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光譜分析儀的基本原理

日期：2024-10-28 18:55
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摘要：
一(yi)、原子光譜(pu)的產生
原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)發(fa)射光(guang)譜分(fen)析是根據原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)所(suo)發(fa)射的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)譜來測定物(wu)質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化學組(zu)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。不(bu)同物(wu)質由(you)不(bu)同元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)所(suo)組(zu)成，而原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)都包含著(zhu)一個(ge)結(jie)構緊密的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)核，核外圍繞著(zhu)不(bu)斷運動的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi) 。每個(ge)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)(chu)于(yu)(yu)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)級(ji)上(shang)，具有一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)。在正常的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況下，原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)處(chu)(chu)于(yu)(yu)穩(wen)定狀態(tai)，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)是*低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，這(zhe)種(zhong)狀態(tai)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)基態(tai)。但當原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)受到能(neng)(neng)量(liang)（如(ru)熱能(neng)(neng)、電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)等）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用時，原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)由(you)于(yu)(yu)與(yu)高速運動的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣態(tai)粒子(zi)(zi)(zi)(zi)和電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)相互碰撞而獲得了(le)能(neng)(neng)量(liang)，使(shi)(shi)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)中外層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)從基態(tai)躍(yue)遷(qian)到更(geng)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)級(ji)上(shang)，處(chu)(chu)在這(zhe)種(zhong)狀態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)稱(cheng)(cheng)激(ji)發(fa)態(tai)。電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)從基態(tai)躍(yue)遷(qian)至激(ji)發(fa)態(tai)所(suo)需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)激(ji)發(fa)電(dian)(dian)(dian)位，當外加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)足夠大時，原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)脫離(li)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)核的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)束縛(fu)力，使(shi)(shi)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)成為(wei)(wei)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)，這(zhe)種(zhong)過(guo)程稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)離(li)。原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)失去一個(ge)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)成為(wei)(wei)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)時所(suo)需要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)**電(dian)(dian)(dian)離(li)電(dian)(dian)(dian)位。離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)外層(ceng)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)也(ye)能(neng)(neng)被(bei)激(ji)發(fa)，其所(suo)需的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)即為(wei)(wei)相應離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)發(fa)電(dian)(dian)(dian)位 。處(chu)(chu)于(yu)(yu)激(ji)發(fa)態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)是十分(fen)不(bu)穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，在極短的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時間內便躍(yue)遷(qian)至基態(tai)或其它(ta)較(jiao)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)級(ji)上(shang)。
當原子(zi)從較(jiao)高能(neng)級(ji)躍(yue)遷到基(ji)態或其(qi)它(ta)較(jiao)低的(de)(de)(de)(de)能(neng)級(ji)的(de)(de)(de)(de)過程中，將釋放出(chu)多余的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)能(neng)量(liang)(liang)是(shi)以一(yi)定(ding)波(bo)長的(de)(de)(de)(de)電(dian)磁波(bo)的(de)(de)(de)(de)形式輻射(she)出(chu)去(qu)的(de)(de)(de)(de)，每一(yi)條(tiao)所發射(she)的(de)(de)(de)(de)譜(pu)(pu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)波(bo)長，取決于躍(yue)遷前后兩個能(neng)級(ji)之差。由于原子(zi)的(de)(de)(de)(de)能(neng)級(ji)很(hen)多，原子(zi)在(zai)被(bei)激發后，其(qi)外層(ceng)電(dian)子(zi)可(ke)有不同的(de)(de)(de)(de)躍(yue)遷，但這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)(xie)躍(yue)遷應遵循一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)規(gui)則(ze)（即(ji)“光(guang)譜(pu)(pu)選律”），因此對特(te)定(ding)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)原子(zi)可(ke)產(chan)生一(yi)系(xi)列不同波(bo)長的(de)(de)(de)(de)特(te)征光(guang)譜(pu)(pu)線(xian)，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)(xie)譜(pu)(pu)線(xian)按(an)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)順序(xu)排列，并保持一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)強度(du)比例。光(guang)譜(pu)(pu)分(fen)析(xi)就是(shi)從識別這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)(xie)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)特(te)征光(guang)譜(pu)(pu)來(lai)鑒(jian)別元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)（定(ding)性(xing)分(fen)析(xi)），而這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)(xie)光(guang)譜(pu)(pu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)強度(du)又與試樣(yang)中該(gai)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)有關，因此又可(ke)利用(yong)這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)(xie)譜(pu)(pu)線(xian)的(de)(de)(de)(de)強度(du)來(lai)測(ce)定(ding)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)（定(ding)量(liang)(liang)分(fen)析(xi)）。這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)就是(shi)發射(she)光(guang)譜(pu)(pu)分(fen)析(xi)的(de)(de)(de)(de)基(ji)本(ben)依(yi)據。
二、發射光(guang)譜分析的過程(cheng)
1．把試樣在(zai)能量(liang)的作用下(xia)蒸發、原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)化（轉變成氣態(tai)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)），并使(shi)氣態(tai)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)的外層電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)激發至高能態(tai)。當(dang)從較高的能級躍遷到較低的能級時(shi)，原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)將釋放出多余的能量(liang)而發射出特征譜線。這一過(guo)程稱為蒸發、原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)化和激發，需借助于激發光源來實現。
2．把原子(zi)所(suo)產生的輻射(she)進行色散分光(guang)，按波長順序記錄在感光(guang)板(ban)上，就(jiu)可呈現出(chu)有(you)規則的光(guang)譜(pu)線條，即(ji)光(guang)譜(pu)圖(tu)。系借助于攝譜(pu)儀器的分光(guang)和檢測裝置來實現。
3．根據(ju)所得光(guang)(guang)譜(pu)圖進行定性鑒(jian)定或定量分析。    由于不同(tong)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)原子結構不同(tong)，當被(bei)激發(fa)后發(fa)射(she)光(guang)(guang)譜(pu)線的(de)(de)(de)(de)波長不盡相同(tong)，即每(mei)種元(yuan)素(su)都有其特(te)征的(de)(de)(de)(de)波長，故根據(ju)這(zhe)些(xie)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)特(te)征光(guang)(guang)譜(pu)就可(ke)以準確無(wu)誤的(de)(de)(de)(de)鑒(jian)別元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)存在（定性分析），而這(zhe)些(xie)光(guang)(guang)譜(pu)線的(de)(de)(de)(de)強度又(you)與(yu)試樣中該元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)含量有關，因此又(you)可(ke)利用這(zhe)些(xie)譜(pu)線的(de)(de)(de)(de)強度來測定元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)含量（定量分析）。