原子发射光谱是线状
在原子谱线表中,罗马字母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。
二.概念:
基态:原子核外电子离核较近的处于最低能量状态
激发态:当原子获得足够的能量后,就会使外层电子 从低能级跃迁至高能级,这种状态称为激发态。
概
述
原子发射光谱法的基本原理 原子发射光谱仪器 光谱定性分析和半定量分析
光谱定量分析
原子发射光谱的特点和应用
第一节 概述
原子发射光谱法:(atomic emission spectrometry, AES ) 是根据待测物质的气态原子被激发时所发射的 特征线状光谱的波长及其强度来测定物质的元素组成 和含量的一种分析技术。
当原子浓度低时,谱线不呈现自吸现象;原子浓 度增大,谱线产生自吸现象,使其强度减小。由于发 射谱线的宽度比吸收谱线的宽度大,所以,谱线中心 的吸收程度要比边缘部分大,因而使谱线出现“边强 中弱”的现象。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。
自吸因素
I = I0e-ad I0为弧焰中心发射的谱线强度,a为吸收系数,d 为弧层 厚度。
c 为光速(2.997925×1010cm/s)
(一)谱线强度表达式
则 设i、j两能级之间的跃迁所产生的谱线强度Iij表示,
Iij = NiAijhij 式两中能级Ni为间单的位跃体迁积几内率处,于h为高普能朗级克i的常原数子,数,ij为A发ij为射i、谱j 线的频率。
若激发是处于热力学平衡的状态下,分配在各激 发态和基态的原子数目Ni 、N0 ,应遵循统计力学中麦 克斯韦-玻兹曼分布定律:
第二节 原子发射光谱法的基本原理
一、原子发射光谱的产生
原子的外层电子由高能级向低能级跃迁,能量以 电磁辐射的形式发射出去,这样就得到发射光谱。原 子发射光谱是线状光谱。
一般情况下,原子处于基态,通过电致激发、 热致激发或光致激发等激发光源作用下,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。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。
Ni = N0 gi/g0e (-E / kT) 式体统中积计内权Ni 处 重为于 ,单基E位i为态体激的积发原内电子处位数于,,激k发g为i,态玻g的兹0为原曼激子常发数数态,,和TN基为0为态激单的发位 温度。
(二)影响谱线强度的因素为:
1 统计权重 谱线强度与激发态和基态的统计权重之比成正比。
激发电位:原子的外层电子由低能级激发到高能级时 所需要的能量称为激发电位。
电离电位:使原子电离所需要的最低能量称为电离电 位。
离子线: 离子外层电子跃迁时发射的谱线称为离子线。
三、谱线的强度
ΔE=E2- E1
λ= h c/E2-E1
=h c/λ
υ= c /λ
=hυ
σ= 1/λ
=hσc
h 为普朗克常数(6.626×10-34 J•s)
交流电弧 电火花 ICP(Inductively coupled plasma)电感耦合 等离子体。
光源要求和的分类
作用:是提供使试样中被测元素蒸发离解、原子化 和激发所需要的能量
5.基态原子数 谱线强度与基态原子数成正比。在一定的条件
下,基态原子数与试样中该元素浓度成正比。因此, 在一定的条件下谱线强度与被测元素浓度成正比,这 是光谱定量分析的依据。
(三)、谱线的自吸与自蚀
在实际工作中,发射光谱是通过物质的蒸发、激 发、迁移和射出弧层而得到的。首先,物质在光源中 蒸发形成气体,由于运动粒子发生相互碰撞和激发, 使气体中产生大量的分子、原子、离子、电子等粒子, 这种电离的气体在宏观上是中性的,称为等离子体。 在一般光源中,是在弧焰中产生的,弧焰具有一定的 厚度,如下图:
图6.2谱线的自吸与自蚀
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。
分析范围: 可对约70种元素(金属元素及磷、硅、 砷、碳、硼等பைடு நூலகம்金属元素)进行分析。常用于定性、 半定量及定量分析。
一般情况下,用1%以下含量的组分的测定,检出 限量ppm精密度为10%左右,线性范围约2个数量级, 但如采用电感耦合等离子体(ICP)作光源,可检出限 降至10-310-4ppm。精密度达到±1%以下,线性范围 可延长至7个数量级。这种方法可有效地用于测量高、 中、低含量的元素。
在谱线上,常用r表示自吸,R表示自蚀。 在共振线上, 自吸严重时谱线变宽, 称为共振变宽谱线的固有强度越大, 自吸系数越大
弧层越厚,弧层中被测元素浓度越大,自吸愈严重, 直 流电弧弧层较厚,自吸现象也最严重。
第三节 原子发射光谱仪器 一.激发光源 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。 光源的影响:检出限、精密度和准确度。 光源的类型:直流电弧
2 跃迁几率 谱线强度与跃迁几率成正比。跃迁几率是一个原
子在单位时间内两个能级之间跃迁的几率,可通过实 验数据计算。 3 激发电位
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。
4.激发温度
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。