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1、第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-1 5-1 概述概述5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理5-3 5-3 激发光源激发光源5-4 5-4 光谱仪（光谱仪（Spectrograph)Spectrograph)5-5 5-5 光谱定性分析光谱定性分析5-6 5-6 光谱定量分析光谱定量分析5-7 5-7 光谱半定量分析光谱半定量分析5-8 5-8 原子发射光谱分析的特点、应用及干扰效应原子发射光谱分析的特点、应用及干扰效应5-9 5-9 火
2、焰光度法（火焰光度法（flame photometry)flame photometry)返回第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-1 5-1 概述概述第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 1. 1. 原子发射光谱（原子发射光谱（AESAES）分析的定义分析的定义 根据原子所发射的光谱来测定物质的组
3、成、含量根据原子所发射的光谱来测定物质的组成、含量及结构的方法。及结构的方法。2. 2. 原子发射光谱（原子发射光谱（AESAES）分析的过程分析的过程 a. a. 蒸发、原子化、激发蒸发、原子化、激发 b. b. 激发激发-基态基态 产生光谱产生光谱 c. c. 记录光谱记录光谱 d. d. 分析光谱分析光谱第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 3. 3. 原子发射光谱分析的特点原子发射光谱分析的特点（1 1）可对约）可对约7070种元素进行分析
4、（定性、半定量、定量）种元素进行分析（定性、半定量、定量）（2 2）适用于）适用于1%1%以下含量的组份测定以下含量的组份测定（3 3）检出限）检出限 ppmppm（百万分之一）百万分之一） 精密度精密度 10% ; 10% ; 线性范围线性范围2 2个数量级个数量级（4 4）ICP-AESICP-AES：检出限检出限 1010-3-31010-4-4ppmppm； 精密度精密度 1% 1% 线性范围线性范围7 7个数量级；适用于高、中、低含量的元素。个数量级；适用于高、中、低含量的元素。（5 5） 是无机元素分析的有力工具是无机元素分析的有力工具返回第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱
5、分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理1. 1. 原子谱线的产生和原子结构的关系原子谱线的产生和原子结构的关系（1 1） 线光谱的产生线光谱的产生返回第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理（2 2） AESAES法的总根据法的总根据 不同元素的原子，具有不同的电子层
6、结构，因此原不同元素的原子，具有不同的电子层结构，因此原子在激发后，其价电子就有不同的跃迁，辐射出不同波子在激发后，其价电子就有不同的跃迁，辐射出不同波长的光，经过光谱仪后，这些按一定波长顺序排列并保长的光，经过光谱仪后，这些按一定波长顺序排列并保持一定强度比例的谱线，构成该元素的特征光谱。持一定强度比例的谱线，构成该元素的特征光谱。这就这就是是AESAES法的总根据法的总根据。第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法
7、基本原理2. 2. 激发能、电离能、主共振线、共振线激发能、电离能、主共振线、共振线 欲获得元素的特征谱，须具备两个条件：欲获得元素的特征谱，须具备两个条件：一是一是把待测元素从化合态转变为气态原子（蒸发、原子化）把待测元素从化合态转变为气态原子（蒸发、原子化）；二是二是把原子从基态转变为激发态（激发）。把原子从基态转变为激发态（激发）。激发能：激发能：原子由基态激发到激发态所需的能量叫原子由基态激发到激发态所需的能量叫-。单位。单位为为evev，或称激发电位或称激发电位( (excitation potential)excitation potential)，单位单位v v . .第五章第五
8、章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理共振线：共振线： E* EE* E0 0 所产生的谱线。所产生的谱线。主共振线：主共振线：从最低激发态从最低激发态E E0 0 所产生的谱线。所产生的谱线。电离能：电离能：原子外层电子获得足够大的能量时，可脱离核的原子外层电子获得足够大的能量时，可脱离核的束缚成为自由电子，产生电离。使原子电离所需的能量束缚成为自由电子，产生电离。使原子电离所需的能量叫叫-。单位：。单位：evev(
9、 (或电离电位或电离电位v v）第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理离子线（火花线）：离子线（火花线）：离子也可获得能量进一步被激发而发离子也可获得能量进一步被激发而发射光谱。射光谱。离子产生的谱线叫离子产生的谱线叫-。每一条离子线也有激发每一条离子线也有激发电位，产生离子线所需的能量为激发能与电离能之和。电位，产生离子线所需的能量为激发能与电离能之和。一次离子线用一次离子线用表示，二次用表示，二次用表示。
10、表示。原子线（电弧线）：原子产生的谱线叫原子线（电弧线）：原子产生的谱线叫-。用用表示。表示。第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理 激发能和电离能是衡量谱线激发难易的重要尺度。它激发能和电离能是衡量谱线激发难易的重要尺度。它们决定于元素电子层结构的周期性。不同元素有不同的们决定于元素电子层结构的周期性。不同元素有不同的电离电位。如，电离电位。如，LiLi、NaNa、K K、RbRb、CsCs的电离电位分别为
11、的电离电位分别为5.395.39，5.135.13，4.344.34，4.174.17，3.89 , 3.89 , 它们都是易激发元它们都是易激发元素；素；H H、O O、卤素和惰性气体属难激发元素，卤素和惰性气体属难激发元素，O O、F F的电离的电离电位分别为：电位分别为：13.6113.61，24.5824.58evev. .3. 3. 谱线强度及其影响因素谱线强度及其影响因素（1 1）谱线强度公式）谱线强度公式第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,A
12、ES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理令单位体积内基态原子数为令单位体积内基态原子数为N N0 0，单位体积内激发态单位体积内激发态E Ei i原子数为原子数为N Ni i，两两能级能级E Ei i， E Ej j间的跃迁几率为间的跃迁几率为A Aijij，辐射单个光子的能量等于跃迁前后辐射单个光子的能量等于跃迁前后的能量差：的能量差： E Ei i E Ej j = = hhijij 则：则：I Iijij = N= Ni i A Aijij hhijij (1) (1) 由由BoltzmannBoltzmann统计规律：统计规律： E Ei i 谱线的激发电位谱线的激发电位谱线的
13、激发电位谱线的激发电位 k k BoltzmannBoltzmann常数（常数（常数（常数（1.38101.3810-23-23JKJK-1-1) )TT光源的绝对温度光源的绝对温度光源的绝对温度光源的绝对温度第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理考虑到考虑到N N0 0不等于单位体积（某元素）的原子总数，即：不等于单位体积（某元素）的原子总数，即： N N0 0 = = （1-x) N 1-x) N （3
14、3） x-x-电离度电离度将（将（2 2）、（）、（3 3）代入（）代入（1 1）中，得）中，得原子谱线强度公式：原子谱线强度公式：第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理同理可得离子谱线强度公式：同理可得离子谱线强度公式： 式（式（4 4）、（）、（5 5）常称爱因斯坦）常称爱因斯坦玻尔兹曼玻尔兹曼沙哈方程沙哈方程（Einstein Einstein BoltzmannBoltzmannSahaSaha eq
15、uation), equation),简称沙哈方简称沙哈方程。程。第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理（2 2）谱线强度的影响因素）谱线强度的影响因素a. a. 谱线性质：谱线性质： 由沙哈方程可知，由沙哈方程可知，E Ei i, I Iijij, , 激发电位激发电位E Ei i最低的谱线最低的谱线容易激发，具有最大的强度和最高的灵敏度。因此主共容易激发，具有最大的强度和最高的灵敏度。因此主共振线在低含量
16、分析时常被选用。显然振线在低含量分析时常被选用。显然A Aijij，g gi i，g g0 0，V Vijij都都是与谱线性质有关的常数是与谱线性质有关的常数。第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理方法基本原理b. b. 光源温度光源温度T T T T I Iijij( ( 随随T T升高，放电间隙中的所有粒子的热升高，放电间隙中的所有粒子的热运动速度加快，按运动速度加快，按BoltzmannBoltzmann定律，定律，NiNi必定增加，导致必定增加，导致I Iijij成指数关系增加）。成指数关系增加）。 T x T x 而使蒸气云中原子总数而使蒸气云中原子总数N N减少，使减少，使I Iijij 。第五章第五章 原子发射光谱分析原子发射光谱分析（atomic emission spectroscopy ,AES)atomic emission spectroscopy ,AES) 5-2 5-2 方法基本原理
