第3章 原子光谱法导论（课件）- 《分析化学》同步教学（海洋大学版）

第 3 章 原子光谱法导论 Introduction to Atomic Optical Spectroscopy 原子的能级与能级图 谱线轮廓及变宽（重点） 温度对原子光谱的影响（重点、难点） 原子化的方法及试样的引入 §3.1 §3.2 §3.3 §3.4 本章内容 . 原子光谱法（Atomic spectroscopy methods）是基于激发（热能、 电能或光能） 下的气态原子的外层电子的能级间跃迁过程中吸 收或发射的特征谱线而建立的光学分析法。 . 研究与光谱线有关的特征物理量： 波长和强度 • 波长 — 定性 • 强度— 定量 . 原子光谱类型： • 原子发射光谱： 发射（吸收热能、激发以后回到基态时） • 原子荧光光谱： 发射（吸收光辐射、激发以后回到基态时） • 原子吸收光谱： 吸收（吸收光辐射、基态到激发态时） . 分析对象： 元素分析（Elemental analysis） 什么是原子光谱法？ 一、核外电子的运动状态描述 （1） 单价电子原子运动状态 n — 主量子数， 表示距原子核的距离， 决定电子能量； n=1，2， 3， … l — 角量子数，表示电子云的形状， 决定电子绕核运动的角动量 大小及轨道形状， l=0，1，2， …，(n-1) ml — 磁量子数， 表示磁场中电子云在空间的不同方向, 决定磁场 中电子运动在不同伸展方向的角动量分量， m=0，士1，士2, …，士l ms — 自旋量子数， 代表电子自旋的方向， 士1/2 3.1 原子的能级与能级图（自学复习） (3s)1 n= 3 l = 0 ml = 0 ms =+1/2 Na： (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1 （2） 多个价电子的运动状态 n — 主量子数； L— 总角量子数， 为 l 的矢量和： L=Σli ，如对于含2个价电子的原子： L=(l1 +l2)， (l1 +l2-1)， (l1 +l2-2)， …， |l1-l2 | S — 总自旋量子数， 为各个 ms 的矢量和： S=Σms 其值可取： 0， 1/2， 1， 3/2， 2， … J — 为内量子数， 轨道运动与自旋运动的相互作用， 即轨道磁距与 自旋磁距的相互作用而得出 。 即 ：J=L+S 具体求法是：J=(L+S)， (L+S-1)， (L+S-2)， …， |L-S| a) 当L S，J=L+S 到 L-S，有（2S+1）个取值 b) 当L<S，J=S+L 到 S-L，有（2L+1）个取值 一、核外电子的运动状态描述（自学复习） 价电子组态 n L S J 光谱项 基态(3s)1 3 0 1/2 1/2 32S1/2 激发态(3p)1 3 1 士1/2 3/2 、 1/2 32P3/2 、 32P1/2 激发态(3d)1 3 2 士1/2 5/2 、3/2 32D5/2 、 32D3/2 激发态(4f)1 4 3 士1/2 7/2 、 5/2 42F7/2、 42F5/2 二、光谱项： 在原子光谱分析中，原子或离子的运动状态 （所在的能级）通常用光谱项符号来表示： or n M LJ L-- 为总角量子数； M=2S+1， 称为谱线的多重性 n2S+1LJ n-- 为主量子数； S-- 为总自旋量子数； 3.1 原子的能级与能级图 （自学复习） Na (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1 32S1/2----32P3/2 32S1/2----32P1/2 Na ： 5889.96 Å 5895.93 Å J-- 为内量子数；又称光谱支项。 电子跃迁仅仅发生在一些确定的能级间，遵循一定的“选择 原则”： (1) 主量子数n变化，Δn为整数， 包括0。 (2) 总角量子数L的变化，ΔL= ±1 。 S P；P D；D F (3) 内量子数J变化，ΔJ=0， ±1 。但当J=0时， ΔJ=0的跃迁 是禁戒的。 (4) 总自旋量子数S的变化，ΔS=0， 即单重项只跃迁到单重 项， 三重项只跃迁到三重项。 42F5/2 42F7/2 Na (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1 32D3/2 32D5/2 !3 P1/2 3 P3/2 2 2 二、光谱项（自学复习） 32 S1/2 基态 激发态 波长/nm 32S1/2 32P1/2 589.59 32P3/2 588.99 32D3/2 ，5/2 342.11 42P1/2 330.29 42P3/2 330.23 52P