统计权重g=2J+1为4, 2 ；

在n2D中： L=2, S=1/2, ∴ J = L+S=2+1/2 = 5/2, J = L+S-1=3/2,

J值个数为(2S+1)=(231/2+1)=2个, 多重性为2, 统计权重g=2J+1为6, 4 ；

在 n2F中：L=3, S=1/2, ∴ J = 3+1/2 = 7/2, J = 3+1/2-1 = 5/2, 多

重性为2, 统计权重g=2J+1为8, 6 ；

在n2G中：L=4, S=1/2, ∴ J = 4+1/2 = 9/2, J = 4+1/2-1 = 7/2, 多

重性为2, 统计权重g=2J+1为10, 8；

在n3S中：L=0, S=1, ∴ J = 0+1 = 1, 且J值个数为(2L+1)=(2

30+1)=1个, 多重性为(2S+1)=3, 统计权重g=2J+1为3； 3

在nP中：L=1, S=1, ∴ J = L+S=1+1 = 2, J = L+S-1=1+1-1 =

1, J = L-S=1-1=0, J值共有(2S+1)或(2L+1)=3个, 多重性为3, 统计权重g=2J+1为5, 3, 1；

在n3D中：L=2, S=1, ∴ J = 2+1 = 3, 2+1-1= 2, 2-1=1 共有

3个J；多重性为3, 统计权重g=2J+1为7, 5, 3；

在n3F中：L=3, S=1, ∴ J = 3+1 = 4, 3+1-1=3, 3-1=2 共有

3个J, 多重性为3, 统计权重g=2J+1为9, 7, 5；

3 解释当原子能级的总角量子数大于总自旋量子数时，2S+1在光谱项中

的含义？

解： 由于存在着轨道运动与自旋运动的相互作用, 即存在着LS耦合, 使

某一L的光谱项能分裂为（2S+1）个J值不同的、能量略有差异的光谱支项, （2S+1）称为光谱的多重性；但是当原子能级的总角量子数大于总自旋量子数即L＜S时，由于J值必须是正值, 所以光谱支项虽然为（2L+1）个, 但（2S+1）仍然叫做光谱的多重性, 此时并不代表光谱支项的数目。 4 解释下列名词：

（1） 激发电位和电离电位； （2） 原子线和离子线； （3） 等离子体； （4） 谱线的自吸；

（5） 共振线和主共振线。

解：(1) 激发电位和电离电位： 使原子从基态到激发到产生某谱线的激发

态所需要的加速电位称为该谱线的激发电位；将原子电离所需要的加速电位称为电离电位。

(2) 原子线和离子线：原子外层电子能级跃迁产生的谱线称为原子线；

离子外层电子能级跃迁产生的谱线称为离子线。

(3) 等离子体：在高温激发源的激发下，气体处在高度电离状态，在空

间谁形成电荷密度大体相等的电中性气体，这种气体在物理学中称为

5

等离子体。在光谱学中，等离子体是指包含有分子、原子、离子、电子等各种粒子电中性的集合体。

(4) 谱线的自吸：原子受激产生谱线的同时, 同元素的基态原子或低能态原子将会对此辐射产生吸收，此过程称为元素的自吸过程。

(5) 共振线和主共振线：电子在激发态和基态之间跃迁产生的谱线称为共振线；第一激发态与基态之间跃迁产生的谱线属于第一共振线，或主共振线。

5 Cu 327.396nm 和Na589.592nm均为主共振线，分别计算其激发电位。 解：根据公式(2.1) 对于Na589.592nm：

6.626?10?34?3.0?1010J?s?cm?s?1-19

ΔE = hc/λ==3.37310J ??7cm589.592?10 =3.37310-1936.2431018eV=2.1eV

对于Cu 327.396nm：ΔE =3.9eV

6 简述原子发射光谱线强度的主要影响因素。

答：①统计权重，谱线强度与统计权重成正比；②激发电位，谱线强度与激

发电位是负指数关系，激发电位愈高，谱线强度愈小；③谱线强度与跃迁几率成正比, 所以主共振线的强度最大；④温度升高，可以增加谱线的强度, 但增加电离减少基态的原子数目, 所以，要获得最大强度的谱线，应选择最适合的激发温度。⑤谱线强度与被测元素浓度成正比。 7 解释下列名词：吸收谱线的半宽度、积分吸收、峰值吸收、峰值吸光度

和锐线光源。 答：吸收谱线的半宽度：是吸收谱线中心频率处所对应的最大吸收系数值的

一半处所对应的Δν或Δλ；

积分吸收：在吸收线轮廓内，吸收系数的积分称为积分吸收, 它表示吸

收的全部能量；

峰值吸收：吸收线中心波长所对应的吸收系数；

峰值吸光度：在实际测量中, 原子对辐射的吸收用中心频率的峰值吸收

来表示称为峰值吸光度；

锐线光源：发射线的半宽度远远小于吸收线的半宽度，而且两者的中

心频率与一致, 称为锐线光源。

8 试说明原子吸收光谱定量分析的基本关系式及应用条件。

答：原子吸收光谱定量分析的基本关系式为：A = KC (K为常数)；

应用条件：采用锐线光源是原子吸收光谱分析的必要条件。 9 试说明原子发射光谱定量分析的基本关系式及应用条件。 答：原子发射光谱定量分析的基本关系式：

I = a C b 式中a为与测定条件有关的系数, b为自吸系数；

应用条件：测量中必须保证a 稳定, 即试样蒸发过程基本一致, 所以试

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样形态、试样组成等要基本一致；为了保证b=1, 则试样浓度不能太大。

10 在2500K时，Mg的共振线285.21nm为31S0—31P1跃迁产生的，计算其

基态和激发态的原子数之比。

?()Ng解：根据玻兹曼分布i?(i)?eKT 首先计算gi, g0, ΔΕ ；

N0g0??E∵g=2J+1, ∴ gi = 231+1= 3 g0 =230+1= 1

6.626?10?34?3.0?1010J?s?cm?s?1-17

ΔΕ = hc/λ==0.70310(J) ??7cm285.21?10?()Ng∴i?(i)?eKT= (3/1)2exp(-0.70310-17/250031.38310-23) N0g0??E = 32exp(- 200) = 4.15310-87?

第3章

1

试从能级跃迁机理比较原子发射光谱、原子荧光光谱和X-射线荧光光谱的异同。

答： 首先都是发射光谱, 原子发射光谱和原子荧光光谱都是外层电子的能

级跃迁；而X-射线荧光光谱是原子内层电子的能级跃迁；原子荧光光谱和X-射线荧光光谱都是光致发光, 是二次发光过程, 所以发出的谱线称为荧光光谱。 2 解释下列名词：

（1） 共振荧光和非共振荧光； （2） 直跃荧光和阶跃荧光； （3） 敏化荧光和多光子荧光； （4） 激发态荧光和热助荧光。 答：详见书p32- p 33, 这里省略。

3 原子荧光分析时，为什么不用烃类火焰？

答： 因为原子荧光猝灭常数与碰撞粒子猝灭截面有关, 而隋性气体氩、

氦的猝灭截面比氮、氧、一氧化碳、二氧化碳等气体的猝灭截面小得多, 烃类火焰容易产生一氧化碳、二氧化碳等气体；所以原子荧光光谱分析时，尽量不要用烃类火焰。

4 为什么说元素的X-射线荧光光谱具有很强的特征性。

答： X-射线荧光光谱来自原子内层电子跃迁，与元素的化学状态无关。内

层轨道离原子核较近，所以X-射线荧光谱线波长强烈地依从于原子序数Z，并遵守莫塞莱定律。所以说说元素的X-射线荧光光谱具有很强

7

的特征性。 5 名词解释：

（1） 总质量吸收系数、真质量吸收系数和质量散射系数； （2） 弹性散射和非弹性散射； （3） 相干散射和非相干散射； （4） K系谱线和L系谱线; （5） 拌线和卫星线。

答： (1) 总质量吸收系数：又称质量衰减系数μm, 其物理意义是一束平行

的X射线穿过截面为1cm2的1g物质时的X射线的衰减程度。真质

量吸收系数：又称质量光电吸收系数ηm, 真质量吸收系数是X射线的波长和元素的原子序数的函数, 总质量吸收系数是由真质量吸收系数和质量散射系数(ζm)两部分组成, 即 μm = ηm + ζm。

(2) 弹性散射和非弹性散射：在弹性散射中电子或者粒子没有能量的

改变, 只有传播方向的改变；在非弹性散射中则能量和方向都发生改变。

(3) 相干散射和非相干散射：相干散射就是弹性散射, 非相干散射就是非弹性散射。

(4) K系谱线和L系谱线：当原子K层(n=1)的一个电子被逐出，较外

层的电子跃迁到K层电子空位，所发射的X射线称为K系特征X射线；同样，L(n=2)层的电子被逐出，较外层的电子跃迁到L层所产生的X射线称为L系特征X射线。

(4) 伴线和卫星线：但一个原子的内层受初级X射线和俄歇效应的作用而产生两个空位时, 此原子称为双重电离的原子。在双重电离的原子中，由电子跃迁所发射的谱线的波长，与单电离原子中相应的电子跃迁所发射的谱线的波长稍有不同。这种谱线称为卫星线或伴线。对轻元素来说，卫星线有一定的强度。

6 说明基体吸收增强的类型及其对谱线强度的影响。 答：基体的吸收增强效应大致有三种类型：(1) 基体对初级X射线的吸收, 使

初级X射线强度减弱，使分析元素受激下降, 分析元素的谱线强度将减弱； (2) 基体吸收次级分析线, 当基体元素的吸收限如果处在分析元素谱线的长侧，分析元素的谱线将被基体元素吸收，其强度将减弱； (3) 基体增强次级分析线 基体元素的特征线的波长位于分析元素吸收限短侧, 分析元素不仅受到初级X射线的激发，而且受到基体元素的特征谱线的激发。因此，分析元素的谱线其强度将增强。 7

为什么元素的K?1谱线强度比K?2谱线的强度要大一倍？

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