原子吸收光谱

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1、原子吸收光谱（AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS）第一节概述原子吸收分光光度法（atomicabsorptionspectrophotometry，AAS）又称原子吸收光谱法，是现代分析化学中一种重要的元素测定方法。原子吸收分光光度法是根据物质的基态原子蒸气对特征辐射的吸收作用来进行元素定量的分析方法。当光源辐射出待测元素的特征谱线，通过样品的原子蒸气时，被蒸气中的待测元素的基态原子所吸收，测量基态原子对特征谱线的吸收程度，进行定量分析。AAS特点：1）灵敏度高：火焰原子法，10-6级，有时可达1

2、0-9级；石墨炉可达10-9～10-14级。2）准确度较高3）干扰小，选择性极好；4）分析速度快5）试样用量少6）测定范围广，可测70种元素。第二节基本原理一、原子吸收光谱的产生每种元素的原子都有特定数目的电子围绕原子核运动，每种原子有多种不同能量的运动状态，不同的运动状态对应不同的能级，其中最稳定的状态称为基态。当原子吸收一定频率的辐射时，将从基态跃迁到激发态。原子对光的选择性吸收而产生的光谱称为原子吸收光谱（absorptionspectrum）。激发态不稳定，可发射出相同频率的辐射回到基态，由此而产生的光谱称为原子发射光

3、谱（emissionspectrum）。原子有多种激发态，从基态到第一激发态产生的吸收谱线称为共振吸收线，简称共振线。当电子从第一激发态返回基态时，则发射相同频率的光，产生的发射谱线称为共振发射线，也简称共振线（resonanceline）。由于原子结构不同，不同元素的原子从基态被激发到激发态所需能量不同，因此各种元素的共振线不同，是元素的特征谱线。从基态到第一激发态的跃迁最容易发生，谱线强度最强，是该元素所有谱线中最灵敏的，对大多数元素来说，共振线就是元素的灵敏线。原子吸收光谱法就是利用待测原子的气态基态原子对共振线的吸收来

4、定量的，因此，共振线又称为分析线。二、谱线轮廓理论上讲原子光谱应是线状光谱，但实际上无论是原子发射线还是原子吸收线都不是理想的几何线，而是具有一定的宽度，称为谱线轮廓。I0I0K0000(a)(c)图1谱线轮廓（a）发射线轮廓（b）吸收线轮廓（c）吸收系数轮廓(b)原子光谱的谱线轮廓呈峰形，即谱线强度随频率或波长不同而改变，如图谱线轮廓常以为中心频率0（或中心波长0）和半宽度来表征。中心频率0是指最大发射或吸收线强度I0所对应的频率，半宽度则为最大发射或吸收线强度一半1/2I0处谱线轮廓上两点之间的频

5、率差。K0称为峰值吸收系数；0为中心频率，即最大吸收系数K0所对应的频率；K0/2处吸收线所对应的波长（）范围或频率（）范围称为吸收线的半宽度。三、谱线变宽因素（Linebroadening）1.自然变宽：无外界因素影响时谱线具有的宽度。其大小为（K为激发态寿命或电子在高能级上停留的时间，10-7-10-8s）原子在基态和激发态的寿命是有限的。电子在基态停留的时间长，在激发态则很短。由海森堡测不准(Uncertaintyprinciple)原理，这种情况将导致激发态能量具有不确定的量，该不确定量使谱线具有一定的宽度

6、N(10-5nm)，即自然宽度。该宽度比光谱仪本身产生的宽度要小得多，只有极高分辨率的仪器才能测出，故可勿略不计。Doppler变宽与谱线波长，相对原子质量和温度有关，多在10-3nm数量级。2.Doppler变宽：它与相对于观察者的原子的无规则热运动有关。又称热变宽。3.碰撞变宽在一定蒸汽压力下，粒子之间相互碰撞引起的变宽，称为碰撞变宽（Collisionalbroadening）。它是由于碰撞使激发态寿命变短所致。外加压力越大，浓度越大，变宽越显著。可分为：a）Lorentz变宽：待测原子与其它原子或分子（异种

7、粒子）之间的碰撞。变宽在10-3nm。b）Holtzmark变宽：待测原子之间的碰撞，又称共振变宽；但由于AAS分析时，待测物浓度很低，该变宽可勿略。四、积分吸收与峰值吸收系数1.积分吸收在原子吸收光谱中，原子所产生的吸收值应包括原子蒸气所吸收的全部能量，即吸收线所包括的全部面积，称为积分吸收（integratedabsorption），即但积分吸收的测定非常困难。因为原子吸收线的半宽度很小，只有0.01～0.05nm。要分辨如此宽度的谱线，现代仪器是不可能达到的！如果用连续光谱作光源，所产生的吸收值将是微不足道的，仪器也不可

8、能提供如此高的信噪比！尽管原子吸收现象早在18世纪就被发现，但一直未用于分析。直到1955年，Walsh提出以“峰值吸收”来代替“积分吸收”。积分吸收难于测量的困难得以间接地解决。2.峰值吸收1955年，Walsh指出，在温度不太高时，当发射线和吸收线满足以下两个条件，即:当