吸收/透射/反射光谱学

能量的转换

原子光谱学是通过其电磁或质谱来测定元素组成。对元素电磁光谱的研究称为原子光谱学。电子以能级形式存在于原子中。这些能级有明确定义的能量，在它们之间移动的电子必须吸收或发射与它们之间的差相等的能量。在光谱学中，电子移动到能量更高的能级所吸收的能量和/或电子移动到能量更低的能级所发射的能量以光子的形式存在。发射的辐射能的波长与发生的电子跃迁直接相关。因为每个元素都有独特的电子结构，所以光的波长是每个元素独特的特性。由于大原子的轨道配置可能是复杂的，因此可能会发生许多电子跃迁，每次跃迁都会导致特定波长的光发射，如下图所示。

这三种技术是如何实现的。

原子光谱学产生了三种分析技术:原子吸收。原子发射。原子荧光。激发和衰变到基态的过程涉及原子光谱学的所有三个领域。无论是在激发过程中吸收的能量，还是在衰变过程中发射的能量，都被测量并用于分析目的。

如果正确波长的光照射在自由的基态原子上，当原子进入激发态时就会吸收光，这一过程称为原子吸收。这个过程如图所示。原子吸收量是指当光通过原子云时，共振波长处被吸收的光量。随着光路中原子数量的增加，被吸收的光量以一种可预测的方式增加。通过测量光的吸收量，可以定量测定存在的分析物元素的量。使用特殊的光源和仔细选择的波长允许在其他元素存在的情况下对单个元素进行特定的定量测定。原子吸收测量所需的原子云是通过向样品提供足够的热能将化合物分解成自由原子而产生的。将样品的溶液吸入与光束对齐的火焰中就可以达到这个目的。在适当的火焰条件下，大多数原子将保持基态形式，并能够吸收来自光源灯的分析波长的光。用这种技术进行精确测定的容易和速度使原子吸收成为测定金属最常用的方法之一。

原子吸收过程

在原子发射中，样品在高能热环境下产生能够发光的激发态原子。能量来源可以是电弧、火焰，或者最近的等离子体。暴露于这种能量源的元素的发射光谱由允许发射波长的集合组成，由于发射波长的离散性质，通常称为发射线。这种发射光谱可以作为元素定性鉴别的唯一特征。电弧原子发射在定性分析中得到了广泛的应用。发射技术也可以用来确定样品中某一元素的含量。对于“定量”分析，要测量在待测元素波长处发射的光的强度。随着分析物元素原子数的增加，这个波长的发射强度将会增大。火焰光度法是原子发射技术在定量分析中的一种应用。

与原子光谱有关的量子效率

原子光谱学的第三个领域是原子荧光。这种技术结合了原子吸收和原子发射的各个方面。就像原子吸收一样，火焰中产生的基态原子是通过将一束光聚焦到原子蒸气中来激发的。然而，我们不是观察在这个过程中吸收的光的数量，而是测量由光源激发的原子衰变产生的辐射。这种“荧光”的强度随原子浓度的增加而增加，为定量测定提供了基础。原子荧光源灯与光学系统的其余部分呈一定角度安装，这样光探测器只能看到火焰中的荧光，而不能看到灯本身发出的光。最大限度地提高灯的强度是有利的，因为灵敏度直接与激发原子的数量有关，而激发原子的数量又是激发辐射强度的函数。

虽然原子吸收技术是三种技术中应用最广泛的一种，通常比其他两种技术有一些优点，但在特殊的分析情况下，用发射或荧光技术都可能获得特别的好处。