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第七章 原子发射光谱分析 (Atomic Emission Spectrometry, AES) §7-1 光学分析概述 一、电磁辐射和电磁波谱 1．电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它是检测物质内在微观信息的最佳信使。 2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式： 3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。 （1）光谱分析方法： 　　 基于测量辐射的波长及强度。 光谱是由于物质的原子或分子的特定能级的跃迁所产生的， 根据其特征光谱的波长------定性分析 光谱的强度与物质的含量有关------定量分析 根据辐射能量传递的方式，光谱方法又可分为发射光谱、吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱等等。 （2）非光谱分析法： 　　 不涉及光谱的测定，即不涉及能级的跃迁，而主要是利用电磁辐射与物质的相互作用。引起电磁辐射在方向上的改变或物理性质的变化，而利用这些改变可以进行分析。 如：利用物质与电磁辐射的相互作用测定电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法 三、发射光谱与吸收光谱 §7-2 原子发射光谱分析原理 原子发射光谱分析是根据原子所发射的光谱来测定物质的化学组分的。 一、原子发射光谱的产生 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M* ?? M + hv 通过测量物质的激发态原子发射光谱线的波长和强度进行定性和定量分析的方法叫发射光谱分析法。 根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同，发射光谱法有许多技术， 常规方法：用火焰、电弧、等离子体等作为激发源， 使被测物质原子化并激发气态原子或离子的外层电子，使其发射特征的电磁辐射， 利用光谱技术记录后进行分析的方法叫原子发射光谱分析法，波长范围一般在190~900nm。 原子一般处于基态，在激发光源作用下，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 ，处于激发态的原子不稳定，约经10-8 s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能量以一定波长的电磁波形式辐射，辐射能量： 每一条发射谱线波长，取决于跃迁前后两能级之差。 原子有很多能级，原子被激发后，外层电子可能有不同的跃迁，但均遵循一定的规则，（光谱选律)，对特定的元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线或光谱组，这些谱线按一定顺序排列，并保持一定的强度比例。 原子的各能级是不连续的（量子化），电子跃迁也是不连续的，这是导致原子光谱是线状光谱的根本原因。 原子发射光谱分析的基本依据： 根据物质中不同原子的能级跃迁所产生的光谱线来研究物质的化学组成。 从识别元素特征光谱来鉴别元素------ 光谱定性分析。 光谱线的强度与试样中该元素的含量有关，可利用谱线强度测定元素的含量------ 光谱定量分析。 原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要的能量称为激发电位(Excitation potential)。 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(resonance line)。 §7-3 原子发射光谱分析仪器 一、光源(Light source)： 对试样的蒸发和激发提供所需能量。 1. 提供足够的能量，把试样中组分蒸发解离为气态原子 2. 使气态原子激发，产生特征光谱。 光源是影响光谱分析灵敏度和准确度的重要因素。 目前常用的光源有直流电弧(DC arc)、交流电弧(AC arc)、电火花(electric spark)、激光光源、电感耦合高频等离子体（ICP）等等。 1. 直流电弧(150-380V, 5-30A) 直流电弧的最大优点是电极头温度相对比较高（4000至7000K，与其它光源比），蒸发能力强（70多种元素激发）、绝对灵敏度高、背景小，适宜于定性分析及低含量杂质测定。 缺点是放电不稳定，且弧较厚，自吸现象严重，再现性差，不适宜定量分析及低熔点元素分析。 2. 交流电弧 （高压2000-4000V，低压110-220V） 与直流相比，交流电弧的电极头温度稍低一些，但弧温较高，出现的离子线比直流电弧中多。由于有控制放电装置，故电弧较稳定。广泛用于定性、定量分析中，但灵敏度稍差。这种电源常