第五章原子发射光谱分析 给酒渭商業大是 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE
第五章 原子发射光谱分析
原子发射光谱分析(Atomic Emission Spectrosmetry,. AES),是根据处于激发态的待测元素原子回到 基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的 方法。 疮潮清月業大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE
原子发射光谱分析(Atomic Emission Spectrosmetry, AES),是根据处于激发态的待测元素原子回到 基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的 方法
第一节原子发射光谱分析基本原理 原子能级与能级图 1 1=0 .0 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 哈潮清月掌大呈 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE
第一节 原子发射光谱分析基本原理 一、 原子能级与能级图
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,多余能量以电磁 衡的形式发射出去,这样就得到了发射光谱。原子发射光谱 是线状光谱。 原子处于基态,在激发光源作用下,原子获得足够的能量 外层电子由基态跃迁到较高的能量状态即激发态。处于激发态 的原子是不稳定的,其寿命小于10-8$,外层电子就从高能级 向较低能级或基态跃迁。多余能量的发射就得到了一条光谱线。 谱线波长与能量的关系为 hc λ= E2-E1 (5.1) 疮源演第大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE
二、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,多余能量以电磁 辐射的形式发射出去,这样就得到了发射光谱。原子发射光谱 是线状光谱。 原子处于基态,在激发光源作用下,原子获得足够的能量, 外层电子由基态跃迁到较高的能量状态即激发态。处于激发态 的原子是不稳定的,其寿命小于10-8s,外层电子就从高能级 向较低能级或基态跃迁。多余能量的发射就得到了一条光谱线。 谱线波长与能量的关系为 2 1 λ E E hc − = (5.1)
谱线强度 当体系在一定温度下达到热平衡时,原子在不同 状态的分布也达到平衡.玻尔兹曼(Boltzman)用统计 热力学方法证明,体系处在热力学平衡状态,单位体 积内处于激发态的原子数目和处于基态的原子数目 No应遵守如下分布: Ni=No(gi/go).e-E;/kT (5:2) 式中:g,g为激发态和基态的统计权重;E为谱线的 激发电位;k为玻尔兹曼常数(1.38×1023J/K):T为激发 的绝对温度(K)。 冷酒置月第大圣 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE
三、谱线强度 当体系在一定温度下达到热平衡时,原子在不同 状态的分布也达到平衡.玻尔兹曼(Boltzman)用统计 热力学方法证明,体系处在热力学平衡状态,单位体 积内处于激发态的原子数目Ni和处于基态的原子数目 No应遵守如下分布: Ni = No (gi / go ).e-Ei / kT (5.2) 式中:gi,go为激发态和基态的统计权重;Ei为谱线的 激发电位;k为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K);T为激发 的绝对温度(K)
原子外层电子在,两个能级跃迁所产生的谱线强度以虹表 示,它正比于处在激发态的原子数目ⅵ,即 lii Ni Air hvii 5.3) 式中:A为两个能级之间跃迁的概率;h为普朗克常数; v为跃迁产生谱线的频率.将式(5.2)代入(5.3)得 1,=4,NeG (5.4) 8。 疮潮清月業大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE
原子外层电子在i,j两个能级跃迁所产生的谱线强度以Iij表 示,它正比于处在激发态的原子数目Ni,即 Iij = Ni·Aij·hvij 5.3) 式中:Aij为两个能级之间跃迁的概率;h为普朗克常数; vij为跃迁产生谱线的频率.将式(5.2)代入(5.3)得 kT (5.4) E A hv N g g I i e i j i j O o i i j − =
四、影响谱线强度 统计权重,谱线强度与统计权重成正比; 激发电位,谱线强度与激发电位是负指数关系,激发电位 愈高,谱线强度愈小,因为激发电位愈高,处在相应激发 态的原子数目愈少。 3、跃迁概率,电子从高能级向低能级跃迁时,在符合选择定 则的情况下,可向不同的低能级跃迁而发射出不同频率的 谱线;两能级之间的跃迁概率愈大,该频率谱线强度愈大。 所以,谱线强度与跃迁概率成正比。 给源渭商業大是 HARBIN LNIVERSTTY OF COMMERCE
四、影响谱线强度 1、统计权重,谱线强度与统计权重成正比; 2、激发电位,谱线强度与激发电位是负指数关系,激发电位 愈高,谱线强度愈小,因为激发电位愈高,处在相应激发 态的原子数目愈少。 3、跃迁概率,电子从高能级向低能级跃迁时,在符合选择定 则的情况下,可向不同的低能级跃迁而发射出不同频率的 谱线;两能级之间的跃迁概率愈大,该频率谱线强度愈大。 所以,谱线强度与跃迁概率成正比
激发温度,由式(5.4)可以看出,温度升高,一方面 可以增加谱线的强度,另一方面使单位体积内处于基态 的原子数目减少。原子电离是减少基态原子数的重要因 素。 5、基态原子数,单位体积内基态原子的数目和试样中的 元素浓度有关。在一定的试验条件下,谱线强度与被测 元素浓度成正比,这是发射光谱定量分析的依据。 给源演大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE
4、激发温度,由式(5.4)可以看出,温度升高,一方面 可以增加谱线的强度,另一方面使单位体积内处于基态 的原子数目减少。原子电离是减少基态原子数的重要因 素。 5、基态原子数,单位体积内基态原子的数目和试样中的 元素浓度有关。在一定的试验条件下,谱线强度与被测 元素浓度成正比,这是发射光谱定量分析的依据
五谱线的自吸与自蚀 样品中的元素产生发射谱线,首先必须让试样蒸发为气体。 高温激发源的激发下,气体处在高度电离状态,所形成的空 电荷密度大体相等,使得整个气体呈现电中性,这种气体在 理学中称为等离子体。在光谱学中,等离子体是指包含有分 子、原子、离子、电子等各种粒子电中性的集合体。 等离子体有一定的体积,温度分布是不均匀的。中心部位 温度高;边缘部位温度低。中心区域激发态原子多;边缘区域 基态原子、低能态原子比较多。这样,元素原子从中心发射一 定波长的电磁辐射时,必须通过有一定厚度的原子蒸气,在边 缘区域,同元素的基态原子或低能态原子将会对此辐射产生吸 收,此过程称为元素的自吸过程。 冷潮清商拿大多 HARBIN LNTVERSTTY OF COMMERCE
五、谱线的自吸与自蚀 样品中的元素产生发射谱线,首先必须让试样蒸发为气体。 在高温激发源的激发下,气体处在高度电离状态,所形成的空 间电荷密度大体相等,使得整个气体呈现电中性,这种气体在 物理学中称为等离子体。在光谱学中,等离子体是指包含有分 子、原子、离子、电子等各种粒子电中性的集合体。 等离子体有一定的体积,温度分布是不均匀的。中心部位 温度高;边缘部位温度低。中心区域激发态原子多;边缘区域 基态原子、低能态原子比较多。这样,元素原子从中心发射一 定波长的电磁辐射时,必须通过有一定厚度的原子蒸气,在边 缘区域,同元素的基态原子或低能态原子将会对此辐射产生吸 收,此过程称为元素的自吸过程
图5.1谱线自吸现象示意图 1.无自吸;2.有自吸;3.自蚀;4.严重自蚀 疮爾清月業大孕 HARBIN LNTVERSITY OP COMMERCE
图5.1 谱线自吸现象示意图 1.无自吸;2.有自吸;3.自蚀;4.严重自蚀