分析化学-第10章 原子吸收光谱法
化学分析中的原子吸收光谱法
化学分析中的原子吸收光谱法化学分析是对物质成分的定性和定量分析，其应用范围非常广泛。
目前，化学分析的方法包括物理方法、化学方法、光谱学方法等多种方法。
其中，原子吸收光谱法是一种常用的物理方法。
本文将重点介绍原子吸收光谱法及其应用。
一、原子吸收光谱法的原理原子吸收光谱法是一种用于进行微量元素分析的物理方法。
其原理是在一个高温的火焰或火花中，将待测样品原子的某一种能级的电子激发至高能级。
当这些激发态的原子回到基态时，会发射出特定波长的光线，这些光线称为特征谱线。
根据不同元素的特征谱线，可以确定待测样品中各元素的含量。
二、原子吸收光谱法的仪器原子吸收光谱法的仪器一般由光源、样品入口、燃烧室、光谱仪等组成。
其中，最核心的部件是光谱仪。
光谱仪主要分为两种类型：分光光度计和原子吸收分光光度计。
分光光度计一般用于分析有机化合物和大分子化合物等样品，而原子吸收分光光度计则用于空气、土壤、水等环境样品、药物、农产品、生物样品以及自来水的氯、铜、铅等微量元素的测定。
三、原子吸收光谱法的应用原子吸收光谱法可以用于研究各种物质的元素含量，包括土壤样品、水样、大气样品、工业废气等。
常见的应用领域主要有以下几个方面：1．环境监测原子吸收光谱法可以用于对环境污染进行监测。
比如空气污染物的元素含量测定，对于各种工业废气中的有害物质的排放控制和室内空气污染的检测等。
2．农产品检测农作物的生长与土壤中的营养成分密切相关。
原子吸收光谱法可以检测土壤及农产品中的微量元素，对于精准施肥、增加作物产量以及防止污染等方面都有重要意义。
3．生物样品检测原子吸收光谱法可以用于对人体或动物体内的元素含量进行分析。
比如对于铅、汞等有毒元素的检测和盐基元素的相关研究。
总的来说，原子吸收光谱法在各个领域都有着广泛的应用。
这种能够实现微量元素分析的方法已经成为现代化学分析的重要方法之一，它能够准确地反映物质的元素组成和数量，有助于我们更全面、准确地理解物质的性质和特性。
原子吸收光谱法原理
原子吸收光谱法原理
原子吸收光谱法是一种常用的分析技术，用于确定物质中的元素含量。
该方法基于原子在特定波长的光照射下发生能级跃迁的现象，利用元素特征波长的吸收峰的强度来测量样品中元素的浓度。
以下是原子吸收光谱法的原理。
1. 原子的能级结构：原子由电子围绕着原子核的轨道运动组成。
电子在这些轨道上具有不同的能量，称为电子能级。
当原子受到外部的能量激发时，电子会从低能级跳跃到高能级，形成激发态。
2. 能级跃迁：原子的电子在吸收能量后，会跃迁到高能级。
当电子从高能级返回到低能级时，必须释放出能量。
这个能量的差别可以以光子形式释放出来，其波长与能级差相关。
3. 吸收光谱：在原子吸收光谱实验中，使用的是特定波长的光源，通常为中性或离子化的金属蒸汽灯。
这些光源会发出特定波长的光，射入样品中。
4. 样品吸收：样品中的元素原子会吸收与其能级差相匹配的波长的光。
当光通过样品时，部分光会被吸收，其吸收强度与元素的浓度成比例。
5. 检测：通过测量样品吸收光的强度，可以确定元素的浓度。
一般使用光电器件来测量吸收光的强度。
可以采用单光束或双光束系统进行测量。
6. 标准曲线：为了确定未知样品中元素的浓度，常常使用标准曲线进行定量分析。
通过测量一系列已知浓度的标准溶液的吸收峰强度，可以绘制出吸收峰强度与浓度之间的关系曲线。
利用这个曲线，可以根据样品的吸光度值来确定其浓度。
总之，原子吸收光谱法利用原子能级跃迁的现象，通过测量样品对特定波长光的吸收来测量元素的浓度。
该技术广泛应用于元素分析和环境监测等领域。
原子吸收光谱法原理示意图
原子吸收光谱法原理1、光的简短历史人们可以追溯到17世纪，当时艾萨克-牛顿爵士发现，当白光通过玻璃棱镜时，会分解成其组成的光谱颜色[1]。
从这项工作中，他提出了光的体质理论（光由粒子组成的事实），而不是只具有波的性质，这为近两个世纪后的一些发现打开了大门。
英国化学家沃拉斯顿是第一个观察到太阳光谱中的暗线的人，这些暗线后来被称为弗劳恩霍夫线。
1832年，布鲁斯特得出结论，大气层中的原子蒸气吸收了来自太阳的一些辐射，从而探测到了这些线。
本生和基尔霍夫很快证明，每种化学元素在加热到炽热时都有一种特有的颜色或光谱（例如，钠（Na）的黄色；钾（K）的紫色）。
他们能够在实验室中重现在太阳光谱中观察到的黑线，从而能够通过发射光谱识别日冕中的吸收原子。
艾伦-沃尔什[2]，一位出生于兰开夏郡的物理学家，在20世纪50年代初的某个周日早晨，在他的花园里工作时，一个能解决巨大分析化学难题的想法突然出现在他的脑海中：如何通过光谱学精确测量金属元素的小浓度。
光谱学的正常程序是汽化一个元素并测量其发射光谱，但这种技术有缺陷，产生的结果不准确。
沃尔什决定测量吸收，而不是发射。
到了星期一早上的茶点，他表明这是可以做到的。
他又花了几年时间说服制造商使用原子吸收光谱法（AAS）来检测金属，但他最终成功了。
今天，大多数分析实验室都会拥有至少一台原子吸收分光光度计。
2、什么是原子吸收光谱？AAS是一种分析技术，用于确定样品中金属原子/离子的浓度。
金属占地球化学元素的75%左右。
在某些情况下，材料中的金属含量是可取的，但金属也可能是污染物（毒物）。
因此，测量金属含量在许多不同的应用中是至关重要的，我们将在本文的后面探讨。
现在只需要说，它在质量控制、毒理学和环境测试中找到了用途，仅举几例。
3、原子吸收光谱法的原理是什么？AAS的基本原理可以表述如下。
首先，所有的原子或离子都能吸收特定的、独特波长的光。
例如，当一个含有铜（Cu）和镍（Ni）的样品暴露在铜的特征波长的光下时，那么只有铜原子或离子会吸收这种光。
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”。
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。
原子吸收光谱法原理简述
原子吸收光谱法原理简述
原子吸收光谱法是一种用于分析物质中金属元素含量的方法。
它的原理简述如下：
当金属原子处于基态时，它们会吸收特定波长的光。
原子吸收光谱法利用这一特性来测量样品中金属元素的含量。
首先，样品被转化成气态原子或原子的气态化合物，然后通过光源发出的特定波长的光照射样品。
如果样品中含有被检测的金属元素，这些原子会吸收光，使得光源透过样品时的光强度减弱。
测量光源透过样品前后的光强度差异，就可以确定金属元素的含量。
原子吸收光谱法的原理基于不同金属元素吸收光的特性。
每种金属元素都有特定的吸收光谱线，这些谱线对应着特定波长的光。
因此，通过测量样品对不同波长光的吸收情况，可以确定样品中不同金属元素的含量。
此外，原子吸收光谱法还遵循比尔-朗伯定律，即吸收光强度与浓度成正比。
因此，可以通过测量吸收光强度的变化来确定金属元素的浓度。
总的来说，原子吸收光谱法利用金属原子对特定波长光的吸收特性，通过测量样品对光的吸收来确定其中金属元素的含量。
这一方法在分析化学和环境监测等领域有着广泛的应用。
原子吸收光谱法测定试样中的钾元素含量
原子吸收光谱法测定试样中的钾元素含量
原子吸收光谱法是一种用于分析化学中常用的技术，可以用于测定试样中的钾元素含量。
该方法利用钾原子吸收具有特定波长的光谱线，然后通过比较样品和标准溶液的吸收度来测量钾的含量。
以下是测定试样中钾元素含量的步骤：
1.准备样品：根据实验需要，选取一定量的样品并制备成适当浓度的溶液。
将样品溶液放入样品池中。
2.标定：准确称取一定量的标准钾溶液，并制备成与样品溶液相同浓度的标准溶液。
将标准溶液放入标准池中，并用光谱仪测量其吸收度。
3.测量样品：将光谱仪设置为测量钾元素的特定波长，并测量样品溶液的吸收度。
4.计算：根据标定和测量的数据，计算样品中钾元素的含量。
需要注意的是，在使用原子吸收光谱法测量钾元素含量时，样品中可能存在其他干扰物，这些干扰物可能会影响测量结果，因此需要使用一些方法来消除或减小其影响，例如使用化学修饰试剂或选择不同波长的光谱线等。
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2.59 1019 1.602 1019
1.62eV
E h
2.59 1019 6.626 1034
3.911014
s1
1 1 1.3103 nm1 766.49
2019年9月27日7时59分
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原子吸收光谱法的原理
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。
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。
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10.2 基本原理
原子吸收光谱的产生 1. 原子的能级与跃迁 2. 元素的特征谱线 3. 辐射能量与频率、波长、波数之间的关系 原子吸收光谱法的原理 定量分析的依据
区别：在可见、紫外分光光度法中，吸 光物质是溶液中被测物质的分子或离子对光 的选择吸收，原子吸收光谱法吸光物质是待 测元素的基态原子对光的选择吸收，这种光 是由待测元素制成的空心阴极灯(称元素灯) 作光源。
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分
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由于原子化过程中激发态原子数目和离子 数很少，因此蒸气中的基态原子数目实际 上接近于被测元素的总原子数目，而总原 子数目与溶液中被测元素的浓度c成正比 。在L一定条件下：
A kc
式中k是与实验条件有关的常数。该式为
原子吸收光谱法的定量依据。
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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
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原子吸收光谱(atomic adsorption spectrometry AAS )：是基于从光源发出的被测元素特征辐 射通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸收， 由辐射的减弱程度测定元素含量的一种现代仪 器分析方法。其特点：
(1) 检出限低，10-10～10-14g； (2) 准确度高，1%～5%； (3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰； (4) 分析速度快，应用广，可测定70多个元素。
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3.空心阴极灯的原理
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。
中的速度=3×1010cm.s-1;为波长；为波数。
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例：钾原子共振线波长为766.49nm,计算该共振线的
激发能量(以eV表示1eV=1.602×10-19J),频率和波数
解：E
hc
6.626 1034 31010 766.49 107 1.602 1019
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光源
1.作用
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。
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2.空心阴极灯：结构如图所示
由一个钨丝作阳极，空心阴极由待测元素的高纯金属 或合金制成。接通电源发射出待测元素的特征谱线。
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10.2 基本原理
原子吸收光谱的产生：原子通常处于能量最低的 基态，当基态原子受到外界能量(如光能)激发时， 若辐射的频率相应于原子中的电子由基态跃迁到较 高的能态所需要能量的频率时，原子从入射辐射中 吸收能量，发生共振吸收，产生原子光谱。
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
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3.辐射能量与频率、波长、波数之间的关系 每一条所发射的光谱线，都是原子在不同能级间
跃迁的结果，可用两个能级间之差来表示。即谱线
的频率(或波长、或波数)与两个能级差的关系服从
普朗克公式。E
E2
E1
h
h
c
hc
式中：E2、E1分别为较高、较低能级的能量；h为
普朗克常数=6.626×10-34J.s; 为频率；c为光在真空
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10.3 原子吸收分光度计 光源 原子化器 单色器
检测系统
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10.3 原子吸收分光度计
TAS-990F 原子吸收分光光度计
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原子吸收分光度计：由光源、 原子化器、单色器和检测系统 四个基本部件组成。
第10章 原子吸收光谱法
10.1 概述 10.2 原子吸收光谱法基本原理 10.3 原子吸收分光光度计 10.4 干扰因素及其拟制方法 10.5 测量条件的选择 10.6 灵敏度、特征浓度及检出限 10.7 定量分析结果的计算
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10.1 概述
原子吸收光谱法(也称原子吸收分光光法) 与可见、紫外分光光度法基本原理相同，都 是基于物质对光选择吸收而建立起来的光学 分析法。
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定量分析的依据
基态原子对共振线的吸收程度与蒸气中基态
原子的数目和原子蒸气厚度的关系，在一定的条
件下，服从朗伯－比耳定律：A
lg
I0 I
KN 0 L
式中：A为吸光度；I0为光源发射出被测元素共
振线的强度；I为被原子蒸气吸收后透过光的强
度；K为原子吸收系数；N0为蒸气中基态原子的 数目；L为原子蒸气的厚度(火焰宽度)。