原子吸收光谱分析基本原理
原子吸收光谱产生的机理
原子吸收光谱的机理及原理解析
原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是一种常用的分析技术，用于测量和分析溶液或气体中的金属元素。
它的产生机理可以概括如下：
1.蒸发和雾化：首先，样品溶液中的金属元素通过加热蒸发的方式转化为气态。
如果样品是固体，它需要通过溶解在适当的溶剂中来形成溶液。
2.吸收：在AAS仪器中，经过蒸发和雾化的金属元素气体进入炉内或火焰中。
炉内通常使用电热炉，而火焰则是由可燃气体（如乙炔）和氧气的混合物燃烧产生的。
在炉内或火焰中，金属元素的原子被激发到高能级。
3.吸收光谱：AAS仪器通过将特定波长的光通过炉内或火焰中的金属气体，测量吸收光的强度。
光源通常是具有窄线宽的光源，例如具有特定波长的空心阴极灯。
当特定波长的光与激发态的金属原子发生共振吸收时，光的强度会减弱，被吸收的光谱线会形成深度吸收谱线。
4.比较和测量：AAS仪器会将被样品吸收的光强度与没有样品的纯溶剂或标准溶液进行比较。
通过测量吸收光强度的差异，可以确定金属元素在样品中的浓度。
总结起来，原子吸收光谱的产生机理涉及将样品中的金属元素转化为气态，将其激发到高能级，通过特定波长的光与金属原子的共振吸收来测量吸收光强度的差异，从而分析金属元素的浓度。
原子吸收光谱法基本原理
原子吸收光谱法基本原理【任务分析】通过日常生活中的实例，使学生自然地将样品、光、分析联系在一起，理解产生原子吸收光谱的原理。
【任务实施】1、原子吸收分光光度计的基本原理（1）共振线和吸收线任何元素的原子都由原子核和围绕原子核运动的电子组成。
这些电子按其能量的高低分层分布，而具有不同能级，因此一个原子可具有多种能级状态。
在正常状态下，原子处于最低能态（这个能态最稳定）称为基态。
处于基态的原子称基态原子。
基态原子受到外界能量（如热能、光能等）激发时，其外层电子吸收了一定能量而跃迁到不同能态，因此原子可能有不同的激发态。
当电子吸收一定能量从基态跃迁到能量最低的激发态时所产生的吸收谱线，称为共振吸收线，简称共振线。
当电子从第一激发态跃回基态时，则发射出同样频率的光辐射，其对应的谱线称为共振发射线，也简称共振线。
由于不同元素的原子结构不同，其共振线也因此各有其特征。
由于原子的能态从基态到最低激发态的跃迁最容易发生，因此对大多数元素来说，共振线也是元素的最灵敏线。
原子吸收光谱分析法就是利用处于基态的待测原子蒸气对从光源发射的共振发射线的吸收来进行分析的，因此元素的共振线又称分析线。
（2）谱线轮廓与谱线变宽①谱线轮廓从理论上讲，原子吸收光谱应该是线状光谱。
但实际上任何原子发射或吸收的谱线都不是绝对单色的几何线，而是具有一定宽度的谱线。
若在各种频率ν下，测定吸收系数νK, K为纵坐标，ν为横坐标，可得如图5-9所示曲线，称为吸收曲线。
曲线极大值对应的以ν频率ν称为中心频率。
中心频率所对应的吸收系数称为峰值吸收系数。
在峰值吸收系数一半(νK/2)处，吸收曲线呈现的宽度称为吸收曲线半宽度，以频率差ν∆表示。
吸收曲线的∆的数量级约为10-3～10-2 nm（折合成波长）。
吸收曲线的形状就是谱线轮廓。
半宽度ν②谱线变宽原子吸收谱线变宽原因较为复杂，一般由两方面的因素决定。
一方面是由原子本身的性质决定了谱线自然宽度；另一方面是由于外界因素的影响引起的谱线变宽。
原子吸收光谱法的基本原理
第一节 基本原理
∫K d = e2N0ƒ/mc
2，峰值吸收
第一节 基本原理
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在一般原子吸收测量条件下，原子吸收轮廓取决于 Doppler （热变宽）宽度，通过运算可得峰值吸收系数： K0 = 2/△D(ln2/)1/2 e2N0ƒ/mc 可以看出，峰值吸收系数与原子浓度成正比，只要能测出K0 就可得出N0。 3，锐线光源 锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源，如空心阴极灯。在使用锐线光源时，光源发射线半宽度很小，并且发射线与吸收线的中心频率一致。这时发射线的轮廓可看作一个很窄的矩形，即峰值吸收系数
Ni / N0 = gi / g0 exp(- Ei / kT) Ni与N0 分别为激发态与基态的原子数； gi / g0为激发态与基态的统计权重，它表示能级的简并度；T为热力学温度； k为Boltzman常数； Ei为激发能。 从上式可知，温度越高， Ni / N0值越大，即激发态原子数随温度升高而增加，而且按指数关系变化；在相同的温度条件下，激发能越小，吸收线波长越长，Ni /N0值越大。尽管如此变化，但是在原子吸收光谱中，原子化温度一般小于3000K，大多数元素的最强共振线都低于 600 nm， Ni / N0值绝大部分在10-3以下，激发态和基态原
第一节 基本原理
第一节 基本原理
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第一节 基本原理
由图可知，在频率 0处透过光强度最小，即吸收最大。若将吸收系数对频率作图，所得曲线为吸收线轮廓。原子吸收线轮廓以原子吸收谱线的中心频率（或中心波长）和半宽度 表征。中心频率由原子能级决定。半宽度是中心频率位置，吸收系数极大值一半处，谱线轮廓上两点之间频率或波长的距离。 谱线具有一定的宽度，主要有两方面的因素：一类是由原子性质所决定的，例如，自然宽度；另一类是外界影响所引起的，例如，热变宽、碰撞变宽等。 1，自然宽度
原子吸收光谱仪原理
原子吸收光谱仪原理原子吸收光谱仪是一种分析化学物质组成的快速便捷的仪器，主要用于测定特定化学元素的含量，它能够测量单个元素的微量含量，并准确地估算它们的含量。
它是检测各种离子浓度、原子激发能级、复杂物质组成以及离子活性等重要参数的重要手段。
原子吸收光谱分析是一种实用的分析工具，用于快速准确的测定特定元素的含量，在临床医学、环境检测、土壤分析等方面有重要的应用。
本文将简要介绍原子吸收光谱仪的原理，重点介绍原子吸收光谱仪中元素分析的原理、精密度测定原理及应用领域。
一、原子吸收光谱仪原理原子吸收光谱是从物质中吸收特定的电磁辐射的现象，原子吸收光谱仪利用原子吸收光谱的原理来测定特定元素的含量。
元素能够吸收电磁辐射，这种现象被称为原子吸收，当特定的电磁辐射被元素吸收后，被吸收的可以激发到更高的能级，产生消失谱线，消失谱线的强度可以用来测定原子浓度。
原子吸收光谱仪包括光源、吸收管、分光光度计等部件，当原子被激发后，其吸收谱带会突出，而激发线会消失，分光光度计可以用来测量由激发线突出的谱线的强度，从而估算出特定原子的含量。
二、元素分析原理原子吸收光谱仪可以用来测定不同元素的含量，原子的吸收特征和离子的激发特征在相应的可见光范围内具有明显的特征，因此可以用分光光度计测量出每个元素的谱线强度，从而测定出每个元素的含量。
三、精密度测定原理原子吸收光谱仪可以测定微量元素，通常情况下，测定的元素含量十分低，为了保证测量结果的准确性，需要增加样品测量次数，使用精密度测定原理。
精密度测定原理是指重复测定多次，通过分析多次测量结果的平均值，和任何实验误差的存在，来估算准确的含量。
四、原子吸收光谱仪的应用原子吸收光谱仪具有快速、高灵敏度、操作简便等优点，因此得到了广泛应用。
临床医学方面，原子吸收光谱仪用于分析血液或尿液中的微量元素，以诊断疾病，监测治疗过程，调节患者的营养状况等。
环境检测方面，原子吸收光谱仪可用于检测大气污染物、水体中的重金属污染物、土壤中的污染物等。
原子吸收光谱基本原理
原子吸收光谱基本原理原子吸收光谱法是20世纪50年代创立的一种新型仪器分析方法。
1、原子吸收光谱的产生众所周知，任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此，一个原子可以具有多种能级状态。
能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。
正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。
如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差ΔE时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子吸收光谱。
例如图1-1所示的钠原子有高于基态2.2eV和3.6eV的两个激发态（eV为“电子伏特”，表征能量高低）。
图1-1中，当处于基态的钠原子受到2.2eV和3.6eV 能量的激发就会从基态跃迁到较高的I和II能级，而跃迁所要的能量就来自于光。
2.2eV和3.6eV的能量分别相当于波长589.0nm和330.3nm的光线的能量，而其它波长的光不被吸收。
图1-1 钠原子能级图电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。
可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射能量。
核外电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的谱线称为共振吸收线，简称共振线。
电子从第一激发态返回基态时所发射的谱线称为第一共振发射线。
由于基态与第一激发态之间的能级差最小，电子跃迁几率最大，故共振吸收线最易产生。
对多数元素来讲，它是所有吸收线中最灵敏的，在原子吸收光谱分析中通常以共振线为吸收线。
2、原子吸收谱线轮廓及变宽理论和实验表明，无论是原子发射线还是原子吸收谱线，并非是一条严格的几何线，都具有一定形状，即谱线强度按频率有一分布值，而且强度随频率的变化是急剧的。
原子吸收光谱仪的原理、构成、操作及应用领域详解
原子吸收光谱仪的原理、构成、操作及应用领域详解一、原子吸收光谱仪原理原子吸收光谱仪的原理是根据物质基态原子蒸汽对特征辐射吸收的作用来进行金属元素分析。
1、原子吸收光谱的产生任何元素的原子都是由原子核和核外电子组成。
原子核是原子的中心体，核正电，电子荷负电，总的负电荷与原子核的正电荷数相等。
电子沿核外的圆形或椭圆形轨道围绕着原子核运动，同时又有自旋运动。
电子的运动状态由波函数0描述。
求解描述电子运动状态的薛定愕方程，可以得到表征原子内电子运动状态的量子数n、L、m，分别称为主量子数、角量子数和磁量子数。
原子核外的电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此一个原子核可以具有多种能级状态。
能量最低的能级状态称为基态能级(Eo)，其余能级称为激发态能级，而能量最低的激发态则称为第一激发态。
一般情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。
如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差△E时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态而产生原子吸收光谱。
2、原子吸收光谱仪基本原理仪器从光源辐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基态原子所吸收，由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素的含量。
3、原子吸收光谱仪方法原理原子吸收是指呈气态的原子对由同类原子辐射出的特征谱线所具有的吸收现象。
当辐射投射到原子蒸气上时，如果辐射波长相应的能量等于原原子吸收光谱仪子由基态跃迁到激发态所需要的能量时，则会引起原子对辐射的吸收，产生吸收光谱。
基态原子吸收了能量，最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到激发态。
原子吸收光谱根据郎伯-比尔定律来确定样品中化合物的含量。
已知所需样品元素的吸收光谱和摩尔吸光度，以及每种元素都将优先吸收特定波长的光，因为每种元素需要消耗一定的能量使其从基态变成激发态。
检测过程中，基态原子吸收特征辐射，通过测定基态原子对特征辐射的吸收程度，从而测量待测元素含量。
原子吸收光谱仪原理及注意事项
原子吸收光谱仪原理、结构、作用及注意事项1.原子吸收光谱的理论基础原子吸收光谱分析（又称原子吸收分光光度分析）是基于从光源辐射出待测元素的特征光波，通过样品的蒸汽时，被蒸汽中待测元素的基态原子所吸收，由辐射光波强度减弱的程度，可以求出样品中待测元素的含量。
1 原子吸收光谱的理论基础1.1 原子吸收光谱的产生在原子中，电子按一定的轨道绕原子核旋转，各个电子的运动状态是由4个量子数来描述。
不同量子数的电子，具有不同的能量，原子的能量为其所含电子能量的总和。
原子处于完全游离状态时，具有最低的能量，称为基态（E0）。
在热能、电能或光能的作用下，基态原子吸收了能量，最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到较高能态，它就成为激发态原子。
激发态原子（Eq）很不稳定，当它回到基态时，这些能量以热或光的形式辐射出来，成为发射光谱。
其辐射能量大小，用下列公式示示：由于不同元素的原子结构不同，所以一种元素的原子只能发射由其E0与Eq决定的特定频率的光。
这样，每一种元素都有其特征的光谱线。
即使同一种元素的原子，它们的Eq也可以不同，也能产生不同的谱线。
原子吸收光谱是原子发射光谱的逆过程。
基态原子只能吸收频率为ν＝（Eq-E0）/h的光，跃迁到高能态Eq。
因此，原子吸收光谱的谱线也取决于元素的原子结构，每一种元素都有其特征的吸收光谱线。
原子的电子从基态激发到最接近于基态的激发态，称为共振激发。
当电子从共振激发态跃迁回基态时，称为共振跃迁。
这种跃迁所发射的谱线称为共振发射线，与此过程相反的谱线称为共振吸收线。
元素的共振吸收线一般有好多条，其测定灵敏度也不同。
在测定时，一般选用灵敏线，但当被测元素含量较高时，也可采用次灵敏线。
1．2 吸收强度与分析物质浓度的关系原子蒸气对不同频率的光具有不同的吸收率，因此，原子蒸气对光的吸收是频率的函数。
原子吸收光谱工作原理
原子吸收光谱工作原理
原子吸收光谱是一种用于分析样品中存在的特定元素的方法。
它是基于原子在吸收特定波长的光时发生能级跃迁的原理。
在原子吸收光谱实验中，首先需要将待测样品转化为气态原子或离子状态，通过加热或其他方法，使原子脱离其化学结构，以便研究其特性。
然后，通过将一个高能的、特定波长的光源传到样品中，观察是否发生光的吸收。
当特定波长的光通过样品时，会有原子吸收该波长的光的可能性。
这是因为原子的电子在不同能级之间跃迁时，需要吸收特定能量的光子。
这个跃迁过程是唯一的，不同元素有不同的电子能级结构，因此会吸收不同波长的光。
在实验中，通过使用一个光谱仪器来测量光的吸收程度。
光源发出的光被传输到样品中，未被吸收的光被传输到光谱仪中。
光谱仪会测量传入和传出的光的强度差异，并将结果以光谱图形式展示出来。
通过比较样品中的光谱图与已知元素的光谱图，可以确定样品中是否存在某个元素。
当样品中的元素浓度增加时，吸收光强度也会增加，这为定量分析提供了一种方法。
总之，原子吸收光谱是一种基于元素特定跃迁能级和波长的光吸收原理的分析方法。
它可以用于确定样品中的元素类型和浓度。
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实际上用共振线照射时，获得一峰形吸收 ( 具有 一定宽度 )。可以看成是由极为精细的许多频率相差 甚小的光波组成的，有谱线轮廓。
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1.表征吸收线轮廓(峰)的参数
由：It = I0 e -Kvb ， 透射光强度 It 和吸 收系数及辐射频率 有关。 以Kv 对 作图
链接
中心频率O(峰值频率) ：最大吸收系数对应的频率
多普勒效应 ：一个运动着的原子发出的光，如
果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者看
来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。
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根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着 观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星 循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接 近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有 波动现象 (包括光波) 都存在多普勒效应。
ΔVD
由于原子在空间做无规则热运动所致。由于热 运动导致多普勒效应。一般可达10-3nm，是谱线变宽 的主要因素。
VD 7.162 107 V0 T M
链接
M 为质点的原子量，T 为温度（K）， V0 为谱线中心频率。
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多普勒效应（Doppler effect）是为纪念奥地利物 理学家及数学家克里斯琴· 约翰· 多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的。多普勒认为，物体辐射的 波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动 的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 (蓝移 (blue shift))。在运动的波源后面，产生相反 的效应。波长变得较长，频率变得较低 (红移 (red shift))。波源的速度越高，所产生的效应越大。
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2.原子吸收光谱法的用途
定性分析：每种原子只能激发到它特定的激发
态，所以每种原子所能吸收的光量子的能量是特 定的，即被吸收的光谱的波长特定。基于物质特 定吸收的光谱的波长来进行定性分析。
定量分析：基于物质所产生的原子蒸气对特定谱
线的吸收强度来进行定量分析。
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二.谱线的轮廓与谱线变宽
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3.峰值吸收
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 ， Kν 可 近 似 认 为不变，并近似等 于峰值时的吸收系 数K0
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A lg
1 e- K L
lg e K 0 L 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：
原因：△λ=10-3 nm ，若λ取600nm，单色器分辨
率R =λ/△λ=6×105 ) 长期以来无法解决的难题！
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后来，A.Walsh提出以锐线光源代替连续光 源，即必须用一个与吸收线中心频率相同，半宽 度比吸收线更窄的发射线作为光源，只有这样， 才解决了原子吸收光谱法的测量难题。
(3)压力变宽pressure broadening （劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL
又称碰撞变宽，由于吸光原子与蒸气中原子或 分子相互作用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。压力变宽通 常随压力增大而增大。
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(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。
(3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰； (4) 应用广，可测70多个元素；
局限性
难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时 多元素测定。
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1.原子吸收光谱法
原子吸收光谱法是以测量气态的基态原子外 层电子对其共振线的吸收为基础的分析方法。
共振线：电子从基态跃迁至第一激发态时，要
吸收一定频率的光，所产生的吸收谱线称为共振 吸收线。(它再跃迁回基态时，发出同样频率的 光（谱线），这种谱线称为共振发射线) 对于大多数元素，共振线就是灵敏线。
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。 理论上：
π e2 K v dv N0 f mc
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讨论
π e2 K v dv N0 f mc
如果将公式左边求出，即谱线下所围面积测 量出（积分吸收）。即可得到单位体积原子蒸气 中吸收辐射的基态原子数N0。 绝对测量方法， 链接 但无法实现
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Summary of The key points
1. 原子吸收光谱法是以测量气态的基态原 子外层电子对其共振线的吸收为基础的 分析方法。 2. 锐线光源就是能发射出谱线半宽度很窄 的发射线的光源。 3.热变宽(多普乐效应)和压力变宽 4.定量分析基础：A = lg(I0/I) = K' c
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中心波长：λ(nm)
半宽度：ΔO 10－3－10－2nm
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2.吸收峰变宽原因
(1)自然宽度（natural width） ΔVN
与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长， 谱线宽度越窄。不同谱线有不同的自然宽度，多数 情况下约为10-5nm 数量级。
(2) 热 变 宽 （ 多 普 勒 变 宽 Doppler broadening）
实际工作中用空心阴极灯作为锐线光 源，这是原子吸收测量的必要条件。
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2.锐线光源
narrow-line source
所谓锐线光源就是能发射出谱线半宽度很 窄的发射线的光源。
锐线光源需要满足的条件： （1）光源的发射线与吸收线的ν0一致 （2）发射线的Δν1/2 小于吸收线的 Δν1/2 提供锐线光源的方法：空心阴极灯
2 π ln 2 e 2 K0 N0 f D mc
2 π ln 2 e 2 A 0.434 N 0 fL kLN 0 D mc
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四、定量基础
A = k N0 L N0 ∝N∝c
N0 基态原子数，N总原子数，c 待测元素浓度
所以：
A = lg(I0/I) = K' c
原子吸收现象：原子 蒸气对其原子共振辐射吸 收的现象。 1802年发现； 澳大利亚物理学家 Walsh A（ 瓦尔西） 著名 论文《原子吸收光谱法在 分析化学中的应用》奠定 了原子吸收光谱法的基础 ，之后迅速发展。
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特点
(1) 检出限低，10-10～10-14 g；
(2) 准确度高，1%～5%；
本章的基本要求
了解原子吸收产生的基本原理 了解原子谱线的轮廓和影响谱线变宽 的因素 掌握火焰和石墨炉原子化的原理和过 程，并比较其优缺点 掌握AAS法的实验条件及定量方法
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第一节 原子吸收光谱法基本原理
basic principle of AAS
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一、概述
(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；
一般的情况下，谱线的宽度可以认为主 要是由于多普勒效应与压力变宽两个因素引 起的。
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三.积分吸收和峰值氘灯，经分光后，光谱通带0.2 nm。 而原子吸收线半宽度：10-3nm。如图：
第六章 原子吸收分光光度法
atomic absorption spectrometry,AAS
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本章的主要内容
第 1节 第 2节 第 3节 第 4节 第 5节
原子吸收光谱分析基本原理 原子吸收分光光度仪 操作条件选择与应用 干扰的类型与抑制 AAS的定量分析方法
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