文档介绍：原子发射光谱分析
(Atomic Emission Spectrometry, AES)
分析对象:大多数金属原子;利用光子的发射现象;外层电子;线状光谱(line spectrum)。
概述
定义:AES是据每种原子或离子在热或电激发下,发射出特征的电磁辐射而进行元素定性和定量分析的方法。
历史:1859年德国学者KIRCHHOFF和BENSEN——分光镜;随后30年——定性分析; 1930年以后——定量分析
特点:
多元素检测(multi-element) :
分析速度快: 多元素检测; 可直接进样; 固、液样品均可
选择性好(selectivity):Nb与Ta;Zr与Ha,Rare-elements
检出限(detection limit, DL)低: 10-(或mg/mL),ICP-AES可达ng/mL级
准确度高(accuracy):一般5-10%,ICP可达1%以下。
所需试样量少;
线性范围宽(linear range),4-6个数量级:
无法检测非金属元素----O、S、N、X(处于远紫外);P、Se、Te-----难激发,常以原子荧光法测定)
一、原子发射光谱的产生
1、过程
a) 能量(电或热、光)—基态原子
b) 外层电子(outer electron) (低能态E1 高能态E2)
c) 外层电子(低能态E1 高能态E2)
d) 发出特征频率(n)的光子:
DE = E2-E1 = hn =hc/l
2、几个概念
激发电位(excited potential):由低能态--高能态所需要的能量,以eV表示。每条谱线对应一激发电位。
原子线:原子外层电子的跃迁所发射的谱线,以I表示, 如Na(I)
共振线(resonance linre):由激发态——基态(ground state)跃迁所产生的谱线,激发电位最小—最易激发—谱线最强。
电离(ionization)、电离电位(ionization potential)和离子线:原子受激后得到足够能量而失去电子—电离;所需的能量称为电离电位;离子的外层电子跃迁—离子线。以II,III,IV等表示。
二、原子能级与能级图(energy level diagram)
原子能级通常以光谱项(spectral term)符号来表示:
n2S+1L2J+1
核外电子的运动状态描述:
单个价电子(valence electron)运动状态
以四个量子数(quantum number)描述:
n:主量子(main quantum)数,电子能量及距原子核的距离;n=1,2,3,…
l:角量子(azimuthal quantum)数,电子角动量大小,及轨道形状(空间伸展方向)l=0,1,2,…,(n-1)
m: 磁量子(ic quantum)数,角动量分量,磁场中电子轨道的空间伸展方向,m=0,±1, ±2,…, ±l
ms: 自旋量子(spin quantum)数,电子自旋的方向,±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的失量和:L=Sli
如2个价电子,l1,l2: L=(l1+l2),(l1+l2-1),(l1+l2-2),…,|l1-l2|;
S:总自旋量子数,为各个ms的失量和:S=Sms
其值可取:0,±1/2,±1,±2/3,±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|
当L³S,J=L+S到L-S,有2S+1个取值
当L<S,J=S+L到S-L,有2L+1个取值
因此:描述多个价电子的运动状态可用下列光谱项来表示:
n2S+1LJ
其中2S+1称为光谱的多重性(multiplet)
例一:单价电子(Na, Mg(I))
钠原子及Mg+(I)能级图
Na: 3s1(外层)----(3s1,4s,5s….)-(3p,4p,5p…)-(3d,4d,5d…)…
a) S=+1/2或-1/2; L=l=0; J=L+S=0+1/2=1/2 2S 1/2
b) S=+1/2或-1/2; L=l=1; J=[L+S, L-S]=3/2, 1/2 2P1/2, 2P3/2
c) S=+1/2或-1/2; L=l=2; J=[L+S, L-S]=5/2, 3/2 2D3/2, 2D5/2
产生双重线(doublet):如Na, Li, Mg(I)
对Na, Mg(I):
32S1/2-------32P3/2 Na nm(D2线) Mg(I