第十一章 原子发射光谱法

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1、第十一章原子发射光谱法(AtomicEmissionSpectrometryAES)§11－1光学分析法概论光学分析法（OpticalAnalysis）是基于电磁辐射与物质相互作用后产生的辐射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量和结构的一类分析方法。一、电磁辐射的性质电磁辐射是一种以极大的速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的能量。它有各种形式，最易辨认的是光和辐射热现象，不太明显的电磁波有：无线电波、微波、紫外线以及X射线等。1、电磁辐射的波动性和粒子性电磁辐射具有波动性，可用下列参数描述：周期т；频率ν

2、；波长λ；波数σ；传播速度v；电磁辐射具有粒子性：当电磁辐射与物质相互作用时常常显示出辐射是由一小份一小份能量构成的，称为光子或量子。普朗克在1900年提出量子论，把光的波动性和粒子性统一起来；式中：h为普朗克常数，等于6.626×10-34J.s；c为光速在真空中为2.9979×1010cm·s－1；λ为波长；ν为频率；2、辐射与物质的作用（1）吸收当辐射能作用于基本粒子（原子、分子或离子）后，粒子选择性的吸收了某特定频率的辐射能量，由低能级（基态）跃迁至较高能级（激发态），这种现象称为吸收。吸收必须满足的条件：

3、被吸收的辐射能应恰等于粒子基态与激发态之间的能量差，即Ej-E0=△E＝hx+hνx*（2）发射发射过程正好与吸收过程相反，当物质吸收能量后从基态跃迁至激发态，激发态是不稳定的，大约经10－8s后将从激发态跃迁回至基态，此时若以光的形式释放出能量，该过程称为发射。X*X+hν（3）散射光辐射通过介质时并不被介质所吸收，仅仅引起离子、原子或分子极化而把辐射能瞬间保留（约10-14~10-15秒），随后又向四周发射，粒子恢复原状，这就是散射现象。(a)丁铎尔散射：光通过大质点（如胶体悬浮液等）时发生的散射。由于颗粒直

4、径与λ数量级相当，散射光很强，肉眼都能观察到，这就是丁铎尔效应。(b)分子散射：通常透明介质的原子或分子的大小比辐射光的波长小得多，当光通过透明介质（分子或分子聚集体）时产生的散射。包括瑞利散射和拉曼散射。（4）折射和反射（5）干涉和衍射瑞利散射：光子与分子发生弹性碰撞，没有能量的损失或增加，仅有方向的改变。拉曼散射：对散射光进行研究发现，占总强度约1%的散射光发生了频率改变，它们的频率低于或高于原来入射的频率，这种频率的改变反映了分子内振动转动能级的改变，因而可用于分子结构的研究，这种方法就叫拉曼光谱法，用激光作

5、光源的拉曼光谱法称为激光拉曼光谱法。二、光学分析法的分类1、光谱法基于物质与辐射能相互作用时，物质内部发生量子化的能级之间的跃迁，并测量由此而产生的发射、吸收或散射光谱的波长和强度而进行分析的方法。光谱法分为原子光谱和分子光谱。原子光谱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。分析方法有：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱以及X射线荧光光谱法等。分子光谱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。分析方法有：红外吸收光谱、紫外－可见吸收光谱、分子荧光和磷光光谱法等。2

6、、非光谱法物质与辐射能相互作用时，没有能级间的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质如：折射、偏振面的旋转等，非光谱法是以测量光的这些性质变化如折射、散射、干涉、衍射和偏振等变化的分析方法。分析方法有：折射法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。§11－2原子发射光谱分析的基本原理一、原子光谱的产生原子的核外电子一般处在基态运动，当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到激发态，由此产生原子吸收光谱。处于电子激发态不稳定（寿命小于10-8s），迅速回到基态时，若以光的形式释放出多余的能量，即得到

7、原子发射光谱。吸收的能量必须满足：ΔE=E2-E1=hc/λ=hυ激发电位:电子从低能级跃迁至高能级所需的能量（电子伏eV）.电离电位：当外加的能量足够大时原子外层电子从基态跃迁至无限远，也即脱离了原子核的束缚，发生了电离，电离所需的能量称为电离电位。失去一个外层电子成为离子所需的能量称为一级电离电位；离子还可继续失去第二个外层电子成为二级离子或三级离子，所需能量为二级电离电位或三级电离电位。二、原子光谱的分析意义原子光谱是原子外层电子在不同能级间跃迁的结果。由于原子能级很多，原子被激发后其外层电子可

8、有不同的跃迁，但跃迁必须遵循光谱选律规则，因此特定元素的原子可产生一系列不同波长的谱线，不同的元素有不同的电子结构，因而有不同的特征光谱。以此可进行元素的定性分析；选择特征光谱中的特征谱线作为分析线，测定其强度，以此进行定量分析。钠原子核外电子组成为：(1S)2(2S)2(2P)6(3S)1跃迁遵循选择定则：1．主量子数n变化，Δn为整数，包括0。2．总角量