原子吸收光谱法的原理和环境检测中的应用
原子吸收光谱法
原子吸收光谱法1、原子吸收光谱的基本原理是什么，为什么采用锐线光源？答：原子吸收法是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。
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（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。
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。
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。
若测定溶液中某金属的量，需先将金属离子化合物在高温下解离成原子蒸气，两种形态间存在定量关系。
光源发射出的特征波长光辐射通过原子蒸气时，原子中的外层电子吸收能量，使得特征谱线的光强度减弱。
光强度的变化符合朗伯-比耳定律，在此基础上再进行定量分析。
与分子光谱的带状光谱不同，原子吸收光谱理论上是线状光谱，但由于自然宽度、多普勒宽度、压力变宽、自吸变宽、场致变宽等，使得谱线具有一定的宽度。
从理论上来说，可以通过计算在吸收线轮廓内，吸收系数的积分称为积分吸收系数，简称为积分吸收，它表示吸收的全部能量。
但实际上，测定该值需要分辨率非常高的色散仪器，很难实现。
1955年澳大利亚学者沃尔森(Walsh) 提出，在温度不太高的稳定火焰条件下，峰值吸收系数与火焰中被测元素的原子浓度也正比。
因此，目前一般采用测量峰值吸收系数的方法代替测量积分吸收系数的方法。
原子吸收光谱仪原理、结构、作用及注意事项
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。
但是对固定频率的光，原子蒸气对它的吸收是与单位体积中的原子的浓度成正比并符合朗格－比尔定律。
当一条频率为ν，强度为I0的单色光透过长度为ι的原子蒸气层后，透射光的强度为Iν，令比例常数为Kν，则吸光度A与试样中基态原子的浓度N0有如下关系：在原子吸收光谱法中，原子池中激发态的原子和离子数很少，因此蒸气中的基态原子数目实际上接近于被测元素总的原子数目，与式样中被测元素的浓度c成正比.因此吸光度A与试样中被测元素浓度c的关系如下:A=Kc式中K—-—吸收系数.只有当入射光是单色光，上式才能成立。
原子吸收光谱测定方法介绍
原子吸收光谱测定方法介绍
1、石墨炉原子吸收光谱法可以测定水、生物样品、植物和食物、有色金属及合金、煤、石油化工、环境物质、地质矿产、玻璃和半导体材料等中的金属元素含量。
2、火焰炉原子吸收光谱法可以测定天然水、废水、海水、生物样、食物、中药、有色金属及合金、工业原料与化工产品及地质样品中的金属元素含量。
基本原理：
科学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原素基态原子所吸收，由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测原素的含量。
用途：
原子吸收光谱仪可测定多种元素，火焰原子吸收光谱法可测到10-9g/ml 数量级，石墨炉原子吸收法可测到10-13g/ml数量级。
其氢化物发生器可对八种挥发性原素汞、砷、铅、硒、锡、碲、锑、锗等进行微痕量测定。
因原子吸收光谱仪的灵敏、准确、简便等特点，现已广泛用于冶金、地质、采矿、石油、轻工、农业、医药、卫生、食品及环境监测等方面的常量及微痕量原素分析。
基本知识：
1、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。
在一定频率的外部辐射光能激发下，原子的外层电子由一个较低能态跃迁到一个较高能态，此过程产生的光谱就是原子吸收光谱。
原子吸收光谱,红外光谱之间异同点
原子吸收光谱和红外光谱是化学分析领域中常见的分析方法，它们在原子和分子结构的解析和鉴定中具有重要作用。
虽然二者都是用于分析样品成分和结构的光谱技术，但它们在原理和应用上有着明显的异同点。
一、原子吸收光谱1.原子吸收光谱的基本原理原子吸收光谱是利用原子对特定波长的光进行吸收而产生的，通过分析光的衰减程度来测定样品中不同元素的含量。
当原子吸收特定波长的光后，电子从基态跃迁至激发态，从而产生吸收峰。
这一原理被广泛应用于分析金属元素和其他原子的定量测定。
2.原子吸收光谱与光谱仪的关系原子吸收光谱仪是用于测定原子吸收光谱的分析仪器，它包括光源、样品室、光路等部分。
通过光源发出特定波长的光线，样品中的原子吸收部分光线，剩余的光线经光路到达检测器，从而实现对样品中不同元素含量的测定。
3.原子吸收光谱的应用原子吸收光谱在环境监测、食品安全和医药等领域都有着广泛的应用。
利用原子吸收光谱可以对水体中的重金属离子进行快速测定，保障水质安全；在医药领域，原子吸收光谱可以用于药品成分的分析和检测。
二、红外光谱1.红外光谱的基本原理红外光谱是利用物质吸收、透射和反射红外光的特性来分析物质结构的一种技术。
物质中的分子在吸收红外光后会发生振动和转动，产生特征的红外光谱图谱。
通过分析这些谱图可以确定物质的结构和成分。
2.红外光谱仪的组成及原理红外光谱仪包括光源、样品室、光路和检测器等组成部分。
当红外光穿过样品时，被吸收的波长和强度会发生改变，检测器可以通过测量这些改变来分析样品的成分和结构。
3.红外光谱的应用红外光谱在化学、材料和生物领域都有着广泛的应用。
红外光谱可以用于药品成分的鉴定和质量控制；在材料领域，红外光谱可以帮助分析材料的组成和结构。
对比原子吸收光谱和红外光谱，可以发现它们在分析原子和分子结构上有着明显的异同点。
原子吸收光谱主要用于分析元素的含量和测定，对于金属元素和其他原子有着较广泛的应用；而红外光谱主要用于分析化合物的结构和成分，可以辅助分析有机化合物和聚合物的结构。
原子吸收光谱法和原子吸收分光光度法
原子吸收光谱法和原子吸收分光光度法原子吸收光谱法和原子吸收分光光度法是分析化学中常用的技术手段，用于测定物质中金属元素的含量。
本文将介绍这两种方法的原理、应用以及比较。
一、原子吸收光谱法原子吸收光谱法是一种基于物质对特定波长的吸收能力进行分析的方法。
它利用原子在吸收特定波长的光线时会发生能量跃迁的特性，通过测量样品对特定波长的光线吸收的强度来确定其中金属元素的含量。
原子吸收光谱法的原理是基于原子的量子力学原理，当金属元素处于基态时，外层电子具有特定的能级跃迁能量，吸收特定波长的光线。
通过测量光线透过样品之前和之后的强度差，可以计算得到金属元素的浓度。
原子吸收光谱法的应用广泛，尤其在环境监测、食品安全、药物分析等领域具有重要意义。
例如，通过原子吸收光谱法可以测定水中重金属元素的含量，用于评估水质的安全性；还可以用于监测土壤中的污染物含量，从而保护农作物的品质。
二、原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法是一种基于原子吸收光谱技术的定量分析方法。
它利用物质对特定波长的光线吸收的强度与其浓度呈线性关系的特点，通过测量样品对特定波长光线吸收的强度来确定其中金属元素的含量。
原子吸收分光光度法与原子吸收光谱法相比，其最大的区别在于前者是定量分析方法。
通过建立标准曲线，测定样品吸光度与浓度的线性关系，可以准确计算得到金属元素的含量。
原子吸收分光光度法具有高灵敏度、准确度高以及分析速度快的优点，广泛应用于食品、化妆品、医药等行业中。
例如，原子吸收分光光度法可以用于检测食品中的微量元素，如铜、锌等，帮助评估食品的质量和安全性。
三、原子吸收光谱法与原子吸收分光光度法的比较原子吸收光谱法和原子吸收分光光度法在金属元素的定量分析方面都有重要的应用，但在一些方面存在差异。
1. 灵敏度：原子吸收光谱法的灵敏度更高，可以检测到更低浓度的金属元素，而原子吸收分光光度法的灵敏度相对较低。
2. 准确度：原子吸收分光光度法的准确度更高，可以通过建立标准曲线进行定量分析，而原子吸收光谱法的准确度相对较低。
原子吸收光谱的原理及应用
原子吸收光谱的原理及应用原理介绍原子吸收光谱是一种常用的分析技术，通过测量原子吸收光的强度来确定样品中特定元素的浓度。
其原理基于原子在特定波长的光照射下，原子能级发生跃迁的现象。
1.原子能级跃迁原子中的电子存在不同能级，当原子吸收外部能量时，电子从低能级跃迁到高能级。
这种跃迁过程可以通过吸收特定波长的光实现。
2.光谱特征各种元素的原子都有独特的能级结构和跃迁特性，因此它们对特定波长的光具有特定的吸收能力。
通过测量并分析吸收光的特征可以确定样品中的元素浓度。
3.原子的光学吸收特性原子的吸收光谱通常呈现为锐利而离散的吸收线，称为谱线。
每条谱线对应于原子能级间的一个跃迁过程，其位置和强度可用于确定元素浓度。
应用领域原子吸收光谱在许多领域具有广泛的应用，下面列举了几个主要领域：1.环境监测原子吸收光谱可以用于测量大气、水体和土壤中的污染物浓度。
例如，通过分析大气中的重金属含量，可以评估工业排放对环境的影响程度。
2.食品安全原子吸收光谱在食品安全监测中发挥着重要作用。
它可以检测食品中的微量元素，如铅、汞和镉等，确保食品的安全性和质量。
3.药物分析在药物开发和制造过程中，原子吸收光谱可用于确定药物中的活性成分和杂质。
这有助于确保药物的质量和纯度。
4.冶金行业原子吸收光谱在冶金行业的合金分析和金属中杂质检测方面具有重要作用。
它可以快速、准确地测定合金中各种元素的含量。
5.地质勘探在地质勘探中，原子吸收光谱可以用于分析岩石和土壤样品中的元素含量。
这对于矿产资源勘探和环境地质研究非常重要。
原子吸收光谱的优势和局限性优势：•高灵敏度：原子吸收光谱可以检测到极低的元素浓度，通常在微克/升至毫克/升的范围内。
•广泛适用性：该技术可以应用于多种样品类型，包括溶液、气体和固体。
•准确性和精确性：原子吸收光谱具有较高的准确性和精确性，可以提供可靠的结果。
局限性:•单元素分析：每次只能测量样品中的一个元素，因此需要进行多次测量，不适用于多元素同时分析。
原子吸收的原理仪器应用
原子吸收的原理、仪器、应用1. 原子吸收的原理原子吸收是一种常用的分析技术，用于测量和确定物质中特定金属元素的含量。
其基本原理是通过光的吸收度来测量物质中金属元素的浓度。
其工作原理可以分为以下几个步骤：•原子化：将样品中的金属元素转化为单个原子态。
这可以通过火焰、电弧等方式实现。
在火焰原子吸收光谱法中，样品被喷入预热至高温的火焰中，使样品中的金属化合物转化为其原子态。
•光吸收：将特定波长的光通过原子化后的样品，并测量透射或吸收光的强度。
特定金属元素具有特定的吸收光谱线，通过测量吸收线的强度来确定金属元素的浓度。
•比较测量：根据标准品的吸光度和样品的吸光度之间的差异，确定样品中金属元素的浓度。
这可以通过比较样品吸收光谱和标准曲线得出。
原子吸收具有高准确性和灵敏度的特点，适用于各种类型的样品，包括液体、固体和气体。
2. 原子吸收的仪器原子吸收的仪器主要包括原子吸收光谱仪（AAS）和原子荧光光谱仪（AFS）。
2.1 原子吸收光谱仪（AAS）原子吸收光谱仪是一种常用的分析仪器，用于测量原子吸收光谱。
它由以下几部分组成：•光源：提供特定波长的光，通常使用中空阴极灯或电弧灯作为光源。
•光路：将光引导到样品池和检测器之间，通常包括光栅、滤光片等光学元件。
•样品池：用于放置样品，通常是一个火焰或石墨炉。
•检测器：用于测量透射光或吸收光的强度，常用的检测器包括光电倍增管（PMT）和光电二极管（PD）。
原子吸收光谱仪具有高分辨率、高精度和快速的测量速度，广泛应用于环境监测、食品检测、医药化学等领域。
2.2 原子荧光光谱仪（AFS）原子荧光光谱仪是基于原子荧光光谱原理的分析仪器，用于测量原子荧光。
它与原子吸收光谱仪的不同之处在于，原子荧光光谱仪测量的是金属元素在激发态和基态之间的荧光发射。
原子荧光光谱仪也包括光源、光路、样品池和检测器等部分。
它的工作步骤包括激发、荧光发射和检测。
通过测量荧光发射的强度来确定金属元素的浓度。
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。
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原子吸收光谱法的原理和环境检测中的应用
环科113 叶俊2011013243
摘要：本文综述原子吸收光谱分析法的原理和在环境检测中的应用，主要包括大气、水体、土壤、底泥和固体物分析。
关键词：原子吸收光谱法、原理、环境检测
前言：原子吸收光谱分析法，简称原子吸收法。
自1955年问世至今，已成为普及程度最高的仪器分析方法之一。
而目前原子吸收光谱分析仪器几乎能分析所有的金属元素和类金属元素，具有有灵敏度高，重复性和选择性好，操作简便、快速，结果准确可靠等优点[1]。
1、原子吸收光谱法的原理
原子吸收光谱法是基于从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光(从空心阴极灯发射出来的锐线光源)，通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，每种物质的原子都具有特定的原子结构和外层电子排列，因此不同的原子被激发后，其电子具有不同的跃迁，能辐射出不同波长光，即每种元素都有其特征的光谱线[2]。
由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。
锐线光源辐射的共振线强度被吸收的程度与待测元素吸收辐射的原子数总数成正比[3]。
即：
A=KNL
式中：A为吸收率；K为常数；N为待测元素吸收辐射原子数总数；L为原子蒸气厚度(即吸收光程)[4]。
在实际分析中，要求测定的是试样中待测元素的浓度，而此浓度与待测元素吸收辐射的原子数总数成正比[5]。
所以在一定的吸收光程下，待测元素的吸光度(A)与其浓度(C)，在一定浓度范围内遵守比尔定律[6]。
即A=KC。
因此测定吸光度就可求出待测元素的浓度[7]。
某种元素被激发后，核外电子从基态激发到最接近基态的最低激发态E。
为共振激发。
当其又回到时，发出的辐射光线即为共振线[8]。
基态原子吸收共振线辐射也可以从基态上升至最低激发态,由于各种元素的共振线不相同，并具有一
定的特征性．所以原子吸收仅能在同种元素的一定特征波长中观察，当光源发射的某一特征波长的光通过待测样品的原子蒸气时，原子的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使光源发出的入射光减弱．吸光度A与被测样品种的待测元素含量成正比，即基态原子的浓度越大，吸收的光量越多。
通过测定吸收的光量，就可以求出样品中待测金属及类金属物质的含量[9]。
对于大多数金属元素而言，共振线是该元素所有谱线中最灵敏的谱线，这就是原子吸收光谱分析法的原理，也是该法之所以有较好选择性、可以测定微量元素的根本原因[10]。
因为原子吸收光谱法及其仪器的优点，它在地质、冶金及材料、在石油化工和轻工和环境检测领域都有十分广泛的应用[11]。
虽然如此，原子吸收光谱法依然具有一定的局限性，如在采用将试样溶液喷雾到火焰的方法实现原子化时，会产生一些变化因素，因此精密度比分光光度法差[12]。
还不能测定共振线处于真空紫外区域的元素，如磷、硫等[13]。
另外它的标准工作曲线的线性范围窄(一般在一个数量级范围)，这给实际分析工作带来不便[14]。
2、原子吸收光谱法在环境检测中的应用
近年来原子吸收光谱法在环境监测分析中应用取得了不少成果，无论是在水环境检测、大气环境质量检测还是土壤、底泥和固体物分析都有很广泛的应用。
2.1、水环境监测
适时地对地表水质量现状及发展趋势进行评价，对生产和生活设施所排废水进行监督性监测是常规环境监测的两项基本任务。
除了工业废水一般推荐火焰原子化法外，饮用水可以直接测定的元素并不多，因为含量一般都很低，火焰法测定时一般采用萃取浓缩法以满足仪器可检测水平。
氢化物发生一原子吸收化法可用来测定ug级的元素，而使用石墨炉法则更为快捷、简便[15]。
近年来，随着经济社会的急速发展、人居环境的不断提升，常规的原子吸收方法已不能满足公务中复杂的检测需要，从而催生出一批先进的知识分子不断改进监测方法，以提高测定结果的精密性与准确性。
冷家峰等对螯合树脂富集一火焰原子吸收光谱法测定天然水体中痕量铜和锌的在线富集条件、干扰因素等进行研究[16]。
联用技术，特别是色谱一原子吸收光谱联用，综合了色谱的高分离效率与原子吸收光谱检测的专一性的优点，是解决这一问题的有效手段[17]。
2.2、大气环境质量监测
原子吸收用于大气环境质量监测较为频繁的为铅蓄电池厂、矿厂等地，但由于预处理易掺杂其他干扰因素，得到的结果往往偏低。
邹晓春等以微孔滤膜采样、钯或镍作改进剂，用石墨炉原子吸收分光光度法测定居住区大气中硒，检出限为3450ng/L，线性范围为0`50000ng/L，加标回收率94.6`102.0％；其中砷对测定硒有一定干扰，其它金属元素对测定无干扰[18]。
3.3、土壤、底泥和固体物分析
由于固体样品尤其是土壤样中大量硅酸根离子对Zn有负干扰，测定K、Ca、Mg 等元素时由于电离干扰较为严重[19]。
卓琳等选用HNO+HCl
体系消解样品，测定
4
Zn元素时，选用极贫燃气，以温度高的火焰消除干扰，再向待测溶液中加入Nac1，消除电离干扰，以达到对污泥中Cu、Zn、Ca、Cr、Mg、K、Cd和Pb8种微量元素分析测定的结果。
程滢等把河流底泥经过氢氟酸和高氯酸消化，用火焰原子吸收法测定其中的铜，获得较好的结果。
景丽洁等旧采用微波消解法预处理待测土壤，火焰原子吸收分光光度法测定污染土壤消解液中的锌、铜、铅、镉、铬5种重金属，相对偏差分别为1.2％、1.9％、1.2％、5.2％和1.8％[20]。
3、总结
综上所述，原子吸收分光光度法在环境监测分析中应用取得了不少成果，但在应用范围上还有待扩大，如在污染物的化学形态研究上尚待深入等。
随着环境监测事业的发展，原子吸收分光光度法因具有常规理化分析方法所不能比拟的优势，必将在环境监测分析中展现广阔的应用前景。
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