第三章原子发射光谱法.doc

第三章 原子发射光谱法 一．教学内容 1. 原子发射光谱法的发展概况、分析流程及特点2． 原子的能级、能级图、光谱项符号及光谱的产生3． 谱线的强度及影响因素4． 仪器的各部分及某些新技术5． 应用（定性、半定量、定量分析）6． 干扰效应及消除 二．重点与难点 1．光谱产生涉及的原子结构、能级、光谱项的概念及表示法2 影响谱线强度的各种因素及强度的表达式3． 各种激发源（包括ICP）的基本原理、特点及适应性4． 内标法的原理、关系式及相关条件的选择 三．教学要求 1． 较好掌握原子光谱的产生原理、能写出简单原子的光谱项及跃迁规律2． 掌握谱线强度的表达式、意义、影响因素及应用上的局限性3． 基本掌握仪器的各部分基本工作原理、工作流程4． 基本掌握ICP－AES的原理特点和应用5． 较好掌握光谱定性、半定量、定量分析6． 了解光谱法的干扰效应及消除方法 四．学时安排 5 学时 原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。 在一般情况下，用于1%以下含量的组份测定，检出限可达ppm，精密度为±10%左右，线性范围约2个数量级。但如采用电感耦合等离子体（ICP）作为光源，则可使某些元素的检出限降低至10-3 ~ 10-4ppm，精密度达到±1%以下，线性范围可延长至7个数量级。这种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。 第一节 基本原理 一、原子发射光谱的产生 原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得到发射光谱。原子发射光谱是线状光谱。 一般情况下，原子处于基态，通过电致激发、热致激发或光致激发等激发光源作用下，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 ，约经10-8 s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能量的发射可得到一条光谱线。 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。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。共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。 离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱。由于离子和原子具有不同的能级，所以离子发射的光谱与原子发射的光谱不一样。每一条离子线都有其激发电位。这些离子线的激发电位大小与电离电位高低无关。 原子谱线表中，罗马数Ⅰ表示中性原子发射光谱的谱线，Ⅱ表示一次电离离子发射的谱线，Ⅲ表示二次电离离子发射的谱线(例如Mg Ⅰ285.21nm为原子线，MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。 二、原子能级与能级图 原子光谱是原子的外层电子（或称价电子）在两个能级之间跃迁而产生。原子的能级通常用光谱项符号表示： n2s+1LJ 核外电子在原子中存在运动状态，可以用四个量子数n、l、m、ms来规定。主量子数n决定电子的能量和电子离核的远近。角量子数l 决定电子角动量的大小及电子轨道的形状，在多电子原子中也影响电子的能量。磁量子数m决定磁场中电子轨道在空间的伸展方向不同时电子运动角动量分量的大小。自旋量子ms数决定电子自旋的方向。 四个量子数的取值： n = 1，2，3 ((n； l = 0，1，2，(（n-1）相应的符号为s，p，d，f(； m = 0，1，2，( (l； ms = ( 1/2 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。同时各个价电子间还存在相互作用，光谱项用n，L，S，J四个量子数描述。 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，即 L = ( li 两个价电子耦合所的的总角量子数L与单个价电子的角量子数l1、 l2有如下的关系： L = （l1+l2），（l1+ l2-1），（l1+ l2-2）， ( (l1-l2( 其值可能：L=0，1，2，3，(，相应的谱项符号为S，P，D，F， (若价电子数为3时，应先把2个价电子的角量子数的矢量和求出后，再与第三个价电子求出其矢量和，就是3个价电子的总角量子数。 S 为总自旋量子数，自旋与自旋之间的作用也较强的，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 = (ms,i 其值可取0，±1/2，±1，±3/2， ( J 为内量子数，