三章原子發(fā)射光譜法預(yù)備知識(shí)原子發(fā)射光譜法ppt課件

1、 第三章第三章 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法 3.1 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí) 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法atomic emission spectrometry,AES是根據(jù)待測物質(zhì)的是根據(jù)待測物質(zhì)的氣態(tài)原子被蒸發(fā)時(shí)所發(fā)射的特征線狀光氣態(tài)原子被蒸發(fā)時(shí)所發(fā)射的特征線狀光譜的波長及其強(qiáng)度來測定物質(zhì)的元素組譜的波長及其強(qiáng)度來測定物質(zhì)的元素組成和含量的一種分析技術(shù)，一般簡稱為成和含量的一種分析技術(shù)，一般簡稱為發(fā)射光譜分析法。發(fā)射光譜分析法。1.電磁輻射電磁輻射 電磁輻射是以巨大速度通過空間，不需電磁輻射是以巨大速度通過空間，不需要以任何物質(zhì)作為傳播媒介的一種能量。要以任何物質(zhì)作為傳播媒介的一種能量。近代研

2、究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電磁輻射既近代研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電磁輻射既具有波的性質(zhì)，也具有粒子的性質(zhì)，該具有波的性質(zhì)，也具有粒子的性質(zhì)，該二重性可以被波動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一起來。二重性可以被波動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一起來。（1電磁輻射的波動(dòng)性電磁輻射的波動(dòng)性 根據(jù)經(jīng)典物理的觀點(diǎn)：電磁波是具有相根據(jù)經(jīng)典物理的觀點(diǎn)：電磁波是具有相同位相的兩個(gè)互相垂直的振動(dòng)矢量。同位相的兩個(gè)互相垂直的振動(dòng)矢量。一個(gè)是沿一個(gè)是沿y軸方向變化的電場矢量軸方向變化的電場矢量E，一，一個(gè)是沿個(gè)是沿Z軸方向變化的磁場矢量軸方向變化的磁場矢量H、E和和H都與電磁波的傳播方向垂直，如圖都與電磁波的傳播方向垂直，如圖3-1所示。所示。圖3-1因?yàn)檩椛涞耐干?，反?/p>

3、，折射和吸收等因?yàn)檩椛涞耐干?，反射，折射和吸收等現(xiàn)象，都是由于電磁輻射的電場同物質(zhì)現(xiàn)象，都是由于電磁輻射的電場同物質(zhì)中電子相互作用的結(jié)果，因此一般情況中電子相互作用的結(jié)果，因此一般情況下僅用電場矢量下僅用電場矢量E表示輻射就可以了。表示輻射就可以了。在討論磁共振時(shí)，以磁矢量處理更為方在討論磁共振時(shí)，以磁矢量處理更為方便。便。描述電磁波的物理參數(shù)波參數(shù)為：描述電磁波的物理參數(shù)波參數(shù)為：a. 周期周期T：兩個(gè)相鄰矢量極大或極：兩個(gè)相鄰矢量極大或極 小通過空間固定點(diǎn)所需小通過空間固定點(diǎn)所需 的時(shí)間間隔叫做輻射的周的時(shí)間間隔叫做輻射的周 期。單位為秒期。單位為秒s）。）。b. 頻率頻率:為空間某點(diǎn)的電

4、場每秒鐘為空間某點(diǎn)的電場每秒鐘到達(dá)正極大值的次數(shù)，即每秒輻射到達(dá)正極大值的次數(shù)，即每秒輻射振蕩的次數(shù)。振蕩的次數(shù)。 =1/T，單位為，單位為s-1或赫茲或赫茲1Hz即為即為1s-1）。）。c. 波長：相鄰兩極大或極小值之間波長：相鄰兩極大或極小值之間的距離。所用單位隨著不同的電磁的距離。所用單位隨著不同的電磁波區(qū)而不同。常用的單位有波區(qū)而不同。常用的單位有cm）m10cm10A).m10,nm().m10.m(108096納米d. 波數(shù)波數(shù): 每厘米內(nèi)波的數(shù)目每厘米內(nèi)波的數(shù)目, 即單位即單位距離中極大值的數(shù)目距離中極大值的數(shù)目, 它等于以厘它等于以厘米為單位的真空中的波長的倒數(shù)米為單位的真空中

5、的波長的倒數(shù). 單位為單位為cm-1 e. 傳播速度傳播速度v: 波在一秒鐘內(nèi)通過的波在一秒鐘內(nèi)通過的距離距離, 由于波每秒有由于波每秒有v次振動(dòng)，而每次振動(dòng)，而每秒振動(dòng)通過的距離為秒振動(dòng)通過的距離為, 所以所以v = v （3-1）1 輻射的頻率只決定于輻射源輻射的頻率只決定于輻射源,而與而與介質(zhì)無關(guān)介質(zhì)無關(guān). 傳播速度傳播速度v和波長和波長則與介質(zhì)有關(guān)則與介質(zhì)有關(guān), 隨著輻射通過不同的介質(zhì)而不同隨著輻射通過不同的介質(zhì)而不同, 從式從式(3-1)可知可知, 輻射通過介質(zhì)時(shí)輻射通過介質(zhì)時(shí), 它它的波長與其傳播速度成正比的波長與其傳播速度成正比,即即)23(2211cvv 式中式中c和和分別為輻

6、射在真空中傳分別為輻射在真空中傳 播的速度和波長，所有的電磁輻射播的速度和波長，所有的電磁輻射 在真空中傳播的速度相同在真空中傳播的速度相同, 其數(shù)值為其數(shù)值為 2.9981010cms-1 (2) 電磁輻射的粒子性電磁輻射的粒子性 電磁輻射的傳播以及反射、衍射電磁輻射的傳播以及反射、衍射干涉等現(xiàn)象都可以用波動(dòng)性來解釋干涉等現(xiàn)象都可以用波動(dòng)性來解釋 電磁輻射的吸收和發(fā)射等同物質(zhì)電磁輻射的吸收和發(fā)射等同物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象，則不能用波的模型相互作用的現(xiàn)象，則不能用波的模型來解釋。這是必須將其看作是不連續(xù)來解釋。這是必須將其看作是不連續(xù)的能量微粒，即光子或光量子，光子的能量微粒，即光子或光量子，光子

7、具有能量具有能量h，具有動(dòng)量，具有動(dòng)量h/c，每個(gè)，每個(gè)光子的能量光子的能量E或或與相應(yīng)的頻率與相應(yīng)的頻率及波長有如下關(guān)系及波長有如下關(guān)系: E()= h=hc/ =hc(3-3) 光子的動(dòng)量光子的動(dòng)量p與波長的關(guān)系為與波長的關(guān)系為: p = h /c = h/(3-4) 能量與動(dòng)量體現(xiàn)了電磁輻射具有粒能量與動(dòng)量體現(xiàn)了電磁輻射具有粒 子性。從子性。從(3-4)式可以看出式可以看出 普朗克公式把屬于粒子概念的光量子普朗克公式把屬于粒子概念的光量子能量能量E同屬于波動(dòng)概念的輻射頻率或波同屬于波動(dòng)概念的輻射頻率或波長聯(lián)系起來了，這就是電磁輻射波粒兩長聯(lián)系起來了，這就是電磁輻射波粒兩象性的統(tǒng)一。象性的

8、統(tǒng)一。 （a光量子能量光量子能量E與波長成反比與波長成反比 波長波長長長 光量子能量光量子能量E小小 (頻率頻率低低) 波長波長短短 光量子能量光量子能量E大大 (頻率頻率高高) E1/ (b) 光量子的能量光量子的能量E與波數(shù)與波數(shù)成正比，成正比， 因而可用因而可用cm-1為單位來表示能量為單位來表示能量 的高低的高低 當(dāng)光子能量當(dāng)光子能量=1ev時(shí)時(shí), 其波數(shù)為其波數(shù)為: (lev: 常用作高能量光電子的能量常用作高能量光電子的能量單位單位, 其定義為其定義為: 一個(gè)電子在真空中一個(gè)電子在真空中通過通過1V電壓降所獲得的能量電壓降所獲得的能量)13103419cm10067. 810997

9、. 210626. 610602. 11/hcE2. 電磁波譜電磁波譜: 定義定義: 電磁輻射按波長順序排列電磁輻射按波長順序排列, 稱為電磁波譜。稱為電磁波譜。 說明說明: 詳細(xì)的電磁波譜區(qū)詳細(xì)的電磁波譜區(qū), 包括名包括名 稱、波長范圍、能量大小、稱、波長范圍、能量大小、 相應(yīng)的能級(jí)躍遷類型及對(duì)相應(yīng)的能級(jí)躍遷類型及對(duì) 應(yīng)的光譜類型。應(yīng)的光譜類型。 波譜的各種區(qū)域是依產(chǎn)生或觀測輻波譜的各種區(qū)域是依產(chǎn)生或觀測輻射的方法來劃分的，但波譜區(qū)的界限射的方法來劃分的，但波譜區(qū)的界限卻是按習(xí)慣人為規(guī)定的，并不是按有卻是按習(xí)慣人為規(guī)定的，并不是按有關(guān)物理現(xiàn)象明顯突變來確定的。因而，關(guān)物理現(xiàn)象明顯突變來確定的

10、。因而，不同文獻(xiàn)所提供的波譜區(qū)界限往往有不同文獻(xiàn)所提供的波譜區(qū)界限往往有些出入，區(qū)域之間也有重疊。些出入，區(qū)域之間也有重疊。圖圖3-2 x紫外區(qū)紫外區(qū)可見光區(qū)可見光區(qū)紅外區(qū)紅外區(qū)波譜區(qū)波譜區(qū) 高頻高頻輻射區(qū)輻射區(qū)200nm400nm750nm光學(xué)光譜區(qū)光學(xué)光譜區(qū)分子、振動(dòng)、分子、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷電子自旋電子自旋核自旋能核自旋能 級(jí)躍遷級(jí)躍遷3. 光譜的分類光譜的分類 1) 本質(zhì)上分根據(jù)電磁輻射的本質(zhì)），本質(zhì)上分根據(jù)電磁輻射的本質(zhì)）， 光譜方法可分為：光譜方法可分為： a. 原子光譜原子光譜 氣態(tài)原子氣態(tài)原子 b. 分子光譜分子光譜 氣態(tài)或液態(tài)分子氣態(tài)或液態(tài)分子 （原子和分子是產(chǎn)生

11、光譜的基本粒子（原子和分子是產(chǎn)生光譜的基本粒子, 由于他們的結(jié)構(gòu)不同由于他們的結(jié)構(gòu)不同, 其光譜特性其光譜特性 也不同）也不同）2) 作用機(jī)理作用機(jī)理(根據(jù)輻射能量傳遞根據(jù)輻射能量傳遞的方式的方式)光譜方法有可分為光譜方法有可分為: a. 發(fā)射光譜發(fā)射光譜 b. 吸收光譜吸收光譜 c. 拉曼光譜拉曼光譜(a) 光的散射光的散射: 用單色光照射透明的用單色光照射透明的樣品時(shí)，大部分按原來的方向透射，樣品時(shí)，大部分按原來的方向透射，而一小部分則按不同的角度散射開而一小部分則按不同的角度散射開來，該現(xiàn)象稱為光的散射散射是來，該現(xiàn)象稱為光的散射散射是光子與試樣分子相互作用的結(jié)果）光子與試樣分子相互作用的結(jié)果）(b) 瑞利散射瑞利散射: 如果在相互作用時(shí)如果在相互作用時(shí)(指指光子與試樣分子間光子與試樣分子間)，光子與分子，光子與分子之間沒有能量交換，則光子的動(dòng)能之間沒有能量交換，則光子的動(dòng)能保持不變保持不變, 散射光的頻率散射光的頻率2與入射與入射光光1相同相同(1=2)，僅光子的運(yùn)動(dòng)，僅光子的運(yùn)動(dòng)方向改變，這種散射叫瑞利散射。方向改變，這種散射叫瑞利散射。(c) 拉曼光譜：如果光子與試樣分子在拉曼光譜：如果光子與試樣分子在相互作用時(shí)，光子與分子之間發(fā)生能相互作用時(shí)，光子與分子之間發(fā)生能量交換，