m的每一个数值表示具有某种空间方向的一个2023/1/4l=0的轨道都称为S轨道，其中按n值分别称为1S，2S，3S…轨道，S轨道内的电子称为S电子。l=1，2，3的轨道依次分别称为p，d，f轨道，其中按n值分别称为np，nd，nf轨道。p，d，f轨道内的电子依次称为p，d，f电子。磁量子数与电子的能量无关，磁量子数的个数表明了一个电子亚层中原子轨道的数目，这些轨道通常可称为等价轨道或简并轨道。2022/12/27l=0的轨道都称为S轨道，其中按n值分别2023/1/4轨道名称轨道的名称包括为第几电子层，什么类型（s、p、d、f等）两方面的信息。如：1s轨道表示n=1，l=0，m=02p轨道表示n=2，l=1，m=－1，0，＋12022/12/27轨道名称轨道的名称包括为第几电子层，什么2023/1/4从上述讨论中，可知：第一电子层（n＝1），只有一个1s轨道；第二电子层（n＝2），有四个轨道，包括一个2s轨道，三个2p轨道；第三电子层（n＝3），有九个轨道，包括一个3s轨道，三个3p轨道，五个3d轨道。因此，每个电子层的轨道总数应为n2。2022/12/27从上述讨论中，可知：2023/1/4（4）自旋量子数ms实验证明，电子除绕核运动外，还有绕自身的轴旋转的运动，称为自旋。为了描述核外电子的自旋状态，需要引入第四个量子数－自旋量子数。用符号“ms”表示。ms可能取值只有两个，－1/2和+1/2这两个数值。其中每一个数值表示电子的一种自旋方向。2022/12/27（4）自旋量子数ms实验证明，电子除绕核2023/1/4ms=1/2,分别表示电子的顺时针和逆时针两种自旋方向。通常也用符号和表示自旋方向。两个电子的自旋方向相同时称为自旋平行，记为或

；而两个电子自旋方向相反时，称为自旋反平行，记为或

。2022/12/27ms=1/2,分别表示电子的顺时针和逆2023/1/4综上所述，一组合理的量子数n，l，m确定一个原子轨道。例如：n=3，l=1，m=0就可确定一个原子轨道，即3p轨道2022/12/27综上所述，一组合理的量子数n，l，m确定2023/1/42022/12/272023/1/4

由主量子数

n,角量子数

l

描述的原子中的电子排布方式称为“组态”（configuration），组态说明了各个单电子的能量状态。但在多电子体系中，由于存在着电子间的排斥以及电子轨道和自旋运动所产生的磁矩的相互作用，使原子的整体状态并不是各个单电子状态的简单相加。因此组态仅仅是一种粗略的描述，不足以说明整个原子的状态（state），往往在一个组态中，由于这些复杂的相互作用，而出现不止一种能量状态，描述原子的状态使用原子光谱项（term）,由于这种能级分裂变化主要来自原子中电子间相互作用和轨道与自旋运动相互作用。且这些相互作用可用它们的角动量之间相互作用来表示，这种方法称为角动量耦合。2.原子的状态和光谱项

2022/12/27由主量子数n,角量子数l2023/1/4

多电子原子中，电子之间的相互作用是非常复杂的，但大致可以归纳为以下几种相互作用：电子轨道运动间的相互作用（轨道－轨道）A；电子自旋运动间的相互作用（自旋－自旋）B；轨道运动与自旋运动间的相互作用（轨道－自旋）C；

A&B合称剩余相互作用角动量的耦合方案

(A&B)<C

j-j耦合l1,s1→j1

；l2,s2→j2

j1

，j2→J

适合于重原子（Z＞40）

(A&B)>C

L-S耦合

l1,l2→L；