第8章 原子吸收光谱分析

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1、第8章原子吸收光谱分析(AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS)§8-1原子吸收光谱分析概述§8-2原子吸收光谱分析基本原理§8-3原子吸收分光光度计§8-4定量分析方法§8-5干扰及其抑制§8-6测定条件的选择§8-7灵敏度、特征浓度及检出限§8-8原子吸收光谱分析法的特点及其应用§8-9原子荧光光谱法§8-1原子吸收光谱分析概述一、历史发展18thcentury，武郎斯顿、福劳和费就观察到太阳光谱中的原子吸收谱线。20thcentury，1955年澳大利亚物理学家Walsh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AAS在分析化学上的应用。1976以

2、来，由于微电子技术的发展使原子吸收技术的应用不断进步，衍生出了石墨炉原子化技术、塞曼效应背景校正等先进技术，尤其在临床检验、环境保护、生物化学等方面应用广泛。二、原子吸收光谱分析法及其常规模式原子吸收光谱分析是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线（待测元素的特征谱线）的吸收作用来进行定量分析的一种方法。分析模式见示意图。●原子吸收和原子发射是相互联系的两种相反过程。因此，AAS和AES法在所使用的仪器和测定方法上有相似之处，亦有不同点。●由于原子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，因此其它辐射线干扰较小。因此，AAS法的选择性高

3、、干扰少且易于克服。●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。因此，原子吸收具有较高的灵敏度。ComparisonofAASandAES●由于激发态原子数的温度系数显著大于基态原子。因此，原子吸收法比发射法具有更佳的信噪比。可见，原子吸收光谱法是特效性、准确度和灵敏度都很好的一种定量分析方法。ComparisonofAASandAES§8-2原子吸收光谱分析基本原理一、原子吸收线和原子发射线E0E1E2E3ABE0基态能级E1、E2、E3为激发态能级因此，A产生吸收光谱；B产生发射光谱。电子从基态跃迁到能量最低的激发态(第一激发态)时要吸收一

4、定频率的光(谱线)，这种谱线称为共振吸收线；当它再跃迁回基态时，则发射出同样频率的光(谱线)，这种谱线称为共振发射线(它们都简称共振线)。二、原子吸收线的形状原子光谱有谱线展宽现象。原子吸收光谱线宽度～0.001nm（原子发射光谱线宽度～0.0005nm）因此，原子光谱线并不是一条单色的几何线（几何线无宽度）。如原子吸收谱线的轮廓见示意图。原子吸收线轮廓(lineprofile)以原子吸收谱线的中心频率（或中心波长）和半宽度(half-width)表征。透射光强度Iv服从吸收定律：Iv=I0e-Kvb（式中：Kv为基态原子对频率为的光的吸收系数）三、引起吸收线变宽的因素a、自然宽度（nat

5、uralwidth）用ΔνN表示。b、多普勒变宽(Dopplerbroadening)用ΔνD表示。表达式见图8-3。c、压力变宽（包括劳伦兹变宽、共振变宽），它们分别用ΔνL和ΔνR表示。d、其它因素变宽，如场致变宽、自吸效应等。它们之间的关系式为：四、积分吸收和峰值吸收在吸收线轮廓内，吸收系数的值会随吸收光子的波长变化而变化，要表示原子蒸气吸收的全部能量，就必须在吸收线所在的波长区间进行积分运算，所得结果简称为积分吸收值。从理论上，积分吸收与原子蒸气中吸收辐射的原子数成正比。数学表达式为：∫Kd=e2N0ƒ/mc+∞-∞(eq.8-4)公式中：e为电子电荷；m为电子质量；c为光速；N

6、0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。表明：积分吸收值与单位原子蒸气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。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：∫Kd=e2N0ƒ/mc+∞-∞(eq.8-4)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。这时峰值吸收系数K可认为是常数。目

7、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，就不需要用高分辨率的单色器，而只要简单分光，就能测出峰值吸收系数，从而由郎伯-比尔定律可求出被测物基态原子的浓度。五、原子吸收定量公式的推导若以I0和I分别代表光源通过原子蒸气前后的总光强度：A=lgI0II=Indn∫Dne0I0=I0ndn∫Dne0由郎伯-比尔定律Iν=I0ne-KnL,I=I0ne-KnLdn∫Dne0A=lgI