原子吸收光谱法的应用【仪器分析】
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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仪器分析原子吸收光谱分析
∫ I =
e 0
I0e-KLd
∫ A = lg
e 0
I0
d
∫e 0
I0e-KLd
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对锐线光源，可以认为Kν= b×K0 为常数：
A
=
lg 1 e-bK0L
=
lg
eK0Lb
=
0.4343K0Lb
Under normal operation condition for AAS, line profile is mainly determined by Doppler broadening, hence,
这以公式表明：积分吸收值与单位原子蒸汽中吸收辐 射的基态原子数呈简单的线性关系，这是原子吸收光谱分析
法的重要理论依据。
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前面公式中： e为电子电荷；m为电子质量；c为光速；N0
为单位体积内基态原子数；f 振子强度，即能
被入射辐射激发的每个原子的平均电子数，它正 比于原子对特定波长辐射的吸收几率。
若能测定积分吸收，则可求出原子浓度。 但是，测定谱线宽度仅为10-3nm的积分吸收， 需要分辨率非常高的色散仪器，技术上很难实现。 所以，1955年瓦尔西提出采用锐线光源来解决 求积分吸收值的难题。参见下图：
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由图可见，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K 在
一、原子吸收线和原子发射线
A
B
A 产生吸收光谱
B 产生发射光谱
E3
E0 基态能级
E1、E2、E3、激发态能级
E2
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。
原子吸收光谱法如何测定金属
原子吸收光谱法如何测定金属原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，简称AAS）是一种常用于测定金属及其离子的分析方法。
它利用金属原子对特定波长的光吸收的特性来确定样品中金属的浓度。
本文将介绍AAS的基本原理、仪器设备以及实验操作步骤。
一、基本原理AAS的基本原理是利用金属原子在吸收特定波长的光时产生特征的光吸收现象。
当吸收光线经过样品中的金属原子时，根据杰贝特-朗伯定律，被吸收的光强与样品中金属原子的浓度成正比关系。
通过测定吸收光的强度可以确定样品中金属原子的浓度。
二、仪器设备进行原子吸收光谱测定金属需要以下仪器设备：1.原子吸收光谱仪：包括光源、进样器、光栅、光电倍增管等部件。
2.电子天平：用于准确称量样品。
3.雾化器：将液态样品转化为气溶胶状态供光谱仪测定。
4.标准溶液：用于校准仪器和制备样品的不同浓度标准溶液。
三、实验操作步骤进行原子吸收光谱测定金属的实验主要包括以下步骤：1.样品处理：将待测金属样品溶解在适当溶剂中，并过滤除去悬浮物和杂质。
2.准备标准曲线：准备一系列浓度递增的标准溶液，并利用原子吸收光谱仪分别测定它们的吸光度。
3.扣除背景：测定雾化剂或溶剂的吸光度作为背景信号，并将样品的吸光度减去背景信号。
4.测定样品吸光度：利用原子吸收光谱仪测定样品的吸光度，并记录下来。
5.绘制标准曲线：将浓度与吸光度绘制成图表，得到标准曲线。
6.测定样品浓度：根据样品的吸光度和标准曲线，确定样品中金属的浓度。
四、注意事项在进行原子吸收光谱测定金属时，需要注意以下事项：1.样品的处理过程应确保完全溶解和去除杂质，以避免对吸光度测定的影响。
2.标准溶液的浓度应尽可能覆盖待测样品中金属的浓度范围，以获得准确的测定结果。
3.背景信号的扣除要准确可靠，以保证测定结果的准确性。
4.在测定过程中，要及时记录样品和标准溶液的吸光度值，并注意仪器的校准和维护。
五、应用领域原子吸收光谱法广泛应用于环境监测、食品安全、医药生化和金属材料等领域。
原子吸收光谱法在食品检验中的应用
原子吸收光谱法在食品检验中的应用随着人们生活质量的不断提高，越来越重视食品安全，尤其是食品中重金属的含量检测已成为人们关注的焦点。
原子吸收光谱法是检测食品中重金属较有效的方法。
标签：原子吸收光谱法；食品检验；应用前言现代的食品中都会或多或少存在一些重金属元素，如果食品重金属元素过多，则会对人体的健康造成损害。
因此，对于食品进行重金属检测具有重要的意义。
运用原子吸收光谱法可以对食品中多项重金属元素进行测定，具有分析干扰少、准确度高、灵敏度高等良好的检测效果。
1 原子吸收光谱法概述现阶段，检测部门已经将原子吸收光谱法作为检测食品质量的重要方法，究其原因，主要是这项检测方法具有良好的适用性，其检测步骤较为简单，准确性也较高。
原子吸收光谱法主要是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收，由特征谱线的特征性和谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。
实际应用这项检测方法的过程中，也可能受到一些局限。
例如，在测定不同元素时需更换不同光源灯，不利于多种元素的同时分析。
常用的原子吸收光谱发有以下几种：1.1 石墨炉原子吸收光谱检测如果在检测食品重金属元素时应用的原子化器为石墨炉，则需要确保石墨炉的质量满足检测的需求，尤其是其中的管材，需要选择优质的石墨作为原材料，然后通过电加热加快内部原子转化的速度，继而充分发挥吸收光谱检测方法的运用效果。
1.2 火焰原子吸收检测这项检测方法是通过利用火焰原子吸收这一特性，对光谱进行有效检测，通过将样品在火焰中燃烧，实现对样品的原子化处理，从而对食品重金属元素进行有效测定。
1.3 氢化物吸收光谱法氢化物检测法早在20世纪中期就被外国学者创造出来。
该方法结合了原子光谱和砷化氢元素，因为外界环境因素可能会对检测流程带来一定影响，所以在使用该方法检测食品重金属元素过程中，需要借助还原剂的功能，将初生态氢转化为具有共价性质的挥发物质，在完成上述流程后，就可以利用载气流的方式，对食品中的重金属元素进行测定。
原子吸收光谱分析概述、基本原理与应用仪器分析
峰值吸收K0与N0成正比。 K0与A成正比。 实验条件一定下，基态原子
数N0近似等于总原子数。因 此A与总原子数N成正比。
总原子数N正比于被测元素 浓度C。
结论：实验条件下，A= k C
由光源、原子 化系统、分光 系统、检测系 统组成。多采 用双光束型。
上分AA320 型AAS仪介绍
N1Biblioteka 自然宽度是无外界因素影响下的变宽，
△νN 与激发态原子的平均寿命△τ成反比。 △以ν忽N约略为。10 -5nm数量级，其值甚微，可
由于原子作不规则的热运动，与位置固定的检测
器间相对位移，检测器接收到的频率为ν＋dν和 ν－dν之间的宽度。
D 0
7.16107
T
A
温度· 相对原子质量
热△力ν学D 温表度示，多A普τ为勒相变对宽原，子ν0质为量中。心频率，T
●比尔Beer定律 A=k′c
式中A为吸光度；c为溶液浓度；k′为
比例常数。
●同时考虑溶液的浓度c和透光液 层厚度L对光吸收的影响就是吸
收定律 A=KcL
AlogI0 logT It
T It 10KcL I0
必要条件：入射光为单色光。
测定波长：入射波长频率是吸 收系数的函数，要选择在吸收 峰的平滑区而不是陡变区。
Ni /N0绝大部分 很小，激发态原 子和基态原子数 之比小于千分之 一，激发态原子 可以畧，基态原 子数近似等于总 原子数。
真实吸收应是υ范围内的全 部贡献即图中阴影部分，称 积分吸收。
根据经典色散理论，可算出 谱线的积分吸收。
式中N0为单位体积原子蒸气 中基态原子数目；e为电子 电荷；m为电子质量；c为光 速；f为振子强度，即能被激 发的每个原子的平均电子数。
仪器分析 第七章 原子吸收光谱法
第七章原子吸收光谱法1.原子吸收光谱的历史2.原子吸收光谱的特点3.原子吸收光谱与紫外可见吸收光谱的区别4.原子吸收光谱分析过程第一节概述1. 原子吸收光谱的历史◆1802年，沃拉斯顿(Wollaston)在研究太阳连续光谱时，首次发现太阳连续光谱中出现暗线。
◆1817年，夫琅和费(Fraunhofer)研究太阳连续光谱时再次发现这些暗线，但无法解释暗线产生的原因。
2/1363/1361825年，法国著名哲学家孔德在哲学讲义中说“恒星的化学组成是人类绝对不能得到的知识”◆1859年，本生、基尔霍夫研究碱金属和碱土金属火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且钠在光谱中位置相同。
发射线与暗线D◆太阳光谱暗线：太阳外围大气圈中钠原子对太阳光谱中钠辐射特征波长光进行吸收的结果。
4/1365/136太阳中含有94种稳定和放射性元素：氢(71％)、氮(27％)、氧、碳、氖、硅、铁等。
◆1955年，澳大利亚物理学家Walsh（沃尔什）发表了著名论文《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。
◆1960年以后，原子吸收光谱法得到迅速发展，成为微量、痕量金属元素的可靠分析方法。
6/1362. 原子吸收光谱法的特点✓检出限低：10-10～10-14g。
✓准确度高：1%～5%。
✓选择性好：一般情况下共存元素无干扰。
✓应用范围广：可测定70多种元素。
✗缺点：难熔元素、非金属元素测定困难，不能实现多元素同时分析。
7/1363. 原子吸收与紫外可见吸收的区别✓相同点：利用物质对辐射的吸收进行分析。
✗不同点：◆吸收机理不同：紫外可见为溶液中分子或离子宽带吸收，带宽为几纳米至几十纳米；原子吸收为气态基态原子的窄带吸收，带宽仅为10-3nm。
◆光源不同。
◆试样处理、实验方法及对仪器的要求不同。
8/1364. 原子吸收光谱分析过程◆确定待测元素。
◆选择该元素相应锐线光源，发射出特征谱线。
仪器分析第五章 原子吸收光谱法
第五章原子吸收光谱法Chapter FiveAtomic Absorption SpectrumFor Short：AAS第一节基本原理一、原子吸收光谱分析概述1、原子吸收光谱的起源18世纪初，人们便开始观察和研究原子吸收光谱-----太阳光谱中的暗线。
1955年，澳大利亚物理学家瓦尔西发表了著名论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用”，奠定了原子吸收光谱分析法的理论基础。
1955年，原子吸收光谱作为一种分析方法开始应用。
并在60年代得到迅速发展和普及。
2、什么是原子吸收光谱？溶液中的金属离子化合物在高温下能够解离成原子蒸气，两种形态间存在定量关系。
当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，特征谱线的光强度减弱。
光强度的变化符合朗伯-比耳定律，进行定量分析。
它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。
❖原子与分子一样,吸收特定能量后,产生基态→激发态跃迁；产生原子吸收光谱，即共振吸收。
❖原子由基态→第一激发态的跃迁,最易发生。
❖每种原子的核外电子能级分布不同，当产生由基态→第一激发态的跃迁时，吸收特定频率的辐射能量。
二、共振线：共振吸收线——电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线（简称共振线）。
共振发射线——电子从第一激发态再跃回基态时，则发射出同样频率的辐射，对应的谱线称为共振发射线（也简称共振线）。
原子的共振线的吸收共振线称为元素的特征谱线，因为：各种元素的原子结构和外层电子排布不同。
所以不同元素的原子从基态激发成第一激发态（或由第一激发态跃回基态）时，吸收（或发射）的能量不同，因此各种元素的共振线各有其特征性。
共振线又称为元素的灵敏线，因为：这种从基态到第一激发态的跃迁最容易发生，因此对大多数元素来说，共振线是指元素所有谱线中最灵敏的谱线。
在原子吸收光度法中，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。
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小结
1.在原子吸收光谱分析中为什么不能用连续 光源？ 峰值吸收是如何实现的？
2.比较石墨炉原子化法和火焰原子化法的异 同。
3. 应用原子吸收光谱法进行定量分析有哪些 方法，试比较他们的优缺点。
4.怎样选择原子吸收光谱分析的最佳条件？ 5.试比较原子吸收法和原子荧光法。
计算题
1.现拟用原子吸收法测定碳灰中微量硅， 为了选择适宜的分析条件，进行了初步试 验，当Si浓度为5.0ug/mL时，测得 Si251.61,251.43和251.92nm的吸光度为 别为0.44，0.044和0.022。试回答：
态跃迁到激发态，约在10-8s后，再由激 发态跃迁回到基态，辐射出与吸收光波 长相同或不同的荧光。
2. 原子荧光的类型
可分为共振荧光、非共振荧光与敏 化荧光等三种类型。
光子
光子
共振荧光 非共振荧光
非共振荧光包括三种类型：
直跃线荧光
阶跃线荧光
反stocks荧光
3.待测原子浓度与荧光的强度 1).当光源强度稳定、辐射光平行、 理想情 况下：
二、仪器
原子荧光光度计分为非色散型和色散型。 这两类仪器的结构基本相似，只是单色器 不同。
反光镜
单色器
检测器
光源
也可以是连续 光源如高压Xe 弧灯
原子化器
1. 光源
在原子荧光光度计中，需要采用高强 度空心阴极灯、无极放电灯、激光和等离 子体等。
商品仪器中多采用高强度空心阴极灯、 无极放电灯两种。
• 通过样品与酸的混合物对微波能的吸收达 到快速加热消解样品的目的。
第五节 原子荧光光谱法(AFS)
原子荧光光谱法是以原子在辐射能激发下发射 的荧光强度进行定量分析的发射光谱分析法。
原子荧光光谱法从机理看来属于发射光谱分析， 但所用仪器及操作技术与原子吸收光谱法相近.
一、基本原理
1. 原子荧光光谱的产生 当气态原子受到强特征辐射时，由基
不容易损失金属元素; 所需时间较短， 缺点是酸的用量大，造成较高的试剂空白。
(2) 干法灰化：用高温加热(～500℃)缓慢灰 化，冷却后再用浓酸分解。
• 需要掌握好灰化温度和灰化时间,确保样品 灰化完全和防止元素挥发损失
• 注意易挥发元素的测定如Hg﹑As﹑Se等不 宜用高温灰化法.
(3)微波溶样技术
S251.92=C. 0.0044/A =5 x 0.0044/0.022=1.0(ug/ml)
选251.61nm 为分析线
光谱通带 W=251.61－ 251.43＝0.18 nm
W＝SD S＝W/D＝0.18/2＝0.09mm 狭缝宽度应为 0.09mm, 相应的光谱通
带为0.18nm。
2.测定血浆试样中锂的含量，将三分 0.500mL 的血浆样分别加至5.00mL, 然后 在这三份溶液中加入0，10.0，20.0uL 0.0500mol.L-1 LiCl 标准溶液，在原子吸收 分光光度计上测得读数依次为：23.0，45.3， 68.0。计算此血浆中锂的质量浓度。
（1）高强度空心阴极灯
高强度空心阴极灯特点是在普通空极阴极灯 中，加上一对辅助电极，产生第二次放电，从而 大大提高金属元素的共振线强度。
（2）无极放电灯
无极放电灯比高强度空心阴极灯的亮度高， 自吸小寿命长。特别适用于在短波区内有共振线 的易挥发元素的测定。
2.光路
在原子荧光中，为了检测荧光信号， 避免待测元素本身发射的谱线，要求光源、 原子化器和检测器三者处于直角状态。
(1) 选择哪一条谱线测量为宜？ （2）当仪器的倒线色散率为2nm/mm时， 应选用多大的狭缝宽度进行测量？再次狭 缝宽度下相应的光谱通带是多少？
S251.61=C. 0.0044/A =5 x 0.0044/0.44=0.05(ug/ml)
S251.43=C. 0.0044/A =5 x 0.0044/0.044=0.50(ug/ml)
五、原子荧光光谱法的特点：
（1）高灵敏度、低检出限。
特别对Cd、Zn等元素有相当低的检 出限，Cd 可达0.001ng.cm-3、Zn为 0.04ng.cm-3。
（2）谱线简单、干扰少。 （3）分析校准曲线线性范围宽，可达
3 - 5个数量级。 （4）多元素同时测定。
虽然原子荧光法有许多优点，但由 于荧光猝灭效应，以致在测定复杂基体 的试样及高含量样品时，尚有一定的困 难。
样品采集更要注意要有代表性； 要保证待测元素不损失、不被污染； 要特别注意试液的空白问题。
2.无机固体样品
(1) 酸溶法：适用于无机固体易溶解样品。 (2) 碱熔法：适用于不易溶解样品。
但碱熔法一般不宜直接用AAS测量， 需要加以酸化，通常情况下尽量少采用。
3.对有机样品 (1) 湿法消化：用浓无机酸加氧化剂加热使 其消化；
一、原子吸收分光光度法应用
1. 头发中微量元素的测定 2. 水中微量元素的测定 3.水果、蔬菜中微量元素测定 4.矿物、合金及各种材料中
微量元素的测定； 5.各种生物试样中微量元素
的测定。
• 无机元素
• 间接原子吸收光度法（非金属元素和 化合物）
• 元素形态分析
二、样品的预处理
1.分析样品的预处理要求。
发射荧光的强度 If
I f Φ I0 A K0 l N K c
2).量子效率与荧光猝灭
量子效率:在单位时间内，荧光辐射的量子数 与被吸收的量子数之比。量子效率大，发射的荧 光强度也大。
荧光猝灭:受激原子 发生无辐射的去激发过程， 降低荧光强度。
3).光源散射干扰
在荧光分析中，光源光束照射原子化 器时，原子化器中未挥发的液滴和固体微 粒使入射光散射而进入检测器，干扰荧光。
AFS的主要干扰是猝灭效应。 可减少 溶液中其它干扰离子的浓度抑制。散射光 的干扰也比AAS严重。
其它干扰因素如光谱干扰、化学干扰、 物理干扰等与AAS相似。
原子荧光法的灵敏度较原子吸 收法高，但没有原子吸收法应用广 泛，目前主要用于Cd、Zn, Hg, As, Sb, Sn, Pb, Ga, In, Ti 等 元素分析。
3.色散系统
⑴ 色散型。色散元件是光栅。 ⑵ 非色散型。非色散型用滤光器来分 离分析线和邻近谱线，可降低背景。
多元素原子荧光分析仪
原子荧光可由原子化器周围任何方向 的激发光源激发而产生，因此设计了多道、 多元方法 — 校准曲线法 （二）干扰及消除