原子吸收光谱仪基本知识和主要部件
仪器分析教案第五章原子吸收光谱法
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3)富燃性火焰：燃气与助燃气比例大于化学计量比， 燃助比大于1：3。这种火焰燃烧高度较高，温度较 低，噪声较大。但由于燃烧不完全，火焰呈强还原 性气氛，金属氧化物易被还原产生基态原子。适用 于易形成难熔氧化物的元素，如Mo，Cr等。 空气—乙炔火焰是原子吸收分析中最常用的火焰。
☆☆火焰原子化法的优点：重现性好、火焰稳定性 高、背景噪声低、易于操作的特点。 缺点：原子化效率仅为10%左右，灵敏度较低。
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• 原子吸收光谱和原子发射光谱的比较 • 1.原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。 • 由于原于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经，因此其它辐射 线干扰较小。 • 2.原子吸收具有较高的灵敏度。 • 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。 • 3.原子吸收法 比发射法具有更佳的信噪比。 • 这是由于激发态原子数的温度系数显著大于基态 原子。
锐线光谱，光的强度稳定且背景小。
☆空心阴极灯、蒸气放电灯、无极放电灯 ☆空心阴极灯应用最广泛
直流电压 300V~500V
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Anode Ne+
Optically transparent window
Cathode
M
M* →M + hn M
Shield
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空心阴极灯的发射光谱主要是阴极元素的光谱， 用不同的待测元素作阴极，就制成相应待测元素的 空心阴极灯。
物，如AsH3 、SnH4 、BiH3等。这些氢化物经载气送入石
英管后，进行原子化与测定。
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原子吸收光谱仪的结构和原理(知识点)优秀文档
火焰原子化法 无火焰法—电加热原子化法（石墨炉）
—化学原子化法（还原）
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原子
• 原子吸收光谱仪的结构
吸收
光谱
3、单色器
仪
：将待测元素的共振线与邻近线分开。既要将谱线分开，又要有一定出射光强度。
的吸 （3）辐射光强度大，稳定性好。 ：色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。 收 当原辐子射 吸投收射光到谱原根子据蒸郎气伯上-比时尔，定如律果来辐确：射定波样长品相中应化的合能物量的等含于量原。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。
1．单色光 源（空心 阴极灯）
2．原子化 器
3．分光系 统(光栅）
灯的元素与 待测元素相同
样品引入，并 形成自由原子 （基态），基 态原子吸收光， 跃迁
பைடு நூலகம்
将吸收前后， 光源发射的谱 线与其它谱线 分离开
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4．检测器 读出装置
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原子 吸收 光谱 仪 的结 构
• 原子吸收光谱仪的结构
原子吸收光谱仪的结构和原理 （知识点）
主讲：程秀玮
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原子吸收光谱仪的结构
一
1.光源 2.原子化系统 3.单色器 4.系统检测器
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原子 吸收 光谱 仪 的结 构
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• 原子吸收光谱仪的结构 主要部件：光源 原子化系统 单色器 检测系统
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指单色器出射光谱所包含的波长范围。由狭缝宽度和色散率的倒数决定
当线色散率倒数（D）一定时（仪器说明书上会列出D ），可通过选择狭缝宽度（S）来
原子吸收光谱仪组成
原子吸收光谱仪组成原子吸收光谱仪是一种用于测量物质中原子或离子吸收特定波长光线的仪器。
以下是原子吸收光谱仪的主要组成：1.光源：原子吸收光谱仪需要一个稳定、单色、锐线光源，通常使用空心阴极灯或无极放电灯。
这些光源发射特定波长的光线，以供样品中的原子或离子吸收。
2.原子化器：原子化器是用于将样品中的元素转化为原子态的装置。
这通常通过将样品蒸发或燃烧来实现。
常见的原子化器包括火焰原子化器、石墨炉原子化器和氢化物发生器。
3.单色器：单色器用于分离和纯化入射光，使其只有一个特定的波长。
单色器通常由一系列光栅和反射镜组成，可以将光源发射的光线进行分光，并选择所需波长的光线通过。
4.检测器：检测器用于检测经过原子化器后的光强度。
常用的检测器包括光电倍增管和半导体检测器。
检测器将光信号转换为电信号，以便进行后续的信号处理和数据采集。
5.信号处理系统：信号处理系统对检测器输出的电信号进行处理和放大，将原始信号转换为可读的数据。
这通常包括放大器、模数转换器和数据处理计算机。
6.控制系统：控制系统用于控制整个分析过程，包括光源的开关、原子化器的加热和冷却、单色器的扫描等。
控制系统通常由计算机程序实现，可以通过用户界面进行操作。
7.样品输送系统：样品输送系统用于将样品引入原子吸收光谱仪进行分析。
这可以包括自动进样器、样品制备装置和溶液稀释系统等。
8.数据库和软件：原子吸收光谱仪通常配备有数据库和软件，用于存储和处理实验数据，以及进行定量和定性分析。
此外，软件还可以提供实验设计、数据报告生成和仪器校准等功能。
9.环境条件控制系统：为了保证仪器的稳定性和准确性，原子吸收光谱仪通常配备有环境条件控制系统，如温度、湿度和压力控制器等。
这些系统可以确保仪器在最佳的环境条件下运行。
10.安全系统：由于原子吸收光谱仪使用的气体和试剂可能存在安全隐患，因此安全系统是必不可少的组成部分。
这可以包括气体泄漏检测器、紧急切断阀和防火设施等，以确保实验过程的安全性。
原子吸收光谱仪的结构组成及原理是怎样的
原子吸收光谱仪的结构组成及原理是怎样的什么是原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪（Atomic Absorption Spectrophotometer，缩写为AAS）是一种用于分析物质中化学元素含量的专用仪器，广泛应用于化学、生物、环境、医学等领域的实验室中。
原子吸收光谱仪的结构组成原子吸收光谱仪的结构主要包括以下几个组成部分：光源光源是原子吸收光谱仪的核心组成部分，其作用是通过加热溶液中的样品，使样品中的化学元素原子蒸发并被激发到高能态。
常用的光源有电极炉、火焰和石墨炉等。
光路系统光路系统是原子吸收光谱仪的另一个重要组成部分，其作用是将被激发的化学元素原子产生的光信号传输到检测器中，得到元素含量的信号。
光路系统主要包括光学镜头、光栅和光束分束器等。
检测器检测器是原子吸收光谱仪的另一个关键组成部分。
其作用是将传输到检测器中的信号转换为电信号，并将其放大和数字化。
常用的检测器有光电倍增管、光导二极管、相位敏锁相放大器等。
控制电路控制电路是对整个原子吸收光谱仪进行控制的组成部分。
它主要包括供电电源、控制面板和电子数字显示器等。
原子吸收光谱仪的工作原理当样品经过加热或气化处理后，其中的化学元素原子将会被激发到高能态。
原子吸收光谱仪通过一系列的光学和电学装置，将这种高能态原子激发时所辐射的谱线信号转化成对应元素浓度的信息。
原子吸收光谱仪的工作过程可以大体分为三个步骤：离子化样品加热或气化处理后，化学元素原子将会被激发到高能态。
此时，原子的亚稳态或稳态离子将会产生，如钠（Na）原子被激发到3s亚能级和3p能级产生Na+离子。
吸收原子离子化后，测量系统通过一系列的光学设备，将具有特定波长的光能，输送到样品的化学元素离子化原子中。
当这些能量向化学元素的原子、离子传递时，就会被特定元素的原子、离子吸收。
因此，通过检测被化学元素原子和离子吸收的射线强度，可以得到型样品的特定元素含量信息。
信号检测和表示当通过化学元素原子和离子的吸收后，谱线的强度将会减弱。
原子吸收光谱仪主要部件
原子吸收光谱仪主要部件
原子吸收光谱仪是一种用于分析和测量原子吸收光谱的仪器。
它的主要部件包括：
1. 光源：提供特定波长的光，通常是具有高亮度和稳定性的空心阴极灯或激光器。
2. 光学系统：包括进样装置、狭缝、透镜和反射镜等元件，用于聚焦、分离和收集经过样品的光。
3. 样品室：用于容纳待测的样品和液体样品进样系统。
4. 分光器：将输入的光线分成不同的波长，通常使用光栅或干涉仪进行光的分离。
5. 检测器：接收分光器输出光的信号并将其转换为电信号。
常用的检测器包括光电倍增管（photomultiplier tube, PMT）和光电二极管（photodiode）。
6. 信号处理器：对检测器输出的电信号进行放大、整流、滤波和数字化处理。
7. 数据处理和显示系统：将处理后的光谱数据进行分析、处理和显示，通常在计算机上进行。
这些部件共同作用，使得原子吸收光谱仪能够定量分析样品中特定元素的浓度，以及研究原子的能级结构和化学反应等相关性质。
原子吸收光谱
原子吸收光谱原子吸收光谱是一种用于研究原子结构和元素分析的重要技术手段。
它通过测量原子在特定波长的光线下吸收的能量来分析样品中不同元素的存在和浓度。
本文将介绍原子吸收光谱的原理、仪器构成、应用领域以及未来的发展。
一、原理原子吸收光谱的原理基于原子的能级结构和光的波长选择性吸收。
当原子吸收特定波长的光时，其外层电子被激发到高能级，形成激发态。
随后，这些激发态电子会自发地退回到基态，并以辐射的形式释放出能量。
原子吸收光谱利用了这种特性，通过测量样品吸收光线的强度来确定其中的元素浓度。
二、仪器构成原子吸收光谱需要以下主要部件：光源、样品室、分光仪和检测器。
光源产生波长可控的光线，样品室用于容纳待测样品并将光线传输到样品中。
分光仪将光线按波长进行分离，使不同波长的光分别照射到检测器上。
检测器测量各个波长光线的衰减情况，并将其转化为电信号进行记录和处理。
三、应用领域原子吸收光谱在环境监测、食品安全、地质研究等领域具有广泛应用。
在环境监测中，原子吸收光谱可用于测定大气中的有害物质含量，帮助评估空气质量。
在食品安全领域，原子吸收光谱可用于检测食品中的重金属元素污染，保障公众健康。
在地质研究中，原子吸收光谱可用于测定岩石或土壤样品中的微量元素，揭示地质过程和资源分布。
四、发展趋势随着技术的不断进步，原子吸收光谱正朝着更高灵敏度、更快速的方向发展。
新型的原子吸收光谱仪器采用了更先进的光源和检测器，使得测量结果更加准确和可靠。
同时，微流控技术的引入也使得样品前处理更简单、自动化程度更高。
未来，随着科学研究和实际应用的需求不断增加，原子吸收光谱将继续发展，并在更多领域发挥重要作用。
总结：原子吸收光谱作为一种重要的分析技术，在原子结构研究和元素分析等领域具有广泛应用。
它通过测量原子在特定波长光线下的能量吸收情况，来分析样品中的元素存在和浓度。
原子吸收光谱的仪器主要由光源、样品室、分光仪和检测器组成。
该技术在环境监测、食品安全和地质研究等领域有着广泛应用。
瓦里安 原子吸收光谱仪硬件介绍培训资料
原子化阶段
分解残留物
石墨炉被快速加热 (1000o-2000oC/sec)
残留物挥发，在光路中成为 基态原子云 (1800-3000 oC)
气流停止
TEMPERATURE 蚓
3000 2500 2000 1500 1000 500
0 0
Dry Ash Gas Stop Atomize Clean Out Cool Down
原子吸收光谱仪基本组成部分
❖ 光源：产生含有被分析元素特征波长的光线。常见的有空芯阴极灯（HCL） 、无级 放电灯（EDL）和超强度灯（UltrAA Lamp）。
❖ 原子化器：将样品中被分析元素成比例地转化成自由原子。所需能量通常 是加热。 a)火焰原子化器： 最常用的方法是用空气－乙炔或 氧化亚氮－乙炔火 焰 。 样品 以雾状被导入火焰中，燃烧头被调节好，使光线通过火 焰，火焰 中的原子对光线 产生吸收。 b)石墨炉原子化器：一定量的样品加入到石墨管（一般为石墨材质）内， 电加热经干燥、灰化等几个阶段，最后在一个较高的温度-原子化阶段，被 迅速地原子化，从而产生与被测元素的含量成正比的原子数量
❖ 光学系统：将光线导入原子蒸汽并将出射光导入单色器。 ❖ 单色器：将元素灯所产生的特定被分析元素的特征波长从其它非特征波长
中分离出 来。 ❖ 检测器：光敏检测器（通常是光电倍增管）准确地将光强测出。转换成电
信号。 ❖ 电子线路：将检测器的相应值转换成有用的分析测量值。
光源
在原子吸收中，AAS的光源有以下要求：
*信号放大100,000,000倍
大拿极
Dynode(9-13)
石英窗
Quartz Window
EHT（光电倍增管的电压)的影响
EHT 200 400 600 800
大学仪器分析教学课件原子吸收光谱仪主要部件.ppt
四、单色器
monochromators
五、检测器
detector
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原子吸收仪器（1）
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原子吸收仪器（2）
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原子吸收仪器（3）
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一、流程
特点
1.采用待测元素的 锐线光源 2.单色器在火焰与 检测器之间 3.原子化系统
（1）雾化器
结构如图所示
主要缺点：雾化效率低。
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（动画）
（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， 空气－乙炔焰： 0.5mm×100mm; 氧化亚氮－乙炔焰：0.5mm×50mm;
（动画）
原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（ 去除残渣） 四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。
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（3）优缺点
优点：原子化程度高，试样用量少（1-100μL），可测固 体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限10-12 g/L。
缺点：重现性差，测定速度慢，操作不够简便，装置复 杂。
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5.其他原子化方法
（1）低温原子化方法 主要是氢化物原子化方法，原子化温度700~900 ゜C ； 主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素 原理： 在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气
态氢化物。例
AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 ↑+4NaCl +4HBO2+13H2 将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，送入原
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主讲人：杨晓锋 2013年5月于北京
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原子吸收光谱基本知识（AAS）
Atomic Absorption Spectrometry 是一种通 过测量气态原子对光辐射的吸收从而测定微量 物质的方法。
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原子吸收仪器(主机）
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原子吸收仪器（附件）
（3）通带宽度（W）
指通过单色器出射狭缝的某标称
波长处的辐射范围。当倒色散率（D）一定时，可通过选 择狭缝宽度（S）来确定： W=DS
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五、检测系统
主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。 1.检测器-------- 将单色器分出的光信号转变成电信号。 2.放大器------将光电倍增管输出的较弱信号，经电子线路进 一步放大。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。 分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的 光电 子又射向 光敏阴极1，轰击出更多的光电子，依次倍增，在最后放出的 光电子 比最初多到106倍以上，最大电流可达 10μA，电流经 负载电阻转变为电压信号送入放大器。 3.对数变换器------光强度与吸光度之间的转换。 4.显示、记录 新仪器配置：原子吸收计算机工动画）
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(锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半 宽度的光源。锐线光源发射线半宽度很小，并且发射线与吸 收线中心频率一致)。 ； （3）辐射光强度大，稳定性好。
I I0e
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K
L
一、流程 general process 二、光源 light sources 三、原子化装置 device of atomization
四、单色器
monochromators
五、检测器
detector
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AAS主要部件：
1．光源--- 发射被测元素的共振辐射。要求锐线光源，辐 射强度大，稳定性高，背景小等。最广泛用的是空心阴极 灯。 2．原子化器----提供能量使样品干燥、蒸发并原子化。火 焰原子化用预混合型原子化器；非火焰原子化用石墨炉原 子化器。 3．单色器--- 由狭缝、反射镜和色散元件(光栅)组成。将 被测元素的共振吸收线与邻近谱线分开。 4．检测器---(光电倍增管)将光信号转化成电信号。
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原子吸收仪器（附件）
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基本原理
电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线 ----共振吸收线(也简称共振线)。此激发态的跃 迁又最容易发生。因此是最灵敏的谱线。 样品转化为原子蒸气后，绝大部分处于基态，光 源发射的共振发射线通过原子蒸气，其入射光强 度为I0，产生共振吸收，透射光的强度I与电磁 辐射通过原子蒸气的厚度（即火焰的宽度）L的 关系(同有色溶液吸收电磁辐射的情况完全类似) 服从吸收定律:
贫燃火焰：
火焰温度低，氧化性气氛，适 用于碱金属测定。
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4.石墨炉原子化装置
（1）结构 如图所示：
外气路中Ar气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内 气路中Ar气体由管两端流向管中心，从中心孔流出，用来保 护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。
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2.空心阴极灯：结构如图所示
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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。 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。
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三、原子化系统
1.作用
将试样中离子转变成原子蒸气。
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2.原子化方法
火焰法
无火焰法—电热高温石墨管，激光
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3.火焰原子化装置
——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。
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（2）火焰
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解等过程产生大 量基态原子。
火焰温度的选择：
（a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采
用低温火焰；
（b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多； （c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气—乙炔 最高温度2600K能测35种元素。
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火焰类型：
化学计量火焰： 温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。 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。
（2）原子化过程
（动画）
原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（ 去除残渣） 四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。
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石墨管：
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石墨管剖视图：
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（3）优缺点
优点：原子化程度高，试样用量少（1-100μL），可测固 体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限10-12 g/L。 缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复 杂。
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谢谢！
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一、流程
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原子吸收中的原子发射现象
在原子化过程中，原子受到辐射跃迁到激发态后，处于 不稳定状态，将再跃迁至基态，故既存在原子吸收，也有原 子发射。但返回释放出的能量可能有多种形式，产生的辐射 也不在一个方向上，但对测量仍将产生一定干扰。 消除干扰的措施：
将发射的光调 制成一定频率；检 测器只接受该频率 的光信号； 原子化过程发 射的非调频干扰信 号不被检测；
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四、单色器
1.作用 2.组件 将待测元素的共振线与邻近线分开。 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。
3.单色器性能参数 （1）线色散率（D） 两条谱线间的距离与波长差的比值
ΔX/Δλ。实际工作中常用其倒数 Δλ/ΔX
（2）分辨率 仪器分开相邻两条谱线的能力。用该两条 谱线的平均波长与其波长差的比值λ/Δλ表示。