原子吸收光谱法1

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1、第三章原子吸收光谱法Atomicabsorptionspectrometry(AAS)AlanWalsh(1916-1998)和他的原子吸收光谱仪在一起3.1概述1802年，发现原子吸收现象；1955年，Australia物理学家AlanWalsh成功的将该现象应用于了分析。60年代中期发展最快。原子吸收光谱法（AAS）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。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。近年来，由于对AAS的创新研究，有了突破性进展。3.2

2、基本原理4.2.1原子吸收光谱的产生当有辐射通过自由原子蒸气，且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，原子就要从辐射场中吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。3.2.2原子吸收光谱与原子结构由于原子能级是量子化的，因此，在所有的情况下，原子对辐射的吸收都是有选择性的。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。　　　　　　　　　原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。1.吸收光谱与发射光谱的关系共振线与吸

3、收线基态第一激发态，又回到基态，发射出光谱线，称共振发射线。同样从基态跃迂至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线（简称为共振线）。吸收线能量与波长关系λ=hc/ΔE基态原子与激发态原子的比可用Bottzmann分布表示：Ni/N0=gi/g0·e-Ei/kTNi-激发态原子，N0-基态原子，gi/g0-统计权重，Ei-激发原子需要能量，T-绝对温度，k-Bottzmann常数吸收线的特点表征（1）波长，（2）形状，（３）强度（4）峰宽波长：λ；Δυ-吸收线半宽强度由两能级之间的路迂几率来决定。吸收线半宽度一般在0.01～０.１Å发射线半宽度一般在0.005～0.02Å2.原子吸收

4、线的宽度原子吸收光谱线并不是严格几何意义上的线，而是占据着有限的相当窄的频率或波长范围，即有一定的宽度。原子吸收光谱的轮廓以原子吸收谱线的中心波长和半宽度来表征。中心波长由原子能级决定。半宽度是指在中心波长的地方，极大吸收系数一半处，吸收光谱线轮廓上两点之间的频率差或波长差。半宽度受到很多实验因素的影响。原子吸收光谱的轮廓如图所示。3.影响原子吸收谱线轮廓的主要因素①.自然宽度ΔυN它与原子发生能级间路迂时激发态原子的有限寿命有关。一般情况下约相当于10-4Å②.多普勤（Doppler）宽度ΔυD这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。M的原子量，T绝对温度，υ0谱线中频

5、率一般情况:ΔυD=10-2Å动画③.压力变宽（碰撞变宽）原子核蒸气压力愈大，谱线愈宽。同种粒子碰撞——称赫尔兹马克（Holtzmank）变宽,异种粒子碰撞-------称罗论兹（Lorentz）变宽。10-2Å④.自吸变宽光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。动画3.2.3原子吸收的测量⑴.积分吸收f-----振子强度,N----单位体积内的原子数,e----为电子电荷,m----个电子的质量.如果我们测量∫Krdυ,就可求出原子核浓度。但是谱线宽度为10-2Å左右。需要用高分辨率的分光仪器，这是难以达到的。一百多年前已发现，但一直难以使用。(2).峰值吸

6、收1955年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。(3)发射线与吸收线⑷.实际测量I=I0·exp(-Kνl)上式为吸收定律I--透射光,I0--入射光,Kν--吸收系数,l--蒸气厚度当用线光源时,可用K0代替Kν,用吸光度表示:A=lg[1/exp(-K0l)]=0.43K0ll－蒸气厚度A=kNlA=K′C因为N∝C,l测量时为常数，所以3.3仪器装置类型：单道单光束和单道双光束中国北京生产的AA2610型原子吸收光谱仪3.3.1原子吸收光谱仪原理示意图3.3.2光源①.空心阴极灯构造阴极:钨棒作成圆筒形筒内熔入被测元素阳极

7、:钨棒装有钛,锆,钽金属作成的阳极管内充气：氩或氖称载气极间加压500--300伏要求稳流电源供电。空心阴极灯动画②.锐线光产生原理在高压电场下,阴极向正极高速飞溅放电,与载气原子碰撞,使之电离放出二次电子,而使场内正离子和电子增加以维持电流。载气离子在电场中大大加速,获得足够的能量,轰击阴极表面时,可将被测元素原子从晶格中轰击出来,即谓溅射,溅射出的原子大量聚集在空心阴极内,与其它粒子碰撞而被激发,发射出相应元素的特征谱线-----共振谱线。动画③.对光