第七章原子吸收光谱法解析
原子吸收光谱法
原子吸收光谱法1、原子吸收光谱的基本原理是什么，为什么采用锐线光源？答：原子吸收法是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。
任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此，一个原子核可以具有多种能级状态。
能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。
正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。
如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差ΔE时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子吸收光谱。
核外电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的谱线称为共振吸收线，简称共振线。
由于基态与第一激发态之间的能级差最小，电子跃迁几率最大，故共振吸收线最易产生。
对多数元素来讲，它是所有吸收线中最灵敏的，在原子吸收光谱分析中通常以共振线为吸收线。
若测定溶液中某金属的量，需先将金属离子化合物在高温下解离成原子蒸气，两种形态间存在定量关系。
光源发射出的特征波长光辐射通过原子蒸气时，原子中的外层电子吸收能量，使得特征谱线的光强度减弱。
光强度的变化符合朗伯-比耳定律，在此基础上再进行定量分析。
与分子光谱的带状光谱不同，原子吸收光谱理论上是线状光谱，但由于自然宽度、多普勒宽度、压力变宽、自吸变宽、场致变宽等，使得谱线具有一定的宽度。
从理论上来说，可以通过计算在吸收线轮廓内，吸收系数的积分称为积分吸收系数，简称为积分吸收，它表示吸收的全部能量。
但实际上，测定该值需要分辨率非常高的色散仪器，很难实现。
1955年澳大利亚学者沃尔森(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。
因此，目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。
原子吸收光谱分析
原子吸收光谱分析一、光谱基本原理原子吸收光谱是利用原子在特定波长的光照射下，原子从基态跃迁到激发态，吸收光能的原理。
根据波长的选择，原子吸收光谱可分为光电、可见、紫外和X射线等光谱。
其中，紫外-可见光谱（UV-Vis）是应用最广泛的分析方法。
原子吸收光谱依靠光源、样品和检测器共同完成分析。
在光源方面，通常使用中空阴极灯、氢、氩等气体放电灯作为发射源；在样品中，需要有吸收光线的元素，如金属、无机盐或有机物中的元素；检测器则根据不同光谱区域的吸收信号进行测量。
二、仪器构成原子吸收光谱分析仪器主要包括光源、光学系统、样品室和信号接收装置。
光源通常采用中空阴极灯，通过通电使高纯度金属蒸发产生原子，金属原子处于激发态时吸收特定波长的光，从而完成光谱分析。
光学系统包括一个反射镜和一个衍射光栅，用于选择特定波长的光进入样品池。
样品室通过控制进样量和流速将待测样品引入到光路中，使其与待测元素发生反应。
信号接收装置一般采用光电倍增管或CCD相机，将吸收的光信号转化为电信号，并通过放大和分析处理，最终得到光谱图谱。
三、应用原子吸收光谱分析在许多领域都有广泛应用。
在环境领域，可以用于测定水、土壤和空气中的重金属、汞、铅等元素的含量，以评估环境的污染程度。
在食品安全和农业领域，可以用来检测食品中的农药残留、微量元素含量等。
在药物和化学品的质量控制中，原子吸收光谱也被广泛应用，用于检测药品中的微量金属离子、无机盐等。
此外，原子吸收光谱还用于地质勘探、金属材料分析、放射性元素检测等领域。
四、未来发展随着科学技术的不断发展，原子吸收光谱分析也在不断完善。
一方面，研发更先进的光源和光学系统，提高光源的稳定性和精确性，加强光学系统的分辨率和选择性。
另一方面，开发更灵敏的检测器，提高信号接收装置的灵敏度和快速性。
此外，利用微纳米技术，制备新型材料，提高原子吸收光谱的灵敏度和选择性。
同时，结合化学计量学、机器学习等技术手段，用于光谱数据处理和解析，进一步提高分析的准确性和效率。
原子吸收与原子荧光光谱法
K d kN
积分吸收与原子总数成正比，只要测出积 分吸收，即可求得待测元素的浓度
25
• 但由于原子吸收谱线的宽度仅有10-3 nm，很窄，要准确测积分吸收，需使 用分辨率很高的单色器，一般光谱仪 器很难满足。 • Δ =10-3，若 取600nm， • 单色器分辨率R= /Δ = 6×105
9 2
1 T
(
1 Ar
1 Mr
)
洛伦兹变宽随有效截面积和气体压力P增大而增 大，随温度、粒子的质量增大而减小。温度对多普勒 变宽的影响正好相反。
18
• 宽度与多普勒变宽为同一数量级10-4~ 10-3 nm • 在一定条件下，谱线变宽主要受热变 宽和压力变宽的影响。当气相中与待测 原子共存的其它粒子浓度很小时，以热 变宽为主。
46
4. 火焰——进行原子化的能源 • 试样的脱水、汽化、离解成基态原子 直接影响原子化程序。 • 温度过高，会使试样原子激发或电离， 基态原子数减少，吸光度下降。 • 温度过低，不能使试样中盐类解离或 解离太小。测定的灵敏度会受影响。
47
火焰原子化
48
• 常见的火焰及温度： • 火焰种类 • 丙烷-空气焰 • 氢气-空气焰 • 乙炔-空气焰 • 乙炔-氧化亚氮焰
2.104 9.9×10-6 2.690 4.99×10-7 2.932 1.22×10-7
4.346 3.35×10-11 5.02×10-9
Pb283.3
Zn213.9
3
3
4.375 2.83×10-11 4.55×10-9
1.34×10-7
5.796 6.22×10-15 6.22×10-12 5.50×10-10
43
原子吸收光谱法
原子吸收光谱法原子吸收光谱法是一种常见的分析化学技术，用于定量分析样品中金属元素的含量。
这种方法利用了原子在特定波长的光线照射下吸收特定能量的特性。
本文将介绍原子吸收光谱法的原理、应用及其在分析化学领域的重要性。
## 一、原理介绍原子吸收光谱法的原理基于原子在吸收特定波长的光线后，电子从基态跃迁到激发态的过程。
当样品中的金属元素被蒸发成原子并通过火焰或电热等方法激发后，特定波长的光被通过样品，吸收特定能量的光线被原子，其吸收量与原子浓度成正比。
利用测量被吸收的光的强度，可以推断出样品中金属元素的含量。
## 二、仪器构成原子吸收光谱法的仪器通常包括光源、样品室、单色器、检测器等部分。
光源产生特定波长的光线，样品室用于蒸发样品中的金属元素成原子，单色器用于选择特定波长的光线，检测器用于测量被吸收的光线的强度。
这些部件共同作用，构成了原子吸收光谱仪，可用于样品中金属元素含量的定量分析。
## 三、应用领域原子吸收光谱法在环境监测、食品安全、医学诊断等领域有着广泛的应用。
例如，它可以用于检测饮用水中的重金属污染物，监测环境中的有害元素含量，确保环境质量安全。
在食品安全方面，原子吸收光谱法可用于检测食品中的微量元素，如铁、锌等，确保食品质量符合标准。
此外，在医学诊断中，原子吸收光谱法可以用于分析生物样本中微量元素的含量，为疾病诊断提供重要依据。
## 四、优势与局限性原子吸收光谱法具有高灵敏度、高精确度和宽线性范围的优势，能够准确测定样品中微量金属元素的含量。
然而，它也有局限性，例如不能同时测定多种元素，需要事先了解样品中金属元素的成分，且对样品制备要求较高。
## 五、发展趋势随着科学技术的不断发展，原子吸收光谱法也在不断完善和发展。
近年来，原子吸收光谱法与其他分析技术相结合，如原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等，提高了分析的灵敏度和准确性。
此外，随着纳米技术的发展，原子吸收光谱法在纳米材料分析方面也有了广阔的应用前景。
原子吸收光谱法原理简述
原子吸收光谱法原理简述
原子吸收光谱法是一种用于分析物质中金属元素含量的方法。
它的原理简述如下：
当金属原子处于基态时，它们会吸收特定波长的光。
原子吸收光谱法利用这一特性来测量样品中金属元素的含量。
首先，样品被转化成气态原子或原子的气态化合物，然后通过光源发出的特定波长的光照射样品。
如果样品中含有被检测的金属元素，这些原子会吸收光，使得光源透过样品时的光强度减弱。
测量光源透过样品前后的光强度差异，就可以确定金属元素的含量。
原子吸收光谱法的原理基于不同金属元素吸收光的特性。
每种金属元素都有特定的吸收光谱线，这些谱线对应着特定波长的光。
因此，通过测量样品对不同波长光的吸收情况，可以确定样品中不同金属元素的含量。
此外，原子吸收光谱法还遵循比尔-朗伯定律，即吸收光强度与浓度成正比。
因此，可以通过测量吸收光强度的变化来确定金属元素的浓度。
总的来说，原子吸收光谱法利用金属原子对特定波长光的吸收特性，通过测量样品对光的吸收来确定其中金属元素的含量。
这一方法在分析化学和环境监测等领域有着广泛的应用。
仪器分析-第7章 原子吸收与原子荧光光谱法
原子的能级与跃迁和元素的特征谱线 1. 基态第一激发态, 吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱 2.第一激发态基态 发射出同样频率的辐射。 产生共振发射线（也简称共振线） 发射光谱 3.各种元素的原子结构和外层电子排布不同: 特征谱线 最易发生，吸收最强，最灵敏线,分析线。 利用待测原子蒸气对同种元素的特征谱线（共振 线）的吸收可以进行定量分析。原子吸收光谱位于光 谱的紫外区和可见区。
(二)原子吸收光谱轮廓与变宽
☺ 1、吸收定律 强度为I0 的单色平行光通过厚度为l的原子蒸气，其 中一部分光被吸收，透过光的强度I服从吸收定律：
I0 原子蒸汽 l I
I I 0 e
( k l )
K是基态原子对频率为的
光的吸收系数。它与入射 光的频率、基态原子密度 及原子化温度等有关。
第一节
一、原子吸收的历史发展
概述
原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子蒸 气对特征谱线的吸收而建立的一种分析方法。 发展经历了3个发展阶段： 1、原子吸收现象的发现 –1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线；
太阳光
暗 线
–1859年Kirchhoff和Bunson解释了暗线产生的原因： 是由于大气层中的钠原子对太阳光选择性吸收的结果。
若采用一个连续光源（氘 或钨灯），即使是用高质 量的单色器入射可得到光 谱带为(0.2nm)的高纯光。 原子吸收线半宽度(10-3 nm， 即便是全部吸收)。由待测 原子吸收线引起的吸收值， 仅相当于总入射光强度的 0.5% [(0.001/0.2)×100%=0.5%], 原子吸收只占其中很少部 分，使测定灵敏度极差。
原子吸收光谱仪又称原子吸收分光光度计，虽 然种类很多，但基本结构是一样的。 锐线光源 原子化器 主要组成部分
第七章原子吸收光谱分析法
原子吸收光谱法(也称原子吸收分光光法 )与可 见、紫外分光光度法基本原理相同，都是基于物质 对光选择吸收而建立起来的光学分析法。
2010年1月25日1时53分
组成：阳极（吸气金属）、空心圆筒形（使待测原子集中）阴极（W+ 待测元素）、低压惰性气体（谱线简单、背景小）。
工作过程：高压直流电（300V）---阴极电子---撞击隋性原子---电离(二 次电子维持放电)---正离子---轰击阴极---待测原子溅射----聚集空 心阴极内被激发----待测元素特征共振发射线。
? 自然宽度（约在10-5nm数量级）。
?
?2．多普勒变宽（热变宽）：
? 由于多普勒效应而导致的谱线 变宽。由于原子热运动引起的。 其宽度约为 10-3nm数量级。
?3．压力变宽：由于同类原子或 与其它粒子（分子、原子、离子、 电子等）相互碰撞而造成的吸收 谱线变宽。其宽度也约为 10-3nm 数量级。
区别：在可见、紫外分光光度法中，吸光物质 是溶液中被测物质的分子或离子对光的选择吸收， 原子吸收光谱法吸光物质是待测元素的基态原子对 光的选择吸收，这种光是由待测元素制成的空心阴 极灯(称元素灯)作光源。
原子吸收光谱分析的过程:
A元素含量测定----- A元素的空心阴极灯发射特征辐射 --------试样在原子化器中变为气态的基态原子-------吸收空心 阴极灯发射特征辐射---------空心阴极灯发射特征辐射减弱-----产生吸光度------元素定量分析
钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原子吸收线
原子吸收光谱法
半宽度受原子性质和 外界因素的影响
原子吸收光谱轮廓图
基本原理
Basic principle
谱线变宽因素
自然宽度
Doppler变宽
压力变宽 自吸效应 场致变宽
基本原理
Basic principle 自然宽度（△nN） ：无外界因素影响时谱线具有的宽度，与激
发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。根据量子力 学的测不准原理，粒子能级能量和跃迁时刻不可能同时测准，其能量的 不确定度△E和其跃迁时刻的不确定度△t间有如下关系
其中Kv为吸收系数
基本原理
Basic principle
• 吸收线轮廓
In I0
中心频率n0最大吸收系数 所对应的频率或波长，由 原子能级决定
不同元素原子吸收不同频率的 光，由图可见，在频率为v0处
透过光强度最小，也就是吸收
最大。原子群从基态跃迁到激
发态所吸收的谱线并不是绝对
单色，而是具有一定的宽度，
第七章 原子吸收分光光度法
Atomic Absorption Spectrometry
( AAS)
专业：环境工程 姓名：韩朝丽
原子吸收光谱法
Atomic Absorption Spectrometry
概 述 基本原理
本章内容
仪 器
干扰及其 消除办法
分析应用
原子吸收光谱法概述
Atomic Absorption Spectrometry
原子吸收光谱法——仪器
(Atomic Absorption Spectrometry)
原子吸收分 光光度计
光源
原子化系统
光学系统
检测系统
化学反应的原子吸收光谱分析
化学反应的原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析，是一种利用原子对特定波长的光发生吸收的现象进行分析的方法。
通过测量样品溶液或气体中吸收光的强度，可准确测定其中的化学元素含量。
在化学反应中，原子吸收光谱分析是一项重要的技术，能够提供关于反应过程中元素浓度和化学物种变化的信息。
本文将详细介绍化学反应的原子吸收光谱分析的原理、应用和优势。
一、原理原子吸收光谱分析基于原子对特定波长光的吸收现象，其原理可以分为两个基本过程：光源激发和吸收现象。
1. 光源激发在原子吸收光谱分析中，常用的光源是空心阴极放电灯或恒流电源。
光源中的电极通电后，电极中的金属元素被激发形成原子或原子离子，并释放出特定波长的光。
2. 吸收现象样品溶液或气体中的化学元素原子或原子离子与光源发出的特定波长的光相互作用，产生吸收现象。
当光经过样品时，如果样品中存在与光源波长相对应的原子或原子离子，这些原子会吸收部分光的能量，使得吸收光的强度减小。
通过测量光的强度变化，可以推断样品中所含的元素及其浓度。
二、应用原子吸收光谱分析在化学反应中的应用广泛，以下是几个常见的应用领域：1. 反应动力学研究原子吸收光谱分析可用于研究化学反应的动力学过程。
通过监测反应物中某种元素的浓度随时间的变化，可以推断反应的速率常数、反应机理等信息。
2. 反应过程监测通过原子吸收光谱分析，可以实时监测反应过程中各种元素的浓度变化。
这对于了解化学反应过程中元素的转化情况、判断反应的进行程度等方面具有重要意义。
3. 催化剂研究原子吸收光谱分析可用于研究催化剂在反应过程中的作用机制。
通过测定反应物中的催化剂元素浓度变化，可以揭示催化剂对反应速率、选择性等方面的影响。
4. 有机合成原子吸收光谱分析在有机合成中的应用越来越广泛。
通过测定反应物和产物中有机元素的浓度，可评估有机合成反应的转化率和产物纯度。
三、优势原子吸收光谱分析具有以下优势：1. 灵敏度高原子吸收光谱分析的灵敏度通常为微克/升量级，可以准确测定样品中微量甚至痕量元素的含量。
原子吸收光谱详解
τ-激发态原子的寿命；τ 越小，宽度越宽。ΔvN约相当于10-5
nm 数量级。 2. 多普勒宽度ΔνD
由于原子在空间作无规则热运动所导致的，故又称为热 变宽。 当处于热力学平衡时， Doppler变宽可用下式表示：
VD 7.162107 V0
T M
3
原子吸收光谱分析的基本原理
A
B
E3
E2
A 产生吸收光谱 B 产生发射光谱
பைடு நூலகம்
E0 基态能级
E1
E1 第一激发态能级
E2 第二激发态能级
E3 第三激发态能级
E0
1．共振发射线： 电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一
定频 率的光，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 。
Iv=I0 e-KvL
Kv 吸收系数
以Kv与 作图： 表征吸收线轮廓(峰)的参数：
中心频率0 (峰值频率) ：最大吸收系数对应的频率； 半 宽 度：Δ。
6
原子吸收光谱分析的基本原理
谱线变宽
1. 自然宽度ΔvN 在无外界影响下，谱线仍有一定宽度，这种宽度称为自
然宽度。 根据量子力学的Heisenberg测不准原理，能级的能量有
-K L
0
0
A
1 lg e-K L
lg eK0L
0.434K0L
Ni/N0=gi/g0e-(Ei-E0)/kT
式中， g0 ， gi分别为基态和激发态统计权重。
对共振线（E0=0），有
Ni/N0=gi/g0e-Ei/KT
当 T< 3000K 时，Ni/N0都很小，不超过1% ,故
仪器分析 第七章 原子吸收光谱法
第七章原子吸收光谱法1.原子吸收光谱的历史2.原子吸收光谱的特点3.原子吸收光谱与紫外可见吸收光谱的区别4.原子吸收光谱分析过程第一节概述1. 原子吸收光谱的历史◆1802年，沃拉斯顿(Wollaston)在研究太阳连续光谱时，首次发现太阳连续光谱中出现暗线。
◆1817年，夫琅和费(Fraunhofer)研究太阳连续光谱时再次发现这些暗线，但无法解释暗线产生的原因。
2/1363/1361825年，法国著名哲学家孔德在哲学讲义中说“恒星的化学组成是人类绝对不能得到的知识”◆1859年，本生、基尔霍夫研究碱金属和碱土金属火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且钠在光谱中位置相同。
发射线与暗线D◆太阳光谱暗线：太阳外围大气圈中钠原子对太阳光谱中钠辐射特征波长光进行吸收的结果。
4/1365/136太阳中含有94种稳定和放射性元素：氢(71％)、氮(27％)、氧、碳、氖、硅、铁等。
◆1955年，澳大利亚物理学家Walsh（沃尔什）发表了著名论文《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。
◆1960年以后，原子吸收光谱法得到迅速发展，成为微量、痕量金属元素的可靠分析方法。
6/1362. 原子吸收光谱法的特点✓检出限低：10-10～10-14g。
✓准确度高：1%～5%。
✓选择性好：一般情况下共存元素无干扰。
✓应用范围广：可测定70多种元素。
✗缺点：难熔元素、非金属元素测定困难，不能实现多元素同时分析。
7/1363. 原子吸收与紫外可见吸收的区别✓相同点：利用物质对辐射的吸收进行分析。
✗不同点：◆吸收机理不同：紫外可见为溶液中分子或离子宽带吸收，带宽为几纳米至几十纳米；原子吸收为气态基态原子的窄带吸收，带宽仅为10-3nm。
◆光源不同。
◆试样处理、实验方法及对仪器的要求不同。
8/1364. 原子吸收光谱分析过程◆确定待测元素。
◆选择该元素相应锐线光源，发射出特征谱线。
原子吸收与原子荧光光谱法7
Kυ是基态原于对频率为υ的单色光的吸收系数，它 与入射光的频率、基态原子密度及原子化温度等有关。
2. 吸收线的轮廓与变宽
吸收线的轮廓：是指谱线强度Iυ 或吸收系数Kυ 与频率υ的吸收曲线。 以吸收线的中心频率ν0，(或中心波长λ0)和半宽度Δ ν (或Δ λ)来表征。 中心频率对应的吸收系数K0 称为峰值吸收系数。
单道双光束原子吸收分光光度计光学系统
第四节 原子吸收光谱法的干扰及其抑制
一、物理扰及其抑制
物理干扰：由于试液和标准溶液的物理性质的差异，引起进样速度、 进样量、雾化效率、原子化效率的变化所产生的干扰。 消除和抑制物理干扰常采用如下方法： 1. 配制与待测试样溶液相似组成的标准溶液，并在相同条件下进行测定。 如果试样组成不祥，采用标准加入法可以消除物理干扰。 2. 尽可能避免使用粘度大的硫酸、磷酸来处理试样；当试液浓度较高时 适当稀释试液也可以抑制物理干扰。
空心阴极灯
2. 放电机理
施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极；与充入的惰性
气体碰撞而使之电离，产生正电荷。在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰
击；使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、 惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴
极物质和内充惰性气体的光谱。
试液在火焰原子化过程中，往往伴随着一系列可逆的化
学反应。这些副反应不仅使气态基态原于数目减少，使测定 方法的灵敏度降低，而且会产生各种干扰效应。
2. 非火焰原子化器
非火焰原子化器是利用电热、阴极溅射、高频感
应或激光等方法使试样中待测定元素原子化，应用最
广泛的是石墨炉原子化器(GFA)。 石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)的优点：试样用量少，液 体几微升，固体几毫克；原子化效率几乎达到100％；绝 对灵敏度极高。
原子吸收光谱法习题解答
缺点:共存化合物的干扰大,由于取样量少,所以进样量及注入管内位置的变 动会引起误差,因而重现性较差.
ห้องสมุดไป่ตู้．说明在原子吸收分析中产生背景吸收的原因及影响，如 何避免这一类影响？
解:背景吸收是由于原子化器中的气态分子对光的吸收或高浓 度盐的固体微粒对光的散射而引起的,它们属于一种宽频带吸 收.而且这种影响一般随着波长的减短而增大,同时随着基体元 素浓度的增加而增大,并与火焰条件有关.可以针对不同情况采 取不同的措施,例如火焰成分中OH,CH,CO等对光的吸收主要影 响信号的稳定性，可以通过零点调节来消除，由于这种吸收随 波长的减小而增加，所以当测定吸收波长位于远紫外区的元素 时，可以选用空气－H2,Ar-H2火焰．对于火焰中金属盐或氧 化物、氢氧化物引起的吸收通常利用高温火焰就可消除。
6．石墨炉原子化法的工作原理是什么？与火焰原子化法相比较，有什么 优缺点？为什么？
解:石墨炉原子化器是将一个石墨管固定在两个电极之间而制成的,在惰性 气体保护下以大电流通过石墨管,将石墨管加热至高温而使样品原子化.
与火焰原子化相比,在石墨炉原子化器中,试样几乎可以全部原子化,因而测 定灵敏度高.对于易形成难熔氧化物的元素,以及试样含量很低或试样量很 少时非常适用.
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制
第七章原子吸收光谱法习题解答
5．原子吸收分析中，若采用火焰原子化法，是否火焰温度愈高，测定灵 敏度就愈高？为什么？ 解:不是.因为随着火焰温度升高,激发态原子增加,电离度增大,基态原子 减少.所以如果太高,反而可能会导致测定灵敏度降低.尤其是对于易挥发 和电离电位较低的元素,应使用低温火焰. 6．石墨炉原子化法的工作原理是什么？与火焰原子化法相比较，有什么 优缺点？为什么？ 解:石墨炉原子化器是将一个石墨管固定在两个电极之间而制成的,在惰性 气体保护下以大电流通过石墨管,将石墨管加热至高温而使样品原子化. 与火焰原子化相比,在石墨炉原子化器中,试样几乎可以全部原子化,因而测 定灵敏度高.对于易形成难熔氧化物的元素,以及试样含量很低或试样量很 少时非常适用. 缺点:共存化合物的干扰大,由于取样量少,所以进样量及注入管内位置的变 动会引起误差,因而重现性较差.
- 1
0 . 0 - 4 - 2 0 2 4 6 8
C
15.用原子吸收法测锑,用铅作内标.取5.00mL未知锑溶液,加入 2.00mL4.13mg.mL-1的铅溶液并稀释至10.0mL,测得ASb/APb= 0.808. 另取相同浓度的锑和铅溶液,ASb/APb= 1.31, 计算未知液 中锑的质量浓度. 解:设试液中锑浓度为Cx, 为了方便,将混合溶液吸光度比计为[Asb/Apb]1, 而将分别 测定的吸光度比计为[Asb/Apb]2 由于:ASb = KSbCSb APb =KPbCPb 故: KSb/KPb =[Asb/Apb]2 =1.31 [Asb/Apb]1=(KSb×5 × Cx/10)/(KPb × 2 × 4.13/10)=0.808
化学与化学工程学院分析化学精品课程组制
第七章 原子吸收光谱法
习题解答
二00八年五月
第七章原子吸收光谱法习题解答
物化地分析中的原子吸收光谱分析
物化地分析中的原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析是物化地分析领域中常用的一种分析方法。
它利用原子在特定波长的光线照射下吸收光的特性，对样品中的化学元素进行定量检测和分析。
本文将从原子吸收光谱分析的基本原理、仪器设备和应用领域等方面进行论述。
一、原理与机制原子吸收光谱分析的基本原理是利用原子吸收特定波长的光线时的量子能级跃迁现象。
当样品中的化学元素被激发后，在特定波长的光线照射下，原子内部的电子会发生跃迁到高能级的激发态。
然后，激发态的原子会再次退回到基态，释放出特定波长的光信号。
通过测量吸收光强度的变化，可以推断出样品中化学元素的含量。
二、仪器设备原子吸收光谱分析需要使用专门的仪器设备来进行测量和分析。
常用的原子吸收光谱仪主要由光源、样品室、光路系统、检测系统和数据处理系统等部分组成。
光源通常采用中空阴极灯，能够发射特定波长的光线。
样品室用于容纳待测样品并与光源进行光路的连接。
光路系统包括光栅、滤光片等光学元件，用于选择特定波长的光线。
检测系统用于测量光线的强度变化，常见的检测方式有吸收法和发射法。
数据处理系统用于记录和分析测量结果，通常采用计算机进行数据处理。
三、应用领域原子吸收光谱分析在物化地分析中具有广泛的应用领域。
首先，在环境分析方面，原子吸收光谱分析可以用于监测和分析水体、大气和土壤中的污染物。
例如，通过测定水样中重金属的含量，可以评估水质的安全性。
其次，在食品安全领域，原子吸收光谱分析可以用于检测食品中有害金属元素的含量，如铅、镉等。
此外，在生物医药研究和制药工业中，原子吸收光谱分析也广泛应用于药物成分和微量元素的定量分析。
总结起来，物化地分析中的原子吸收光谱分析是一种基于原子能级跃迁的分析方法，通过测量样品中特定波长光线的吸收情况，来确定样品中化学元素的含量。
该方法具有广泛的应用领域，包括环境分析、食品安全和生物医药等领域。
随着科学技术的不断进步，原子吸收光谱分析仪器设备和分析方法也在不断更新，为物化地分析提供了更为准确和高效的工具。
原子吸收光谱法
原子吸收光谱法
原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectrometry,AAS）是一种基于物质的原子蒸气对同种原子发射的特征辐射（谱线）的吸收作用而建立起来的分析方法。
它可以用来对元素进行定量分析。
在一个典型的实验中，液体或固体样品在火焰或石墨炉中被雾化。
然后自由原子暴露在光下，通常由空心阴极灯产生，并经历从基态到激发电子态的电子转变。
灯产生的光是由要测定的同一元素的激发原子发出的，因此辐射能量直接对应于原子化样品吸收的波长。
一个单色器被放置在样品和检测器之间，以减少背景干扰。
在这里，检测器测量光束的强度并将其转换为吸收数据。
原子吸收光谱法具有准确度高、灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强等优点，并且设备操作简单、分析速度快。
它广泛应用于地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等各个领埴。
原子吸收光谱分析法知识详解
原子吸收光谱分析法知识详解原子吸收光谱分析法是实验室元素分析最常用的方法之一。
原子吸收光谱分析（又称原子吸收分光光度分析）是基于从光源辐射出待测元素的特征光波，通过样品的蒸汽时，被蒸汽中待测元素的基态原子所吸收，由辐射光波强度减弱的程度，可以求出样品中待测元素的含量。
一、原子吸收光谱的理论基础1、原子吸收光谱的产生在原子中，电子按一定的轨道环绕原子核旋转，各个电子的运动状态是由4个量子数来描述。
不同量子数的电子，具有不同的能量，原子的能量为其所含电子能量的总和。
原子处于完全游离状态时，具有最低的能量，称为基态。
在热能、电能或光能的作用下，基态原子吸收了能量，最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到较高能态，它就成为激发态原子。
激发态原于很不稳定，当它回到基态时，这些能量以热或光的形式辐射出来，成为发射光谱。
其辐射能量大小，用下列公式示：ΔE=Eq-E0=hv=hc/λ式中：H：普朗克常数，其数值为：6.626*10-23J·S；C：光速（3*105km／s）；V、入：分别为发射光的频率和波长；E0、E q：分别代表基态和激发态原子的能量，它们与原子的结构有关。
由于不同元素的原子结构不同，所以一种元素的原子只能发射由其已与Eq决定的特定频率的光。
这样，每一种元素都有其特征的光谱线。
即使同一种元素的原子，它们的Eq也可以不同，也能产生不同的谱线。
原子吸收光谱是源于发射光谱的逆过程。
基态原子只能吸收频率为：υ=（Eq-E0）/h的光，跃迁到高能态Eq。
因此，原子吸收光谱的谱线也取决于元素的原子结构，每一种元素有其特征的吸收光谱线。
原子的电子从基态激发到最接近于基态的激发态，称为共振激发。
当电子从共振激发态跃迁回基态时，称为共振跃迁。
这种振跃迁所发射的谱线称为共振发射线，与此过程相反的谱线称为共振吸收线。
元素的共振吸收线一般有好多条，其测定灵敏度也不同。
在测定时，一般选用灵敏线，但当被测元素含量较高时，也可采用次灵敏线(有些元素有好几条线，有的只有一条，次灵敏线能量太低不能使用）。
原子吸收光谱法
第七章 原子吸收光谱法1、解释下列名词 （1）原子吸收线是基态原子吸收一定辐射能后被激发跃迁到不同的较高能态产生的光谱线。
（2）宽带吸收和窄带吸收分子或离子吸收为宽带吸收；气态基态原子吸收为窄带吸收 （3）积分吸收和峰值吸收积分吸收是吸收线轮廓内的总面积即吸收系数对频率的积分∫K v dr ；峰值吸收是在中心频率v 0两旁很窄范围（dr ≈0）内的积分吸收，可通过测量发射线强度和变化获得vI I A 0lg。
（4）谱线的自然宽度和变宽在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度； 由各种因素引起的谱线宽度增加称为变宽。
（5）谱线的热变宽和压力变宽谱线的热变宽是指原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽；压力变宽是由同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互碰撞产生的谱线变宽，与气体压力有关，称压力变宽。
（6）石墨炉原子化法和氢化物原子化法以石墨管作为电阻发热体使试样中待测元素原子化的方法称石墨炉原子化法； 反应生成的挥发性氢化物在电热或火焰原子化器中原子化称为氢化物原子化法。
（7）光谱通带单色器出射光束波长区间的宽度。
（8）基体改进剂能改变基体的热稳定性以避免化学干扰的化学试剂。
（9）特征浓度和特征质量把能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量浓度或质量。
2、在原子吸收光谱法中，为什么要使用锐线光源？空心阴极灯为什么可以发射出强度大的锐线光源？答：因为原子吸收线的半宽度约为10－2～10－3nm ，为解决其测量难题需用锐线光源。
由于空心阴极灯的工作电流一般在1～20mA ，放电温度较低，被溅射出的阴极自由电子密度也较低，同时又是在低压气氛中放电，故发射线的热变宽ΔλD 、压力变宽ΔλL 和自吸变宽都很小，故可发射特征谱线是半宽度很窄的锐线（10－4～10－3nm ），加上空心阴极灯的特殊结构，气态基态原子停留时间长（10－1s ），激发效率高，故可发射强度大的锐线。
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五、基态原子数与原子化温度
原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与共振 线吸收之间的关系来测定的。
需要考虑原子化过程中，原子蒸气中基态原子与待测元素原子 总数之间的定量关系。
热力学平衡时，根据Boltzmann分布定律有：
Ni
gi
Ei
e kT
N0 g0
上式中gi和g0分别为激发态和基态的统计权重，激发态原子数 Ni与基态原子数N0之比小于1%，可以用基态原子数代表待测元 素的原子总数。
热变宽和压力变宽(主要是劳伦兹变宽)是主要的，其数量级都 是10-3nm，构成原子吸收谱线的宽度。
四、积分吸收和峰值吸收
1.积分吸收
钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原子吸收 线半宽度：10-3nm。如图：
若用一般光源照射时，吸收光 的强度变化仅为0.5%。灵敏度极 差。
理论上：
Kvdv
（3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定 量分析
三、谱线的轮廓与谱线变宽
原子结构较分子结构简单，
理论上应产生线状光谱吸收
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)。
一束不同频率强度为I0的平 行光通过厚度为b的原子蒸 气，一部分光被吸收，透过
光的强度I服从吸收定律
I = I0 exp(-K b) 式中K是基态原子对频率 为的光的吸收系数
π 2 mc
N0
f
f-振子强度 e-电子电荷
Nm0--一单个位电体子积的内质的量原子数
讨论
Kvdv
π e2 mc
N0
f
如果将公式左边求出，即谱线下所围 面积测量出（积分吸收）。即可得到单 位体积原子蒸气中吸收辐射的基态原子 数N0。
这是一种绝对测量方法，现在的分光装置无法实现。
(Δ λ=10-3 nm ，若λ取600nm，单色器分辨率R=λ/ Δ λ=6×105 ) 长期以来无法解决的难题！ 能否提供共振辐射（锐线光源），测定峰值吸收？
四、积分吸收与峰值吸收
integrated absorption and absorption in peak max
五、基态原子数与原子化 温度
relation of atomic amount in ground with temperature of atomization
六、定量基础
quantitative
1.原子的能级与跃迁
原子外层电子
基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。
产生共振吸收线
吸收光谱
激发态基态
发射出一定频率的辐射。
产生共振发射线
发射光谱
2.元素的特征谱线
（1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同
基态第一激发态: 跃迁吸收能量不同——具有特征性
（2）各种元素的基态第一激发态
最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线
表征吸收线轮廓(峰)的参数：
中心频率 0 (峰值频率) ： 最大吸收系数对应的频率；
中心波长 λ 0 (nm) 半 宽 度 Δ
吸收峰变宽主要有两方面的因素： 一类是由原子性质所决定的，例如自然宽度 另一类是外界影响所引起的，例如热变宽、碰撞变宽等
（1）自然宽度
没有外界影响，谱线仍有一定的宽度称为自然宽度。它与激发 态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。不同谱 线有不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级
（2）温度变宽（多普勒变宽） ΔVD
由辐射原子无规则的热运动引起。这一不规则的热运动与观测 器两者间形成相对位移运动，从而发生多普勒效应，使谱线变宽。 又称热变宽，一般可达10-3nm
VD 7.16107 v0
T M
（3）压力变宽
由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子和电子等）间的 相互作用而产生的谱线变宽，通常随压力增大而增大。
Ni
gi
Ei
e kT
N0 g0
➢ 温度愈高，Ni/N0愈大，且按指数关系变大；激发能(电子跃 迁级差)愈小，吸收波长愈长，Ni/N0也愈大。
➢ 在原子吸收光谱中，原子化温度一般小于3000K，大多数元 素的最强共振线都低于 600 nm， Ni/N0值绝大部分在10-3以 下，激发态和基态原子数之比小于千分之一，激发态原子 数可以忽略。
2.峰值吸收
在原子吸收分析中需要使用锐线光源，测量谱线的峰值吸收， 锐线光源需要满足的条件：
（1）光源的发射线与吸收线的ν0一致。 （2）发射线的Δν1/2小于吸收线的 Δν1/2。 提供锐线光源的方法：
空心阴极灯
发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源。 发射线的轮廓可看作一个很窄的矩形，即 峰值吸收系数K 在此轮廓内不随频率而改 变，吸收只限于发射线轮廓内。这样，一 定的K0即可测出一定的原子浓度。
第七章 原子吸收光谱法
atomic absorption spectrometry,AAS
第一节 原子吸收光 谱分析基本原理
basic principle of AAS
一、概述
generalization
二、原子吸收光谱的产生
formation of AAS
三、谱线轮廓与谱线变宽
shape and broadening of absorption line
洛伦兹（Lorentz）变宽ΔVL ： 待测原子和其它原子碰撞。 赫尔兹马克（Holtsmark）变宽 ΔVR ： 同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略。
（4）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。灯电流越大，自吸现象越严重。
（5）场致变宽 外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的 作用使谱线变宽的现象；影响较小
原子吸收光谱法
基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子 共振辐射的吸收进行元素定量分析的方法
一、概述generalization
原子吸收现象：原子蒸气对其原子共振辐射吸收的现象 1802年 被人们发现 1955年 澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）发表了著名 论文：《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。 特点： (1) 检出限低，10-10～10-14 g ；
(2) 准确度高，1%～5%； (3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰； (4) 应用广，可测定70多个元素。 局限性：难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时多元素
二、原子吸收光谱的产生
formation of AAS
➢ 基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激 发态而产生原子吸收光谱
➢ 原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区