第5章 原子发射光谱法（课件）- 《分析化学》同步教学（海洋大学版）

第 5 章 原子发射光谱法 （Atomic Emission Spectrometry ，AES） §5. 1 AES的基本原理 §5.2 AES的光源种类及应用特点（重点、 难点） §5.3 AES检测方式及仪器类型 §5.4 AES定性、 定量分析方法 ICP-AES 本章要点 一、 原子发射光谱的产生 在热或电能激发下， 气态原子或离子的核外层电子获取足够的能 量后， 就会从基态跃迁到各种激发态， 处于各种激发态不稳定的电子 (寿命<10-8s)迅速回到低能态时， 就要释放出能量， 若以电磁辐射的形 气态激发态原子 、 离子的 核外层电子， 迅速回到低 能态时以光辐射的形式释 放能量 。 原子发射光谱 线状光谱 电能、 热能激发 气态原子、离子 的核外层电子由 基态跃迁至高能 态。 5. 1 AES基本原理 式释放能量， 既得到原子发射光谱。 Σhvi E0 E3 E2 E1 二、能级图: 由各种高能级跃迁到基态或低能级时发射的一系列光谱线。 5. 1 AES基本原理 Na (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)1 原子或离子的能级很多并且不同元素结构不同， 因此对特 定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱（定性分 析）， 并可以测定此特征谱线的强度（定量分析）。 元素不同 → 电子结构不同 → 光谱不同 → 特征光谱 AES的特点（与AAS相比）： • 定性、定量分析（AAS 、AFS 多用于定量分析） • 多元素同时分析检测 （AAS 单个元素） 5. 1 AES基本原理 三、谱线强度 电子在0 i 两能级间跃迁， 产生的谱线强度可表示为： 若激发是处于 热力学平衡状态时，单位体积的基态原子数N0 与 激发态原子数Ni 之间遵守Boltzmann 分布定律: gi 、g0 — 激发态和基态的统计权重 Ei — 激发电位 k—Boltzmann常数 T— 温度K Ni 单位体积内高能态原子数 Ai 为跃迁几率 υi 为发射谱线的频率 h 为Planck 常数 Ii = N0 gi/g0 e-Ei/kTAihυi 5. 1 AES基本原理 Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT 此式为谱线强度的基本公式。 将（ 2 ） 代入（ 1 ）得： Ii= NiAihυi （1） （2） 影响谱线强度的因素: Ii = N0 gi/g0 e-Ei/kTAihυi （1） 统计权重 g：I ∝g ，g=2J+1 J为光谱支项， 即内量子数 （2） 跃迁几率Ai： A 一般在10-8 ~10-9 s-1 （3） 激发电位Ei： Ei ↑ , 处于该能量状态的原子数↓ , 故存在 Ei ↑ , I ↓ （4） 激发温度： T ↑ , I ↑ ;但T ↑ , 电离原子数也↑ , 导致原子线I↓ （5） 基态原子数 N0： I ∝ N0 ； 又N0 ∝ c， 因此 c ↑ , I ↑ 前三项由待测物原子自身的性质决定， 如核电荷数、 外层电子 、 轨道状态等。 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因 素是温度 。 因此 ，AES分析中要严格控制 好温度。 三、谱线强度 光谱） • 分光 • 分析检测（定性和定量） 5.2 AES的光源种类及应用特点 • 化合物解离（基态原子） 激发（激发态原子） 基态（发射 AES仪器 主要组成： 光源 (样品) AES 分析的一般步骤: 单色器 检测器 • 光源要求： 比较稳定， >5000K， 重现性好， 背景小， 谱线 简单， 安全 原子化喻M+ N 激发喻 M* + N* 发射原子光谱 喻M+ N 激发喻 M（m+）* + N（n-）* 发射离子光谱 喻 Mm+ + Nn- 使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射。 ★ AES光源的作用 Mm Nn (s) 喻Mm Nn (g) 喻Mm+ + Nn- 5.2 AES的光源种类及应用特点 • 光源类型： 一、直流电弧: 接触引燃，二次电子发射放电 （了解） 直流电作为激发能源，电压150 ～380 V， 电流5～ 30A； 两支石墨电极作为阴阳两极，试样放臵在一支电极（下电极）的凹槽 内； 使分析间隙的两电极接触或用导体接触两电极， 通电， 电极尖端被烧 热， 点燃电弧，然后使电极相距4 ～ 6mm； 电弧点燃后， 热电子流高速通过分析间隔冲击阳极， 产生高热， 试样 蒸发并原子化， 电子与原子碰撞电离出正离子冲向阴极 。 电子 、原子 、 离