原子吸收光譜分析

1、原子吸收光譜分析原子吸收光譜法 Atomic Absorption Spectrometry, (AAS) 原子吸收分光光度法Atomic Absorption Spectrophotometry, (AAS) 原子吸收光譜分析7/5/202211.簡述2.方法原理3.儀器設備 4.火焰原子化法測試的工作參數(shù)選擇 5.石墨爐原子化法測試的工作參數(shù)選擇 6.干擾及消除 原子吸收光譜分析7/5/20222第一節(jié).簡述 1802年，伍朗斯頓(W. H. Wollaston)在進行 太陽觀察時，發(fā)現(xiàn)太陽光譜中存在一些暗線。夫郎霍費(J. Fraunhofer)在18141817年，布魯斯特(D. Br

2、ewster) 在1820年相繼對這些暗線進行仔細的觀察，認為是由于太陽外圍較冷的氣體吸收了太陽光所引起的。1.原子吸收的發(fā)現(xiàn)原子吸收光譜分析2022-7-537/5/2022原子吸收光譜分析42022-7-5原子吸收光譜分析5 1860年，克?；舴?G. R. Kirchoff)和本生(R.Bunsen)用鈉光燈照射含有食鹽的火焰，發(fā)現(xiàn)這些火焰對鈉光有吸收現(xiàn)象。 他們又對其它幾種堿金屬以及堿土金屬的火焰進行研究，發(fā)現(xiàn)它們都對某些特征光線有吸收，并且火焰中受熱的鈉蒸汽所發(fā)射的黃線與太陽光譜暗D線有準確的對應關系，于是他們認為太陽光譜中的暗線由于太陽外圍氣體中的某些元素吸收了太陽的連續(xù)光譜造成的

3、。他們還指出，原子蒸氣既能吸收一定波長的光形成特征光譜，也能發(fā)射出同樣波長的譜線。并進一步指出，在通常情況下，火焰的溫度比光源溫度低的原子能夠吸收來自光源發(fā)射的光。 2022-7-5原子吸收光譜分析6 盡管早在兩百多年前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了原子吸收現(xiàn)象，但在之后的一百五十年間，這種發(fā)現(xiàn)僅僅應用于天文觀察領域內，在分析化學領域中一直未能得到重視和應用，其根本原因是儀器制造上的困難。但1939年伍德森(T. T. Woodson)還是利用原子吸收現(xiàn)象測定了空氣中汞的含量。 上個世紀初，原子結構和原子光譜理論的建立，使得火焰原子發(fā)射光譜分析得到了迅速的發(fā)展，制造了大量的原子發(fā)射光譜儀器，測定了大量的樣品中堿

4、金屬和堿土金屬的含量。這些原子發(fā)射光譜儀的出現(xiàn)尤其是原子光譜理論的建立，促進了原子吸收理論的發(fā)展。2022-7-5原子吸收光譜分析72.原子吸收光譜分析在國外的發(fā)展2022-7-5原子吸收光譜分析81952年，澳大利亞物理學家沃爾什(A. Walsh)對原子吸收光譜應用的可行性進行了一系列的研究和實驗。1955年他發(fā)表了著名的原子吸收光譜在分析化學中的應用的論文，提出了在采用銳線光源的情況下，可以用峰值吸收代替面積吸收，并且進行了詳細的理論推導(后面部分我們會有簡要介紹)。這就為原子吸收分光光度法奠定了理論基礎。同時他還研制了第一臺原子吸收分光光度計，即原子吸收光譜儀。鑒于沃爾什在建立和發(fā)展原

5、子吸收光譜分析方面的歷史功勛，1991年在挪威卑爾根召開的第27屆國際光譜學大會(CSI)上授予他第一屆CSI獎。7/5/2022原子吸收光譜分析9Alan Walsh(1916-1998)和他的原子吸收光譜儀2022-7-5原子吸收光譜分析10 理論的突破帶來了方法的革新，從此原子吸收光譜分析得到了蓬勃的發(fā)展，很快各種各樣的原子吸收光譜儀相繼出現(xiàn)。在此后的近半個世紀里，人們又對其進行了不斷的完善。 1959年，里沃夫(.)提出了電加熱裝置，將樣品溶液在石墨坩堝內快速加熱汽化，再通入預先加熱到高溫的石墨管中，大大延長了原子在測定區(qū)域內的停留時間，其靈敏度大大提高，可達10-1210-14g。為

6、表彰里沃夫對開創(chuàng)和發(fā)展石墨爐原子吸收光譜分析法方面所做出的杰出貢獻, 1997年在澳大利亞墨爾本召開的第30屆國際光譜學大會上授予他第二屆CSI獎。2022-7-5原子吸收光譜分析11 但因這種裝置結構過于復雜，操作煩瑣，未能獲得推廣。 1961年美國Perkin-Elmer公司推出了世界上第一臺火焰原子吸收分光光度計商品儀。 1965年威廉斯(J. B. Willis)和阿莫斯(Amos)又提出了采用N2O乙炔高溫火焰代替空氣乙炔火焰測試高溫元素氧化物，使原子吸收光譜儀可測定元素擴展到70多種。 1968年，馬斯曼(H. Massmann)對里沃夫提出的電加熱裝置進行了重大改進，采用半封閉條

7、件下使樣品溶液在石墨管內低電壓大電流直接加熱，分階段將石墨爐溫度升至原子化溫度，大大簡化了石墨爐。2022-7-5原子吸收光譜分析12 1970年Perkin-Elmer公司生產了世界上第一臺HGA-70型石墨爐原子吸收光譜儀。 1976年日本日立公司推出了第一臺塞曼效應校正背景的原子吸收光譜儀。 1989年日立公司推出了Z-9000型原子吸收光譜儀,采用四通道系統(tǒng)，能同時測定4個元素。 1990年美國Perkin-Elmer公司又生產了世界上第一臺PE-4100ZL型橫向加熱、縱向磁場調制石墨爐原子吸收光譜儀。 1994年Perkin-Elmer公司推出SIMAA-6000型多元素同時測定原

8、子吸收光譜儀，使用中階梯光柵和固體檢測器，獲得了二維色散的光譜圖。2022-7-5原子吸收光譜分析13 繼1987年美國Analyte公司推出第一臺帶有陰極濺射原子化器的商品儀器之后，1997年Leeman Labs公司在上海舉辦的BCEIA多國儀器展覽會上又展出了使用陰極濺射原子化器的A-30型原子吸收光譜儀，可快速程序分析30個元素。2022-7-5原子吸收光譜分析143.原子吸收光譜分析在我國的發(fā)展 1963年首先是黃本立和張展霞分別著文，向國內同行介紹了原子吸收光譜法。 1964年，黃本立等將蔡司型濾光片式火焰光度計改裝為一臺簡易原子吸收光譜裝置，測定了溶液中的鈉，發(fā)表了最早的原子吸收

9、光譜分析的研究論文。 1965年吳廷照等利用自制的同心型氣動玻璃霧化器、預混合金屬層流燃燒器、鎂空心陰極燈，英國Hilger的H-700火焰分光光度計的單色器、10 cm長不銹鋼平頭水冷燃燒器的預混合型火焰原子化器組裝了原子吸收光譜儀器。完成了鋰中微量鎂的測定。 1965年上海復旦大學陳樹喬等組裝成功了實驗室型原子吸收光譜儀器，用于教學實驗。 1969年北京礦冶研究院、北京有色研究院與北京科學儀器廠合作研制了WFD-Y1型單光束火焰原子吸收分光光度計。 1970年WFD-Y1儀器全體設計裝調人員轉入北京第二光學儀器廠(今北京瑞利儀器公司的前身)，并于當年實現(xiàn)了我國第一臺火焰原子吸收分光光度計上

10、市。 1971年地質部地礦局南京儀器室與地質部地礦所8室合作生產了單光束火焰原子吸收分光光度計。2022-7-5原子吸收光譜分析15 1972年吳廷照等設計制作了管式石墨爐原子吸收裝置，并用該裝置測定了純鋯中的鎘，絕對靈敏度達到10-11g數(shù)量級，相對靈敏度達到10-6數(shù)量級。 1973年中科院地化所、赤天光學儀器廠和昆明冶金研究所聯(lián)合研制出了我國第一臺雙光束原子吸收分光光度計樣機。 1975年北京第二光學儀器廠與中國科學院環(huán)境化學研究所馬怡載、北京礦冶研究院陶繼華和于家翹等合作，研制WFD-Y3型儀器。配上馬怡載等研制出的石墨原子化器及其控制電源，開發(fā)了WFD-Y3型單光束數(shù)字式火焰石墨爐兩

11、用原子2022-7-5原子吸收光譜分析162022-7-5原子吸收光譜分析17吸收分光光度計。該儀器榮獲了1978年全國科技大會獎。 1984年，馬怡載等研制成了我國第一臺ZM-型塞曼效應原子吸收光譜儀。 1986年何華焜等研制了交流塞曼原子吸收光譜儀。(日本日立公司推出世界上第一臺塞曼效應校正背景的原子吸收光譜儀器是1980年)。 人們還對燈光源進行不斷改進，不僅大大延長了燈的使用壽命，還使其發(fā)光強度大大提高，干擾譜線大大減少。近年來，微機的引入又使原子吸收光譜儀測試的自動化程度大大提高，提高了工作效率。2022-7-5原子吸收光譜分析18 由于原子吸收方法技術全面、成熟，測試數(shù)據(jù)可靠。我們

12、國家已將其定為國家標準測試方法。對于很多樣品來說，它還是目前唯一的標準儀器測試方法。 目前，原子吸收光譜分析方法已被廣泛應用于冶金、地質、石油、化工、農業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、環(huán)保等諸多部門。人們還對燈光源進行不斷改進，不僅大大延長了燈的使用壽命，還使其發(fā)光強度大大提高，干擾譜線大大減少。近年來，微機的引入又使原子吸收光譜儀測試的自動化程度大大提高，提高了工作效率。優(yōu)點： 檢出限低 火焰原子吸收法的檢出限可達到ng/mL量級,石墨爐原子吸收光譜法的檢出限可達到10-1310-14g。 選擇性好 由于原子吸收是線狀吸收，又采用待測元素特征譜線作為光源，即使在溶液中有多個元素共存，只要它們不與待測元素產生

13、難原子化的化合物，就不會產生較大的譜線干擾。加上吸收譜線比發(fā)射譜線少的多，各元素譜線的重疊干擾少，因此選擇性好?；鹧嬖游辗椒ㄓ捎?022-7-5原子吸收光譜分析194.原子吸收光譜分析的特點譜線干擾帶來的誤差一般在2%以內，非火焰方法的誤差在4%以內。 精密度高 原子吸收光譜法的相對標準偏差一般達到1%沒有困難，最好時可以達到0.3%或更好。 抗干擾能力強 原子吸收線數(shù)目少，一般不存在共存元素的光譜重疊干擾。干擾主要來自化學干擾。 應用范圍廣 適用分析的元素范圍廣，可分析周期表中絕大多數(shù)的金屬與非金屬元素。2022/7/5原子吸收光譜分析202022-7-5原子吸收光譜分析21 用樣量小

14、FAAS進樣量為3mL/min6mL/min，采用微量進樣時甚至可以小至10L50L。GFAAS液體進樣量為10L20L，固體進樣量為毫克量級。 儀器設備相對比較簡單，操作簡便，易于掌握缺點. 單元素測定 每個元素需要特定的空心陰極燈，不能多元素同時測定。. 線性范圍窄 給對未知樣品的測定帶來不便，有時需多次稀釋或濃縮才能滿足測試的需求。. 高溫元素準確性差 如Zr,Nb,Ta,Mo,W,稀土等測得的準確性較差，有的儀器甚至不能測定，原因是靈敏度太低。 為克服這些缺點，現(xiàn)在不少廠家也在進行改進。如一燈測試，多燈點亮準備，通過程序進行燈與燈的自動切換，利用蠕動泵進行在線稀釋等。2022/7/5原

15、子吸收光譜分析22 原子吸收光譜儀的種類很多。如果從原子化系統(tǒng)上劃分，可分為火焰原子吸收光譜儀(FAAS)、石墨爐原子吸收光譜儀(GFAAS)和石墨爐/火焰原子吸收光譜儀(G/FAAS)三種。如果從光路上劃分，可分為單光束原子吸收光譜儀和雙光束原子吸收光譜儀兩大類。前面討論的基本上是單光束原子吸收光譜儀的情形，實際上現(xiàn)在的原子吸收光譜儀基本都是雙光束原子吸收光譜儀，其中一束光為檢測光束，另一束光為參比光束。由于參比光與檢測光處于相同的測試條件下，可有效地克服光源強度漂移帶來的變化。2022/7/5原子吸收光譜分析235.原子吸收光譜儀的類型2022/7/5原子吸收光譜分析242022/7/5原

16、子吸收光譜分析25AA 800原子吸收光譜儀光路圖2022-7-5原子吸收光譜分析26第二節(jié) 方法原理1.方法概述 原子吸收分析方法，是利用呈基態(tài)的原子蒸氣吸收一定特征的輻射光，在一定的濃度范圍內被吸收的光強度與蒸氣中自由原子的數(shù)目成正比，根據(jù)已知濃度的標準的比較，求得待測元素的含量。具體地說，就是首先測定若干個已知濃度的標準溶液中待測元素的吸收強度，按溶液的濃度對吸收強度作工作曲線，再測定未知樣品溶液中該元素的吸收強度，然后在此工作曲線上找出該元素的濃度，便完成了樣品溶液中某元素含量的分析。若樣品經(jīng)過溶樣、稀釋或濃縮等預處理，還應根據(jù)處理前后的量的變化關系，換算到原樣品中去。 原子由原子核和

17、核外電子所組成。原子的能量是量子化的，形成一個一個的能級。在不受到外界擾動的情況下，原子處于穩(wěn)定的基態(tài)。 基態(tài)原子受到加熱、輻射、其它粒子進行非彈性碰撞時便吸收能量。當輻射頻率與原子中的電子由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)所需要的能量E相匹配時，發(fā)生吸收，產生該種原子的特征原子吸收光譜。 原子吸收光譜通常位于光譜的紫外區(qū)和可見區(qū)。2022-7-5原子吸收光譜分析272.原子吸收光譜的產生3.原子吸收光譜的波長n原子吸收光譜的波長和頻率由產生躍遷的兩能級的能量差E決定： 高能態(tài) 其中 -波長 -頻率 低能態(tài) c-光速 h-普朗克常數(shù)。 原子光譜波長是進行光譜定性分析的依據(jù)。2022-7-5原子吸收光譜分析2

18、8 hcEh4.原子吸收光譜的譜線數(shù)目 元素譜線的數(shù)目直接取決于原子能級的數(shù)目n，原子發(fā)射譜線的數(shù)目 2emnN2!2022-7-5原子吸收光譜分析292022-7-5原子吸收光譜分析305.基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子的分配 ijEEiikTjjNgeNg 在一般情況下，一個原子只有一個電子被激發(fā)。因此，原子處在不同能級上的數(shù)目就代表了其內部電子所處的能態(tài)。分子運動論認為，大量的原子在達到熱平衡時，處在不同能態(tài)的原子數(shù)目服從波爾茲曼(Boltzmann)分布：2022-7-5原子吸收光譜分析31其中Ni,Nj 分別為處在低能態(tài)Ei和高能態(tài)Ej上的原子數(shù)gi,gj 分別為兩者的統(tǒng)計權重k為玻爾茲曼常數(shù)，k

19、=1.3810-23 J/KT為絕對溫度由此可見，基態(tài)原子數(shù)目N基態(tài)總是大于第一激發(fā)態(tài)原子數(shù)目N激發(fā)態(tài)。 表1中列出了部分常見元素的基態(tài)原子數(shù)目與第一激發(fā)態(tài)原子數(shù)目之比。2022-7-5原子吸收光譜分析32元素激發(fā)能(eV)N激發(fā)態(tài)/N基態(tài)2000K2500K3000KNa2.1040.9910-61.1410-45.8310-4Mg4.3463.3510-115.2010-91.5010-7Ca2.9321.2210-73.6710-63.5510-5Sr2.6904.9910-71.1310-59.0710-5Ba2.2386.8310-63.1910-55.1910-4Cu3.8174.

20、8210-164.0410-86.6510-7Ag3.7786.0310-104.8410-88.9910-7Au4.6322.1210-124.6010-101.6510-8Zn5.7957.4510-156.2210-125.5010-10Pb4.3752.8310-114.5510-91.3410-7表1. 某些元素在不同溫度下的N激發(fā)態(tài)/N基態(tài)之比2022-7-5原子吸收光譜分析336.共振線 如果電子是從基態(tài)吸收光后躍遷到激發(fā)態(tài)，我們稱這種吸收譜線為共振線(原子發(fā)射光譜中也有共振線)，如果躍遷到第一激發(fā)態(tài)，就稱之為第一共振線，如果躍遷到第二激發(fā)態(tài)，就稱之為第二共振線，余次類推。由于電

21、子處在基態(tài)的原子數(shù)目最大，又最容易躍遷到第一激發(fā)態(tài)，因而一般說來，第一共振線的吸收強度最大，是元素的最靈敏線，也是原子吸收分析中優(yōu)先選擇的譜線。原子中電子間會產生自旋偶合，激發(fā)態(tài)會出現(xiàn)能級分裂，故第一共振線往往不止一條。2022-7-5原子吸收光譜分析34如Na元素就有兩條第一共振線：588.995 nm和589.592 nm。 除了基態(tài)電子能夠吸收光躍遷到激發(fā)態(tài)外，較低的激發(fā)態(tài)電子也能吸收光躍遷到更高能量的激發(fā)態(tài)。因此，共振線一定是吸收線，但吸收線不一定是共振線。顯然，這種激發(fā)所占的比例很小，所產生的吸收譜線很弱，一般不能選作進行原子吸收分析的譜線。但對于過渡元素，由于能態(tài)的復雜性，會經(jīng)常出

22、現(xiàn)最靈敏線不是共振線的情況。7.譜線輪廓 由于當光源波長=hc/E時，才會出現(xiàn)原子吸收，在波長大于或小于0時都沒有吸收。因2022-7-5原子吸收光譜分析35此原子吸收應該是沒有寬度的線狀吸收。但實際上譜線是有寬度的，右圖便是最常見的吸收輪廓線。表示吸收輪廓線的參數(shù)是吸收線的中心頻率或中心波長與半寬度。2022-7-5原子吸收光譜分析36 中心頻率或波長是指極大吸收系數(shù)所對應的頻率和波長，吸收線的半寬度是指最大吸收的一半處的譜線輪廓上兩點的頻率(或波長)差，用1/2或1/2表示。 造成的吸收譜線變寬的原因有很多。由自身測不準原理造成的變寬稱為自然變寬，由受熱、碰撞、壓力、各種場等因素造成的吸收

23、譜線變寬分別叫做熱變寬、碰撞變寬、場效應變寬等。原子吸收線的寬度則是所有這些變寬因素的總和，起主要作用的是熱變寬和碰撞變寬。在通常的原子吸收光譜分析條件下可以不予考慮自然變寬和場效應變寬。2022-7-5原子吸收光譜分析37 熱變寬又稱多普勒變寬。由于吸收原子在受熱時出現(xiàn)不同方向、不同速度的熱運動。這一不規(guī)則的熱運動與觀測器兩者間形成相對位移運動，從而發(fā)生多普勒效應，使譜線變寬。熱變寬會引起吸收譜線大約10-3nm的寬度增加。 由于輻射原子與其它粒子（分子、原子、離子和電子等）間的相互作用而產生的譜線變寬，統(tǒng)稱為壓力變寬。壓力變寬通常隨者壓力增大而增大。壓力變寬也會引起吸收譜線大約10-3nm

24、的寬度增加。 同種粒子碰撞引起的變寬叫Holtzmark（赫爾茲馬克）變寬；分析原子與氣體中局外粒子碰撞引起的變寬叫Lorentz（羅倫茲）變寬。Lorentz（羅倫茲）變寬還會引起譜線輪廓非對稱化和分布極大的紅移。場致變寬是由于外電場或磁場能引起能級的分裂，從而導致譜線變寬。 由自吸現(xiàn)象而引起的譜線變寬稱為自吸變寬?？招年帢O燈發(fā)射的共振線被燈內同種基態(tài)原子所吸382022-7-5原子吸收光譜分析收產生自吸現(xiàn)象，從而使譜線變寬。燈電流越大，自吸變寬越嚴重。8.原子吸收光譜的測量8.1 積分吸收 在吸收線輪廓內，吸收系數(shù)的積分稱為積分吸收系數(shù)，簡稱為積分吸收，它表示吸收的全部能量。從理論上可以得

25、出，積分吸收與原子蒸氣中吸收輻射的原子數(shù)成正比。數(shù)學表達式為：39 20e N fK dmc2022-7-5原子吸收光譜分析式中e為電子電荷；m為電子質量；c為光速；N0為單位體積內基態(tài)原子數(shù)；f 振子強度，即能被入射輻射激發(fā)的每個原子的平均電子數(shù)，它正比于原子對特定波長輻射的吸收幾率。這是原子吸收光譜分析法的重要理論依據(jù)。 若能測定積分吸收，則可求出原子濃度。但是，測定譜線寬度僅為10-3nm的積分吸收，需要分辨率非常高的色散儀器。8.2 峰值吸收 目前，一般采用測量峰值吸收系數(shù)的方法代替測量積分吸收系數(shù)的方法。如果采用發(fā)射線半402022-7-5原子吸收光譜分析這樣就不需要用高分辨率的單色

26、器，而只要將其與其它譜線分離，就能測出峰值吸收系數(shù)。在一般原子吸收測量條件下，原子吸收輪廓取決于多普勒(熱變寬)寬度，通過運算可得峰值吸收系數(shù)： 410寬度比吸收線半寬度小得多的銳線光源，并且發(fā)射線的中心與吸收線中心一致，如下圖。2022-7-5原子吸收光譜分析可以看出，峰值吸收系數(shù)與原子濃度成正比，只要能測出K0 就可得出N0。8.3 銳線光源 銳線光源是發(fā)射線半寬度遠小于吸收線半寬度的光源，如空心陰極燈。在使用銳線光源時，光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線的中心頻率一致。這時發(fā)射線的輪廓可看作一個很窄的矩形，即峰值吸收系數(shù)K 在此42 200De N f2ln 2Km c2022-7

27、-5原子吸收光譜分析輪廓內不隨頻率而改變，吸收只限于發(fā)射線輪廓內。這樣，一定的K0即可測出一定的原子濃度。8.4實際測量 在實際工作中，對于原子吸收值的測量是以一定光強的單色光I0通過原子蒸氣，然后測出被吸收后的光強I，此一吸收過程符合瑯伯-比爾(Lambert-Beer)定律，即：式中 k為吸收系數(shù)， N為自由原子總數(shù)（基態(tài)原子數(shù)） L為吸收層厚度。 43kNL0II e2022-7-5原子吸收光譜分析 吸光度A可用下式表示 在實際分析過程中，當實驗條件一定時，N正比于待測元素的濃度。44 kNL0IAlogloge0.4343kNLI2022-7-5原子吸收光譜分析2022-7-5原子吸收

28、光譜分析45計算機原子化系統(tǒng)檢測系統(tǒng)分光系統(tǒng)光源樣品第三節(jié) 儀器設備 原子吸收儀器的種類繁多，型號各異，但從功能上劃分，它們都是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)等四部分組成。現(xiàn)在的原子吸收儀器增加了計算機控制部分，用于對上述各部分工作狀態(tài)的控制以及數(shù)據(jù)的儲存和處理。原子吸收光譜儀各部分功能示意圖7/5/2022原子吸收光譜分析467/5/2022原子吸收光譜分析472022-7-5原子吸收光譜分析481.光源1.1 AAS對光源的要求 由前面的討論可知，原子吸收的理想光源必須滿足兩個條件：一是波長必須單一，二是光源必須有足夠的強度。能否利用鎢燈或氙燈等連續(xù)光源經(jīng)過光柵分光之后的單色光作為

29、AAS的光源呢？德國的耶拿公司已經(jīng)制作出來利用氙燈作為光源的原子吸收光譜儀，但是成本很高。因為要保證這些連續(xù)光源經(jīng)過光柵分光之后的單色光還要有足夠的強度，必須增加光源的功率，而且大功率的光強照射道光柵上，對光柵的要求也增加了。因此AAS一般還是采用專用光源，如空心陰極燈、無機放電燈、1.2 低壓空心陰極燈2022-7-5原子吸收光譜分析492022-7-5原子吸收光譜分析50激光等，其中空心陰極燈是廣泛采用的線狀光源。空心陰極燈是由玻璃制成的封閉著的低壓氣體放電管。早期的燈窗口根據(jù)分析譜線波長的不同選用不同材質的玻璃，譜線波長在可見光區(qū)(370 nm以上)選用光學玻璃片，譜線波長在紫外區(qū)(37

30、0 nm以下)選用石英玻璃片?，F(xiàn)在的燈窗口均選用石英玻璃片。燈中心裝有內徑為幾毫米的圓筒狀空心陰極和一環(huán)狀陽極。圓筒用濺射率低并且發(fā)射譜線簡單的材料如鋁等金屬制成。圓筒底部用鎢鎳合金支撐。圓筒內壁，有的直接用某種元素金屬制成，但對于低熔點金屬、活性較強的金屬、價值較貴的金屬或難加工的金屬，則采2022-7-5原子吸收光譜分析51用它們的化合物或合金制成。陽極一般用金屬鎢支撐，上部用鈦絲或鉭片制成。鈦絲或鉭片具有吸氣的性質，可以吸收燈內雜質氣體。減少干擾譜線。燈內充有幾毫米汞柱的氖氣或氬氣。 空心陰極燈的發(fā)光是輝光放電發(fā)光。當燈的兩極加上電壓，會在兩極間產生電場，同時陰極上的電子向陽極移動并被電

31、場加速，電子與稀有氣體碰撞產生二次電子和稀有氣體離子，同時產生輝光現(xiàn)象。這些電子迅速移向陽極，而稀有氣體離子迅速移向陰極，轟擊陰極表面，使所需元素濺射出來，在陰極圓筒內形成原子蒸氣，這些蒸氣狀原子再次受到電子和離子的碰撞而被激2022-7-5原子吸收光譜分析52發(fā)，于是在輝光中出現(xiàn)了所需元素的譜線。將陰極制成圓筒狀，是為了削弱正輝光區(qū)，增強負輝光區(qū)，提高所需元素的譜線強度，還能延長燈的壽命。2022-7-5原子吸收光譜分析53 由上述討論可以看出空心陰極燈的兩個特點，其一、空心陰極燈是有壽命的。隨著燈的使用，其陰極表面的物理性質和所需元素的濃度會發(fā)生改變，燈的發(fā)光強度，穩(wěn)定性等會逐漸變差，當這

32、些指標達不到要求時就該換新的了。其二，我們若測定某個元素的含量，必須使用與其相應的空心陰極燈，如測定銅，就必須采用銅燈，因為只有銅燈才能發(fā)射出銅元素的譜線來。也就是說光源與待測元素有一一對應關系。雖然現(xiàn)在有復合燈，即同一燈的陰極表面含有幾種元素，能進行多種元素測定，但由于這種燈在測定某一元素時，也在消耗其它的所有元素，因此燈的工作時間是所有元素工作時間的總和，也就是說，每個元素的壽命不及單個燈長。2022-7-5原子吸收光譜分析54另外，元素譜線之間會產生干擾。所以，現(xiàn)在一般還是采用單元素燈。 有的光譜儀采用水或液態(tài)空氣對陰極進行冷卻，目的是為了降低空心陰極燈譜線的熱變寬，但由于制造成本較高，只有進行超精細結構研究的超高分辨基礎研究時才采用它。還有的光譜儀采采用方波供電或脈沖供電來降低譜線的線寬。無論采用冷卻方式還是采用方波或脈沖供電方式都是在保證光源強度的基礎上設法降低燈的溫度，從而降低燈內蒸汽壓，減小多卜勒線寬、碰撞線寬和自吸線寬等。2022-7-5原子吸收光譜分析551.3高強度空心陰極燈現(xiàn)在還有一種高強度空心陰極燈。它是在普通空心陰極燈中增加一對輔助電極，如圖所示。工作時輔助電極間通入幾百毫安的低壓大直流電，則產生電離的的氣體原子流與從空心陰極濺射出來的待測元素原子相碰撞而激發(fā)，提高了共振線的強度。與普通燈相比，其共