第8章 原子光谱分析法
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
原子吸收光谱分析基本要点：1. 了解影响原子吸收谱线轮廓的因素；2. 理解火焰原子化和高温石墨炉原子化法的基本过程；3. 了解原子吸收分光光度计主要部件及类型；4. 了解原子吸收分光光度法干扰及其抑制方法；5. 掌握原子吸收分光光度法的定量分析方法及实验条件选择原则。
第一节原子吸收光谱分析概述一、原子吸收光谱分析定义：根据物质产生的原子蒸气中待测元素的基态原子对光源特征辐射谱线吸收程度进行定量的分析方法。
二、原子吸收光谱分析的特点：（1 ）灵敏度高：其检出限可达10 -9 g /ml （某些元素可更高）；2 ）选择性好：分析不同元素时，选用不同元素灯，提高分析的选择性；（3 ）具有较高的精密度和准确度：试样处理简单。
第二节原子吸收光谱分析基本原理一、原子吸收光谱的产生及共振线在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态），称为基态（ E 0 = 0 ）当原子吸收外界能量被激发时，其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级上，原子的这种运动状态称为激发态。
处于激发态。
出于激发态的电子很不稳定，一般在极短的时间（10-8-10 -7s）便跃回基态（或能量较低的激发态），并以电磁波的形式放出能量：A E=En-EO=h=hc/ 入共振发射线：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共振吸收线：电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线。
共振线：共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。
各种元素的原子结构和外层电子排布不同，不同元素的原子从基态激发至第一激发态（或由第一激发态跃迁返回基态）时，吸收（或发射）的能量不同，因而各种元素的共振线不同而各有其特征性，所以这种共振线是元素的特征谱线。
二、谱线轮廓与谱线变宽（一）吸收线轮廓若将一束不同频率，强度为10的平行光透过厚度为1cm的原子蒸汽时，一部分光被吸收，透射光的强度lv仍服从朗伯-比尔定律：式中：Kn——基态原子对频率为的光的吸收系数，它是光源辐射频率的n函数由于外界条件及本身的影响，造成对原子吸收的微扰，使其吸收不可能仅仅对应于一条细线，即原子吸收线并不是一条严格的几何线（单色I ）,而是具有一定的宽度、轮廓，即透射光的强度表现为频率分布。
原子发射光谱分析 (2)
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
（1）、直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
A
直流电作为激发能源，电压150 ～380V，电流5～ 30A；
两支石墨电极，试样放置在一支电极(下电极)的凹槽内；
阴极释放的电子不断撞击阳极，产生高温阳极斑（4000 K）；
等离子体是一种电离度大于0.1%的电离气体，由电子、 离子、原子和分子所组成，其中电子数目和离子数目基本相等， 整体呈现中性。
通常产生等离子体的气体为氩气。 最常用的等离子体光源是直流等离子焰（DCP）、电感耦 合高频等离子炬（ICP）、容耦微波等离子炬（CMP）和微波诱 导等离子体（MIP）等。
电感耦合等离子体
ms 光谱的多重性(M)：
M=2S+1
内量子数(J)：光谱支项 J = L+S、•••、 L-S J = S+L、•••、 S-L
(LS )
(S >L)
（二）.原子的能级与能级图
1．光谱项：原子发射光谱是由原子或离子的核外电子在高低级间跃迁 而产生的，原子或离子的能级通常用光谱项符号来表示：
n2S+1LJ or n M LJ
第八章 原子发射光谱分析法
•原子光谱法（Atomic spectroscopy methods）是基于激 发（热能、电能或光能）下的气态原子的外层电子的能级 间跃迁过程中吸收或发射的特征谱线而建立的光学分析法。 •研究与光谱线有关的特征物理量：波长和强度 波长—定性 强度—定量 •原子光谱类型 原子发射光谱：发射（吸收热能、激发以后回到基态时） 原子荧光光谱：发射（吸收光辐射、激发以后回到基态时） 原子吸收光谱：吸收（吸收光辐射、基态到激发态时） •分析对象：元素分析（Elemental analysis）
第8章 原子吸收光谱分析
三、引起吸收线变宽的因素 a、自然宽度（natural width） 用Δ ν N 表示。 b、多普勒变宽(Doppler broadening) 用Δ ν D 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Δ ν L 和Δ ν R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：
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。
Comparison of AAS and AES
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、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。
（2）冷原子化法
原子化温度为常温。
பைடு நூலகம்
T [ D ( L R N ) ]
2
2 1/ 2
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
E0 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)。
(完整word版)原子吸收光谱分析解读
原子吸收光谱分析4。
2.1 概述4。
2。
1。
1 基本概念1)原子光谱根据原子外层电子跃迁所产生的光谱进行分析的方法，称为原子光谱法，包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法和原子荧光光谱法。
本章重点介绍应用广泛的原子吸收光谱法。
2)原子吸收光谱原子吸收光谱法，又称原子吸收分光光度法或简称原子吸收法，它是基于测量试样所产生的原子蒸气中基态原子对其特征谱线的吸收，从而定量测定化学元素的方法.4。
2.1。
2 仪器结构和过程图4-21 原子吸收示意图如上图,含Pb溶液将经过预处理－喷射成雾状进人燃烧火焰中，Pb化合物雾滴在火焰温度下,挥发并离解成Pb原子蒸气。
用Pb空心阴极灯作光源，产生Pb的特征谱线，通过Pb原子蒸气时，由于蒸气中基态Pb原子的吸收，Pb的特征谱线强度减弱，通过单色器和检测器测得其减弱程度，即可计算出溶液中Pb的含量。
4。
2。
1。
3 方法特点灵敏度高，10—9g/ml-10—12g/ml。
选择性好,准确度高。
单一元素特征谱线测定，多数情况无干扰。
测量范围广.测定70多种元素。
操作简便，分析速度快。
4。
2.2 原子吸收法基本原理 4。
2。
2.1 共振线和吸收线 1） 基本概念➢ 共振线电子从基态跃迁到能量最低的激发态（称为第一激发态），为共振跃迁，所产生的谱线称为共振吸收线(简称共振线).当电子从第一激发态跃回基态时,则发射出同样频率的谱线,称为共振发射线（也简称共振线）。
对大多数元素来说,共振线是指元素所有谱线中最灵敏的线。
➢ 特征谱线各种元素的原子结构和外层电子排布不同.不同元素的原子从基态激发至第一激发态（或由第一激发态跃回基态）时，吸收(或发射)的能量不同，因此各种元素的共振线不同而有其特征性,这种共振线称为元素的特征谱线。
2) 朗伯原理图4-22 原子吸收法的朗伯定律示意图原理公式：b K e I I νν-=0νK ：吸收系数；ν：频率。
吸收线图4-23 吸收线轮廓图 图4—24 吸收线半宽度比较上述两个图，注意图的纵坐标参量的不同。
原子发射光谱分析
ICP的分析特点 的分析特点
1. 对大多数元素有高的灵敏度 检测限达 -9－10-11 检测限达10 g·L-1因为温度高（等离子体核处 因为温度高（等离子体核处10000K，中央 ，中央6000－ － 8000K）；惰性气氛，有利于难熔物质分解。 ）；惰性气氛 ）；惰性气氛，有利于难熔物质分解。 2. 测定线性范围宽 因趋肤效应而无自吸现象。 因趋肤效应而无自吸现象 自吸现象。 高频电流密度在导体截面呈不均匀分布， 趋肤效应 高频电流密度在导体截面呈不均匀分布，集 中在导体表层的现象。 中在导体表层的现象。 3. 碱金属电离不造成干扰，因电流密度大。 碱金属电离不造成干扰，因电流密度大。 4. 无电极污染 因是无极放电。 因是无极放电。 5. 耗样量小 载气流速低，试样在中央通道充分激发 载气流速低， 6. 背景干扰小 因工作气体氩气是惰性气体不产生其 它物质。 它物质。
第一共振线 原子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 原子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 最易发生，能量最小，一般是最灵敏线，又叫最后线。 最易发生，能量最小，一般是最灵敏线，又叫最后线。 原子获得足够的能量(电离能)产生电离。 原子获得足够的能量(电离能)产生电离。失去一个电 子形成一级离子，再失去一个电子形成二级离子。 子形成一级离子，再失去一个电子形成二级离子。 离子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。 电离线 离子由第一激发态跃迁到基态发射的谱线。与电 离能大小无关，离子的特征共振线。 离能大小无关，离子的特征共振线。 识别元素的特征光谱鉴别元素的存在 定性分析 测定特征谱线的强度测定元素的含量 定量分析
R 镇流电阻 调节 和稳定电流 L 减小电流波动
直流电弧工作原理
电弧点燃后，热电子流高速通过分析间隔冲击阳极， 电弧点燃后，热电子流高速通过分析间隔冲击阳极， 产生高热，试样蒸发并原子化， 产生高热，试样蒸发并原子化，电子与原子碰撞电离出 正离子冲向阴极。电子、原子、离子间的相互碰撞， 正离子冲向阴极。电子、原子、离子间的相互碰撞，使 原子跃迁到激发态，返回基态时发射出该原子的光谱。 原子跃迁到激发态，返回基态时发射出该原子的光谱。 弧焰温度： 多种元素激发 弧焰温度：4000～7000 K，可使 多种元素激发。 ～ ，可使70多种元素激发。 绝对灵敏度高，背景小，适合定性分析。 特 点：绝对灵敏度高，背景小，适合定性分析。
仪器分析试题及答案(完整版)
第一套一、选择题1.所谓真空紫外区,所指的波长范围是 ( )(1)200～400nm (2)400～800nm (3)1000nm (4)10～200nm2.比较下列化合物的UV－VIS吸收波长的位置（λmax ）( )(1) a>b>c (2) c>b>a (3)b>a>c (4)c>a>b 3.可见光的能量应( )(1) 1.24×104～ 1.24×106eV (2) 1.43×102～ 71 eV(3) 6.2 ～ 3.1 eV (4) 3.1 ～ 1.65 eV4.电子能级间隔越小,跃迁时吸收光子的 ( )(1)能量越大 (2)波长越长 (3)波数越大 (4)频率越高5.荧光分析法和磷光分析法的灵敏度比吸收光度法的灵敏度 ( )(1) 高 (2) 低 (3) 相当 (4) 不一定谁高谁低6. 三种原子光谱(发射、吸收与荧光)分析法在应用方面的主要共同点( ) (1)精密度高,检出限低 (2)用于测定无机元素(3)线性范围宽 (4)多元素同时测定7.当弹簧的力常数增加一倍时,其振动频率 ( )(1) 增加倍 (2) 减少倍 (3) 增加0.41倍 (4) 增加1倍8. 请回答下列化合物中哪个吸收峰的频率最高？ ( )9.下列化合物的1HNMR谱, 各组峰全是单峰的是 ( )(1) CH3-OOC-CH2CH3 (2) (CH3)2CH-O-CH(CH3)2(3) CH3-OOC-CH2-COO-CH3 (4) CH3CH2-OOC-CH2CH2-COO-CH2CH310. 某化合物的相对分子质量M r=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为 ( )(1) C4H8O (2) C3H4O2 (3) C3H6NO (4) (1)或(2)11.物质的紫外-可见吸收光谱的产生是由于 ( )(1) 分子的振动 (2) 分子的转动(3) 原子核外层电子的跃迁 (4) 原子核内层电子的跃迁12. 磁各向异性效应是通过下列哪一个因素起作用的( )(1) 空间感应磁场 (2) 成键电子的传递 (3) 自旋偶合 (4) 氢键13.外磁场强度增大时,质子从低能级跃迁至高能级所需的能量 ( )(1) 变大 (2) 变小 (3) 逐渐变小 (4) 不变化14. 某化合物在一个具有固定狭峰位置和恒定磁场强度B的质谱仪中分析, 当加速电压V慢慢地增加时, 则首先通过狭峰的是: ( )(1) 质量最小的正离子 (2) 质量最大的负离子(3) 质荷比最低的正离子(4) 质荷比最高的正离子15.某化合物Cl-CH2-CH2-CH2-Cl的1HNMR谱图上为 ( )(1) 1个单峰 (2) 3个单峰(3) 2组峰: 1个为单峰, 1个为二重峰 (4) 2组峰: 1个为三重峰, 1个为五重峰二、填空题1. 核磁共振的化学位移是由于 _______________________________________ 而造成的，化学位移值是以 _________________________________为相对标准制定出来的。
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。
光谱分析法
通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定 性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。
发射光谱的类型：
1.线光谱 当辐射物质是单个的气态原子时，产
生紫外、可见光区的线光谱。 通过内层电子的跃迁可以产生X射线线
光谱。
2.带光谱 带光谱是由许多量子化的振动能级叠加
在分子的基态电子能级上而形成的。 3.连续光谱
❖ 1. Mōssbauer（莫斯鲍尔）谱法
由与被测元素相同的同位素作为 射线的发射源，使吸收体（样品）原子
核产生 无反冲的射线共振吸收 所形
成的光谱。光谱波长在射线区。
从Mōssbauer谱可获得原子的氧化 态和化学键、原子核周围电子云分布或 邻近环境电荷分布的不对称性以及原子 核处的有效磁场等信息。
利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析 的方法称为光谱分析法，简称光谱法。
3
非光谱法
非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐 射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等 变化的分析方法。 非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改 变了传播方向、速度或某些物理性质。
属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、 干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。
原子光谱法是由原子外层或内层电子 能级的变化产生的，它的表现形式为线 光谱。
属于这类分析方法的有原子发射光谱 法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）， 原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光 光谱法（XFS）等。
8
二、光谱法分类
分子光谱法是由 分子中电子能级、 振动和转动能级 的变化产生的，表现形 式为带光谱。
属于这类分析方法的有紫外-可见分光 光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR）， 分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光 谱法（MPS）等。
仪器分析各章习题与答案
第一章绪论问答题1. 简述仪器分析法的特点。
第二章色谱分析法1．塔板理论的要点与不足是什么?2．速率理论的要点是什么?3．利用保留值定性的依据是什么?4．利用相对保留值定性有什么优点?5．色谱图上的色谱流出曲线可说明什么问题?6．什么叫死时间?用什么样的样品测定? ．7．在色谱流出曲线上，两峰间距离决定于相应两组分在两相间的分配系数还是扩散速率?为什么?8．某一色谱柱从理论上计算得到的理论塔板数n很大，塔板高度H很小，但实际上柱效并不高，试分析原因。
9．某人制备了一根填充柱，用组分A和B为测试样品，测得该柱理论塔板数为4500，因而推断A和B在该柱上一定能得到很好的分离，该人推断正确吗?简要说明理由。
10．色谱分析中常用的定量分析方法有哪几种?当样品中各组分不能全部出峰或在组分中只需要定量其中几个组分时可选用哪种方法?11．气相色谱仪一般由哪几部分组成?各部件的主要作用是什么?12．气相色谱仪的气路结构分为几种?双柱双气路有何作用?13．为什么载气需要净化?如何净化?14．简述热导检测器的基本原理。
15．简述氢火焰离子化检测器的基本结构和工作原理。
16．影响热导检测器灵敏度的主要因素有哪些?分别是如何影响的?17．为什么常用气固色谱分离永久性气体?18．对气相色谱的载体有哪些要求?19．试比较红色载体和白色载体的特点。
20．对气相色谱的固定液有哪些要求?21．固定液按极性大小如何分类?22．如何选择固定液?23．什么叫聚合物固定相?有何优点?24．柱温对分离有何影响?柱温的选择原则是什么?25．根据样品的沸点如何选择柱温、固定液用量和载体的种类?26．毛细管色谱柱与填充柱相比有何特点?27．为什么毛细管色谱系统要采用分流进样和尾吹装置?28．在下列情况下色谱峰形将会怎样变化?(1)进样速度慢；(2)由于汽化室温度低，样品不能瞬间汽化；(3)增加柱温；(4)增大载气流速；(5)增加柱长；(6)固定相颗粒变粗。
原子发射光谱法
b
二、定量分析基础-谱线强度
在i, j两能级间跃迁，谱线强度可表示为：
I ij= Ni Aij hυij (1) (Aij 为跃迁几率)
在高温下，处于热力学平衡状态时， 单 Ni位之体间积遵的守基Bo态ltz原m子an数n分N布0与定激律发态原子数
Ni = N0 gi/g0 e-E/kT (2)
第三节 原子发射光谱仪
原子发射光谱法仪器分为三部分：光源、分光 仪和检测器。
一、光源 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。 光源的类型：
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP) （Inductively coupled plasma）
主要部分：
1. 高频发生器 2. 等离子体炬管 3. 试样雾化器 4. 光谱系统
R = I / I0 =Acb 取对数，得
lgR = blgc + lgA
此式为内标法光谱定量分析的基本关系式。
2. 校准曲线法： 在确定的分析条件下，用三个或三个以上
含有不同浓度被测元素的标准样品与试样 在相同的条件下激发光谱，以分线强度I或 内标分析线对强度比R或lgR对浓度c或lgc做 校准曲线。再由校准曲线求得试样被测元 素含量。
为(Bgoi,ltgz0m为an激n常发数态，和T基为态温的度统。计) 权，Ei为激发电位，K
把(2)代入(1)得：
Iij=gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT
此式为谱线强度公式。 Iij 正比于基态原子N0 ，也就是说 Iij ∝C，这就 是定量分析依据。
影响谱线强度的因素为：
（1）统计权重(gi/g0)
影响谱线强度的因素为：
（4）激发温度(T)
温度升高，谱线强度增大。但温度升高， 电离的原子数目也会增多，而相应的原子 数减少，致使原子谱线强度减弱，离子的 谱线强度增大。
第八章 原子吸收光谱
（3）火焰
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解等过程产生大 量基态原子。
火焰温度的选择：
只要保证待测元素充分离解为基态原子就可以，超过所需 温度，使激发态原子增加；
（a）确保待测元素充分离解为基态原子的前提下，选用低 温火焰
（b）火焰温度取决于燃气与助燃气类型。(表8-3)
12:19:39
温
度
虚线：阶梯升温
oC
实线：斜坡升温
干燥
灰化
原子化 净化
时间，t
干 燥：去除溶剂，防样品溅射； 灰 化：使易挥发的基体和有机物尽量除去； 原子化：待测物化合物分解为基态原子 净 化：样品测定完成，高温去残渣，净化石墨管。
12:19:39
（3）石墨管原子化器的优缺点
优点：原子化程度高，试样用量少 缺点：背景干扰比火焰法大，精密度差（自动进样装置）
或由标准试样数据获得线性方程，将测定试样的吸光度A
数据带入计算。
12:19:39
2.标准加入法 取若干份体积相同的试液（cX），依次按比例加入不同
量的待测物的标准溶液（cO），定容后浓度依次为： cX ， cX +cO ， cX +2cO ， cX +3cO ， cX +4 cO ……
分别测得吸光度为：AX，A1，A2，A3，A4……。 以A对加入量做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度 。
2 π ln 2 e2
A 0.434 D mc N0 fL kLN0 当使用锐线光源时，吸光度与原子蒸汽中待测元素的 基态原子数成正比 A kLN0
12:19:39
火焰温度低于3000K时，可以用基态原子数代表待测元 素的原子总数
当使用锐线光源时，A = k N0 L =k’ c （比尔定律）
第八章原子吸收光谱
换用纯度较高的单元素灯减小干扰。
（3）灯的辐射中有连续背景辐射， 用较小通带或更换灯。
二 物理干扰（基体效应） 指试液与标准溶液物理性质(如粘度、
表面张力、雾化气体的压力等)有差别 而产生的干扰。是非选择性干扰。
消除方法：
1. 采用与被测试样组成相似的标准样 品制作工作曲线。 2. 标准加入法。
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）
激发态基态
吸收光谱
发射出一定频率的辐射。
产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱
特征吸收 基态元素M E 特征辐射 激发态M*
1.原子吸收与原子发射法的对比
（1）吸收辐射后基态的原子数减少，辐射吸收值与基
态原子的数量有关，也即由吸收前后辐射光强度的变化
I
e
0
I d
将 It=I0e-KvL 代入上式： I e I e-K L d 0
则： A lg
e
e
0
0
I 0 d
0
I 0 e -K L d
用锐线光源测量，则Δve< Δva ，
由图可见，在辐射线宽度范围内，Kν
可近似认为不变，近似等于峰值时的 吸收系数K0。
气体测量管中进行吸光度测量。 特点：常温测量； 灵敏度、准确度较高（可达10-8 g汞）。
五、单色器
1.作用 2.组件 将待测元素的共振线与邻近线分开。 色散元件（棱镜、光栅）、凹凸镜、狭缝等。 两条谱线间的距离与波长差的比
3.单色器性能参数 （1）线色散率（D）
值ΔX/∆λ 。实际工作中常用其倒数 ∆λ/ ∆X 。
将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，送
第七章 第八章原子发射和吸收光谱
原子发射光谱分析的特点
(4) 检出限低。一般光源可达10～0.1μg﹒g-1（或μg﹒cm-3），绝
对值可达1～0.01μg。电感耦合高频等离子体（ICP）检出限可
达ng﹒g-1级。 (5) 准确度较高。一般光源相对误差约为5％～10％，ICP相对误 差可达1％以下。 (6) 试样消耗少。
(7) ICP光源校准曲线线性范围宽可达4～6个数量级。这样可测
特征谱线
{ 强度I：
波长λ：定性分析 定量分析
影响谱线强度：
（1）激发电位---谱线强度与激发电位是负指数关系， 激发电位愈高，谱线强度愈小，因为激发电位愈高， 处在相应激发态的原子数目愈少。
（2）跃迁概率---电子从高能级向低能级跃迁时，在 符合选择定则的情况下，可向不同的低能级跃迁而 发射出不同频率的谱线；两能级之间的跃迁概率愈 大，该频率谱线强度愈大。所以，谱线强度与跃迁 概率成正比。
扰的最后线与灵敏线。
元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振 线----灵敏线 样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观 察到的几条谱线(也是该元素的最灵敏线)----最后线
谱线的自吸和自蚀
自吸：原子在高温发射某一波长的辐射，被处在边 缘低温状态的同种原子所吸收的现象。
元素浓度高自吸严重时将谱线中心完全吸收--自蚀。
8-2 原子吸收光谱分析基本原理
• 原子吸收光谱的产生
样品转化为原子蒸气后，绝大部分处于基 态，光源发射的共振发射线通过原子蒸气，其 入射光强度为I0，产生共振吸收，透射光的 强度I与电磁辐射通过原子蒸气的宽度（即火 焰的宽度）L的关系(同有色溶液吸收电磁辐射 的情况完全类似)服从吸收定律。
共振线与吸收线
定元素各种不同含量（高、中、微含量）。一个试样同时进行 多元素分析，又可测定各种不同含量。
第八章 原子吸收光谱分析法作业
第八章原子吸收光谱分析法一、简答题1.原子吸收光谱和原子荧光光谱是如何产生的？比较两种分析方法的特点。
2.解释下列名词：⑴谱线轮廓；⑵积分吸收；⑶峰值吸收；⑷锐线光源；⑸光谱通带。
3.表征谱线轮廓的物理量是哪些？引起谱线变宽的主要因素有哪些？4.原子吸收光谱法定量分析的基本关系式是什么？原子吸收的测量为什么要用锐线光源？5.原子吸收光谱法最常用的锐线光源是什么？其结构、工作原理及最主要的工作条件是什么？6.空心阴极灯的阴极内壁应衬上什么材料？其作用是什么？灯内充有的低压惰性气体的作用是什么？7.试比较火焰原子化系统及石墨炉原子化器的构造、工作流程及特点，并分析石墨炉原子化法的检测限比原子化法高的原因。
8.火焰原子化法的燃气、助燃气比例及火焰高度对被测元素有何影响？试举例说明。
9.原子吸收分光光度计的光源为什么要进行调制？有几种调制的方式？10.分析下列元素时，应选用何种类型的火焰？并说明其理由：⑴人发中的硒；⑵矿石中的锆；⑶油漆中的铅。
11.原子吸收光谱法中的非光谱干扰有哪些？如何消除这些干扰？12.原子吸收光谱法中的背景干扰是如何产生的？如何加以校正？13.说明用氘灯法校正背景干扰的原理，该法尚存在什么问题？14.在测定血清中钾时，先用水将试样稀释40倍，再加入钠盐至0.8mg/mL，试解释此操作的理由，并说明标准溶液应如何配制？15.产生原子荧光的跃迁有几种方式？试说明为什么原子荧光的检测限一般比原子吸收低？二、填空题1.原子吸收光谱分析法与发射光谱分析法，其共同点都是利用原子光谱，但二者在本质上有区别，前者利用的是现象，而后者利用的是现象。
2.根据玻耳兹曼分布定律，基态原子数远大于激发态原子数，所以发射光谱法比原子吸收法受的影响要大，这就是原子吸收法比发射光谱法较好的原因。
3.澳大利亚物理学家瓦尔什提出用吸收来代替吸收，从尔解决测量吸收的困难。
4.空心阴极灯发射的光谱，主要是的光谱，光强度随着的增大而增大。
原子吸收光谱分析ppt课件
(AAS)
1.简述 2.方法原理 3.仪器设备 4.火焰原子化法测试的任务参数选择 5.石墨炉原子化法测试的任务参数选择 6.干扰及消除
第一节.简述
1.原子吸收的发现
1802年，伍朗斯顿(W. H. Wollaston)在进展太 阳察看时，发现太阳光谱中存在一些暗线。 夫郎霍费(J. Fraunhofer)在1814~1817年，布鲁 斯特(D. Brewster) 在1820年相继对这些暗线 进展仔细的察看，以为是由于太阳外围较 冷 的气体吸收了太阳光所引起的。
1964年，黄本立等将蔡司Ⅲ型滤光片式 火焰光度计改装为一台简易原子吸收光谱安装， 测定了溶液中的钠，发表了最早的原子吸收光谱 分析的研讨论文。
1965年吴庭照等利用自制的同心型气动 玻璃雾化器、预混合金属层流熄灭器、镁空心阴 极灯，英国Hilger的H-700火焰分光光度计的单色 器、10 cm长不锈钢平头水冷熄灭器的预混合型火 焰原子化器组装了原子吸收光谱仪器。完成了鋰 中微量镁的测定。
4.原子吸收光谱分析的特点
优点： ⑴ 检出限低 火焰原子吸收法的检出限可到达 ng/mL量级,石墨炉原子吸收光谱法的检出限可到 达10-13~10-14g。 ⑵ 选择性好 由于原子吸收是线状吸收，又采用 待测元素特征谱线作为光源，即使在溶液中有多 个元素共存，只需它们不与待测元素产生难原子 化的化合物，就不会产生较大的谱线干扰。加上 吸收谱线比发射谱线少的多，各元素谱线的重叠
鉴于沃尔什在建立和开展原子吸收光谱分析方 面的历史功勋，1991年在挪威卑尔根召开的第27 届国际光谱学大会(CSI)上授予他第一届CSI奖。
Alan Walsh(1916-1998)和他的原子吸收光谱仪
仪器分析各章习题与答案
仪器分析各章习题与答案Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】第一章绪论问答题1. 简述仪器分析法的特点。
第二章色谱分析法1．塔板理论的要点与不足是什么2．速率理论的要点是什么3．利用保留值定性的依据是什么4．利用相对保留值定性有什么优点5．色谱图上的色谱流出曲线可说明什么问题6．什么叫死时间用什么样的样品测定．7．在色谱流出曲线上，两峰间距离决定于相应两组分在两相间的分配系数还是扩散速率为什么8．某一色谱柱从理论上计算得到的理论塔板数n很大，塔板高度H很小，但实际上柱效并不高，试分析原因。
9．某人制备了一根填充柱，用组分A和B为测试样品，测得该柱理论塔板数为4500，因而推断A和B在该柱上一定能得到很好的分离，该人推断正确吗简要说明理由。
10．色谱分析中常用的定量分析方法有哪几种当样品中各组分不能全部出峰或在组分中只需要定量其中几个组分时可选用哪种方法11．气相色谱仪一般由哪几部分组成各部件的主要作用是什么12．气相色谱仪的气路结构分为几种双柱双气路有何作用13．为什么载气需要净化如何净化14．简述热导检测器的基本原理。
15．简述氢火焰离子化检测器的基本结构和工作原理。
16．影响热导检测器灵敏度的主要因素有哪些分别是如何影响的17．为什么常用气固色谱分离永久性气体18．对气相色谱的载体有哪些要求19．试比较红色载体和白色载体的特点。
20．对气相色谱的固定液有哪些要求21．固定液按极性大小如何分类22．如何选择固定液23．什么叫聚合物固定相有何优点24．柱温对分离有何影响柱温的选择原则是什么25．根据样品的沸点如何选择柱温、固定液用量和载体的种类26．毛细管色谱柱与填充柱相比有何特点27．为什么毛细管色谱系统要采用分流进样和尾吹装置28．在下列情况下色谱峰形将会怎样变化(1)进样速度慢；(2)由于汽化室温度低，样品不能瞬间汽化；(3)增加柱温；(4)增大载气流速；(5)增加柱长；(6)固定相颗粒变粗。
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（1）汞低温原子化法适用于汞的测定；常温测量；灵敏度、准确度较高（可达10-8g汞）
（2）氢化物原子化法适用于Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se和Te等元素的测定； 原理：在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。 例： AsCl3+4NaBH4+HCl+8H2O=AsH3+4NaCl+4HBO2+13H2 将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，载气将这些氢化物送入石英管后,
化学干扰（主要干扰来源）
来源：被测元素与其他共存组分之间发生化学反应而生成难挥发或难离解的化合物而产 生的干扰。 消除：加入释放剂；加保护剂；适当提高火焰温度；化学分离。 27
04分析条件的选择与应用
4.灵敏度和检出限
灵敏度(S)：表示当被测元素浓度或含量改变一个单位时，吸光度的变化量。S值越大， 灵敏度越高。 特征浓度（火焰原子吸收法）：能产生1％光吸收（吸光度值为0.0044）时所对应的被 测元素的浓度（μg/ml）。
统的不稳定和背景的影响；
双道双光束型（下右）：有两个光源，两套独立的单色器 和检测显示系统。但每一 光源发出的光都分成两个光束：一束为样品光束，通过原子化器；一束为参比光束， 不通过原子化器；同时测定两种元素，能消除光源强度波动的影响及原子化系统的干 扰，准确度高，稳定性好，但仪器结构复杂。
23
实现峰值吸光度测量的条
件：采用锐线光源。锐线 光源能发射出谱线宽度很 窄（ 0.0005~0.002nm）的 共振线的光源。 空心阴极灯结构如图所示 13
03原子吸收光谱仪及主要部件
2.原子化器
作用：将待测样中待测元素变成气态的基态原子。 种类：火焰原子化器 非火焰原子化器 石墨炉原子化器
19
03原子吸收光谱仪及主要部件
石墨炉原子化器
（3）优缺点： 优点：原子化程度高，试样用量少（1-50μL），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检
测极限10-12 g/L。
缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。
20
03原子吸收光谱仪及主要部件
低温原子化法
低温原子化法又称化学原子化法，其原子化温度为室温至摄氏数。常用的有汞低 温原子化法及氢化法。
敏度下降，灯的寿命缩短。保证放电稳定和足够光强的条件下，尽量选用低的工作电
流。 24
04分析条件的选择与应用
2.测定条件的选择
原子化条件的选择 火焰原子化法：火焰类型；雾化状态；燃、助气比；燃烧器的高度
石墨原子化法：升温程序的优化
1.干燥（温度稍低于溶剂沸点） 2.灰化（被测元素没有损失的前提下，加热到尽可能的高温） 3.原子化（吸收信号最大时的最低温度） 4.净化（温度应高于原子化温度）
25
04分析条件的选择与应用
3.测定的干扰及其抑制
电离干扰 来源：高温导致原子的电离，使吸光度下降。
消除：消电离剂（主要为碱金属元素）。
物理干扰 来源：试样物理特性的变化引起吸光度下降的效应。 消除：配制与被测试样组成相近的对照品或采用标准加入法。 光学干扰
（光谱线干扰）来源：试样中共存元素的吸收线与被测元素的分析线重叠而产生的干扰。
低温下即可原子化。
特点：原子化温度低 ；灵敏度高（对砷、硒可达10-9g）；基体干扰和化学干扰小 21
03原子吸收光谱仪及主要部件
3.单色器
作用：将待测元素的共振线与邻近线分开。 组件：色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。
注意： 在原子吸收光度计中，单色器通常位于光焰之后，这样可分掉火焰的杂散光
北方民族大学材料科学与工程学院
材料现代分析方法Ⅱ
卢 辉
Email：luhui40621126@
2016年10月
1
八.原子吸收光谱分析法
01
02 03 04
原子吸收光谱分析概述
原子吸收光谱分析基本原理 原子吸收光谱仪及主要部件 分析条件的选择与应用
2
目
录
01原子吸收光谱分析概述
太 阳 光 谱 的 暗 线 : 早 在 1 8 0 2 年 ， 伍 朗 斯 顿 （W.H.Wollaston）在研究太阳连续光谱时，就发
低温原子化器
原子化器结构如图所示
14
03原子吸收光谱仪及主要部件
火焰原子化器
火焰原子化法中，常用的是预混合型原子化器它是由雾化器、雾化室和燃烧器 三部分组成.
燃烧器 火焰
雾化器
火焰
燃烧器
燃气入口
混合室
毛细管
撞击球
雾化室
雾化器 进样器
15
助燃 气入 口 排液口
03原子吸收光谱仪及主要部件
火焰原子化器
雾化器结构示意图
16
03原子吸收光谱仪及主要部件
火焰
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。 火焰的类型 按照火焰燃气与助燃气的比例不同，火焰可以分为三类。
燃气 助燃气
≥ ≤
富燃火焰 化学计量 中性火焰 贫燃火焰
收324.8nm327.4nm的光）
4
01原子吸收光谱分析概述
原子蒸气
快速
灵敏 选择性好 仪器简单
定性、定量测定元素
5
02原子吸收光谱分析基本原理
基本原理 ：依据基态原子蒸气对特定谱线的吸收进行定量分析。 测定对象：金属元素及少数非金属元素。（定量分析）。
1.共振线-元素的特征谱线
c E h h
激发态
共振吸收
共振发射
基态
6
02原子吸收光谱分析基本原理
几个基本概念
共振吸收线:当电子吸收一定能量从基态跃迁到能量最低的激发态时所产生的吸 收谱线，称为共振吸收线，简称共振线。 共振发射线：当电子从第一激发态跃回基态时，则发射出同样频率的光辐射，
其对应的谱线称为共振发射线，也简称共振线。
分析线：用于原子吸收分析的特征波长的辐射称为分析线，由于共振线的分析
（1）雾化器：作用是将试液雾化，供给细小的雾滴。制作材料：由不锈钢或聚四氟乙烯 做成。
（2）雾化室：作用是使气溶胶的雾粒更为细微、更均匀，并与燃气、助燃气混合均匀后
进行燃烧。部件：撞击球、扰流器。 （3）燃烧器：作用是产生火焰使进入火焰的气溶胶蒸发和原子化。类型：单缝式、三缝 式 主要缺点： 雾化效率低。
管中心，从中心孔流出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸
汽。
缺点：精密度差，测 定速度慢，操作不够 简便，装置复杂。
石墨炉原子化器
18
03原子吸收光谱仪及主要部件
石墨炉原子化器
（2）原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、除残（净化） 四个阶段，待测 元素在高温下生成基态原子。
0、 表征吸收线的总体轮廓，原子吸收线 的λ 0.001-0.005nm 8
02原子吸收光谱分析基本原理
3. 原子光谱线变宽的因素
1. 自然宽度ΔN:与原子外层电子发生能级间跃迁时激发态原子的寿命有关，是 客观存在。一般情况下约相当于10-5nm ,通常可以忽略。 2. 多普勒宽度Δ D:这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。
a）中性火焰：温度高、稳定、干扰小、背景低，适合于许多元素的测定； b) 富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难离解氧化物的元素Al、Cr、
稀土等；
c) 贫燃火焰：氧化性火焰；火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。 17
03原子吸收光谱仪及主要部件
石墨炉原子化器
（1）结构，如图所示： 外气路中Ar气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中Ar气体由管两端流向
灵敏度高，光强大常作分析线使 用。
7
02原子吸收光谱分析基本原理
2.吸收线的轮廓
吸收系数Kv
K0
2. 最大吸收系数:峰值 吸收系数
K0/2 3. 谱线半宽度:最大吸收系数 一半处，频率差或波长差
吸收线不是严格几何意义上的线，有一定频
频率 0 1. 谱线特征频率:最大吸收系数对应频率
率宽度
吸收线轮廓
04分析条件的选择与应用
2.测定条件的选择
试样取量及处理：取样量根据待测元素的性质、含量、分析方法及要求的精度来确定。 分析线：通常选共振线（最灵敏的吸收线），若主共振线附近有干扰线，可选择灵敏
度稍低的其它谱线为分析线。测量高浓度时，也可选次灵敏线。
狭缝宽度：由于原子吸收光谱法谱线的重叠较少，一般可用较宽的狭缝，以增强光的 强度。但当存在谱线干扰和背景吸收较大时，则宜选用较小的狭缝宽度。测不同狭缝 A，不引起 A 减小的最大狭缝宽度是最合适的狭缝宽度。 空心阴极灯的工作电流：灯电流过低，光强低且不稳定；灯电流过大，谱线变宽，灵
并防止光电管疲劳；由于锐线光源的谱线简单，故对单色器的色散率要求不高。
4.检测系统
主要由检测器、放大器、对数变换器、显 示装置组成。
22
04分析条件的选择与应用
1.原子吸收分光光度计的类型
单光束原子吸收分光光度计：灵敏度高；结构简单；基线漂移； 双光束原子吸收分光光度计（下左）：消除光源和检测器的影响；不能消除原子化系
事实，断定太阳连续光谱中的暗线，正是太阳外 围大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收 的结果。
3
01原子吸收光谱分析概述
原子吸收光谱的产生:当有辐射通过自由原 子（如镁、铜原子）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
所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中 吸收能量，产生吸收，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。 （如镁原子吸收285.2nm279.6nm，铜原子吸
消除：另选波长；分离干扰元素。 26