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1、第第1节原子发射光谱分析基本原节原子发射光谱分析基本原理理2022/10/10第1页，共11页，编辑于2022年，星期一一、一、光分析概要1、光分析光分析 光分析是一类重要的仪器分析法。根据物质发光分析是一类重要的仪器分析法。根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。用来进行分析的。2022/10/10第2页，共11页，编辑于2022年，星期一2、电磁辐射的分类射线 5-140 pmX 射线 10-3-10nm光学区 10-1000m 其中：远紫外区10-200nm 近紫外区200-380nm 可见区380-780m 近红外区
2、0.78-2.5m 中红外区2.5-50m 远红外区50-1000m微波 0.1 mm-1m无线电波 1m2022/10/10第3页，共11页，编辑于2022年，星期一3、光学分析方法分类、光学分析方法分类（1 1）光谱方法）光谱方法基于测量辐射的波长及强度基于测量辐射的波长及强度。分子光谱分子光谱电磁辐射的本质电磁辐射的本质 原子光谱原子光谱 吸收光谱吸收光谱 发射光谱发射光谱 荧光光谱荧光光谱 拉曼光谱拉曼光谱 电磁辐射能量传递方式电磁辐射能量传递方式2022/10/10第4页，共11页，编辑于2022年，星期一（2）非）非光谱方法基于电磁辐射与物质的相互作用基于电磁辐射与物质的相互作用
3、折射折射 反射反射 色散色散 干涉干涉 衍射衍射 偏振偏振2022/10/10第5页，共11页，编辑于2022年，星期一二、原子发射光谱二、原子发射光谱原原子子发发射射光光谱谱分分析析法法（atomic atomic emission emission spectroscopy spectroscopy，AESAES）：原子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。由激发态跃迁基态产生电磁辐射的能量：E=E1-E2=h=hc/是定性分析的依据。是定性分析的依据。2022/10/10第6页，共11页，编辑于2022年，星期一在正常
4、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）；特征辐射基态元素基态元素M激发态激发态M*热能、电能E2022/10/10第7页，共11页，编辑于2022年，星期一原子的共振线与离子的电离线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：原子由第一激发态到基态的跃迁：第一共振线，第一共振线，最易发生，能量最小最易发生，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。离子由第一激发态到基态的跃迁(离子发射的谱线)：电离线，电离线，其与电离能大小无关，离子的特征共振线其与电离能大小无关，
5、离子的特征共振线。原子谱线表原子谱线表：I 表示原子发射的谱线；表示原子发射的谱线；II 表示一次电离离子发射的谱线；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；表示二次电离离子发射的谱线；Mg：I 285.21 nm；II 280.27 nm；2022/10/10第8页，共11页，编辑于2022年，星期一三、谱线强度三、谱线强度 spectrum line intensity原原子子由由某某一一激激发发态态 i 向向低低能能级级 j 跃跃迁迁，所所发发射射的的谱谱线线强强度度与与激激发态原子数成正比。发态原子数成正比。在在热热力力学学平平衡衡时时，单单位位体体积积的的基基态
6、态原原子子数数N0与与激激发发态态原原子子数数Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律：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；发射谱线强度发射谱线强度：Iij=Ni Aijh ijh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：2022/10/10第9页，共11页，编辑于2022年，星期一谱线强度谱线强度影响谱线强度的因素影响谱线强度的因素：（1）激发能越小，谱线强度越强；）激发能越小，谱线强度越强；（2）温度升高，谱线强度增大，但易）温度升高，谱线强度增大，但易电离。电离。Ii
7、j是定量分析的依据。是定量分析的依据。2022/10/10第10页，共11页，编辑于2022年，星期一四、谱线的自吸与自蚀四、谱线的自吸与自蚀 self-absorption and self reversal of spectrum line 等等离离子子体体：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。自自吸吸：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，这种现象称为自蚀自蚀。2022/10/10第11页，共11页，编辑于2022年，星期一