原子吸收光谱法优点
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
原子吸收光谱原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)，即原子吸收光谱法，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，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。
此法是20世纪50年代中期出现并在以后逐渐发展起来的一种新型的仪器分析方法，它在地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等各个领域有广泛的应用。
该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。
查看精彩图册目录基本原理原子吸收光谱分析谱线轮廓发展历史特点灵敏度高精密度好选择性好，方法简便准确度高，分析速度快应用广泛原子吸收光谱分析的基本原理原子吸收光谱的产生原子吸收光谱的谱线轮廓原子吸收光谱的测量原子吸收分光光度计的组成光源原子化器分光器检测系统干扰及其消除方法物理干扰化学干扰电离干扰光谱干扰分子吸收干扰原子吸收光谱应用近年研究展望展开基本原理原子吸收光谱分析谱线轮廓发展历史特点灵敏度高精密度好选择性好，方法简便准确度高，分析速度快应用广泛原子吸收光谱分析的基本原理原子吸收光谱的产生原子吸收光谱的谱线轮廓原子吸收光谱的测量原子吸收分光光度计的组成光源原子化器分光器检测系统干扰及其消除方法物理干扰化学干扰电离干扰光谱干扰分子吸收干扰原子吸收光谱应用近年研究展望展开编辑本段基本原理原子吸收光谱原理图每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线，也可以吸收与发射线波长相同的特征谱线。
当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中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，使入射光减弱。
特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A，与被测元素的含量成正比：式中K为常数；C为试样浓度；I0v为原始光源强度;Iv为吸收后特征谱线的强度。
原子吸收光谱和原子发射光谱的区别
原子吸收光谱和原子发射光谱的区别根据有关资料，比较完整的解释：原子吸收光谱原子吸收光谱法(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。
由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。
AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。
原子吸收光谱法该法具有检出限低（火熖法可达ng?cm–3级）准确度高（火熖法相对误差小于1%），选择性好（即干扰少）分析速度快等优点。
在温度吸收光程，进样方式等实验条件固定时，样品产生的待测元素相基态原子对作为锐线光源的该元素的空心阴极灯所辐射的单色光产生吸收，其吸光度（A）与样品中该元素的浓度（C）成正比。
即A=KC 式中，K为常数。
据此，通过测量标准溶液及未知溶液的吸光度，又巳知标准溶液浓度，可作标准曲线，求得未知液中待测元素浓度。
该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。
原子吸收光谱法是根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量。
其优点与不足：<1> 检出限低，灵敏度高。
火焰原子吸收法的检出限可达到ppb 级，石墨炉原子吸收法的检出限可达到10-10-10-14g。
<2> 分析精度好。
火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可<1%，其准确度已接近于经典化学方法。
石墨炉原子吸收法的分析精度一般约为3-5%。
<3> 分析速度快。
原子吸收光谱仪在35分钟内，能连续测定50个试样中的6种元素。
<4> 应用范围广。
可测定的元素达70多个，不仅可以测定金属元素,也可以用间接原子吸收法测定非金属元素和有机化合物。
<5> 仪器比较简单，操作方便。
<6> 原子吸收光谱法的不足之处是多元素同时测定尚有困难,有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人满意。
第03章 原子吸收光谱分析
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• 各种元素的基态至第一激发态跃迁最易发生，吸收最强，最灵 敏线——主共振吸收线。 • 各种元素的原子结构和外层电子排布不同，由基态至第一激发 态跃迁吸收能量不同，共振线不同——具有特征性。
• 利用基态的原子蒸气对光源辐射的特征谱线（共振线）的吸收
可以进行定量分析。 • 光谱位于光谱的紫外区和可见区。
• 准确度高，分析速度快；
• 应用广泛。 • 局限：不能对多元素同时测定（需更换光源）、对难 熔元素测定灵敏度和精密度较低、对于成分复杂样品 干扰较严重、对多数非金属元素不能直接测定。
5
元素周期表中可用原子吸收光谱法分析的元素
6
3.2 原子吸收光谱法的基本原理
3.2.1 原子吸收光谱的产生
• 基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态 而产生原子吸收光谱。
收定律，有:
I I 0e
Kvl
• 或
I0 A lg 0.434 K v l I
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• 采用锐线光源进行测量，则Δv发< < Δv
吸
，在辐射线宽度范围内，Kν可近似
发射线
认为不变，并近似等于峰值时的吸收 系数K0，则：
I0 A lg 0.434 K 0l I
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• 峰值吸收系数K0与谱线的宽度有关，在通常原子吸收测定条
• 由于原子在空间作无规则热运动所导致的，故也称为热变宽。
2v0 vD c
2(ln 2) RT T 7 7.1610 v0 Ar Ar
• Doppler 变宽随温度升高、谱线频率升高和相对原子质量减小而 变宽。
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3.压力变宽（ 10-3nm）
• 当原子吸收区气体压力变大时，相互碰撞引起的变宽是 不可忽略的。原子之间的相互碰撞导致能级变化，激发 态原子平均寿命缩短，引起谱线变宽。 • 劳伦兹（Lorentz）变宽：待测元素原子和其他粒子碰撞。
原子吸收光谱法
影响吸收谱线轮廓的主要因素
• 自然变宽N：与原子发生能级跃迁时激发态原 子的寿命有关， N一般情况下约10-5 nm。 • 多普勒变宽（热变宽）D: 由原子在空间作 无规热运动引致的， D约为10-3 nm。
D 7.16 10 0
7
T Ar
• 碰撞变宽（压力变宽） C 洛伦兹变宽L ：由待测原子与其他共存元素
• 富燃火焰(还原火焰)
燃助比大于化学计量数, 如燃助比为
1:3的乙炔-空气。 此类火焰中有大量燃气未燃烧完全, 而含有较多的C-、CH-基等。因此火焰 温度较低, 且具有还原性, 适于有些易 形成难离解氧化物的元素的测定。
• 贫燃火焰(氧化火焰)
燃助比小于化学计量数, 如燃助比为 1:6的乙炔-空气。 此类火焰氧化性强, 温度较低, 适于 易离解、易电离的元素的测定, 如碱 金属。
• 石墨管
长约50mm，内径5mm， 管中央有一小孔，用以放臵试 样。
K0 2 D ln 2 e
2
mc
fN 0
• 吸收线半宽度： 一般在0.01～0.1Å • 发射线半宽度： 一般在0.005～0.02
Å
实际测量（测量吸光度）
• 根据光吸收定律
A lg T lg I I0 A为 吸 光 度 ； T 为 透 光 率 ； I 为 透 射 光 强 度 ； I 0为 入 射 光 强 度 ； K 为 吸 收 系 数 ； l为 蒸 气 厚 度 将 K 用 K 0代 替 ， 可 得 A lg e 又 K0 2 D
仪器组成系统
• • • • 光源 原子化系统 单色器 检测系统和数据处理与控制系统
光源
• 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、稳定性好且谱线背景小； （4） 操作方便、经久耐用。 • 原子吸收分光光度计的光源通常是空心阴 极灯。
原子吸收光谱分析的特点
原子化过程： MeX 脱水 MeX 蒸发 MeX 分解 （溶液）（固体微粒） （气态分子） Me ＋X (基态原子)
火焰的组成： 空气-乙炔火焰：温度在2500K左右； N2O-乙炔火焰：温度可达到3000K左右； 空气-氢气火焰：最高温度2300K左右。
火焰的类型： 贪燃：燃气较少，（燃助比小于化学计量，约为1比6），燃烧完全，温度较高
钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带 0.2nm。而原子吸收线的半宽度：10-3nm。如图所 示：
2 峰值吸收测量法 吸收线中心频率处的吸收系数K0为峰值吸收系数，简称峰值吸收。峰值吸收与火焰中被测元素的原子浓 度也成正比。
由图可见，在辐射线宽度范围内，可用峰值 吸收代替积分吸收。
第二节 原子分光光度计 原子吸收分光光度计与紫外可见分光光度计在仪器结构上的不同点： （1）采用锐线光源。 （2）分光系统在火焰与检测器之间。
消除： – 加入释放剂、保护剂、助溶剂、利用高温火焰、富燃焰等
4.光谱干扰 （1）在单色器光谱通带内光源发射多条谱线 （2）吸收线重叠干扰 换分析线、分离干扰 （3）背景吸收：分子吸收、光散射 消除：扣除背景
空白溶液 背景校正器
消除：换灯、减小狭缝、
第四节 测定条件的选择 1．分析线的选择：一般选用共振线作分析线。 2．灯电流：保正稳定和适当光强度输出的条件下，尽量选用较低的工作电流。额定电流的
火焰原子化法的优缺点
优点： 重现性好 火焰稳定性高 背景噪声低 易于操作
缺点 灵敏度低 雾化效率低（10%) 基态原子在光路中停留时间短（10-4— 10-3） 基态原子易被氧化
（2）非火焰原子化法： 电热高温石墨管原子化法和化学原子化法。 ①石墨炉原子化装置
包括电源、保护系统和石墨管三部分。
原子吸收光谱法
半宽度受原子性质和 外界因素的影响
原子吸收光谱轮廓图
基本原理
Basic principle
谱线变宽因素
自然宽度
Doppler变宽
压力变宽 自吸效应 场致变宽
基本原理
Basic principle 自然宽度（△nN） ：无外界因素影响时谱线具有的宽度，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。根据量子力 学的测不准原理，粒子能级能量和跃迁时刻不可能同时测准，其能量的 不确定度△E和其跃迁时刻的不确定度△t间有如下关系
其中Kv为吸收系数
基本原理
Basic principle
• 吸收线轮廓
In I0
中心频率n0最大吸收系数 所对应的频率或波长，由 原子能级决定
不同元素原子吸收不同频率的 光，由图可见，在频率为v0处
透过光强度最小，也就是吸收
最大。原子群从基态跃迁到激
发态所吸收的谱线并不是绝对
单色，而是具有一定的宽度，
第七章 原子吸收分光光度法
Atomic Absorption Spectrometry
( AAS)
专业：环境工程 姓名：韩朝丽
原子吸收光谱法
Atomic Absorption Spectrometry
概 述 基本原理
本章内容
仪 器
干扰及其 消除办法
分析应用
原子吸收光谱法概述
Atomic Absorption Spectrometry
原子吸收光谱法——仪器
(Atomic Absorption Spectrometry)
原子吸收分 光光度计
光源
原子化系统
光学系统
检测系统
原子吸收光谱法在各个领域的意义
原子吸收光谱法在各个领域的意义
原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是一种常用的分析技术，通过测量样品中特定元素吸收特定波长光线的能力来定量分析样品中的金属元素。
AAS在各个领域都具有重要的意义，以下是一些主要领域的例子：
1. 环境监测：AAS可用于监测土壤、水体和大气中的污染物，如重金属、有机物和有害元素。
这对于环境保护和生态安全至关重要。
2. 食品和农业：AAS可用于分析食品和农产品中的金属元素含量。
它可以帮助检测农产品中的农药残留、重金属污染和其他有害物质，确保食品安全和质量。
3. 药物和化妆品：在制药和化妆品行业中，AAS可用于确定产品中金属元素的含量，以确保产品的合格和安全性。
4. 健康医疗：AAS可用于分析人体样品（如血液、尿液和组织）中的金属元素含量，有助于诊断疾病和监测疗效。
5. 土壤和农业研究：AAS可用于分析土壤中的营养元素含量，为农业生产提供指导，改善土壤肥力和作物产量。
6. 工业和金属矿产：AAS在工业和矿产领域中可用于监测和分析金属含量，控制工业生产过程中的污染和质量，以及评估矿石和矿产资源的价值。
这只是AAS在各个领域中的一些例子，其应用广泛且多样化。
通过准确测量和分析样品中金属元素的含量，AAS为各个领域的研究、质量控制和环境保护提供了重要的数据和依据。
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原子吸收光谱法优点
原子吸收光谱法具有灵敏度高、分析精度高、分析速度快、应用范围广等优点。
1、检出限低，灵敏度高。
火焰原子吸收法的检出限可达到 10-9级，石墨炉原子吸收法的检出限可达到 10-14～10-10g。
2、分析精度好。
火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可小于 1%，其准确度已接近于经典化学方法。
石墨炉原子吸收法的分析精度一般为 3%～5%。
3、分析速度快。
原子吸收光谱仪在 35 min 内能连续测定 50 个试样中的 6种元素。
4、应用范围广。
可测定的元素达 70多种，不仅可以测定金属元素，也可以用间接原子吸收法测定非金属元素和有机化合物。
5、仪器比较简单，操作方便。
当然，原子吸收光谱法也有不足之处，比如多元素同时测定尚有困难，有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人满意。