光譜分析儀的基本原理

　　一、原子光譜的產(chǎn)生

　　原子發(fā)射光譜分析是根據原子所發(fā)射的光譜來(lái)測定物質(zhì)的化學(xué)組分的。不同物質(zhì)由不同元素的原子所組成，而原子都包含著(zhù)一個(gè)結構緊密的原子核，核外圍繞著(zhù)不斷運動(dòng)的電子。每個(gè)電子處于一定的能級上，具有一定的能量。在正常的情況下，原子處于穩定狀態(tài)，它的能量是最低的，這種狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)。但當原子受到能量(如熱能、電能等)的作用時(shí)，原子由于與高速運動(dòng)的氣態(tài)粒子和電子相互碰撞而獲得了能量，使原子中外層的電子從基態(tài)躍遷到更高的能級上，處在這種狀態(tài)的原子稱(chēng)激發(fā)態(tài)。電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)所需的能量稱(chēng)為激發(fā)電位，當外加的能量足夠大時(shí)，原子中的電子脫離原子核的束縛力，使原子成為離子，這種過(guò)程稱(chēng)為電離。原子失去一個(gè)電子成為離子時(shí)所需要的能量稱(chēng)為一級電離電位。離子中的外層電子也能被激發(fā)，其所需的能量即為相應離子的激發(fā)電位。處于激發(fā)態(tài)的原子是十分不穩定的，在極短的時(shí)間內便躍遷至基態(tài)或其它較低的能級上。

　　當原子從較高能級躍遷到基態(tài)或其它較低的能級的過(guò)程中，將釋放出多余的能量，這種能量是以一定波長(cháng)的電磁波的形式輻射出去的，其輻射的能量可用下式表示：(1)E2、E1分別為高能級、低能級的能量，h為普朗克(Planck)常數;v及λ分別為所發(fā)射電磁波的頻率及波長(cháng)，c為光在真空中的速度。

　　每一條所發(fā)射的譜線(xiàn)的波長(cháng)，取決于躍遷前后兩個(gè)能級之差。由于原子的能級很多，原子在被激發(fā)后，其外層電子可有不同的躍遷，但這些躍遷應遵循一定的規則(即“光譜選律”)，因此對特定元素的原子可產(chǎn)生一系列不同波長(cháng)的特征光譜線(xiàn)，這些譜線(xiàn)按一定的順序排列，并保持一定的強度比例。光譜分析就是從識別這些元素的特征光譜來(lái)鑒別元素的存在(定性分析)，而這些光譜線(xiàn)的強度又與試樣中該元素的含量有關(guān)，因此又可利用這些譜線(xiàn)的強度來(lái)測定元素的含量(定量分析)。這就是發(fā)射光譜分析的基本依據。

　　二、發(fā)射光譜分析的過(guò)程

　　1.把試樣在能量的作用下蒸發(fā)、原子化(轉變成氣態(tài)原子)，并使氣態(tài)原子的外層電子激發(fā)至高能態(tài)。當從較高的能級躍遷到較低的能級時(shí)，原子將釋放出多余的能量而發(fā)射出特征譜線(xiàn)。這一過(guò)程稱(chēng)為蒸發(fā)、原子化和激發(fā)，需借助于激發(fā)光源來(lái)實(shí)現。

　　2.把原子所產(chǎn)生的輻射進(jìn)行色散分光，按波長(cháng)順序記錄在感光板上，就可呈現出有規則的光譜線(xiàn)條，即光譜圖。系借助于攝譜儀器的分光和檢測裝置來(lái)實(shí)現。

　　3.根據所得光譜圖進(jìn)行定性鑒定或定量分析。由于不同元素的原子結構不同，當被激發(fā)后發(fā)射光譜線(xiàn)的波長(cháng)不盡相同，即每種元素都有其特征的波長(cháng)，故根據這些元素的特征光譜就可以準確無(wú)誤的鑒別元素的存在(定性分析)，而這些光譜線(xiàn)的強度又與試樣中該元素的含量有關(guān)，因此又可利用這些譜線(xiàn)的強度來(lái)測定元素的含量(定量分析)。