原子吸收光谱法概述

原子吸收光谱法(一）主讲：黄小忠2一二第一节概述第二节基本原理一、概述原子吸收光谱分析过程原子吸收光谱的发现与发展原子吸收光谱法的特点一、概述发现与发展基尔霍夫成功的解释了太阳光谱中暗线产生的原因《原子吸收光谱法在分析化学中的应用》，奠定了原子吸收光谱法的基础，之后迅速发展原子吸收光谱法是根据基态原子对特征波长光的吸收，测定试样中待测元素含量的分析方法定义原子吸收光谱的发现与发展一、概述原子吸收光谱的发现与发展一、概述图火焰原子吸收分光度计示意图1、光源2、原子化系统3、分光系统4、检测系统分析过程原子吸收光谱的发现与发展一、概述都是基于物质对紫外和可见光的吸收而建立起来的分析方法，属于吸收光谱分析相同点原子吸收光谱法是原子光谱，线状光谱；紫外-可见吸收光谱法是分子光谱，带状光谱区别原子吸收光谱法与紫外可见吸收光谱法的异同一、概述灵敏度高检出限低火焰原子光谱法高达10－6g；无火焰原子吸收法高达10－10~10－14g准确度高火焰原子吸收光谱法相对误差小于1%，石墨炉原子吸收法准确度为3~5%火焰原子吸收光谱法相对误差小于1%选择性好共存元素对待测元素干扰少，若实验条件适合一般可以在不分离共存元素的情况下直接测定原子吸收光谱法的特点一、概述操作简便，分析速度快可测70多种元素；痕量和控制分析的常量组分均可测定；用于各个领域不能同时测定多元素，难熔元素、非金属元素测定困难火焰原子吸收法分析时间约为几十秒；石墨炉法约为几分钟应用广局限性原子吸收光谱法的特点二、基本原理共振线和吸收线谱线轮廓与谱线变宽原子蒸气中基态与激发态原子的分配原子吸收值与待测元素浓度的定量关系二、基本原理共振线和吸收线01原子中电子从基态跃迁到第一激发态时的吸收谱线共振吸收线：02原子中电子从第一激发态跃回到基态时发射的谱线共振发射线：03原子在基态和第一激发态之间跃迁所吸收或发射的频率相同的谱线共振线：二、基本原理共振线最易发生，吸收最强，最灵敏线各种元素的原子结构和外层电子排布不同各种元素的基态→第一激发态利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析元素的特征谱线二、基本原理原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线谱线轮廓（吸收曲线）实际上用特征吸收频率辐射光照射时，获得一峰形吸收（具有一定宽度）在各种频率v下，测定吸收系数Kv，得到的曲线，为吸收曲线谱线轮廓与谱线变宽二、基本原理I0、Iv分别为入射光强、透射光强中心频率v0（曲线极大值对应的频率）峰值吸收系数K0（中心频率所对应的吸收系数）吸收曲线半宽度Δv（在峰值吸收系数一半处，吸收曲线呈现的宽度）Δv折合成波长的数量级约为10－3~10－2nm谱线变宽自然宽度其他因素热运动激发能谱线本身固有的宽度，数量级为10－5nm，与其它因素比要小的多自然宽度ΔvN由于热运动使基态和激发态能级复杂化，谱线复杂化原子的热运动而引起的谱线变宽Doppler变宽的程度可表示为：ΔυD为Doppler变宽；υ0为中心频率；T为绝对温度；A为吸收原子的相对原子质量。若被测元素的相对原子质量A越小，温度越高，则ΔvD就越大。通常在不影响测定灵敏度的情况下，应尽可能减小空心阴极灯的灯电流，以减小Doppler变宽二、基本原理二、基本原理由于产生吸收的原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起谱线的变宽劳伦兹变宽（ΔvL）待测原子和其他原子碰撞赫鲁兹马克变宽（共振变宽）同种原子碰撞根据热力学原理，当原子化过程在一定温度下达到平衡状态时，原子蒸气中基态原子数和激发态原子数之比服从玻尔兹曼公式：Nj

、No——单位体积内激发态和基态原子数Pj

、Po——激发态和基态基态的统计权重系数ΔEj——激发态与基态能量差K——Boltzmann常数（1.381023J/K）T——热力学温度对于一定频率的谱线，pj、po和ΔEj都是已知值，所以当原子化温度T一定时，可求Nj/N0原子吸收光谱是以测定基态原子对同种原子特征辐射的吸收为依据的二、基本原理二、基本原理表5-1，对大多数元素来说，在原子化过程中Nj/N0比值都小于1%火焰中激发态原子数Nj远远小于基态原子数No因此，用基态原子No代替吸收辐射的总原子数二、基本原理∫Kvdv=kc原子蒸气层中的基态原子吸收共振线的全部能量称为积分吸收基态原子蒸气的积分吸收与试液中待测元素的浓度成正比但要测出宽度只有10－3~10－2nm吸收线的积分吸收原子吸收值与待测元素浓度的定量关系二、基本原理以锐线光源为激发光源，用测量峰值系数K0方法来代替积分吸收锐线光源是指能发射出谱线半宽度很窄的（Δν为0.0005~0.002nm）共振线的光源图

吸收线和发射线宽度的比较二、基本原理K0=k'c峰值吸收是指基态原子蒸气对入射光中心频率线的吸收。峰值吸收的大小以峰值吸收系数K0表示在一定实验条件下，基态原子蒸气的峰值吸收与试液中待测元素的浓度成正比