仪器分析第三章AES.ppt

第三章 原子发射光谱法(AES)(Atomic Emission Spectrometry) 学习目的 通过本章学习应明确原子发射光谱研究的对象，掌握原子发射光谱法的基本原理、基本概念及基本仪器结构；理解发射光谱的产生及谱线强度与待测物质浓度之间的关系；掌握AES的定性、定量分析依据及分析方法。 本章主要内容 3.1 AES概述 3.2 AES的基本原理 3.3 光谱分析的仪器 3.4 AES定性分析法 3.5 AES定量分析法 3.6 火焰光度法简介 3.1 原子发射光谱法概述 原子发射光谱法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和强度来测定物质的元素组成和含量的一种分析技术，是元素分析法的一种，属于原子光谱，线状。简称发射光谱分析法。 一、发射光谱分析过程 1.试样蒸发、解离、激发产生辐射 2.色散分光形成光谱 3.检测记录光谱 4.根据光谱进行定性和定量分析 二、AES的特点和应用 1.选择性好 由于每种元素都有一些可供选用而不受其他元素谱线干扰的特征谱线，只要选择适当的分析条件，一次摄谱可以同时测定多种元素。发射光谱可分析元素周期表中70多种元素。 2.灵敏度高、精密度好 3.取样量少、分析速度快 应用： 金属材料、无机材料、陶瓷材料等金属元素分析，还能测定Cl、Br、I、S等非金属元素。 3.2 原子发射光谱基本原理 一、原子光谱基本知识简介 光学原子光谱法主要包括下列分析方法： ①原子发射、吸收、荧光光谱法；②原子质谱法；③X-射线光谱法。 这些方法都是用来确定物质中元素的存在（定性）和测量它们的含量（定量分析）。即元素分析法。 除X-射线光谱法外，其余方法都要求将试样中的元素转化为气态原子或简单离子，然后测定其吸收或发射光谱。 光学原子光谱法是基于原子外层电子能级的跃迁，并建立原子发射、吸收和荧光光谱分析信号与待测组分含量的函数关系。主要研究与光谱线有关的特征物理量：波长与强度。光谱线的波长（或频率）是定性分析的基础，谱线的强度（I）是定量分析的依据。 1.激发能、电离能、共振线、主共振线、原子线和离子线 在室温下，物质所有的原子都处于基态，通过火焰、ICP、电弧或火花等的热能可将它们原子化后并激发至激发态。激发态的原子不稳定，寿命很短约10-8～10-9s，在它返回基态时伴随发射一个辐射光子，产生发射光谱线。 ①电子从激发态向基态跃迁产生的谱线，叫共振线。 ②电子从第一激发态向基态跃迁产生的谱线，叫主共振线。 ③将原子中的一个外层电子从基态激发至激发态所需的能量称为激发能。原子由激发态跃迁回基态产生的谱线为原子线。在光谱学中用罗马数字“Ⅰ”表示。 ④外加能量足够高时，可以把原子中的外层电子激发至无穷远处，即脱离原子核的束缚而逸出，使原子成为带正电荷的离子，此过程称为电离。 使原子电离所需要的最小能量称为电离能。 当失去一个外层电子时，称为“一次电离”，产生的谱线叫一次电离离子线，用“Ⅱ”表示。 2.原子能级与能级图 原子光谱是原子外层电子在两个能级之间跃迁而产生的。原子的能级通常用光谱项符号来表示： n2S+1LJ ①原子中单电子的波函数通常叫做原子轨道； ②若考虑电子自旋运动，则描述一个核外电子的状态需要四个量子数，即n、l、m、ms，再根据保里原理、能量最低原理和洪特规则，可得出核外电子的排布，这种电子排布称之为组态。说明了原子中各个单电子的状态。但不足以说明整体的原子状态。 ③有多个价电子的原子，它的每一个价电子都可能跃迁而产生光谱。这些核外电子之间存在着相互作用，其中包括电子轨道之间的相互作用，电子自旋运动之间的相互作用以及轨道运动和自旋运动之间的相互作用等，因此原子的核外电子排布并不能准确的表征原子的能量状态，原子的能量状态需要用以n、L、S、J等四个量子数为参数的光谱项来表征。 n—为主量子数 L—为总角量子数。其数值为外层价电子角量子数l的矢量和，L=0,1,2,3,4‥分别对应的光谱项符号是S、P、D、F、G‥ S—为总自旋量子数。多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数ms的矢量和。S=0, ±1/2, ±1, ±3/2‥ J—为内量子数，由轨道运动和自旋运动的相互作用而得出的。其数值为L和S的矢量和。 当L≥S时，J可取2S+1个数值，所以光谱项符号左上角的（2S+1）称为光谱项的“多重性”。即它在L≥S时可表示一个光谱项所含光谱支项的数目。 ④由于一条谱线是原子外层电子在两个能级之间的跃迁产生的，故一条谱线可由两个光谱项符号表示，例如钠原子的双线 Na 588.996nm 32P3/2 → 32S1/2 Na 589.593nm 32P1/2 →