1、第七章 原子发射光谱分析（AES） 7.1光学分析法概要 一、定义：光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。 二、电磁波谱： 射线： 5140pm； X射线 ： 10310nm； 光学区： 101000m； 其中：远紫外区 10200nm； 近紫外区 200380nm； 可见区 380780nm； 近红外区 0.782.5m； 中红外区 2.550m； 远红外区 501000m ； 微波： 0.1cm1m； 无线电波： 1m；,三、光学分析法分类 1.光谱分析方法： 基于测量辐射的波长及强度。这些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
2、辐射的本质，光谱法可分为分子光谱和原子光谱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。这个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。,根据其特征光谱的波长可进行定性分析,光谱的强度与物质的含量有关，可进行定量分析,7.2 原子发射光谱分析的基本原理,一般认为原子发射光谱是1860年德国学者基尔霍夫（Kirchhoff GR）和本生（Bunsen RW）首先发现的，他们利用分光镜研究盐和盐溶液在火焰中加热时所产生的特征光辐
3、射，从而发现了Rb和Cs两元素。其实在更早时候，1826年泰尔博（Talbot）就说明某些波长的光线是表征某些元素的特征。从此以后，原子发射光谱就为人们所注视。 在发射原子发射光谱以后的许多年中，其发展很缓慢，主要是因为当时对有关物质痕量分析技术的要求并不迫切。到了二十世纪三十年代，人们已经注意了到浓度很低的物质，对改变金属、半导体的性质，对生物生理作用，对诸如催化剂及其毒化剂的作用是极为显著的，而且地质、矿物质的发展，对痕量分析有了迫切的需求，促使AES迅速的发展，成为仪器分析中一种很重要的、应用很广的方法。而到了五十年代末、六十年代初，由于原子吸收分析法（AAS）的崛起，AES中的一些缺点
4、，使它显得比AAS有所逊色，出现一种AAS欲取代AES的趋势。但是到了七十年代以后，由于新的激发光源如ICP、激光等的应用，及新的进样方式的出现，先进的电子技术的应用，使古老的AES分析技术得到复苏，注入新的活力，使它仍然是仪器分析中的重要分析方法之一。,一、原子发射光谱的产生,在正常状态下，元素处于基态，元素在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱（线状光谱）；,特征辐射,基态元素M,激发态M*,热能、电能,E,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。不同物质由不同元素的原子所组成，而原子都包含着一个结构紧密的原子核，核外围
5、绕着不断运动的电子 。每个电子处于一定的能级上，具有一定的能量。在正常的情况下，原子处于稳定状态，它的能量是最低的，这种状态称为基态。当原子受到能量(如热能、电能等)作用时，原子由于与高速运动的气态粒子和电子相互碰撞而获得了能量，使原子中外层电子从基态跃迁到更高的能级上，处在这种状态的原子称激发态。电子从基态跃迁至激发态所需的能量称为激发电位，当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子核的束缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。,离子中的外层电子也能被激发，其所需的能量即为相应离子的激发电位 。处于激发态的原子是十分不稳定的，在极短的时间内便跃迁至基态或其它较低的能级上。当原子从较高能级跃迁
6、到基态或其它较低的能级的过程中，将释放出多余的能量，这种能量是以一定波长的电磁波的形式辐射出去的，其辐射的能量可用下式表示： E = E2E1= h=hc/ 7-1 E2 , E1分别为高能级、低能级的能量，h为普朗克(Planck)常数；v 及分别为所发射电磁波的频率及波长，c为光在真空中的速度。,Hg的原子光谱,每一条所发射的谱线的波长，取决于跃迁前后两个能级之差。由于原子的能级很多，原子在被激发后，其外层电子可有不同的跃迁，但这些跃迁应遵循一定的规则(即“光谱选律”)，因此对特定元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线，这些谱线按一定的顺序排列，并保持一定的强度比例。 光谱分析就是从识
7、别这些元素的特征光谱来鉴别元素的存在(定性分析)；而这些光谱线的强度又与试样中该元素的含量有关，因此又可利用这些谱线的强度来测定元素的含量(定量分析)。,Na 能级图,由各种高能级跃迁到同一低能级时发射的一系列光谱线；,K 元素的能级图,Mg 元素的能级图,二、发射光谱分析的过程 1使试样在外界能量的作用下转变成气态原子，并使气态原子的外层电子激发至高能态。当从较高的能级跃迁到较低的能级时，原子将释放出多余的能量而发射出特征谱线； 2对所产生辐射经过摄谱仪器进行色散分光，按波长顺序记录在感光板上，就可呈现出有规则的谱线条，即光谱图。 3根据所得光谱图进行定性鉴定或定量分析。Fe的光谱图,原子中外层电子（称为价电子或光电子）的能量分布是量子化的，所以E的值不是连续的，则光谱也是不连续的，因此，原子光谱是线光谱； 同一原子中，电子能级很多，有各种不同的能级跃迁，所以有各种E不同的值，即可以发射出许多不同或的辐射线。但跃迁要遵循“光谱选律”，不是任何能级之间都能发生跃迁； 不同元素的原子具有不同的能级构成，E不一样，所以光谱也不同，各种元素都有其特征的光谱线，从识别各元素的特征光谱线可以鉴定样品中元素的存在，这就是光谱定性分析； 元素特征谱线的强度与样品中该元素的含量有确定的关系，所以可通过测定谱线的强度确定元素在样品中的含量，这就是光谱定量分析；,必须明确以下几个问题,
