原子吸收光譜儀的原理

1、情境四：原子吸收光譜儀任務(wù)二：原子吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)與原理知識(shí)點(diǎn)2：原子吸收光譜儀的原理課程：分析儀器結(jié)構(gòu)及維護(hù)一、概述1.基本定義 原子吸收光譜法又稱(chēng)原子吸收分光光度法或原子吸收法（atomic absorption spectrometry )，簡(jiǎn)稱(chēng)AAS 。高溫物體發(fā)出的白光或具有連續(xù)譜的光波通過(guò)物質(zhì)樣品時(shí)，處于基態(tài)的樣品原子或分子將吸收特定波長(zhǎng)的光而躍遷到激發(fā)態(tài)，于是在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)相應(yīng)的暗線(xiàn)或暗帶。是指氣態(tài)基態(tài)原子對(duì)于同種原子發(fā)射出來(lái)的特征光譜輻射具有吸收能力的現(xiàn)象。原子吸收 吸收光譜二、原子吸收光譜法 將試樣溶液中的待測(cè)元素原子化，同時(shí)還要有一定光強(qiáng)穩(wěn)定的光源，并能給出同種原子特

2、征的光輻射，使之通過(guò)一定的待測(cè)之原子區(qū)域，從而測(cè)其吸光度，然后根據(jù)吸光度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的關(guān)系曲線(xiàn)，計(jì)算出試樣中待測(cè)元素的含量，這種方法稱(chēng)為原子吸收光譜法。原子吸收光譜法原子吸收光譜法 基本過(guò)程基本過(guò)程測(cè)定對(duì)象測(cè)定對(duì)象 當(dāng)有輻射通過(guò)自由原子（如鎂、銅原子）蒸氣，且入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)所需要的能量頻率時(shí)，原子就要從輻射場(chǎng)中吸收能量，產(chǎn)生吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時(shí)伴隨著原子吸收光譜的產(chǎn)生。（如鎂原子吸收285.2nm279.6nm，銅原子吸收324.8nm327.4nm的光） 三、原子吸收光譜的產(chǎn)生cEhh三、原子吸收光譜的產(chǎn)生基態(tài)基態(tài)第一激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài)發(fā)射一

3、定頻率發(fā)射一定頻率的輻射能量的輻射能量發(fā)射發(fā)射光譜光譜產(chǎn)生共振吸收線(xiàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)共振線(xiàn)產(chǎn)生共振吸收線(xiàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)共振線(xiàn)）產(chǎn)生發(fā)射共振線(xiàn)（也簡(jiǎn)稱(chēng)共振線(xiàn)）產(chǎn)生發(fā)射共振線(xiàn)（也簡(jiǎn)稱(chēng)共振線(xiàn)）吸收一定頻率的吸收一定頻率的輻射能量輻射能量三、原子吸收光譜的產(chǎn)生當(dāng)電子吸收一定能量從基態(tài)躍遷到能量最低的激發(fā)態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的吸收譜線(xiàn)，稱(chēng)為共振吸收線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)共振線(xiàn)。共振吸收線(xiàn)共振吸收線(xiàn)共振發(fā)射線(xiàn)共振發(fā)射線(xiàn)分析線(xiàn)分析線(xiàn)當(dāng)電子從第一激發(fā)態(tài)躍回基態(tài)時(shí)，則發(fā)射出同樣頻率的光輻射，其對(duì)應(yīng)的譜線(xiàn)稱(chēng)為共振發(fā)射線(xiàn)，也簡(jiǎn)稱(chēng)共振線(xiàn)。用于原子吸收分析的特征波長(zhǎng)的輻射稱(chēng)為分析線(xiàn)，由于共振線(xiàn)的分析靈敏度高，光強(qiáng)大常作分析線(xiàn)使用。四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 （1）譜

4、線(xiàn)輪廓 原子吸收譜線(xiàn)并不是嚴(yán)格幾何意義上的線(xiàn)，而是具有一定波長(zhǎng)范圍的譜線(xiàn)，稱(chēng)為譜線(xiàn)輪廓。 以原子吸收譜線(xiàn)的中心波長(zhǎng)和半寬度來(lái)表征。中心波長(zhǎng)由原子能級(jí)決定。半寬度指在中心波長(zhǎng)的地方，極大吸收系數(shù)一半處，吸收光譜線(xiàn)輪廓上兩點(diǎn)之間的頻率差或波長(zhǎng)差。半寬度受到很多實(shí)驗(yàn)因素的影響。 吸收線(xiàn)輪廓0：中心頻率；K0:峰值吸收系數(shù)； :吸收曲線(xiàn)半寬度，約為10-310-2nm I隨的變化曲線(xiàn)K隨的變化曲線(xiàn)中心頻率橫坐標(biāo)：入射頻率縱坐標(biāo)：透過(guò)光強(qiáng)度橫坐標(biāo)：入射頻率縱坐標(biāo)：吸收系數(shù)四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 （2）表征吸收線(xiàn)輪廓的參數(shù)中心頻率0 最大吸收系數(shù)所對(duì)應(yīng)的頻率或波長(zhǎng)，由原子能級(jí)決定。 半峰寬 最大吸收系數(shù)一半

5、（K/2）處所對(duì)應(yīng)的頻率差或波長(zhǎng)差，受到變寬因素的影響。 峰值吸收系數(shù)K0 中心頻率或中心波長(zhǎng)處的最大吸收系數(shù)。 峰值吸收系數(shù)半寬度中心頻率四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 （3）原子化過(guò)程中，基態(tài)原子和激發(fā)態(tài)原子的分配 在高溫過(guò)程中，待測(cè)元素由分子離解成的原子，不可能全部成為基態(tài)原子，必有部分為激發(fā)態(tài)原子。 待測(cè)元素分子基態(tài)原子蒸汽原子化高溫激發(fā)態(tài)原子特征頻率光 不希望發(fā)生的過(guò)程高溫，熱激發(fā)四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 在一定溫度下，熱力學(xué)平衡時(shí)，待測(cè)元素的基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子數(shù)之比可用玻爾茲曼（Bottzmann）分配定律表示：Nj /N0 = gi /g0e-Ej/ kT當(dāng)T3000K、600nm時(shí)，一般N

6、j /N0 小于10-3，基態(tài)原子占絕大多數(shù)，故可認(rèn)為基態(tài)原子數(shù)近似等于待測(cè)原子總數(shù)。Nj-激發(fā)態(tài)原子，N0-基態(tài)原子，gj/g0-統(tǒng)計(jì)權(quán)重，Ej-激發(fā)原子需要能量，T-絕對(duì)溫度，k- Bottzmann常數(shù)四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 （4）原子吸收光譜法的定量依據(jù)積分吸收 在一定條件下，基態(tài)原子數(shù)N正比于吸收曲線(xiàn)下面所包圍的整個(gè)面積 ：e：電子電荷m：電子質(zhì)量C：為光速N：基態(tài)原子數(shù)f：振子強(qiáng)度 fNmcdvKv2e 積分吸收與被測(cè)元素原子的原子數(shù)N成正比，這是原子吸收光譜法的理論基礎(chǔ)。但這種絕對(duì)測(cè)量方法，現(xiàn)在的分光裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 （4）原子吸收光譜法的定量依據(jù) 峰值吸收 1

7、955年提出采用銳線(xiàn)光源作為輻射源，用峰值吸收代替積分吸收進(jìn)行定量。峰值吸收：基態(tài)原子蒸氣對(duì)入射光中心頻率線(xiàn)的吸收。以峰值吸收系數(shù)K0表示。峰值吸收與火焰中被測(cè)原子數(shù)成正比。fNmcvKD20e2ln2四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 （4）原子吸收光譜法的定量依據(jù) 銳線(xiàn)光源 能發(fā)射出譜線(xiàn)半寬度很窄的發(fā)射線(xiàn)的光源。 通常用待測(cè)元素的純物質(zhì)作為銳線(xiàn)光源，發(fā)射與吸收為同一物質(zhì)，0發(fā)= 0吸，只要測(cè)出吸收前后發(fā)射線(xiàn)強(qiáng)度的變化，即可求出待測(cè)元素的含量。 峰值吸收測(cè)量條件： a發(fā)射線(xiàn)的半寬度 吸收線(xiàn)的半寬度 b發(fā)射線(xiàn)的中心頻率=吸收線(xiàn)的中心頻率 四、原子吸收譜線(xiàn)輪廓 （4）原子吸收光譜法的定量依據(jù) 原子吸收光譜法的

8、定量依據(jù) kbk=IIlg=A000.434bNk=A在一定實(shí)驗(yàn)條件下： N c這是原子吸收光譜分析的基本關(guān)系式。Kc=AbNfmcevln2D220.434= 通過(guò)火焰、石墨爐等將待測(cè)元素在高溫或是化學(xué)反應(yīng)作用下變成原子蒸氣，由光源燈輻射出待測(cè)元素的特征光，在通過(guò)待測(cè)元素的原子蒸氣時(shí)發(fā)生光譜吸收。透射光的強(qiáng)度與被測(cè)元素濃度成反比，在儀器的光路系統(tǒng)中。透射光信號(hào)經(jīng)光柵分光，將待測(cè)元素的吸收線(xiàn)與其他譜線(xiàn)分開(kāi)。經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換器。將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電路系統(tǒng)放大、處理，再南CPU及外部的電腦分析、計(jì)算，最終在屏幕顯示待測(cè)樣品中微量及超微量的多種金屬和類(lèi)金屬元素的含量和濃度。五、原子吸收光譜儀測(cè)試原理六、原子吸收光譜法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、精確高；