原子吸收光谱(AAS)

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1、原子吸收光谱（AAS）AtomicAbsorptionSpectrometry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。一、基本原理1.Lambert-Beer定律通过厚度均匀的均相介质层的光量，即透射光强Itr与入射光强Io的比值，与该介质层的厚度d有关，而与辐射强度无关。比例系数x’是介质层衰减能力的量度，称之为吸收系数。如果被辐照的介质不是单一的物质，而是一种吸收物质的非吸收介质溶液，那么吸收系数与其浓度c成正比：Beer对Lambert定律作了详细的验证，如今主要使用的形式为：上式表明，吸光度A（透过率倒数的对数）正

2、比于吸收物质的浓度c和吸收层的厚度d。2．原子光谱1900年Planck建立了光的吸收和发射的量子理论。根据这一理论，原子只能吸收某一确定波长（频率）的辐射，即原子只能吸收和释放某一确定的能量ε。ε，λ和ν与原子种类有关。Bohr于1913年提出了他的原子模型，其基本原理是：原子不能以任意能态存在，而只能存在于某些确定的能态上，并以不同的整数量子数而彼此区别。原子一旦吸收了一定的能量后，立即跃迁到一特定的高能态。这个高能态包含了原子所吸收的辐射能。经过10-9至10-7秒后，此原子可将这能量以共振荧光量子的形式重新释放出而回到基态。原子存在许

3、多的激发态，其吸收光谱是由许多谱线组成，并且明显的遵循某一规律依次排列。在短波方向上，谱线变得越来越密，谱线强度虽规律性下降直至达到“收敛极限”。也就是说，在某一值之后，不再能够观察到谱线，而只能看到连续吸收。实际上，只有中性原子的基态谱相产生的谱线才产生吸收。这些谱线称为共振线，因为它们可与某一适当频率的光辐射产生共振。它们的辐射能被基态原子吸收。最强及最容易激发的谱线应是从基态到第一激发态的跃迁，仅需最小的能量，因此这种谱线是低频吸收线，它们处于吸收光谱的红端（长波端）。二、相关概念谱线宽度由于在每一能级上的几率分布和海森堡测不准原理，共

4、振线的自然宽度为10-5nm数量极。谱线的自然宽度受多种因素影响，例如原子的无序热运动和原子间的各种碰撞，因此，实际的谱线宽度要稍宽一些。第一种影响，即原子的无序热运动的印象使谱线轮廓呈原子速度的Maxwell分布形状，它可用高斯函数来表达，即通常说的多普勒效应。多普勒线宽D与绝对温度T的平方根成正比，与原子质量M道的平方根成反比.第二种影响称为压力或碰撞变宽，它是由于原子间的碰撞，是发射或吸收辐射的量子能级略有变化。因此，光量子在频率略有偏移时发射并被吸收。如果这种相互作用包括带电粒子，称为Stark效应；不带电粒子的相互碰撞称为Vande

5、rWaal效应；同种原子间的相互碰撞称为共振变宽(Holtsmark)效应。由于实际工作中很难区分这三种效应，因此人们将它们通称为Lorentz变宽。此外，由于核的自旋作用，很多谱线的超精细结构也导致了谱线变宽，而且，具有多种同位素的共振线还有同位素位移变宽。共振线的强度半宽度随压力和温度的增加而增加。经大量的实验测定，其值在0.0005nm至0.005nm之间。吸收的测量由于原子只能吸收某一极窄频率范围的辐射，因此对辐射源有一定要求。需要借助单色仪从光源发出的光谱中把所需的共振线与其他的谱线分开。如果将辐射通量这一概念用到原子吸收测量中，L

6、ambert-Beer定律可表示为：式中Φ0和Φtr分别是通过长度为l的吸收层前后的辐射通量。Xv为光谱原子吸收系数，N为自由原子总数。整理为：式中吸光度A即为测量值，是透过率τ的倒数的对数。与其他光谱方法一样，原子吸收光谱法也是一种相对测量法。因为在测量光束中自由原子的浓度与它的吸光度之间存在一种线性关系。一个元素从光源发出的光谱，共振线在火焰中被部分吸收（对应于该元素的浓度），没有被吸收的谱线强度不衰减。辐射在单色仪中色散后，出射狭缝将共振线分出而将其他谱线挡住。仪器只能检测到共振线并将其衰减量显示出来。(如图)原子对入射光的定量吸收只有

7、在光源发射线的半宽度比吸收线的半宽度小很多的情况下才能进行。如果这一条件不能满足，共振线的两侧就有不能被吸收的残余辐射，即辐射背景。对测定结果会发生干扰。三、仪器仪器结构原子吸收光谱仪的结构比较简单。最重要的部分是光源，它发射带测元素的光谱；原子化器，如火焰和石墨炉，带测样品在其中形成原子；一个用于光谱色散的单色仪，其出射狭缝用以选择吸收线；一个用于测量辐射强度的检测器，后面接有放大器和读出系统已获得测量读数。如图a所示的系统有一致命的缺点，根据这一结构制成的原子吸收光谱仪犹如一台有光源照射的火焰发射光谱仪，可是在原子吸收中，火焰应当是一个理

8、想的吸收池，样品在其中原子化，并且只产生基态原子。虽然在通常的火焰温度下激发态原子数总是显著的少于基态原子数，但在这种形式的仪器中，火焰发射对吸收测量会产生干扰已被