原子光谱分析技术及其应用-AAS
原子吸收光谱法(AAS)
2005/7 马长华
第一节 概述
原子吸收分光光度法 （ AAS）又称为 原子吸收光谱法，简称原子吸收， 是基于被测元素的基态原子对其原子共 振辐射的吸收进行定量分析的方法。该 分析法示意图见图-1。
测定试样中某元素含量时，试样在原 子化器中被蒸发、解离为气态基态原子， 当用该元素的锐线光源发射出的特征辐 射，照射该元素的气态基态原子区时， 元素的特征辐射因被气态基态原子吸收 而减弱，经过色散系统和检测系统后， 测得吸光度，根据吸光度与被测定元素 的浓度线性关系，从而进行元素的定量 分析。
当用锐线光源作原子吸收测定时，所得 吸收值A与原子蒸气中待测元素的原子数 总数N成正比, 在一定的喷雾和火焰条件 下， 溶液中待测元素的浓度与火焰中该 元素的基态原子有恒定的比例关系。则 有： A=KNL 其中 N∞C，令 K‘= K L A=K‘C
峰值积分值：测定某一波长处的吸光度 值，该值与被分析样的原子总数成正比， 现在多用。 积分吸收值：测定吸收线轮廓所包围的 面积，该值与气态原子浓度成正比。
火焰原子化的能力不仅取决于火焰温度，还与火焰的氧 化还原性有关。氧化还原性取决于燃气和助燃气的流量 比例，按燃助比可将火焰分为三种。 火焰的种类 燃助比 火焰性质 火焰状态 化学剂量火焰 约1∶4 中性 层次清楚 蓝色透明 富燃火焰 约1∶3 1 3 还原性 应用范围 大多数元素 皆适用
几种类型的火焰及温度
火焰类型 化学反应 温度/K
丙烷-空气焰 C3H8+5O2→3CO2+4H2O 2200 氢气-空气焰 H2+1/2O2→H2O H 2300 乙炔-空气焰 C2H2+5/2O2→2CO2+H2O 2600 乙炔－氧化亚氮焰 C2H2+5N2O→2CO2+H2O+5N2 3200
pe原子吸收aas
pe原子吸收aasPE原子吸收AAS概述:原子吸收光谱(AAS)是一种常用的分析技术，用于测定金属元素的含量。
在AAS中，样品中的金属元素原子吸收了特定波长的光线，通过测量吸收光的强度来确定金属元素的浓度。
本文将重点介绍PE原子吸收AAS的原理和应用。
一、原理:PE原子吸收AAS是指使用火焰或电石墨炉作为原子化器的AAS技术。
在火焰中，样品中的金属元素被气体燃烧产生的高温原子化，然后原子化的金属元素吸收特定波长的光线。
通过测量吸收光的强度，可以计算出样品中金属元素的浓度。
二、操作步骤:1. 样品制备: 将待测样品溶解或稀释至适当浓度，以便于AAS的测量。
2. 样品进样: 将制备好的样品注入AAS仪器的进样装置中。
3. 原子化: 样品进入火焰或电石墨炉，金属元素被原子化。
4. 吸收测量: 通过特定波长的光源照射样品，测量吸收光的强度。
5. 数据分析: 使用标准曲线或内标法等方法，计算出样品中金属元素的浓度。
三、优点和应用:1. 灵敏度高: AAS可以达到ppb甚至更低的测量限度，适用于对金属元素浓度要求较高的分析。
2. 选择性好: 通过选择不同的光源波长，可以准确测量不同金属元素的含量。
3. 应用广泛: PE原子吸收AAS广泛应用于环境监测、食品安全、药物分析等领域。
例如，可以用于测定水中重金属的含量，食品中微量元素的浓度等。
四、注意事项:1. 样品制备: 样品制备的过程中要注意避免污染和样品损失。
2. 内标法: 在测量过程中，可以引入内标法来提高分析的准确性和精确度。
3. 仪器校准: 使用标准物质进行仪器的校准，以确保测量结果的准确性。
4. 仪器维护: 定期进行仪器维护和保养，以保证仪器的正常运行和测量结果的可靠性。
总结:PE原子吸收AAS是一种常用的金属元素分析技术，具有灵敏度高、选择性好和应用广泛等优点。
在实际应用中，需要注意样品制备、仪器校准和维护等细节，以确保测量结果的准确性和可靠性。
通过PE原子吸收AAS技术，可以准确测量样品中金属元素的浓度，为环境监测、食品安全和药物分析等领域提供重要的数据支持。
原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry,简称AAS)
双光束型：来自光源的光束被分 成两束，一束作测量光束，通过 火焰；另一束作参比光束；交替 进入单色器到达光电倍增管检测 比较
– 特点：消除因光源波动造成的影响，
但不能抵消因火焰波动造成的影响
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四、定量分析方法
1、标准曲线法：吸光度—浓度标准曲线
– 方法：
配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液 在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸 光度值 绘制吸光度对浓度的校准曲线。 测定试样的吸光度 查校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。
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火焰原子化器和石墨炉原子化器可测定的元素
H Li Be Na Mg
火焰 火焰 & 石墨炉
He B C N O F Ne Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Zn Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
e- e-
e-
Dynode (9-13)
Quartz Window
*100 Million Amplification of Signal
Photomultiplier Tube Operation
三、原子吸收分光光度计
单光束型：空白溶液调透光率T 到100%。测试剂溶液的透射比
– 特点：仪器结构简单，不能消除因 光源波动造成的影响，基线漂移
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原子化器
原子化：将试样转变为原子蒸汽的过程
原子化器的功能：提供能量使试样干燥、蒸 发和原子化。同时入射光束在这里被基态原 子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。
微量元素的检测方法
微量元素的检测方法微量元素是人体以及其他生物体内所需的一类元素，虽然其在体内所需量较小，但却起着非常重要的作用。
因此，对微量元素的检测方法的研究显得尤为重要。
本文将探讨微量元素的检测方法及其应用。
一、原子吸收光谱法（AAS）原子吸收光谱法是一种常用的微量元素检测方法。
该方法通过测量样品中微量元素的吸收光谱来确定其含量。
它的原理是将样品原子化后通过光学装置，使特定波长的光通过原子化的样品，并测定透射光或吸收光的强度。
根据光谱的强度可以推算出元素的含量。
二、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）电感耦合等离子体质谱是一种灵敏的微量元素检测方法。
该方法结合了电感耦合等离子体和质谱技术的优点，能够同时测定多种元素。
它利用等离子体中的高能电子来使样品原子化，并通过质谱仪来分析元素的含量。
ICP-MS在环境科学、生物医学等领域有着广泛的应用。
三、分光光度法分光光度法是一种经济、简便的微量元素检测方法。
它利用样品溶液对特定波长的光进行吸收，根据吸光度与浓度之间的关系来确定元素的含量。
该方法常用于血清、尿液等样品中微量元素的分析。
四、电化学法电化学法是另一种常用的微量元素检测方法。
根据微量元素在电极表面的电化学反应来测定其含量。
常用的电化学方法包括电位滴定法、控制电流伏安法等。
这些方法可以快速、准确地测定微量元素的含量。
除了上述的方法外，还有一些新兴的微量元素检测技术值得关注。
例如，纳米传感技术在微量元素检测中具有巨大的潜力。
纳米材料的表面积大、传感灵敏度高，可以用于设计高效的微量元素检测传感器。
此外，基于光纤技术的微量元素检测方法也在不断发展。
光纤的柔软性、高传导性能使得它可以用于设计各种形状的传感器，从而提高微量元素的检测精度。
总结起来，微量元素的检测方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱、分光光度法、电化学法等。
这些方法各具特点，可以根据需要选择合适的方法来进行微量元素的检测。
随着科技的不断发展，新的微量元素检测技术也不断涌现，为微量元素的研究和应用提供了更多可能性。
原子吸收光谱法和原子荧光光谱法介绍及应用
4.2.1.2 光学系统
➢ 单光束光学系统
原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 介绍和应用
原子吸收光谱法与 原子荧光光谱法介绍和应用
原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 介绍和应用
Alan Walsh
(1916-1998) 和他的原子吸 收光谱仪在一 起
原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 介绍和应用
4.1 原子吸收光谱法
➢原子吸收光谱法（AAS）是基于气态的基态原 子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应 原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素 含量为基础的分析方法。
原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 介绍和应用
4.2 原子吸收分光光度计
原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 介绍和应用
4.2.1 仪器结构与工作原理
原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 介绍和应用
4.2.1.1 空心阴极灯
➢ 空心阴极灯(Hollow Cathode Lamp，HCL) ➢ 由待测元素的金属或合金制成空心阴极圈和钨或其
各个量子化能级上的分布遵循Boltzmann分布 定律：
Ni
gi
ΔEi
e kT
N0 g0
原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 介绍和应用
4.1.1 原子吸收光谱的产生
➢处于基态原子核外层电子，如果外界所提供 特定能量(E)的光辐射恰好等于核外层电子基 态与某一激发态(i)之间的能量差(ΔEi)时，核 外层电子将吸收特征能量的光辐射由基态跃 迁到相应激发态，从而产生原子吸收光谱。
➢ 选择性好：谱线比原子发射少，谱线重叠概率小 。 ➢ 灵敏度高：适用于微量和痕量的金属与类金属元素
定量分析。 ➢ 精密度(RSD%)高：一般都能控制在5%左右。 ➢ 操作方便和快速： 无需显色反应。 ➢ 应用范围广。 ➢ 局限性：不适用于多元素混合物的定性分析；对于
原子吸收光谱法(AAS)
局限性：测不同的元素需不同的元 素灯，不能同时测多元素，难熔元 素、非金属元素测定困难。
原子吸收光谱法基本原理
1.原子的能级与跃迁
基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱 激发态基态,发射出一定频率的辐射。 产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱
原子吸收光谱法基本原理
A kc
原子吸收分光度计
原子吸收分光度计
原子吸收分光度计
光源
原子化器
单色器
检测系统
思考：光学系统（单色器）为什么在原子化器和检 测系统之间？
光 源
提供待测元素的特征光谱。获得较高的 灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求； （1）能发射待测元素的共振线； （2）能发射锐线； （3）辐射光强度大，稳定性好。
2.元素的特征谱线
（1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态第一激发态:
跃迁吸收能量不同——具有特征性。
（2）各种元素的基态第一激发态
最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。
（3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析
原子吸收光谱法基本原理
从光源发射出具有待测元素特征 谱线的光，通过试样蒸气时，被蒸气 中待测元素的基态原子所吸收，吸收 的程度与被测元素的含量成正比。故 可根据测得的吸光度，求得试样中被 测元素的含量。
将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢
化物，送入原子化器中检测。
单色器
•作用：将待测元素的吸收线与邻近线分开
•组件：色散元件 ( 棱镜、光栅 ) ，凹凸镜、 狭缝等
检测系统
•作用: 将待测元素光信号转换为电信号， 经放大数据处理显示结果。 •组件: 检测器、放大器、对数变换器、显 示记录装置。
原子吸收光谱法(AAS).
第五讲 原子吸收光谱法(AAS)
原子吸收光谱法(atomic absorption spectroscopy,AAS )是利用气态原子可以吸收 一定波长的光辐射,使原子中外层电子从基态 跃迁到激发态的现象而建立的.由于各种原子 中电子的能级不同,将有选择性地共振吸收一 定波长的光辐射,这个共振吸收波长恰好等于 该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为 元素定性的依据,而吸收辐射的强度可作为定 量的依据.AAS现在已成为无机元素定量分析应 用最广泛的一种分析方法．
原子吸收分析示意图
原子吸收分析特点
干扰少，准确度高 灵敏度高 测定范围广 操作简便，分析速度快 仪器结构简单
缺点: 光源；各元素的分析条件；非金属元素
分析原理
元素通过一定温度火焰后,变为原子蒸气.原 子蒸气对共振辐射的吸收程度和其中基态原 子数成正比亦即与原子浓度成正比. 和分光光度法的基本原理相似,原子吸收与 原子浓度的关系也符合朗伯-比尔定律.
A.
A lg
I0 I
KC
原子吸收光谱仪的构成
光源:提供特征锐线光谱 原子化器：产生原子蒸汽，使被测元素
原子化 分光系统：将被测分析线与光源其他谱
线分开，并阻止其他谱线进入检测器 检测系统： 数据处理系统
空心阴极灯的结构
原 子 化 器
测量条件的选择
吸收线的选择 灯电流的选择 火焰种类的选择 燃烧气和助燃气的流量 火焰高度 石墨炉原子化条件的选择
定量分析方法
标准曲线法 标准加入法 内标法
干扰及消除
物理干扰 光谱干扰 电离干扰 化学干扰 背景干扰
问题讨论
原子光谱方法在环境监测中的应用
原子光谱方法在环境监测中的应用随着环境污染问题的日益严重，环境监测变得越来越重要。
为了保护人类健康和生态平衡，科学家们不断寻找高效、准确的监测方法。
其中，原子光谱方法因其高灵敏度、高选择性和快速分析速度而在环境监测中得到广泛应用。
原子光谱方法主要包括原子吸收光谱（AAS）、原子发射光谱（AES）和原子荧光光谱（AFS）。
这些方法基于原子在特定能级间的能量转移过程，通过测量原子吸收、发射或荧光的特征谱线来分析样品中的元素。
首先，我们来看原子吸收光谱（AAS）。
AAS是一种常用的分析方法，可以用来检测各种金属元素，如铅、汞、镉等。
AAS的原理是利用原子在特定波长的光束中吸收能量，从而使原子从基态跃迁到激发态。
通过测量吸收光的强度，可以确定样品中金属元素的浓度。
AAS方法具有高灵敏度和高选择性，可以在低浓度下检测到目标元素，因此在环境监测中得到广泛应用。
其次，原子发射光谱（AES）是另一种常用的原子光谱方法。
与AAS不同，AES测量的是原子在激发态下发射的光线。
当原子从激发态返回到基态时，会释放出特定波长的光。
通过测量这些发射光的强度，可以确定样品中的元素浓度。
AES方法具有高分辨率和高准确性，可以同时检测多种元素，因此在环境监测中得到广泛应用。
最后，原子荧光光谱（AFS）是一种新兴的原子光谱方法。
AFS利用原子在特定波长的激光照射下产生荧光现象，通过测量荧光光的强度来确定样品中的元素浓度。
与AAS和AES相比，AFS具有更高的灵敏度和更低的检测限，可以在极低浓度下检测到目标元素。
AFS方法在环境监测中的应用主要集中在有毒金属元素的检测，如砷、汞等。
除了以上提到的原子光谱方法，还有其他一些衍生的技术，如原子荧光光谱-质谱联用（AFS-MS）和原子发射光谱-质谱联用（AES-MS）。
这些联用技术结合了原子光谱方法和质谱分析技术的优点，可以实现更高灵敏度和更准确的分析。
在环境监测中，原子光谱方法广泛应用于水、土壤、大气等不同介质中的元素分析。
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有三个价电子可供激发，其中两个组成闭 合亚层，另一个孤立，使该组元素特征接 近碱金属族
（3）各族元素的光谱特征
第ⅣA族元素（C、Si、Ge、Sn、Pb）
比较容易激发，但核电荷的增加对电子控
制较强，激发电位有所增高，共振线位于
紫外区
（3）各族元素的光谱特征
*随层壳闭合程度增加，激发电位越来越高
跃迁几率大，谱线会减弱，故谱线的强弱
确定元素含量，是定量光谱分析的基础 。
（2）原子的激发
试样在常温下多为固态或液态，进行光谱分 析需转为气态； 试样经高温、溶解、汽化、解离成基态原子 （价电子在稳定轨道上运转的原子）； 使原子激发的方式有：热激发、光致激发、 电场激发。光谱分析属热激发。
（2）原子的激发
• 2、发展概况
• 二十世纪60一70年代，原子吸收光谱分析进 入大发展时期。据估计，1964年全世界有原子 吸收分光光度计400台，到l 972年，达到了 20000台以上。
• 现在原子吸收光谱分析仪已经成为最常规最经
典的成分分析仪器之一。
3、原子吸收光谱分析特点
（1）精密度高 将样品转为试液，与基体元素分离，减 少了对分析的干扰 （2）检出限低 石墨炉原子吸收光谱的检出线为1011 -10-14g，适于环境样品中痕量元素 及超纯物质中杂质成分的测定
原子吸收光谱分析一般原理
• 某元素的基态原子可吸收同种元素发出的特 征光辐射，吸收值与气体中待测元素的浓度 成正比；
法
*碱金属谱线简单，具双层结构（以波长相 差不大的双线形式出现）
（3）各族元素的光谱特征
碱土金属 *有两个可被激发的价电子，激发电位及电离 电位较碱金属增高 *碱土金属电离后，只剩一个价电子，与碱金 属电子结构相同，两者光谱特征亦相同 *第ⅢA族元素（B、Al、Ga、In、Tl）
短，周期表上ⅥA、ⅦA、Ⅷ族元素一般 在空气中的电弧难以激发，激发出来波 长也在紫外区 *通用的光谱仪不能测定惰性元素族、卤族、 和轻的非金属
（3）各族元素的光谱特征
过渡性元素（铁族、铂族、稀土族）
原子中可供激发的电子多，并存在电子未充满的 内层，元素光谱的能级特多能级间能量差小， 这些元素光谱多而密集
概
述
原子吸收光谱的原理 原子吸收光谱分析的仪器 原子吸收光谱的干扰与消除
实验技术
一、概述
1、发展简史 W．H．Wollastony(伍朗斯顿)于l802年在研究太阳光谱时 就发现了太阳光谱中的暗线，以后J F Frauhofer详细地研究 了这些暗线，但当时还不能解释这些暗线产生的真实原因。
太阳光
（3）选择性好 元素的吸收线比其发射线的数目少 的多，通常发射光谱中谱线重叠， 因此无须分离共存干扰元素; （4）线性工作范围大 与发射光谱射谱法相比，光电检测 线性工作范围宽，可达4-5个数量级 ;
（5）测定元素种类较多 目前原子吸收光谱可测定约70种元 素，不过有许多元素的检测下限距 区域化探要求相差甚远，能满足区 域化探分析要求的10-20种。
（6）分析速度快
3.原子吸收光谱分析特点
（7）原子吸收光谱缺点 每次只测定一种元素，不同元素需 换不同的元素灯。
概
述
原子吸收光谱的原理 原子吸收光谱分析的仪器 原子吸收光谱的干扰与消除
实验技术
一、原子吸收光谱分析原理
1.原子光谱
（1）原子能级和原子光谱产生
原子由正电核和核外按一定轨道旋转
的电子组成，最外层电子称价电子;
• 激发
高温价电子稳定轨道（E0） 进入能量较高轨道 （E1），称激发态原子 激发态原子不稳定，在10-8s内自发返回能级低 的轨道（激态），称作跃迁，多余的能量以 光辐射形成释放。
（3）各族元素的光谱特征
* 碱金属 *易电离，一次电离后剩一个闭合层壳，成 为惰性气体稳定结构，激发它需要较高能量 * 激发电位低可用较低光源激发—火焰光度
第一激发态
E
C
热能
基态
E = h = h
• 1955年A Walsh，C．T．J．Alkemade 和 J．M．W．Milatz 等各自独立地发表了火焰原子吸收光谱 开创性的论文，奠定了原子吸收光谱分析的理论基础．使 它从此成为重要的现代仪器分析方法之—。
火焰
空心阴极灯
棱镜
光电管
• 1961年创立了石墨炉电热原子吸收光谱分析法，将原子吸 收光谱分析这推进到了一个新阶段。1958年第—台原子吸 收分光光度计商品仪器问世。1974年日本日立公司推出了 第一台塞曼效应汞分析仪商品仪器，l 976年开发了塞曼效 应石墨炉原于吸收分光光度计。 • 1982年S．B．Smith和Jr．G．M．Hietje提出了用谱线 自吸效应扣背景的原理，美国实验室仪器公司开发了这种 原理的原子吸收分光光度计商品仪器投放市场。1990年美 国Perkin—Elmer公司推出了世界上第一台纵向交流磁场 塞曼原子吸收分析商品仪器。
原子的价电子数目决定元素的化学性
质和光谱学；
（1）原子能级和原子光谱产生
*
元素的任意一条谱线都是元素外层电子层电 子的两个能级跃迁产生的，辐射谱线的波 长由两个跃迁能级的能量差决定，能级跃 迁遵守一定法则；
* 元素各有原子结构，不同元素发射谱线的 波长也不同；
（1）原子能级和原子光谱产生
• 某一谱线的出现，可判定某元素是否存在， 是定性光谱分析的基础； • 试样中某元素含量高，基态原子多，激发
暗 线
R．Bunsen与G．Kirchoff于1859年在研究碱金属和碱土金 属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过比其温度低的蒸 气时，引起钠光谱线的吸收。
根据钠发射光谱线与福劳霍弗在太阳光谱中观察 到的暗线的位置相同这—事实，解释了太阳光谱中的 暗线产生的原因，它是太阳周围大气中的钠原子对太 阳光谱钠辐射选择性吸收的结果：
稀土元素谱线复杂，相距很近，需使用高分辨 率光谱仪
原子吸收光谱分析一般原理
• 原子吸收是一个受激吸收跃迁的过程。 当有辐射通过自由原子蒸气，且入射辐射 的频率等于原子中外层电子由基态跃迁到 较高能态所需能量的频率时，原子就产生 共振吸收。原子吸收分光光度法就是根据 物质产生的原子蒸气对特定波长光的吸收 作用来进行定量分析的。原子吸收光的波 长通常在紫外和可见区。