原子发射光谱 (AES) 是一种分析技术，它分析样品发射的电磁辐射以识别和量化其中的不同物质。

AES 通常涉及从样品中产生等离子体。几种电感耦合等离子体 (ICP) 技术可与标准质谱法 (ICP-MS)（许多行业中常用的痕量元素分析方法）或与光学发射光谱法 (OES) 和 AES 检测方法一起使用。

原子发射光谱法原理

元素中不同电子能级之间的跃迁以独特的能量和强度发生，从而赋予每种元素独特的发射光谱。

当入射光子的能量与原子中两个电子能级之间的能量差相匹配时，原子就会吸收光子，将电子提升到更高的能级，并产生激发态。

大多数激发态都是亚稳态，寿命非常短，通常不到十亿分之一秒。孤立原子没有环境相互作用，只能通过发射另一个光子来释放吸收光子的多余能量。根据能量守恒定律，发射光子的能量等于两个相关能级之间的能量差。

发射的光子在 AES 中被检测到，并用于识别元素。即使是最简单的元素氢，也有许多可能的电子能级，随着能量的增加，形成一个收敛系列。因此，在更高的能量下，后续电子能级之间的能量间隔变得更小。

由于不同能级之间可能存在多种跃迁，因此元素可以吸收许多不同能量的光子。

在原子光谱中，吸收线和发射线非常清晰，因为相关的跃迁具有较窄的线宽，并且吸收光谱和发射光谱通常彼此相反。

通过分析谱线的图案可以识别元素，太阳吸收光谱中的夫琅禾费线就是一个著名的例子。^这些线的出现是由于氢和钠等元素造成的。

等离子体在 AES 测量中很受欢迎，因为大多数元素在标准实验室条件下都处于电子基态，需要高能光子来激发许多跃迁。

使用光源产生等离子体会产生高度激发态，从而可以观察到更多的发射光谱，并可以同时激发多种元素。虽然窄带激光源可以选择性地激发特定的跃迁，但每次只能测量一小部分跃迁。

对于某些实验，火焰可能足以燃烧样品，但通常使用电弧或火花等源来产生等离子体。^ICP源使用无线电频率和“载气”来产生等离子体。可调无线电频率可产生与样品相互作用的高温等离子体，ICP 方法因其可控的等离子体条件而广受欢迎。

在开发 AES 仪器时，检测方法和单色仪的选择也很重要。单色^仪允许选定范围的波长通过，这对于控制激发和检测条件非常有用。

由于等离子体提供连续的发射背景，AES 可以减少杂散光的干扰，或者在仅激发一部分元素后进行分析，以进行更精确的分析。

探测器可以是成像型 CCD 探测器或单波长光电倍增管 (PMT)。CCD 具有优势，因为它们可以同时检测多个发射线，而无需使用单色仪扫描检测波长。不过，它们可能比某些 PMT 更昂贵，灵敏度也可能更低。

样品制备

AES 涉及各种样品制备技术，具体取决于样品的状态（例如固体或液体）和要检测的元素。

理想情况下，所用的基质应包含与样品相同的元素，以避免测量干扰。一些样品可能需要处理以去除多余的有机物或过滤以减少 AES 测量中的基质或背景信号。

AES 在纳米科学中的应用

AES，特别是 ICP-AES，通常用于纳米科学中的元素分析，尤其是用于分析纳米颗粒的成分。纳米毒性分析，特别是针对环境样品，是 AES 对痕量元素的高灵敏度优势的另一个应用^。

AES 数据分析通常涉及将记录的光谱与光谱数据库进行比较。对于具有已知跃迁能量和强度的原子种类，可以对不同组合的光谱进行建模和预测。

高度带电和自由基的物种可能更具挑战性，但不同的激发和检测条件可以帮助识别存在的物种和在最终光谱中观察到的跃迁。