原子光谱学是定性和定量元素分析过程中的重要工具。可以将其大致分为光谱法、质谱法和 X 射线谱法。光谱法包括原子吸收光谱法 (AAS)、原子发射光谱法 (AES) 和原子荧光光谱法 (AFS)。这三种方法的第一步都是雾化,这使其能够将固态、液态或溶液相样品转化为气相原子和气相离子。
在原子吸收光谱中,气态样品与电磁辐射之间将会发生相互作用并吸收具有精确能量的光子,这些能量会促使基态原子的电子进入激发态。例如,没有与纳原子配对的 3s 电子分别在吸收 285 nm、330 nm 或 590 nm 的辐射时将会被提升至 3p、4p 或 5p 轨道。检测器能够测量某些波长中透射光的减少量,并通过吸光度或透射光谱来对其进行可视化。
在原子发射光谱中,处于基态的气相原子将会通过热能或电能释放能量的发生来进行电子激发。这些短暂、高能、被激发的气相原子通常会放松回到基态,并发射与能隙相对应的光子。发射光的强度将会被检测并转换为电信号,从而给出样品的特征。例如,激发的 Na 原子从 3p、4p 和 5p 轨道回到 3s 轨道的电子跃迁将会分别在 590 nm、330 nm 和 285 nm 附近产生辐射。发射的辐射将会被测量并处理成光谱。
在原子荧光光谱中,基态气相原子将会受到特征波长的照射,并被提升到电子激发态。如果没有发生无辐射跃迁,激发态原子就会通过在与其吸收能量相对应的波长下发出荧光来放松到基态。探测器通常会与光源光束形成直角,只有当荧光发射时才能够到达探测器。
与分子光谱不同的是,原子光谱具有锐线光源,这是因为不存在导致分子光谱的峰值变宽的各种旋转和振动能态。
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