第8章_原子吸收光谱分析法
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8-原子吸收光谱法29页PPT
⑴ 电热原子化法与火焰原子化器法的比较:
① 灵敏度高 基态原子在吸收区停留时间长（ 1~10-1 s），比火焰法高1000倍。
② 绝对检出限低 (10-9～10-12)。 ③ 试样用量少，一般在10~100μL之间。 ④ 能分析粘度大的样品及固体试样。 ⑤ 精密度较差；背景吸收较高；操作过程比火
焰法慢，采用自动进样装置可以提高仪器的 精密度。
8.3 定量分析
1. 标准曲线法
对样品比较了解、方便。标准曲线最好为直线过原点，但 也可不过原点，不是直线。
2. 标准加入法
标准曲线必须过原点，且为直线，共存成分复杂，基体效 应大可用此法。
a. 加一次标准加入法
Ax = kcx A = kVxcx
Vx
+Vscs
+Vs
cx
b. 曲线外推法
cx
③ 贫燃火焰: 燃气小于助燃器的比例(1:6)，燃烧完全，氧化性 强，温度低。适宜于易解离、易电离的元素测定。
2. 电热原子化器
在电热原子化法中，石墨炉原子吸收分析已成为 痕量元素分析的一种重要手段。电热原子化法是将固 定体积的试样注入可被加热的石墨管中,在惰性气体的 保护下通电加热后（10V，300A；2000～3000℃)， 试样迅速加热原子化，得到峰形吸收信号。信号的峰 高和峰面积与待测元素的浓度成正比。
⒉ 干扰少，分析精度好； ⒊ 分析速度快； ⒋ 应用范围广； ⒌ 仪器比较简单，操作方便。
三、原子吸收的测量
比耳定律 A =εb c dIkIdl k ：吸收系数
积分： II0td I I 0 tkd l It I0ekl
积分吸收系数：
k d
e2
mec
fn0
积分吸收与单位体积火焰介质中的基态原子数成正比。
原子吸收光谱定量分析方法
原子吸收定量分析方法一、定量分析方法(P145)⑴标准曲线法：配制一系列浓度不同的标准溶液，在相同测定条件下，测定标准系列溶液和待测试样溶液的吸光度，绘制A-c标准曲线，由待测溶液的吸光度值在标准曲线上得到其含量。
(2)标准加入法当试样组成复杂，待测元素含量很低时，应采用标准加入法进行定量分析。
取若干份体积相同的试液(cX)，依次按比例加入不同量的待测物的标准溶液(cO):浓度依次为：cX，cX+cO，cX+2cO，cX+3cO，cX+4cO …分别测得吸光度为：AX ，A1 ，A2 ，A3 ，A4 …直线外推法：以对浓度做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度。
(3)稀释法：⑷内标法：在标准试样和被测试样中，分别加入内标元素，测定分析线和内标线的吸光度比，并以吸光度比与被测元素含量或浓度绘制工作曲线。
内标元素的选择：内标元素与被测元素在试样基体内及在原子化过程中具有相似的物理化学性质，样品中不存在，用色谱纯或者已知含量二、灵敏度和检出限(1)灵敏度1、定义：在一定浓度时，测定值(吸光度)的增量(△ A)与相应的待测元素浓度(或质量)的增量(△ c或A m)的比值(即分析校正曲线的斜率)PS:习惯上用特征浓度和特征质量表征灵敏度2、特征浓度定义：能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量浓度定义为元素的特征浓度3、特征质量定义：能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量定义为元素的特征质量。
(2)检出限定义：适当置信度下，能检测出的待测元素的最低浓度或最低质量。
用接近于空白的溶液，经若干次重复测定所得吸光度的标准偏差的3倍求得。
（3）测定条件的选择1.分析线的选择每种元素都有几条可供选择使用的吸收线。
一般选待测元素的共振线作为分析线，可以得到最好的灵敏度。
在测量高含量元素时，也可选次灵敏线。
2.单色器光谱通带的选择（调节狭缝宽度）光谱通带的选择以排除光谱干扰和具有一定透光强度为原则。
第8章 原子吸收光谱分析
（式中：Kv为基态原子对频率为的光的吸收系数）
三、引起吸收线变宽的因素 a、自然宽度（natural width） 用Δ ν N 表示。 b、多普勒变宽(Doppler broadening) 用Δ ν D 表示。表达式见图8-3。 c、压力变宽（包括劳伦兹变宽、共振变 宽），它们分别用Δ ν L 和Δ ν R表示。 d、其它因素变宽，如场致变宽、自吸效应等。 它们之间的关系式为：
二、原子吸收光谱分析法及其常规模式
原子吸收光谱分析
是基于物质所产生 的原子蒸气对特定 谱线（待测元素的 特征谱线）的吸收 作用来进行定量分 析的一种方法。 分析模式见示意图。
●原子吸收和原子发射是相互联系的两种相反过程。
Comparison of AAS and AES
因此，AAS和AES法在所使用的仪器和测定方法上有 相似之处，亦有不同点。 ●由于原子的吸收线比发射线的数目少得多，这样 谱线重叠的几率小得多。而且空心阴极灯一般并不 发射那些邻近波长的辐射线，因此其它辐射线干扰 较小。因此，AAS法的选择性高、干扰少且易于克 服。 ●在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态原 于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部分 原子。因此，原子吸收具有较高的灵敏度。
（2）冷原子化法
原子化温度为常温。
பைடு நூலகம்
T [ D ( L R N ) ]
2
2 1/ 2
四、积分吸收和峰值吸收
在吸收线轮廓内，吸收系数的值会随吸收光
子的波长变化而变化，要表示原子蒸气吸收的全
部能量，就必须在吸收线所在的波长区间进行积
分运算，所得结果简称为积分吸收值。
从理论上，积分吸收与原子蒸气中吸收辐射
E0 基态能级 E1、E2、E3为激发态能级 因此，A 产生吸收光谱； B 产生发射光谱。 电子从基态跃迁到能量最低 的激发态(第一激发态)时要吸收 一定频率的光(谱线) ，这种谱 线称为共振吸收线；当它再跃迁 回基态时，则发射出同样频率的 光(谱线)，这种谱线称为共振发 射线(它们都简称共振线)。
三、引起吸收线变宽的因素 a、自然宽度（natural width） 用Δ ν N 表示。 b、多普勒变宽(Doppler broadening) 用Δ ν D 表示。表达式见图8-3。 c、压力变宽（包括劳伦兹变宽、共振变 宽），它们分别用Δ ν L 和Δ ν R表示。 d、其它因素变宽，如场致变宽、自吸效应等。 它们之间的关系式为：
二、原子吸收光谱分析法及其常规模式
原子吸收光谱分析
是基于物质所产生 的原子蒸气对特定 谱线（待测元素的 特征谱线）的吸收 作用来进行定量分 析的一种方法。 分析模式见示意图。
●原子吸收和原子发射是相互联系的两种相反过程。
Comparison of AAS and AES
因此，AAS和AES法在所使用的仪器和测定方法上有 相似之处，亦有不同点。 ●由于原子的吸收线比发射线的数目少得多，这样 谱线重叠的几率小得多。而且空心阴极灯一般并不 发射那些邻近波长的辐射线，因此其它辐射线干扰 较小。因此，AAS法的选择性高、干扰少且易于克 服。 ●在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态原 于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部分 原子。因此，原子吸收具有较高的灵敏度。
（2）冷原子化法
原子化温度为常温。
பைடு நூலகம்
T [ D ( L R N ) ]
2
2 1/ 2
四、积分吸收和峰值吸收
在吸收线轮廓内，吸收系数的值会随吸收光
子的波长变化而变化，要表示原子蒸气吸收的全
部能量，就必须在吸收线所在的波长区间进行积
分运算，所得结果简称为积分吸收值。
从理论上，积分吸收与原子蒸气中吸收辐射
E0 基态能级 E1、E2、E3为激发态能级 因此，A 产生吸收光谱； B 产生发射光谱。 电子从基态跃迁到能量最低 的激发态(第一激发态)时要吸收 一定频率的光(谱线) ，这种谱 线称为共振吸收线；当它再跃迁 回基态时，则发射出同样频率的 光(谱线)，这种谱线称为共振发 射线(它们都简称共振线)。
原子吸收光谱的分析方法
能高的温度和长的时间； 原子化——通过实验确定何时基态原子浓度达最大值； 净化——短时间(3~5s)内去除试样残留物，温度应高于原子化温度。
定量分析方法
1.校正曲线法
配制一组合适的标准溶液，由 低浓度到高浓度依次喷入火焰 ，将获得的吸光度A数据对应于 浓度c作标准曲线，在相同条件 下测定试样的吸光度A，在标准 曲线上求出对应的浓度值。或 由标准试样数据获得线性方程 ，将试样的吸光度A数据代入计 算。注意在高浓度时，标准曲 线易发生弯曲。
一般选待测元素的共振线作为分析线，测量高浓度时，也可选次灵敏线
（2） 灯电流选择
灯电流过小，光强低且不稳定；灯电流过大，发射线变宽，灵敏度
下降，且影响光源寿命。选择原则：在保证光源稳定且有足够光输出时 ，选用最小灯电流（通常是最大灯电流的1/2~2/3），最佳灯电流通过实 验确定。
(3) 通带（调节狭缝宽度）
b.计算法 设容量瓶A，待测元素浓度cx，吸光度Ax 容量瓶B，待测元素浓度为(cx+cs)，吸光度为Ax+s ，可求得被测试液元素的浓度为:
例：用原子吸收分光光度法测定水样中的锌。取1000mL水样加 热浓缩至100mL，吸取25.00mL水样，分别放入两个50.00mL容 量瓶中，其中一个再加入10.00mL(10.0μg·mL-1)锌标准溶液，均 稀释至刻度。分别测得吸光度为0.210和0.686。计算水样中锌的 含量。
解： cZn = Ax·cS /Ax+S-Ax= 0.210 ×10.0 /0.686- 0.210 =4.41 μg/mL
水样中锌的含量： cZn =4.41 × 50.00 × 100/1000 × 25 = 0.822 mg/L
方法评价
(1) 灵敏度（S）——灵敏度(Sensitivity)IUPAC规定，分析标准函数的一次
定量分析方法
1.校正曲线法
配制一组合适的标准溶液，由 低浓度到高浓度依次喷入火焰 ，将获得的吸光度A数据对应于 浓度c作标准曲线，在相同条件 下测定试样的吸光度A，在标准 曲线上求出对应的浓度值。或 由标准试样数据获得线性方程 ，将试样的吸光度A数据代入计 算。注意在高浓度时，标准曲 线易发生弯曲。
一般选待测元素的共振线作为分析线，测量高浓度时，也可选次灵敏线
（2） 灯电流选择
灯电流过小，光强低且不稳定；灯电流过大，发射线变宽，灵敏度
下降，且影响光源寿命。选择原则：在保证光源稳定且有足够光输出时 ，选用最小灯电流（通常是最大灯电流的1/2~2/3），最佳灯电流通过实 验确定。
(3) 通带（调节狭缝宽度）
b.计算法 设容量瓶A，待测元素浓度cx，吸光度Ax 容量瓶B，待测元素浓度为(cx+cs)，吸光度为Ax+s ，可求得被测试液元素的浓度为:
例：用原子吸收分光光度法测定水样中的锌。取1000mL水样加 热浓缩至100mL，吸取25.00mL水样，分别放入两个50.00mL容 量瓶中，其中一个再加入10.00mL(10.0μg·mL-1)锌标准溶液，均 稀释至刻度。分别测得吸光度为0.210和0.686。计算水样中锌的 含量。
解： cZn = Ax·cS /Ax+S-Ax= 0.210 ×10.0 /0.686- 0.210 =4.41 μg/mL
水样中锌的含量： cZn =4.41 × 50.00 × 100/1000 × 25 = 0.822 mg/L
方法评价
(1) 灵敏度（S）——灵敏度(Sensitivity)IUPAC规定，分析标准函数的一次
化学反应的原子吸收光谱分析
化学反应的原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析，是一种利用原子对特定波长的光发生吸收的现象进行分析的方法。
通过测量样品溶液或气体中吸收光的强度，可准确测定其中的化学元素含量。
在化学反应中，原子吸收光谱分析是一项重要的技术，能够提供关于反应过程中元素浓度和化学物种变化的信息。
本文将详细介绍化学反应的原子吸收光谱分析的原理、应用和优势。
一、原理原子吸收光谱分析基于原子对特定波长光的吸收现象，其原理可以分为两个基本过程：光源激发和吸收现象。
1. 光源激发在原子吸收光谱分析中，常用的光源是空心阴极放电灯或恒流电源。
光源中的电极通电后，电极中的金属元素被激发形成原子或原子离子，并释放出特定波长的光。
2. 吸收现象样品溶液或气体中的化学元素原子或原子离子与光源发出的特定波长的光相互作用，产生吸收现象。
当光经过样品时，如果样品中存在与光源波长相对应的原子或原子离子，这些原子会吸收部分光的能量，使得吸收光的强度减小。
通过测量光的强度变化，可以推断样品中所含的元素及其浓度。
二、应用原子吸收光谱分析在化学反应中的应用广泛，以下是几个常见的应用领域：1. 反应动力学研究原子吸收光谱分析可用于研究化学反应的动力学过程。
通过监测反应物中某种元素的浓度随时间的变化，可以推断反应的速率常数、反应机理等信息。
2. 反应过程监测通过原子吸收光谱分析，可以实时监测反应过程中各种元素的浓度变化。
这对于了解化学反应过程中元素的转化情况、判断反应的进行程度等方面具有重要意义。
3. 催化剂研究原子吸收光谱分析可用于研究催化剂在反应过程中的作用机制。
通过测定反应物中的催化剂元素浓度变化，可以揭示催化剂对反应速率、选择性等方面的影响。
4. 有机合成原子吸收光谱分析在有机合成中的应用越来越广泛。
通过测定反应物和产物中有机元素的浓度，可评估有机合成反应的转化率和产物纯度。
三、优势原子吸收光谱分析具有以下优势：1. 灵敏度高原子吸收光谱分析的灵敏度通常为微克/升量级，可以准确测定样品中微量甚至痕量元素的含量。
原子吸收光谱法
4.2.2 原子化系统
火焰原子化的特点与局限性 特点：简单，火焰稳定，重现性好，精密度高，应 用范围广。 缺点：原子化效率低、只能液体进样
4.2.2 石墨炉原子化器
石墨炉原子化法(GFAAS)
4.2.2 原子化系统
特点：
采用直接进样和程序升温方式，原子化温度曲线是 一条具有峰值的曲线。
4.4.4 原子吸收光谱定量分析方法
标准加入曲线法
Ax= k C A0= k（C0 + Cx） Cx= AxC0/（A0-Ax）
标准加入法能消除 基体干扰， 不能消背景 干扰。 使用时，注意要 扣除背景干扰。
原子吸收光谱实验在410进行
谢谢大家！
4.1.2 原子吸收谱线的轮廓
碰撞变宽：原子核蒸气压力愈大，谱线愈宽。 同种粒子碰撞——赫尔兹马克(Holtzmank)变宽, 异 种粒子碰撞——称罗论兹（Lorentz）变宽。10-2 Å
场致变宽：在外界电场或磁场的作用下，引起原子
核外层电子能级分裂而使谱线变宽现象称为场致变宽。 由于磁场作用引起谱线变宽，称为Zeeman (塞曼)变宽。
4.4.4 原子吸收光谱定量分析方法
标准曲线法 最常用的分析方法。标准曲线法最重要的是绘 制一条标准曲线。 配制一组含有不同浓度被测元素的标准的标准 溶液,在与试样测定完全相同的条件下，依浓 度由低到高的顺序测定吸光度。绘制吸光度A 对浓度c的校准曲线。 测定试样的吸光度值，在标准曲线上用内插法 求出被测元素的含量。
4.4.1 仪器操作条件的选择
光谱通带的选择 光学系统指是狭缝宽度(S/mm)的选择。 光 谱 通 带 主 要 取 决 于 单 色 器 的 倒 线 色 散 率 (D ， nm.mm-1)。 光谱通带的计算式为： W=D×S。光谱通带的宽窄 直接影响分析的检出限、灵敏度和线性范围。 对于碱金属、碱土金属，可用较宽的光谱通带，而 对于如铁族、稀有元素和连续背景较强的情况下， 要用较小的光谱通带。
原子吸收光谱法
D
ln 2
N0kL
KLN0
上式的前提条件：
（1） Δνe<Δνa ； （2）发射线与吸收线的中心频率一致。
2020年5月3日星期日
五、基态原子数与原子化温度表
原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与
特征谱线吸收之间的关系来测定的。
需要考虑原子化过程中，原子蒸气中基态原子N0与待测 元素原子总数N之间的定量关系。
——雾化器和燃烧器。
（1）雾化器
结构如图所示
主要缺点：雾化效率低。
2020年5月3日星期日
（2）燃烧器
它的作用是产生火焰，使进入火焰的试样
气溶胶蒸发和原子化。燃烧器是用不锈钢材料 制成，耐腐蚀、耐高温。燃烧器所用的喷灯有 “孔型”和“长缝型”两种。预混合型燃烧器 中，一般采用吸收光程较长的长缝型喷灯。喷 灯的缝长和缝宽随火焰而不同，
（2）各种元素的基态第一激发态（共振线）
最易发生，吸收最强，最灵敏线,分析线。
（3）利用待测原子蒸气对同种元素的特征谱线 （共振线）的吸收可以进行定量分析
2020年5月3日星期日
三、谱线的轮廓与谱线变宽
原子结构较分子结 构简单，理论上应产 生线状光谱吸收线。 实际上用不同频率 辐射光照射(强度为 I0）时，
2020年5月3日星期日
2.峰值吸收测量法
吸收线中心频率处的吸收系数K0为峰值吸收系数，简称 峰值吸收。
1955年沃尔什提出采用锐线光源（能发射谱线半宽度很 窄的发射线的光源），峰值吸收与火焰中被测元素的原子浓 度也成正比。
因为当采用锐线光源进行测量
，则Δνe<Δνa ，由图可见，在辐射线 宽度范围内，峰值吸收与积分吸收
2020年5月3日星期日
ln 2
N0kL
KLN0
上式的前提条件：
（1） Δνe<Δνa ； （2）发射线与吸收线的中心频率一致。
2020年5月3日星期日
五、基态原子数与原子化温度表
原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与
特征谱线吸收之间的关系来测定的。
需要考虑原子化过程中，原子蒸气中基态原子N0与待测 元素原子总数N之间的定量关系。
——雾化器和燃烧器。
（1）雾化器
结构如图所示
主要缺点：雾化效率低。
2020年5月3日星期日
（2）燃烧器
它的作用是产生火焰，使进入火焰的试样
气溶胶蒸发和原子化。燃烧器是用不锈钢材料 制成，耐腐蚀、耐高温。燃烧器所用的喷灯有 “孔型”和“长缝型”两种。预混合型燃烧器 中，一般采用吸收光程较长的长缝型喷灯。喷 灯的缝长和缝宽随火焰而不同，
（2）各种元素的基态第一激发态（共振线）
最易发生，吸收最强，最灵敏线,分析线。
（3）利用待测原子蒸气对同种元素的特征谱线 （共振线）的吸收可以进行定量分析
2020年5月3日星期日
三、谱线的轮廓与谱线变宽
原子结构较分子结 构简单，理论上应产 生线状光谱吸收线。 实际上用不同频率 辐射光照射(强度为 I0）时，
2020年5月3日星期日
2.峰值吸收测量法
吸收线中心频率处的吸收系数K0为峰值吸收系数，简称 峰值吸收。
1955年沃尔什提出采用锐线光源（能发射谱线半宽度很 窄的发射线的光源），峰值吸收与火焰中被测元素的原子浓 度也成正比。
因为当采用锐线光源进行测量
，则Δνe<Δνa ，由图可见，在辐射线 宽度范围内，峰值吸收与积分吸收
2020年5月3日星期日
中国地质大学《分析化学》第8章原子吸收光谱法
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2019/1/29
（3）原子吸收线的宽度
3)压力变宽(pressure boradening)
由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子 和电子等）间的相互作用而产生的谱线变宽，统称 为压力变宽。 压力变宽有两种：
罗伦兹(Lorentz )变宽——不同粒子碰撞引起的谱 线变宽；
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2019/1/29
（3）原子吸收线的宽度
2)多普勒变宽(Doppler broadening)
多普勒变宽——原子在空间作相对热运动 引起的谱线变宽。 由于辐射原子作无规则的热运动，它与位 置固定的观测器间便产生相对的位移，从而发 生多普勒效应，使谱线变宽。这种谱线变宽由 于是热运动产生的，所以又称为热变宽。一般 可达10-3 nm，是谱线变宽的主要因素。
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2019/1/29
空心阴极灯
空心阴极灯的特点： 发射的谱线窄； 发射强度较大； 光源稳定性好； 使用寿命长。 缺陷： 单元素灯。
上一内容
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2019/1/29
光源调制
光源调制：
来自火焰的辐射背景（连续光谱，直流信号）可与待测 物吸收线一同进入检测器，尽管单色器可滤除一部分背景， 但仍不能完全消除这些背景对测定的干扰。为此，必须对光 源进行“调制”。 光源调制定义：将入射光所产生的直流信号转换成交流信号，通 过电学方法将其与来自火焰的直流信号滤掉（RC电路），从 而避免火焰背景干扰。 光源调制方法： 1）机械调制—在光源和火焰之间加一切光器（分成四个扇形， 其中对角的两个扇形可让入射光通过）并以一定的速度（频 率）旋转，入射光被“切”成交变的光。 2）电学调制：通过脉冲方式给光源供电，直接产生“脉冲”光。
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（3）原子吸收线的宽度
3)压力变宽(pressure boradening)
由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子 和电子等）间的相互作用而产生的谱线变宽，统称 为压力变宽。 压力变宽有两种：
罗伦兹(Lorentz )变宽——不同粒子碰撞引起的谱 线变宽；
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（3）原子吸收线的宽度
2)多普勒变宽(Doppler broadening)
多普勒变宽——原子在空间作相对热运动 引起的谱线变宽。 由于辐射原子作无规则的热运动，它与位 置固定的观测器间便产生相对的位移，从而发 生多普勒效应，使谱线变宽。这种谱线变宽由 于是热运动产生的，所以又称为热变宽。一般 可达10-3 nm，是谱线变宽的主要因素。
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空心阴极灯
空心阴极灯的特点： 发射的谱线窄； 发射强度较大； 光源稳定性好； 使用寿命长。 缺陷： 单元素灯。
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光源调制
光源调制：
来自火焰的辐射背景（连续光谱，直流信号）可与待测 物吸收线一同进入检测器，尽管单色器可滤除一部分背景， 但仍不能完全消除这些背景对测定的干扰。为此，必须对光 源进行“调制”。 光源调制定义：将入射光所产生的直流信号转换成交流信号，通 过电学方法将其与来自火焰的直流信号滤掉（RC电路），从 而避免火焰背景干扰。 光源调制方法： 1）机械调制—在光源和火焰之间加一切光器（分成四个扇形， 其中对角的两个扇形可让入射光通过）并以一定的速度（频 率）旋转，入射光被“切”成交变的光。 2）电学调制：通过脉冲方式给光源供电，直接产生“脉冲”光。
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原子吸收光谱分析概述
三、 原子吸收光谱分析的特点
1. 灵敏度高：在原子吸收实验条件下，处于基态的原子数 目比激发态多得多（玻尔兹曼分布规律），故灵敏度高。 其检出限可达 10-9 g /ml ( 某些元素可更高 ) ； 2. 选择性好：谱线简单，因谱线重叠引起的光谱干扰较小， 即抗干扰能力强。分析不同元素时，选用不同元素灯，提 高分析的选择性； 3. 具有较高的精密度和准确度：因吸收线强度受原子化器 温度的影响比发射线小。另试样处理简单。 RSD1~2%， 相对误差0.1~0.5%。 缺点：难熔元素、非金属元素测定困难、不能多元素同时 分析。
谱线轮廓与谱线变宽
3．压力变宽 由于吸光原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起的 能级稍微变化，使发射或吸收光量子频率改变而导致的谱线 变宽。根据与之碰撞的粒子不同，可分为两类： ①．共振变宽或赫鲁兹马克变宽：因和同种原子碰撞而产 生的变宽—共振变宽或赫鲁兹马克变宽。 ②． 劳伦兹变宽ΔvL：因和其它粒子(如待测元素的原子与 火焰气体粒子)碰撞而产生的变宽－劳伦兹变宽，以ΔvL表示。 赫鲁兹马克变宽只有在被测元素浓度较高时才有影响 。在通常的条件下，压力变宽起重要作用的主要是劳伦兹变 宽，谱线的劳伦兹变宽可由下式决定： ΔνL=2NAσ2p[2/πRT· (1/A+1/M)]1/2 σ2--碰撞的有效截面积；M --待测原子的相对原子量； ΔvL和ΔνD具有相同的数量级，也是谱线变宽的主要因素。
火焰原子化装置
i. 空气---乙炔火焰：空气—乙炔火焰最为常用。其最高温度 2300℃，能测35种元素。但不适宜测定已形成难离解氧化物 的元素，如Al,Ta,Zr,Ha等。 贫燃性空气—乙炔火焰:其燃助比小于1:6，火焰燃烧高 度较低，燃烧充分，温度较高，适用于不易氧化的元素。 富燃性空气—乙炔火焰:其燃助比大于1:3，温度较贫然 性火焰低，噪声较大。由于燃烧不完全，火焰成强还原性气 氛（如CN,CH,C等），有利于金属氧化物的离解： MO+C→M+CO MO+CN→M+N+CO MO+CH→M+C+OH 故适用于测定较易形成难熔氧化物的元素。 （中性火焰），其燃助比为1:4。这种火焰稳定、温度较高 、背景低、噪声小，适用于测定许多元素。
谱线轮廓与谱线变宽
4．自吸变宽 光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所 吸收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现象越严重。 5．场致变宽 外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用 使谱线变宽的现象；影响较小。 火焰原子化法中， ΔvL是主要的；非火焰原子化法中 ， ΔνD是主要的。 ΔvL谱线变宽，会导致测定的灵敏度下降。
火焰原子化装置
火焰的类型 ： 按照燃气和助燃气比例不同， 可将火焰分为三类： a. 化学计量火焰：温度高，干扰少 ，稳定，背景低，适用于测定许多 元素。 b. 富燃火焰：还原性火焰，燃烧不 完全，测定较易形成难熔氧化物的 元素Mo、Cr稀土等。 c. 贫燃火焰：火焰温度低，氧化性 气氛，适用于碱金属测定。
2
mc
N0 f
A 0 . 434
2 π ln 2 D
e
2
mc
N 0 fL kLN
0
上式的前提条件： （1） Δνe<Δνa ； （2）辐射线与吸收线的中心频率一致。
原子吸收光谱分析基本原理
四、基态原子数(N0)与待测元素原子总数(N)的关系 在一定温度下，处于热力学平衡时，激发态原子数 Nj与 基态原子数N0 之比服从波尔兹曼分布定律： Nj/N0=Pj/P0e-(Ej-E0)/kT 式中， P0 ， Pj分别为基态和激发态统计权重。 对共振线（E0=0），有 Nj/N0=Pj/P0e-Ej/Kt 当 T< 3000K 时，Nj/N0都很小，不超过1% ,故 N0=N 若控制条件使进入火焰的试样保持一个恒定的比例，则 A与溶液中待测元素的浓度成正比，即： A=K· c 此即为原子吸收分光光度法定量基础。
原子吸收光谱分析基本原理
二、谱线轮廓与谱线变宽
L
L
L
以Kv与 作图： 表征吸收线轮廓(峰)的参数： 中心频率0(峰值频率) ：最大吸 收系数对应的频率； 半 宽 度：Δ。
谱线轮廓与谱线变宽
(二)、谱线变宽 1. 自然宽度ΔvN
在无外界影响下，谱线仍有一定宽度，这种宽度称为自然宽度。 根据量子力学的Heisenberg测不准原理，能级的能量有不确定性，ΔE 由下式估算： ΔE=h/2（πτ） τ-激发态原子的寿命；τ越小，宽度越宽。ΔvN约相当于10-5nm数量级.
《仪器分析》课程
第八章
原子吸收光谱分析（AAS)
第一节 原子吸收光谱分析概述
一、历史
定义：原子吸收光谱法是一种基于气态的待测基态原子(原子 蒸气）对特征谱线的吸收而建立的一种分析方法。这一方法 的发展经历了3个发展阶段： 1. 原子吸收现象的发现 1802年，W. H. Wollaston在研究太阳连续光谱时，发现 太阳光谱的暗线。 暗 线
第二节 原子吸收光谱分析基本原理
一、原子吸收光谱的产生及共振线
第三激发态 第二激发态 第一激发态 h 基态 M* M+hν(发射) a. 原子发射 M+hν hν 基态 M* (吸收) 第三激发态 第二激发态 第一激发态
b. 原子吸收
1．共振发射线： 电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频 率的光，它再跃迁回基态时，则发射出同样频率的光(谱线)，这种谱线称 为共振发射线 。 2．共振吸收线： 电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为 共振吸收线 。 3．共振线： 共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。 对大多数元素来说，共振线也是元素最灵敏的谱线。
原子吸收分光光度计
二、原子化系统
作用：将试样中的待测元素转变成气态的基态原子（原子蒸 气）。
1. 火焰原子化装置 包括：雾化器；燃烧器。 燃烧器：全消耗型（试液直接 喷入火焰），预混合型（在雾 化室将试液雾化，然后导入火 焰）
火焰原子化装置
①．雾化器：作用是将试样溶液分散为极微细的雾滴，形成 直径约10μm的雾滴的气溶胶（使试液雾化）。 要求: a. 喷雾要稳定；b.雾滴要细而均匀； c. 雾化效率要高； d.有好的适应性。 气动雾化器原理 :
光源
b.原理
施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极；与充入的惰
性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁 猛烈轰击；使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再 与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中 便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。 用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。 优缺点： （1）辐射光强度大，稳定， 谱线窄，灯容易更换。 （2）每测一种元素需更换相 应的灯。
积分吸收和峰值吸收
①．锐线光源——发射线的半宽度比吸收线的半宽度窄的多 的光源。 锐线光源需要满足的条件： a.光源的发射线与吸收线的ν0一致。 b.发射线的Δν1/2小于吸收线的 Δν1/2。 理想的锐线光源——空心阴极 灯：用一个与待测元素相同的纯金 属制成。由于灯内是低电压，压力 变宽基本消除；灯电流仅几毫安， 温度很低，热变宽也很小。
2. 多普勒宽度ΔνD
由于原子在空间作无规则热运动所导致的，故又称为热变宽. 当处于热力学平衡时， Doppler变宽可用下式表示：
V D 7 . 162 10
7
V0
T M
在原子吸收中，原子化温度一般在2000~3000K，ΔνD一般在10-3~102 nm，它是谱线变宽的主要因素。
基态 Na+hν Na* (吸收)
a. 火焰温度较高区域
b. 火焰温度较低区域
根据这一暗线与太阳光谱中的暗线在同一位置这一事实，证 明太阳连续光谱中的暗线正是大气圈中的气态Na原子对太阳 光谱中Na辐射的吸收所引起的，解释了暗线产生的原因。
原子吸收光谱分析概述
2、空心阴极灯的发明
火焰
空心阴极 灯 如要测定试液中的镁离子:
0
A lg
0
I 0 d
-K L
e
I 0 e
积分吸收和峰值吸收
A lg
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0
e
0
I 0 d
-K L
e
I 0 e
d
A lg e
- K L
lg e
K0L
0 . 434 K 0 L
在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应影响，则：
K0 2 π ln 2 D e
火焰原子化装置
Ii．氧化亚氮—乙炔焰：其燃烧反应为： 5N2O→5N2+5/2O2+Q (大量Q使乙炔燃烧) C2H2+5/2O2→2CO2+H2O 火焰温度达3000℃。火焰中除含C,CO,OH等半分解产物外， 还含有CN,NH等成分，因而具有强还原性，可使许多易形成 难离解氧化物元素原子化（如Al,B,Be,Ti,V,W,Ta,Zr,Ha等） MO+CN→M+N+CO MO+NH→M+N+OH 产生的基态原子又被CN,NH等气氛包围，故原子化效率高 。另由于火焰温度高，化学干扰也少。可适用于难原子化元 素的测定，用它可测定70多种元素。 iii.氧屏蔽空气---乙炔火焰：用氧气流将空气-乙炔火焰与大气 隔开。特点是温度高、还原性强。适合测定Al等一些易形成 难离解氧化物的元素。
原子吸收光谱分析基本原理
三、积分吸收和峰值吸收 1.积分吸收
钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原子 吸收线半宽度：10-3nm。如图： 若用一般光源 照射时， 吸 收光的强度变化仅为0.5%。灵 敏度极差。 根据经典的爱因斯坦理论 ，积分吸收与基态原子数目的 关系，由下式给出：