原子吸收光谱分析方法与仪器的技术探讨

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1、原子吸收光谱分析方法与仪器的技术探讨2011-8-16原子吸收光谱分析仪器具有灵敏度高，可达到10-9~10-17克/升；重复性和选择性好、操作比较简便、快速、结果准确、可靠等优点；检测时样品用量少，在几—几十微升之间，测量范围广，几乎能用来分析所有的金属元素和类金属元素元件。原子吸收光谱分析仪器可应用于冶金、化工、地质、农业及医药卫生等许多部门；在环境监测、食品卫生和生物机体内微量金属元素的测定，应用日益广泛。人体中含有许多对维持正常生理过程有重要意义的金属元素，如钾、钠、钙、镁、铁、铜、锌、锰、钼和钴等。

2、人体的血液、汗液、尿液、头发及机体组织中，由于受环境和饮食污染会引进体内铅、汞、镉和砷等有害元素；对这些金属元素的分析结果，可以反映机体内的生理过程及受环境污染而中毒的情况。原子吸收光谱分析仪器可用于血液、尿液、粪便及生物组织中微量元素的分析，对内脏、毛发、骨骼等经一定处理后，也可进行分析测定，在医学和生物化学检验中，得到越来越广泛的应用。1原子吸收光谱分析法的基本原理1.1原子的发射光谱和共振线在自然界中，一切物质的分子均由原子组成，而原子是由一个原子核和核外电子构成。原子核内有中子和质子，质子带正电，核外

3、电子带负电；其电子的数目和构型决定了该元素的物理和化学性质。电子按一定的轨道绕核旋转；根据电子轨道离核的距离，有不同的能量级，可分为不同的壳层。每一壳层所允许的电子数是一定的。当原子处于正常状态时，每个电子趋向占有低能量的能级，这时原子所处的状态叫基态(E0)。在热能、电能或光能的作用下，原子中的电子吸收一定的能量，处于低能态的电子被激发跃迁到较高的能态，原子此时的状态叫激发态(Eq)，原子从基态向激发态跃迁的过程是吸能的过程。处于激发态的原子是不稳定的，一般在10-10~10-8秒内就要返回到基态(E0)或

4、较低的激发态(Ep)。此时，原子释放出多余的能量，辐射出光子束，其辐射能量的大小由下列公式表示：△E=Eq-Ep(或E0)=hf=hc/l(1)式中：h—普朗克常数为6.6234*10-27erg.s；f和l—是电子从Eq能级返回到Ep(或E0)能级时所发射光谱的频率和波长；C—光速；Eq、Ep或E0值的大小与原子结构有关，不同元素，其Eq、Ep和E0不相同，一般元素的原子只能发射由其Eq、Ep或E0决定的特定波长或频率的光，即：f=Eq-Ep(或E0)/h(2)每种物质的原子都具有特定的原子结构和外层电子排

5、列，因此不同的原子被激发后，其电子具有不同的跃迁，能辐射出不同波长光，即每种元素都有其特征的光谱线。在一定的条件下，一种原子的电子可能在多种能态间跃迁，而辐射不同特征波长的光，这些光是一组按次序排列的不同波长的线状光谱，这些谱线可作鉴别元素的依据，对元素作定性分析，而谱线的强度与元素的含量成正比，以此可测定元素的含量作定量分析。某种元素被激发后，核外电子从基态E0激发到最接近基态的最低激发态E1称为共振激发。当其又回到E0时发出的辐射光线即为共振线(resonanceline)。而基态原子吸收共振线辐射也可以

6、从基态上升至最低激发态，由于各种元素的共振线不相同，并具有一定的特征性，所以原子吸收仅能在同种元素的一定特征波长中观察，当光源发射的某一特征波长的光通过待测样品的原子蒸气时，原子的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使光源发出的入射光减弱，可将特征谱线因吸收而减弱的程度用吸光度A表示，A与被测样品种的待测元素含量成正比；即基态原子的浓度越大，吸收的光量越多，通过测定吸收的光量，就可以求出样品中待测的金属及类金属物质的含量，对于大多数金属元素而言，共振线使该元素所有谱线中最灵敏的谱线，这就是原子吸

7、收光谱分析法的原理，也是该法之所以有较好的选择性，可以测定微量元素的根本原因。1.2朗伯-比尔定律从理论和实践上都已证实，原子蒸气对共振辐射光的吸收度是和其中的样品基态原子数成正比，也就是同样品的原子浓度成正比。以光源灯发射的共振线作为强度为I0的入射光，这束频率为f的共振辐射光通过厚度为l，其浓度为c的原子蒸气时，光被吸收一部分，透射光强度为It；在频率为f下的吸收系数为kf单位1/cm，I0与It之间符合朗伯-比尔定律；即：It=I0e-kfcll(3)在实际测定时，原子蒸气的厚度L是一个定值，设K=kf

8、l=常数；K由吸收介质的性质和入射光频率决定。则(3)式可写为：It=I0.e-Kc(4)为了测定方便，与比色分析一样，It/I0定为透光率，对It/I0的倒数取对数、得到吸光度值A：A=lgIt/I0=Kc(5)由(5)式可见，其吸光度A与浓度c成简单的线性关系，在实际分析测定中，只需测定样品的溶液的吸光度值AX与相应标准溶液的吸光度值A1，便可根据标准溶液的已知浓度，由仪器自动计算出样品中待测元