原子光谱谱线展宽的测不准关系

原子光谱谱线展宽的测不准关系

（实用版）

目录

一、引言

二、原子光谱谱线展宽的原因

三、测不准关系

四、结论

正文

一、引言

原子光谱谱线展宽是指原子在吸收或发射光子时，其谱线宽度变宽的现象。这个现象与原子内部电子的能级结构密切相关。在原子光谱谱线展宽的研究中，测不准关系是一个重要的概念。本文将从原子光谱谱线展宽的原因入手，探讨测不准关系在其中的作用。

二、原子光谱谱线展宽的原因

原子光谱谱线展宽主要是由于电子在原子中的运动不稳定所导致的。在原子中，电子分布在不同的能级上，当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射一个光子。这个过程会导致原子光谱谱线的展宽。具体来说，原子光谱谱线展宽的原因主要有两个：

1.多普勒效应：原子在吸收或发射光子时，由于热运动等原因，会导致原子的速度发生变化，从而产生多普勒效应。多普勒效应会使得原子光谱谱线发生展宽。

2.量子不确定性：根据海森堡不确定性原理，粒子的位置和动量不能同时被精确测量。在原子光谱谱线展宽的过程中，电子的跃迁涉及到能量和动量的变化，因此量子不确定性也会导致原子光谱谱线的展宽。

三、测不准关系

测不准关系是指在测量一个物理量时，另一个物理量的不确定性会增加。在原子光谱谱线展宽的研究中，测不准关系体现在以下两个方面：

1.能量不确定性：由于量子不确定性，电子的能量不能被精确测量，因此原子光谱谱线的展宽能量也会存在不确定性。

2.宽度不确定性：原子光谱谱线展宽的宽度受到多普勒效应和量子不确定性的影响，因此其宽度也存在不确定性。

四、结论

原子光谱谱线展宽的测不准关系是原子光谱研究的一个重要概念。

原子吸收分光光度法基本原理

原子吸收分光光度法基本原理 一. 原子吸收光谱的产生及共振线 在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态），称为基态（E0= 0）。当原子吸收外界能量被激发时，其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级上，原子的这种运动状态称为激发态。处于激发态的电子很不稳定，一般在极短的时间（10-8-10-7s）便跃回基态（或较低的激发态），此时，原子以电磁波的形式放出能量： (1) 图1 原子光谱的发射和吸收示意图 共振发射线：原子外层电子由第一激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振发射线；

共振吸收线：原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的一定波长的谱线称为共振吸收线； 共振线：共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。 由于第一激发态与基态之间跃迁所需能量最低，最容易发生，大多数元素吸收也最强； 因为不同元素的原子结构和外层电子排布各不相同，所以“共 振线” 也就不同， 各有特征，又称“特征谱线”，选作“分析线”。 二. 原子吸收值与原子浓度的关系 （一）吸收线轮廓及变宽 图2 基态原子对光的吸收 若将一束不同频率，强度为I0 的平行光通 过厚度为1cm的原子蒸气时，一部分光被吸收，

(2) 透射光的强度Iν仍服从朗伯-比尔定律： 式中：Kν——基态原子对频率为的光的吸收系数，它是光源辐射频率的ν函数 由于外界条件及本身的影响，造成对原子吸收的微扰，使其吸收不可能仅仅对应于一条细线，即原子吸收线并不是一条严格的几何线（单色λ），而是具有一定的宽度、轮廓，即透射光的强度表现为一个相似于下图的频率分布： 图3 Iν与ν的关系 若用原子吸收系数Kν随ν变化的关系作图得到吸收系数轮廓图：

仪器分析考前复习题答案

1、指示电极和工作电极有何区别？如何定义？（5分） 用来指示电极表面待测离子的活度，用于测定过程中溶液本体浓度不发生变化的体系的电极，称为指示电极。用来发生所需要的电化学反应或响应激发信号，用于测定过程中本体浓度会发生变化的体系的电极，称为工作电极。主要区别是：测定过程中溶液本体浓度是否发生变化。因此，在电位分析法中的离子选择电极、极谱分析法中的滴汞电极都称为指示电极。在电解分析法和库仑分析法的铂电极上，因电极反应改变了本体溶液的浓度，故称为工作电极。 2、比较化学滴定、电位滴定、库仑滴定之间的异同。（5分） 普通的化学滴定法是依靠指示剂颜色变化来指示滴定终点。如果待测溶液有颜色或浑浊时，终点的指示就比较困难，或者根本找不到合适的指示剂。 而电位滴定法是在滴定过程中，通过测量电位变化以确定滴定终点的方法，和直接电位法相比，电位滴定法不需要准确的测量电极电位值，因此，温度、液体接界电位的影响并不重要，其准确度优于直接电拉法。但是在滴定到达终点前后，滴液中的待测离子浓度往往连续变化n 个数量级，引起电位的突跃，被测成分的含量仍然通过消耗滴定剂的量来计算。 库仑滴定是指在特定的电解液中，以电极反应的产物作为滴定剂（电生滴定剂，相当于化学滴定中的标准溶液）与待测物质定量作用，借助于电位法或指示剂来指示滴定终点。 与其他的滴定相比，库仑滴定并不需要化学滴定和其它仪器滴定分析中的标准溶液和体积计量，简化了操作过程；库仑滴定中的电量较为容易控制和准确测量；沉定剂来自于电解时的电极产物，可实现容量分析中不易实现的沉定过程；方法的灵敏度、准确度较高；易于实现自动滴定等特点。 3、极谱定性、定量的依据是什么。（5分） 极谱定性分析的依据是：在一定条件下，每种物质的半波电位是个固定值，不因该物质在电解液中所含的浓度不同而不变化。 定量分析根据极谱扩散电流方程和极谱波方程式 极谱扩散电流方程?==ττ06 13221607)(1)(c t m nD dt i i t d d 平均 当温度、底液及毛细管特性不变时，极限扩散电流与浓度成正比，这既是极谱定量分析的依据。极谱波方程式a d c d de i i i i nF RT )()(ln 21--+=?? 4、盐桥的作用是什么?对盐桥中的电解质有什么要求?（5分） 主要作用是：1.在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触，减免和稳定液接电位（当组成或活度不同的两种电解质接触时，在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层，这样产生的电位差称为液体接界扩散电位，简称液接电位）,使液接电位减至最小以致接近消除.2.防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位。

氢原子光谱

氢（氘）原子光谱 侯建强 （南京大学匡亚明学院理科强化部2010级，学号：101242015） 1.引言 光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢光谱测量的结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础，对原子物理学和量子力学的发展起过重要作用。1932年尤里根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄谱分析，发现氢的同位素氘的存在。通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原子理论可靠性的标准和测量其他基本物理常数的依据。 2.实验目的 （1）熟悉光栅光谱仪的性能和用法； （2）用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末系数的波长，求里德伯常数。 3.实验原理 1.氢原子光谱 氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在102Pa 左右)，可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式 42 2 0-=n n H λλ （1） 式中λH 为氢原子谱线在真空中的波长。 λ0＝364.57ｎｍ是一经验常数。 ｎ取3，4，5等整数。 若用波数表示，则上式变为 ??? ? ?-==22 1211~n R v H H H λ （2） 式中ＲH 称为氢的里德伯常数。 根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得 )/1()4(23202 42M m ch z me R z += πεπ （3） 式中Ｍ为原子核质量，ｍ为电子质量，e 为电子电荷，c 为光速，h 为普朗克常数，ε0为真空介电常数，z 为原子序数。 当M →∞时，由上式可得出相当于原子核不动时的里德伯常数(普适的里德伯常数) 3202 42)4(2ch z me R πεπ= ∞ （4） 所以

TDLAS技术

TDLAS技术 1 光谱学基本概念 (1) 2 光谱的线型函数及谱线加宽 (2) 3 甲烷的吸收谱线 (5) 4 TDLAS技术原理 (5) 6 基于TDLAS的气体检测 (8) 可调谐激光二极管的分类及特性 (8) 6.2残余调制光强对气体吸收光谱线型的影响 (10) 1 光谱学基本概念 光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。对光谱最早的研究是牛顿进行的色散实验，他通过玻璃棱镜把太阳光分解成从红光到紫光各种颜色的光谱。其后夫琅和费也观察到了光谱线。 根据研究光谱方法的不同，把它分为发射光谱学、吸收光谱学和散射光谱学： 发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。 吸收光谱的范围很广，大约从10纳米到1000微米。在200纳米到800纳米的光谱范围内，可以观测到固体、液体和溶液的吸收。这些吸收有的是连续的，称为一般吸收光谱；有的显示出一个或多个吸收带，称为选择吸收光谱。 在散射光谱学中，喇曼光谱学是最为普遍的光谱学技术。当光通过物质时，除了光的透射和吸收外，还观测到光的散射。在散射光中除了包括原来入射光的频率外，还包括一些新的频率。这种产生新频率的散射称为喇曼散射，其光谱称为喇曼光谱。从喇曼光谱中可以得到分子振动能级与转动能级结构的知识。 根据光谱学的理论，每种原子都有其自身的一系列分立的能态，每一能态都有一定的能量。把氢原子光谱的最小能量定为最低能量，这个能态称为基态，相应的能级称为基能级。当原子以某种方式从基态提升到较高的能态

多普勒谱线展宽.

2. 多普勒谱线展宽 谱线展宽主要有自然展宽、碰撞展宽和多普勒展宽。多普勒展宽直接于气体分子速度分布律有关，这一效应首先被里普奇（Lippich）在1870年提出，瑞利经过多年研究得到定量公式。下面就导出多普勒谱线型函数。 假设发出激光的原子静止时其发光频率为，当原子以vx的速度沿x轴向“接受器”运动时，由于多普勒效应使得“接受器”收到的频率为： （14） c 由于不同原子的vx不同，所以“接受器”收到的是不同频率的光，使得激光谱线以为中心被展宽。由麦克斯韦速度分量分布律可以得到，速度x分量在vx—的分子数比率为： （15） 令代表其辐射频率落在附近单位频率间隔内的发光原子数比率，则有 与辐射强度成正比。将和代入（15）式，可得 式中就是多普勒展宽的线型函数。 下面看一个例子。 例1：试由来自星体的光谱线或多普勒宽度确定星体的温度。 解：静止原子由激发态回到基态发出的光波的频率决定于两个态的能级差：为普朗克常数。由于原子在运动，因而发射出来的光的频率不再是而是一个分布，也就是谱线增宽了。一个以速度v运动的原子，沿x轴发射的光的频率与及vx的关系为 ， 式中c为光速。横向产生的多普勒效应比纵向小得多而可以忽略。由于在 之间的光强与速度分量在之间的原子数目dNX 成正比，即 dNx 由麦氏分布律 因而

上式表示原子发光的强度，由于多普勒效应引起的谱线强度按频率的分布，分布函数随频率变化的曲线如图1所示， 图1 原子光谱中谱线的多普勒加宽 它是对v0的一个对称分布曲线。物理上定义与谱线极大值I0的一半相对应的两个频率v2与v1之差称为谱线的宽度这里也称为多普勒线宽。由 解得 所以 2ln2kT)1/2 2mc 由上式可知，多普勒宽度与原子的质量m及原子所处系统的温度T有关。若由实验测得了来自星体原子光谱的多普勒宽度及原子的质量m就可知道星体的温度T：

ICP原理及应用

ICP原理及应用 1. 原子光谱的理论基础 光谱分析是根据物质的特征光谱来研究物质的化学组成、结构和存在状态的一类分析领域，它可分为原子发射光谱分析、原子吸收光谱分析、分子发射光谱分析、分子吸收光谱分析、X射线荧光光谱分析、原子和分子荧光光谱分析、红外和拉曼光谱分析等各类分析方法。 原子发射光谱分析是根据试样物质中气态原子（或离子）被激发以后，其外层电子辐射跃迁所发射的特征辐射能（不同的光谱），来研究物质化学组成的一种方法。常称为光谱化学分析，也简称为光谱分析。 1. 1 原子的结构和辐射跃迁 原子光谱是原子内部运动的一种客观反映,原子光谱的产生与原子的结构密切有关。在原子光谱分析时，最被关心的是光谱线波长的选择，以及所选光谱线的强度，而谱线的波长以及影响谱线强度的因素与原子结构密切相关。因此，一个光谱分析工作者有必要对原子结构及辐射跃迁过程有所了解。 早在19世纪中，人们已积累了一些原子光谱的实践知识。Bunsen及Kirchhoff最先将分光镜应用于元素的鉴定及分析，并将元素与特征谱线相联系，认识到线光谱是原子发射的。1913年Bohr提出了原子结构学说，其要点如下： 9) 电子绕核作圆周运行，可以有若干个分立的圆形轨道，在不同轨道上运行的电子处于不同的能量状态。在这些轨道上运行的电子不辐射能量，即处于定态。在多个可能的定态中，能量最低的态叫基态，其它称为激发态 10) 原子可以由某一定态跃迁至另一定态。在此过程中发射或吸收能量，两态之间的能量差等于发射或吸收一个光子所具有的能量，即 =E2-E1νh 上式称为Bohr频率条件。式中，E2 > E1。如E2为起始态能量，则发射辐射；如E2为终止态能量，则吸收辐射。h为planck常数（6.6262×10-34J?S）。 的正整数倍。即π必须等于h/2Φ17) 原子可能存在的定态只能取一些不连续的状态，即电子只能沿着特定的轨道绕核旋转。在这些轨道上，电子的轨道运动角动量P =ΦP ）??（n=1，2，3πn?h/2 此式称为Bohr量子化规则，n称为主量子数据。 Bohr的原子结构学说以及以后的量子力学逐步完善了原子的结构理论。人们认识到：电子在能级间的跃迁时就产生谱线。若电子由低能级向高能级跃迁时就产生吸收光谱，电子由高能级向低能级跃迁时，就产生发射光谱。 例如右图所示的钠离子有高于基态2.2ev和3.6ev的两个激发态（ev为“电子伏特”，表征能量高低），当处于基态的钠原子受外界能量激发时，原子核外的电子跃迁到高能级的激发态，

仪器分析第二版(刘志广)部分课后答案

1.简述色谱基础理论中的塔板理论和速率理论 塔板理论是由以下四个假设构成的：1、在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。2、流动相（如载气）进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm）。3、所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。4、分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。速率理论：是由荷兰学者范弟姆特等提出的。结合塔板理论的概念，把影响塔板高度的动力学因素结合进去，导出的塔板高度H与载气线速度u的关系：Cu uBAH其中：A 称为涡流扩散项，B 为分子扩散项，C 为传质阻力项涡流扩散项A 气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。由于A=2λdp ，表明A 与填充物的平均颗粒直径dp 的大小和填充的不均匀性λ有关，而与载气性质、线速度和组分无关，因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。分子扩散项B/u 由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空间中，在“塞子”的前后( 纵向) 存在着浓差而形成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。而B=2rDg r 是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数( 弯曲因子) ，D g 为组分在气相中的扩散系数。分子扩散项与D g 的大小成正比，而D g 与组分及载气的性质有关：相对分子质量大的组分，其D g 小, 反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根，所以采用相对分子质量较大的载气( 如氮气) ，可使B 项降低，D g 随柱温增高而增加，但反比于柱压。弯曲因子r 为与填充物有关的因素。传质项系数Cu C 包括气相传质阻力系数C g 和液相传质阻力系数C 1 两项。所谓气相传质过程是指试样组分从移动到相表面的过程，在这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。 2. 色谱法区别于其他分析方法的主要特点是什么？ 色谱法是以其高超的分离能力为特点，他的分离效率远远高于其他分离技术如蒸馏、萃取、离心等方法。色谱法有许多优点：⑴分离效率高；⑵应用范围广；⑶分析速度快；⑷样品用量少；⑸灵敏度高；⑹分离和测定一次完成，可以和多种波谱分析仪器联用。 3.根据速率理论，提高色谱柱效的途径有哪些？ 范氏方程式对于分离条件的选择具有指导意义，填充均匀程度，固定相（担体）粒度，载气种类，载气流速、柱温、固定相液膜厚度等因素对色谱柱效能，峰扩张程度都有影响。组分在色谱柱内运行的多路径及浓度梯度造成的分子扩散和组分在气、液两相间的质量传递不能瞬间达到平衡，是造成色谱扩张、柱效能下降的主要原因。 4.色谱分离过程中的热力学和动力学因素分别由哪两个参数表现出来？两个色谱峰的保留时间较大就一定能够分离完全吗？ 色谱分离过程中的热力学因数是是保留值之差，而区域宽度是色谱分离过程中的动力学因数，他们分别是通过分离度和分配系数这两个参数表现出来的。不一定能分离完全，判断两个峰能否分离完全是用分离度来表现的，当分离度R=1.5时，分离程度达到99.7%，为相邻两峰完全分离的标准。 5. 某气相色谱柱的范第姆特方程式中的常数如下：A=0.01cm，B=0.57cm2·s－1，C=0.13s。计算最小塔板高度和最佳线速度。 答：H= A + B/u + Cu, H≥A + 2(BC)1/2，其中，B/u = Cu时，等式成立。代入参数， H=0.55cm ；u=2.09cm/s。 6.某物质色谱峰的保留时间为65秒，半峰宽为5.5秒。若柱长为3米，则该柱子的理论塔板数多少？答：n = 5.54(t R/Y1/2)2，代入各数据，得n=774

原子吸收光谱法基本原理

原子吸收光谱法模块1 原子吸收光谱法基本原理 仪器结构：光源；检测系统；分光系统；原子化系统 一、 原子吸收法定义 原子吸收法是一种利用元素的基态原子对特征辐射线的吸收程度进行定量的分析方法。 测定对象：金属元素及少数非金属元素。 二、原子吸收光谱的产生 当有光辐射通过自由原子蒸气，且入射光辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般 情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中吸收能量，产生吸收，电子由基态跃 迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。 原子吸收光谱是原子由基态向激发态跃迁产生的原子线状光谱。 分光法：分子或离子的吸收为带状吸收。 原子法：基态原子为线状吸收。 三、原子吸收光谱几个重要概念 共振吸收线:当电子吸收一定能量从基态跃迁到第一激发态时所产生的吸收谱线，称为共振吸收线，简 称共振线。 共振发射线：当电子从第一激发态跃回基态时，则发射出同样频率的光辐射，其对应的谱线称为共振 发射线，也简称共振线。 分析线：用于原子吸收分析的特征波长的辐射称为分析线，由于共振线的分析灵敏度高，光强大常作 分析线使用。 （亦称为特征谱线） 四、原子吸收线的形状（光谱的轮廊 ） 原子对光的吸收是一系列不连续的线，即原子吸收光谱。 原子吸收光谱线并不是严格几何意义上的线，而是具有一定的宽度。 νI ν0I 频率为ν0的入射光和透过光的强度 νK 原子蒸气对频率ν0的入射光的吸收系数 L 原子蒸气的宽度 吸收线轮廓——描绘吸收率随频率或波长变化的曲线。 发射线轮廓——描绘发射辐射强度随频率或波长变化的曲线。 原子吸收光谱的轮廓以原子吸收谱线的中心频率和半宽度来表征。 中心频率：曲线极大值对应的频率υ0 峰值吸收系数:中心频率所对应的吸收系数 吸收线的半宽度：指在中心频率处，最大吸收系数一半处，吸收光谱线轮廓上A 、B 两点之间的频率差。 吸收曲线的半宽度△υ的数量级约为0.001~0.01nm 五、影响原子吸收谱线变宽的原因 （1）自然变宽ΔνN 不同谱线有不同的自然宽度,在多数情况下,自然宽度约相当于10-5nm 数量级。在没有外界影响的情况 下，光谱线本身具有的宽度称为谱线的自然宽度。 （2）多普勒变宽ΔνD （热变宽）由于原子在空间作无规则热运动而引起的谱线的变宽称为多普勒变宽。 （3）劳仑兹变宽ΔνL(压力变宽） 由产生吸收的原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起谱线的变宽。 六、原子吸收值与待测元素浓度的定量关系 1、积分吸收 ：原子吸收光谱产生于基态原子对特征谱线的吸收。将原子蒸气所吸收的全部辐 射能量称为积分吸收，即图中吸收线下面所包括的整个面积。通过测量吸收线的面积可以测量 出基态原子的吸收，这种测量方法称为积分吸收。 2、峰值吸收 峰值吸收是指基态原子蒸气对入射光中心频率线的吸收。峰值吸收的大小以峰值吸收系数 K0 表示。在一定实验条件下，基态原子蒸气的峰值吸收与试液中待测元素的浓度成正比，因此可以通过峰值 吸收的测量进行定量分析。 A B ννν-=∆L K e I I ννν-=

原子光谱的谱线宽度测量与分析

原子光谱的谱线宽度测量与分析引言： 原子光谱是研究物质性质和结构的重要手段之一。在原子光谱中，谱线宽度是 一个重要的参数，它反映了原子能级的寿命和能级间的相互作用。本文将介绍原子光谱的谱线宽度测量与分析的方法和意义。 一、谱线宽度的定义 谱线宽度是指谱线在频率或波长上的宽度范围。它由多种因素决定，包括自然 线宽、多普勒展宽、压力展宽和碰撞展宽等。自然线宽是由于不确定性原理导致的，它是原子能级寿命的量度。多普勒展宽是由于原子热运动引起的频率偏移，它与原子的速度有关。压力展宽是由于原子与周围分子碰撞引起的频率偏移，它与气体的压力有关。碰撞展宽是由于原子与其他原子或分子碰撞引起的频率偏移，它与碰撞概率有关。 二、谱线宽度测量的方法 1. 光学光谱法 光学光谱法是最常用的测量谱线宽度的方法之一。它利用光谱仪测量谱线的强 度分布，并通过拟合曲线来确定谱线的宽度。这种方法简单易行，适用于不同波长范围的谱线测量。 2. 激光光谱法 激光光谱法是一种高精度的谱线宽度测量方法。它利用激光器产生的窄线宽激 光与待测谱线进行干涉，通过干涉条纹的宽度来确定谱线的宽度。这种方法具有高分辨率和高灵敏度的特点，适用于对细微谱线的测量。 三、谱线宽度分析的意义

1. 能级寿命的研究 谱线宽度反映了原子能级的寿命，通过测量和分析谱线宽度可以研究原子能级 的寿命和能级间的跃迁过程。这对于理解原子的内部结构和相互作用具有重要意义。 2. 分子结构的研究 谱线宽度与分子的结构和动力学过程密切相关。通过测量和分析谱线宽度可以 研究分子的振动、转动和电子结构等性质，对于分子结构的研究具有重要意义。 3. 环境监测和物质分析 谱线宽度可以用于环境监测和物质分析。通过测量和分析谱线宽度可以确定物 质的成分和浓度，对于环境污染和物质检测具有重要意义。 四、谱线宽度测量与分析的挑战 谱线宽度测量与分析面临着一些挑战。首先，谱线宽度通常很小，需要高分辨 率的仪器和精确的测量方法。其次，谱线宽度受到多种因素的影响，需要准确地区分各种展宽机制。最后，谱线宽度的测量和分析需要对谱线的形状和背景进行修正，以提高测量的准确性和可靠性。 结论： 原子光谱的谱线宽度测量与分析是研究物质性质和结构的重要手段之一。通过 测量和分析谱线宽度，可以研究原子能级的寿命和能级间的相互作用，研究分子的结构和动力学过程，进行环境监测和物质分析。谱线宽度的测量与分析面临着一些挑战，需要高分辨率的仪器和精确的测量方法，准确地区分各种展宽机制，并进行谱线形状和背景的修正。通过不断改进测量技术和分析方法，我们可以更好地理解原子光谱的谱线宽度，推动原子光谱研究的发展。

光谱谱线频率加宽机理简析

光谱谱线频率加宽机理简析 【摘要】按照量子理论能级量子化观点。当原子由高能级向较低能级跃迁时，发射光子的能量和频率是确定的值，这意味着光源中大量原子的跃迁体现在光谱相片上，每一条谱线都应该是一条条没有宽度的“几何线”，实际上分立的吸收谱线或者发射谱中的谱线的并非一条没有宽度的“几何线”，而是有一定的宽度，说明谱线的频率并不是唯一确定值，而是有一定的范围，本文试图对此作出解释。 【关键词】自然加宽；碰撞加宽；多普勒加宽；飞行时间加宽【中图分类号】g617 【文章标识码】d 【文章编号】1326-3587（2011）11-0013-03 引言 光谱线是由原子由高能级想较低能级跃迁时所发出的谱线，按照辐射跃迁定则谱线的能量和频率应该是一定的，辐射发光应该是单色的，即它的功率全部集中在一个频率 = 上。而实际上分立的吸收谱或者发射谱线并非单色的，这可由实验证明，如图一所示：光谱仪中的色散棱镜使各种不同波长的光落到底片上不同的位置，得到不同的光谱，每一条光谱与一定的原子跃迁相对应。而任何一条谱线都具有有限的谱线宽度，这意味着原子发射的光，是在频率 = 附近某个频率范围内，称为频率加宽，实验还表明，不仅各条谱线的宽度不同，而且就每一条谱线而言，在有限宽度的频率

范围内，光强的相对分布也不一样，对于谱线的加宽可以用1）自然加宽2）碰撞加宽3）多普勒加宽4）飞行时间加宽给出解释。一、自然加宽 由于激发态能级具有自由发射跃迁引起的有限寿命，而使自发发射的谱线加宽，称为自然加宽。 因为能级位置是通过测量原子发射或吸收谱线而得到的，谱线的加宽就意味着能级存在一定的宽度。按照量子力学理论：能级的宽度△e与该能级的平均寿命满足时间一能量测不准关系。 △e ≥（1） 其中△e表示能量的不确定量，表示体系性质快慢的特征时间，而不是测量能量所用的时间。 由（1）式可知，某能级的平均寿命越小，则能级宽度△e越大，反之，寿命越大，能级宽度月小。一般来说，大多数能级的平均寿命约为10-8秒数量级，但也有些原子的某几个能级达到平均寿命比较长，约为10-4秒数量级的104倍，称为亚稳态由（1）式可估算出 =10-8s的能级的宽度 △e≈≈≈6.63×10-26s-1 由△e=h ，可得△e=h△。当原子由此加宽能级向某个末态能级跃迁时，谱线频率宽度：△t= = ≈10-8hz， 对于原子能级平均寿命与光谱频率宽度的关系也可以由傅立叶 变换得出。设原子持续发光时间为△t发光的频率宽度为。光的振

光谱线展宽的物理机制

光谱线展宽的物理机制 摘要 本文首先介绍了原子光谱的形成和原子谱线的轮廓，以及用来定量描述谱线轮廓的三个物理量——谱线强度、中心频率和谱线半高宽。 接下来对光谱线展宽的各种物理机制作了定性或定量地分析。详细地推导了谱线的自然展宽、多普勒展宽（高斯展宽）和洛伦兹展宽的半高宽公式。并推导出了佛克脱半高宽、多普勒半高宽和洛伦兹半高宽之间的关系式。给出了赫鲁兹马克展宽（共振展宽）的半高宽公式。定性地分析了谱线的自吸展宽。以类氢离子为例说明了同位素效应引起的同位素展宽。定性地分析了原子的核自旋对谱线宽度的影响。说明了在有外电场或内部不均匀强电场存在的情况下谱线会产生斯塔克变宽，在有外磁场存在的情况下谱线会产生塞曼变宽。 最后对光谱线展宽的各种物理机制做了一个简单的总结，指出光谱线展宽的实质是光的频率发生了变化，各种新频率光的叠加导致了光谱线的展宽。并说明了对光谱线展宽的物理机制的研究，在提高光的单色性和物理量测量等方面具有重要的意义。 关键词：谱线展宽；物理机制；谱线轮廓；半高宽

THE PHYSICAL MECHANISM OF SPECTRAL LINE BROADENING ABSTRACT Firstly, we introduce the formation of atomic spectrum and the outline of atomic spectral line in this paper, as well as three physical quantities—intensity of spectral line, center frequency and half width of spectral line profile which are used to describe spectral line profile quantitatively. Next we analyze various physical mechanism of spectral line broadening qualitatively or quantitatively. The natural half width of spectral line, half width of Doppler spectral line profile (Gaussian spectral line profile) and half width of Lorentz spectral line profile are derived detailedly. And the relationship of half width of Voigt spectral line profile, half width of Doppler spectral line profile and half width of Lorentz spectral line profile is also derived detailedly. We introduce Holtsmark broadening (resonance broadening) and give half width of Holtsmark spectral line profile. It is introduced qualitatively how the Self-absorption broadening affects spectral line profile. Taking Hydrogenic ions for an example, we explain isotope broadening caused by Isotope effect. Spectral line broadening caused by nuclear spin is analyzed qualitatively. Stark effect can cause Stark broadening when there is external electric field or internal non-uniform strong electric field, and Zeeman effect can cause Zeeman broadening when there is external magnetic field. Finally, we make a summary on the physilcal mechanism of spectral line broadening, pointing out spectral line broadening is essentially a change in the frequency of spectral lines, and superposition of various spectral lines having a new frequency component leads to

仪器分析答案武汉大学

仪器分析答案武汉大学 【篇一：分析化学》下册武汉大学等编(第五版)作业参 考答案】 t>第2章光谱分析法导论 2-1 光谱仪一般由几部分组成？它们的作用分别是什么？参考答案：（1）稳定的光源系统—提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发，产生光谱；（2）试样引入系统 （3）波长选择系统（单色器、滤光片）—将复合光分解成单色光或 有一定宽度的谱带；（4）检测系统—是将光辐射信号转换为可量化 输出的信号；（5）信号处理或读出系统—在显示器上显示转化信号。 2-2 单色器由几部分组成，它们的作用分别是什么？参考答案：（1）入射狭缝—限制杂散光进入； （2）准直装置—使光束成平行光线传播，常采用透镜或反射镜；（3）色散装置—将复合光分解为单色光； （4）聚焦透镜或凹面反射镜—使单色光在单色器的出口曲面上成像；（5）出射狭缝—将额定波长范围的光射出单色器。 2-5 对下列单位进行换算： － （1）150pm z射线的波数（cm1）（2）li的670.7nm谱线的频 率（hz） － （3）3300 cm1波数对应的波长（nm）（4）na的588.995nm谱线相应的能量（ev）参考答案： （1）?? 1 ? c ? 1?17?1 cm?6.67?10cm ?10 150?10 3.0?101014 (hz)?4.47?10(hz) （2）????7 ?670.7?10 （3）??

1 ? ? 1 (cm)?3.03?10?4(cm)?3030(nm) 3300 6.625?10?34?3.0?108 (ev)?2.1(ev) （4）e?h??9?19 ?588.995?10?1.602?10 c 2-6 下列种类型跃迁所涉及的能量（ev）范围各是多少？ （1）原子内层电子跃迁；（4）分子振动能级跃迁；（2）原子外层电子跃迁；（5）分子转动能级跃迁；（3）分子的电子跃迁参考答案 跃迁类型原子内层电子跃迁原子外层电子跃迁分子的电子跃迁分子振动能级跃迁分子转动能级跃迁 － 6～1.7 6～1.7 1.7～0.02 －－ 第10章吸光光度法（上册） 2、某试液用2cm吸收池测量时，t=60%。若改用1cm或3cm吸收池，t及a等于多少？参考答案： a1cm? b1cm1 lgt1cm = －0.111 t1cm = 77% a2cm??0.222?0.111 b2cm2b3cm3 lgt1cm = －0.333 t1cm = 46% a2cm??0.222?0.333 b2cm2 a3cm? －－ －－ phen溶液的体积v/ml a 2.00 0.240 3.00 0.360 4.00 0.480 5.00 0.593 6.00 0.700 8.00 0.720 10.00 0.720 12.00 0.720

原子吸收光谱法

第4章原子吸收光谱法 【4-1】解释如下名词。 〔1〕原子吸收；〔2〕谱线变宽；〔3〕自然变宽；〔4〕多普勒变宽； 〔5〕压力变宽；〔6〕积分吸收；〔7〕峰值吸收；〔8〕光谱通带。 答：〔1〕原子吸收： 〔2〕谱线变宽：由仪器或辐射源性质引起的谱线宽度增加。 〔3〕自然变宽：在无外界影响的情况下，谱线具有一定的宽度，称为自然变宽。 〔4〕多普勒变宽：由于辐射原子处于无规如此的热运动状态，因此，辐射原子可以看成运动着的波源，这一不规如此的热运动与观测器两者间形成相对位移运动，使谱线变宽，即多普勒变宽。〔5〕压力变宽：但凡非同类微粒(电子、离子、分子、原子等)相互碰撞或同种微粒相互碰撞所引起的谱线变宽统称为压力变宽。 〔6〕积分吸收：在原子吸收光谱分析中，原子蒸气所吸收的全部能量。 〔7〕峰值吸收：采用发射线半宽度比吸收线半宽度小得多且发射线的中心与吸收线中心一致的锐线光源，测出峰值吸收系数，来代替测量积分吸收系数的方法。 〔8〕光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。 【4-2】何谓原子吸收光谱法？ 答：原子吸收光谱法是利用待测元素的基态原子对其共振辐射光(共振线)的吸收进展分析的方法。它的特点是：(1)准确度高；(2)灵敏度高；(3)测定元素X围广；(4)可对微量试样进展测定；(5)操作简便，分析速度快。 【4-3】画出原子吸收光谱仪结构方框图，并注明各大局部的名称与主要作用。 答：原子吸收光谱仪主要由光源、原子化器、分光系统和检测系统4局部组成，其结构方框图如下列图。 〔1〕光源的作用是发射待测元素的共振辐射。 〔2〕原子化器的作用是提供足够的能量，使试液雾化、去溶剂、脱水、解离产生待测元素的基态自由原子。 〔3〕分光系统的作用是别离谱线，把共振线与光源发射的其他谱线别离开并将其聚焦到光电倍增管上。 〔4〕检测系统的作用是承受欲测量的光信号，并将其转化为电信号，经放大和运算处理后给出分析

原子吸收光谱各参数选择与使用要点全解析

原子吸收光谱各参数选择与使用要点全解析 一、光源的使用及参数选择： 1、灯光源使用者选择调节的参数是空心阴极灯的工作电流灯电流大小在决 定辐射光强度的同时也影响辐射谱线宽度。辐射光强弱与仪器信噪比相关，而谱线宽度与原子吸收灵敏度相关。一般规律是灯电流增加，原子吸收灵敏度下降而仪器信噪比改善。但不同元素的空心阴极灯，电流增加对灵敏度与信噪比影响的程度不尽相同。例如：灯电流增加对镉元素灵敏度的影响大于铜、铅;灯电流增加对铁元素信噪比的影响大于镉元素。因为镉属于低熔点金属，灯电流增大时其辐射谱线展宽显著并容易产生自吸，导致分析灵敏度下降幅度大;铁属于高熔点金属，灯电流增加对谱线展宽影响小，对信噪比改善影响大。此外，还需要考虑灯电流增加对分析谱线展宽的影响，导致工作曲线线性范围缩小的因素。由此看来，选择灯电流的原则是：在不显著降低灵敏度和缩小工作曲线线性范围的前提下，增加灯电流，以获得尽可能好的信噪比，以不产生谱线展宽和自蚀的灯电流上限为其最佳工作电流。但在灯的原子谱线辐射强度足够的情况下，尽量不使用打电流，以延长灯的使用寿命。电流增加两倍，寿命减少1/4。 2、预热时间大多数灯的预热时间是15min左右，对单束光仪器而言，最直 接的方法是通过观察仪器基线漂移量大小来确定。对于具有消除光源辐射光强漂移功能的双光束或准双光束仪器，则无需考虑灯的预热问题。 二、光学系统的使用与参数选择 1 、分析谱线原子吸收光谱仪使用的空心阴极灯是锐线光源，却非单色光 源，而是复合光源。它除了发射阴极金属元素的各原子谱线以及某些离子谱线外，还发射灯内工作气体的谱线，甚至灯内存在的杂质气体谱线。因而使用者需要利用仪器光学系统选出光源辐射中所需要的谱线。多数情况下考虑选择被测元素灵敏度最高的共振吸收谱线。在原子吸收分析中，往往称其为主分析线。遇到以下情况时，需要考虑选择灵敏度较低的其他原子吸收谱线，一般称为次灵敏线。①待测样品中共存元素谱线，对被测元素主分析线造成光谱干扰时，对于谱线复杂的元素，例如铁族元素都有次灵敏线，可以选择适合的次灵敏线进行测定，以避免光谱干扰，但这种选择不适合次灵敏线少且次灵敏线与主分析线的灵敏度有数量级之差的元素。例如：镁元素的次灵敏线202.5nm的灵敏度只是主分析线285.2nm的4%。对于这种情况，应当考虑采用消除共存元素干扰的其他方法。 分析线干扰吸收线分析线干扰吸收线

基于原子光谱Stark展宽高压放电等离子体电子密度计算

基于原子光谱Stark展宽高压放电等离子体电子密度计 算 基于原子光谱Stark展宽高压放电等离子体电子密度计算 引言 等离子体是由物质的带电粒子组成的电中性气体，在自然界中广泛存在，例如太阳、恒星和地球等。等离子体的性质和行为在不同的研究领域中都有重要的应用，包括天体物理学、大气科学、材料科学和核能等。了解等离子体的性质是研究和应用这些领域的基础。 等离子体的电子密度是衡量等离子体性质的重要参量之一。电子密度的大小影响等离子体的导电性、能量传输速率和杂质反应等。因此，准确测量等离子体的电子密度对于深入理解等离子体的特性至关重要。在过去的几十年中，科学家们开发了许多等离子体电子密度的测量方法，其中基于原子光谱Stark 展宽的方法受到了广泛的关注。 Stark展宽是原子光谱中的一种现象，它是由于电场引起 的能级分裂所致。当原子受到电场的作用时，能级间的跃迁将发生改变，从而导致光谱线的频率偏移。原子光谱Stark展宽是根据这种频率偏移的大小来测量等离子体电子密度的。 原子光谱Stark展宽的原理是基于电场的强弱程度与其引起的能级位移之间的关系。根据Stark效应的理论，原子的能级位移与电场的平方成正比。通过测量光谱线的Stark展宽，可以计算出等离子体中的电场强度，进而得到电子密度。 实验中，一般使用高压放电设备来产生等离子体，通过电场与原子碰撞使得原子受到Stark效应的影响。然后，使用光谱仪测量光谱线的频率偏移，从而获得光谱线的Stark展宽。

最后，利用已知的原子能级、Stark展宽与电场强度之间的关系，可以反推出等离子体的电子密度。 然而，Stark展宽方法也存在一些限制。首先，等离子体 中的电子密度应该足够高，以便引起明显的Stark展宽。其次，光谱线的Stark展宽受到温度和杂质粒子的影响，需要进行校正。另外，实际应用中，对于复杂的等离子体体系和非均匀等离子体的电子密度测量，可能需要结合其他方法来进行综合分析。 结论 基于原子光谱Stark展宽的方法可以用于等离子体电子密度的计算。通过测量光谱线频率偏移，并结合已知的原子能级和Stark展宽与电场强度之间的关系，可以得到等离子体中的电 子密度。然而，该方法在应用中需要考虑电子密度的范围、温度效应和杂质粒子等因素的影响。 为了进一步提高等离子体电子密度计算的准确性和可靠性，还可以探索其他测量方法和技术。例如，可以结合其他光谱线、激光技术和微波技术等，来提供更多的电子密度信息。此外，还可以使用数学模型和计算模拟等方法，对复杂的等离子体体系进行电子密度的预测和优化。 总之，基于原子光谱Stark展宽的高压放电等离子体电子密度计算方法是一种有前景的技术。随着实验技术的进步和理论模型的完善，相信这一方法将在等离子体研究和应用中发挥更大的作用 基于原子光谱Stark展宽的方法是一种可行的等离子体电子密度计算方法。然而，该方法存在一些限制，包括对电子密度、温度和杂质粒子的要求，以及对复杂等离子体体系的挑战。

仪器分析考点整理

仪器分析考点整理 一、概念部分 1、色谱法：借助于在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法 2、基线：当色谱柱后没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反映检测器系统噪声随时间变化的线称为基线 3、分配系数：在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比称为分配系数K 4、分离度：相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值： 5、分配过程：物质在固定相和流动相（气相）之间发生的吸附、脱附和溶解、挥发的过程叫做分配过程。 6、相对保留时间：（α或r12）指某组分2的调整保留时间与另一组分1的调整保留时间之比： 7、程序升温：程序升温色谱法，是指色谱柱的温度按照组分沸程设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高，使柱温与组分的沸点相互对应，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。 8、梯度洗脱：载液中含有两种(或更多)不同极性的溶剂，在分离过程中按一定的程序连续改变载液中溶剂的配比，从而改变极性，通过载液极性的变化来改变被分离组分的分离因素，以提高分离效果。 9、顶空分析：顶空分析是取样品基质（液体和固体）上方的气相部分进行色谱分析。 10、共振吸收线：电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线。 11、化学干扰：指待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应，它主要影响待测元素的原子化效率。 12、谱线轮廓：原子群从基态跃迁至激发态所吸收的谱线并不是绝对单色的几何线，而是具有一定的宽度，称之为谱线轮廓。 13、基体效应：物理干扰是指试样在转移、蒸发和原子化过程中，由于试样任何物理性质的变化而引起的干扰效应。 14、锐线光源：能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源。 15、担体：是一种化学惰性、多孔性的固体颗粒，主要作用是提供一个大的惰性表面，以便涂上一层薄而均匀的液膜，构成固定相。 15、在气相色谱中，程序升温适于对宽沸程样品进行分析。 16、在使用气相色谱仪之前应检查仪器各部件是否处于正常状态，对气路部分来讲，首先应进行检漏。 17、气相色谱分析挥发性宽沸程试样时, 最好采用的色谱方法是程序升温。

高等仪器分析考试重点整理

仪器分析：用精密仪器测量物质的某些物理或物理化学性质以确定其化学组成、含量及化学结构的一类分析方法。 1mg·L-1）的改变所引起的分析 分的样品信号）的3倍分析信号所对应的被测组分量定义的。线性范围：标准曲线的直线部分称为线性范围.如ICP光谱分析测定金属的线性范围可达5个数量级。选择性：选择性是指分析方法对样品共存组分的抗干扰能力，选择性高说明该方法对被测组分响应高，对其它组分响应低，干扰信号小。好的分析方法应该灵敏度高，检出限低，线性范围宽，选择性好，分析速度快。 光谱：就是按照波长顺序排列的电磁辐射,或者说是一种复合光按波长顺序展开而呈现的光学现象。光学现象：光的辐射、吸收、偏振、衍射等等。任一波长光子的能量，与物质内的原子或分子的能量变化ΔE相对应，其关系为：ΔE = E = hν 原子光谱：由原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光谱，它包括原子发射、原子吸收和原子荧光光谱，是线状光谱。分子光谱是有分子产生的，分子光谱包括紫外、可见、红外、近红外、核磁、拉曼、荧光、发光。 物质的原子光谱与分子光谱，按其获得的方式不同可分为吸收光谱和发射光谱。 吸收光谱：当辐射能通过某些吸光物质时，物质的原子或分子吸收与其能级跃迁相应的能量由低能态或基态跃迁至较高的能态，这种物质对辐射能的选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。原子吸收光谱：基于基态气态原子蒸气对该元素共振线的吸收而建立起来的分析方法称为原子吸收光度法。 发射光谱(emission spectrum）：物质的分子、原子或离子在辐射能的作用下，使其由低能态或基态跃迁至高能态（激发态），再由高能态跃迁回低能态或基态而产生的光谱称为发射光谱。 荧光光谱：某些物质的分子或原子在辐射能的作用下跃迁至激发态，大多数分子或原子与其它粒子碰撞，把激发能转变为热能散发掉；其余的分子或原子以光的形式发射出这部分能量而回到基态，由此产生的光谱称为荧光光谱。荧光光谱实质是一种发射光谱。由原子产生的荧光光谱称为原子荧光光谱；由分子产生的荧光光谱称为分子荧光光谱。 原子光谱分析(atomic spectrometry)：有原子发射光谱分析AES、原子吸收光谱分析AAS、原子荧光光谱分析AFS三个分支。 原子发射光谱中的自吸现象：原子在高温发射某一波长的辐射，被处在边缘低温状态的同种原子所吸收的现象。 发射光谱小结：物质被热激发成原子和离子；测量原子和离子发出的光△E=hv=hc/λ；量子理论：发射发生在分立的能级；能级和波长之间有对应关系；原子受到能量激发成为离子；离子能级高于原子能级；离子能级和原子能级一样会发生电子能量跃迁；原子或离子处于不连续的能量状态，激发态原子或离子不稳定，经约10-8秒便跃迁返回基态，能量以一定的电磁波辐射出来；原子光谱：原子的特征光谱，为线状光谱。 等离子体一般概念:等离子体指的是含有一定浓度阴阳离子能够导电的气体混合物。在等离子体中，阴阳离子的浓度是相同的，净电荷为零。通常用氩形成等离子体。氩离子和电子是主要导电物质。一般温度可以达到10,000K。 等离子体形成过程：1.线圈：高频交变电流产生交变感应磁场；2.火花放电：氩气电离，少量电荷，互相碰撞，雪崩现象，大量载流子；3.极高感应电流：涡电流，瞬间加热到10000K，形成等离子体；4.样品激发：内管通入氩气形成环状结构样品通道，使样品蒸发、原子化、激发。 ICP-AES特点：1.低检测限：蒸发和激发温度高2.稳定，精度高：高频电流----趋肤效应