原子吸收光谱法的优缺点
原子吸收光谱法的优缺点
原子吸收光谱法的优缺点
1.高选择性和灵敏度：原子吸收光谱法可以检测到极小量的化合物，从而具有极高的灵敏度和选择性。
2. 精度高：原子吸收光谱法采用单光子计数技术，可以提供高精度的数据。
3. 适用于大多数元素：原子吸收光谱法对于大多数元素，包括稀土元素和金属元素等，都具有较高的敏感性和选择性。
4. 直观、可靠：原子吸收光谱法操作简单、直观，且可靠。
缺点：
1. 不能确定化合物结构：原子吸收光谱法只能确定原子的存在，不能确定化合物的结构。
2. 不能分析复杂混合物：原子吸收光谱法不能用于分析复杂混合物，因为这些混合物可能会干扰原子吸收光谱法。
3. 样品制备：原子吸收光谱法需要样品制备，通常需要将样品转化为原子形式。
4. 仪器成本高：原子吸收光谱法仪器成本高，对于小型实验室来说，可能不太实用。
综上所述，原子吸收光谱法是一种具有高选择性和灵敏度的分析方法，但其缺点包括不能确定化合物结构、不能分析复杂混合物等。
在实际应用中，需要根据实验需要和实验条件选择合适的分析方法。
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原子吸收分光光度法(重点)
（1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 （2）每测一种元素需更换相应的灯。
三、原子化系统
1.作用
将试样中离子转变成原子蒸气。
2.原子化方法
火焰法
无火焰法—电热高温石墨管，激光。
3.火焰原子化装置—雾化器和燃烧器。
(1)雾化器：结构如图所示：
主要缺点：雾化效率
低。
（2）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。
二、原子在各能级的分布
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，两者符合Boltzmann分布定律。
三、原子吸收线的轮廓和变宽
（一）原子吸收线的产生 当通过基态原子的光辐射具有的能量hν恰好等于
结构如图所示
3.空心阴极灯的原理
•施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁加速飞向阳极； 在加速飞行过程与充入的惰性气体分子碰撞而使之电离， 产生正电荷，其在电场作用下，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，发出被测 元素特征的共振线。 • 用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。 • 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。
（1）待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物，致 使参与吸收的基态原子减少。
例：a、钴、硅、硼、钛、铍在火焰中易生成难熔化合物
b、硫酸盐、硅酸盐与铝生成难挥发物。
（2）待测离子发生电离反应，生成离子，不产生吸收，总 吸收强度减弱，电离电位≤6eV的元素易发生电离，火焰温 度越高，干扰越严重，（如碱及碱土元素）。
原子荧光光谱和原子吸收光谱的区别
原子荧光光谱和原子吸收光谱的区别
原子荧光光谱和原子吸收光谱是两种常见的光谱分析方法，它们的区别主要在于测量原理和应用领域。
原子荧光光谱是通过激发原子内部能级，使得原子中的电子跃迁到较高的能级，然后再回到基态时放出光子，从而形成光谱。
这种光谱具有独特的谱线，每个谱线对应着原子中某个特定的能级跃迁所释放出的能量。
原子荧光光谱常用于分析金属、非金属元素和稀土元素等化学元素的含量和化学结构。
原子吸收光谱则是通过测量样品中的元素吸收特定波长的光线，来推断该元素的含量。
原子吸收光谱要求样品经过化学处理，使得其中的元素以单质或者化合物的形式存在，并且必须具有一定的浓度。
在测量过程中，光源会发射特定波长的光线，这些光线会穿过样品，被吸收掉一部分，未被吸收的光线会被检测器测量。
吸收光线的强度与样品中元素的含量成正比，因此可以通过测量吸收光线的强度来推断样品中元素的含量。
原子吸收光谱常用于分析金属、非金属元素以及汞、铅等有毒元素的含量。
总之，原子荧光光谱和原子吸收光谱各有优缺点，应根据具体需要选择合适的方法进行分析。
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原子发射光谱法和原子吸收光谱法的优缺点
原子发射光谱法（Atomic Emission Spectroscopy，AES）和原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是常用的分析方法，它们利用原子在能量激发下发射或吸收特定波长的光线来确定样品中的元素含量。
以下是它们的优缺点比较：一、原子发射光谱法优点：1. 灵敏度高：原子在激发后能发出强烈的荧光，使得检测灵敏度高。
2. 分辨率高：能够分离出元素的不同能级，对于元素的多种化合价态也有很好的分辨率。
3. 多元素分析：可以同时分析多种元素，适用于复杂样品。
4. 快速：仅需要几分钟即可得到结果。
缺点：1. 形成荧光需要外部能量输入，易受分析环境影响，如气体的压力和温度等。
2. 需要专业人员操作：仪器复杂，需要专业的技术人员进行操作和维护。
3. 样品处理复杂：由于样品需要被分解为原子态，因此需要严格的前处理过程。
4. 不能定量：由于荧光强度与供能的原子数不成比例，因此不能直接定量。
二、原子吸收光谱法优点：1. 灵敏度高：具有极高的检测灵敏度，尤其适用于微量元素的分析。
2. 定量性好：由于原子吸收的强度与元素浓度呈线性关系，因此可以直接定量。
3. 选择性好：由于不同元素的吸收谱线是独立的，因此可以区分不同元素。
4. 不受环境影响：对于气体和液体样品，只需要进行简单的前处理即可进行分析。
缺点：1. 只能测量单一元素：每个元素只有一个特定的吸收波长，因此只能测量一个元素。
2. 影响灵敏度的因素多：灵敏度受到多种因素影响，如化学基质等。
3. 仅限于溶液测量：由于需要将样品转化为气态原子，因此只适用于溶液样品。
4. 仪器复杂：仪器需要精密的光学部件以保证精确的测量结果。
无论是原子发射光谱法还是原子吸收光谱法，都有其独特的优点和缺点。
在选择分析方法时，需要考虑样品类型、分析目标和实验室条件等因素，并综合评估各种分析方法的优缺点，以选择最适合的方法。
原子吸收光谱分析的特点
原子化过程： MeX 脱水 MeX 蒸发 MeX 分解 （溶液）（固体微粒） （气态分子） Me ＋X (基态原子)
火焰的组成： 空气-乙炔火焰：温度在2500K左右； N2O-乙炔火焰：温度可达到3000K左右； 空气-氢气火焰：最高温度2300K左右。
火焰的类型： 贪燃：燃气较少，（燃助比小于化学计量，约为1比6），燃烧完全，温度较高
原子吸收光谱分析的特点
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2020/11/26
原子吸收光谱分析的特点： (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,无须分离； (4) 应用广，可测定70多个元素（各种样品中）； 局限性：难熔元素（如W)、非金属元素测定困难、不能同时进行多元素分析。
原子吸收光谱分析的基本过程： （1）用该元素的锐线光源发射出特征辐射；
（2）试样在原子化器中被蒸发、解离为气态基态原子；
（3）当元素的特征辐射通过该元素的气态基态原子区时，部分光被蒸气中基态原子吸收而减弱， 通过单色器和检测器测得特征谱线被减弱的程度，即吸光度，根据吸光度与被测元素的浓度 成线性关系，从而进行元素的定量分析。
第一节原子吸收光谱法基本原理
一、基态原子数与原子化程度关系 原子化温度下大多数化合物解离成原子状态，被测元素有基态原子和激发态原子。热力学平衡时：
Nj gj eE0k TEj gj ek TEgj e kh T
N0 g0
g0
g0
上式中gj和gO分别为激发态和基态的统计权重，激发态原子数Nj与基态原子数No之比较小，<0.1%。 可以用基态原子数代表待测元素的原子总数。公式右边除温度T外，都是常数。T 一定，比值一定。
电源：10~25V，500A。用于产生高温。 保护系统： 保护气（Ar）分成两路
原子吸收光谱法与原子发射光谱法的比较
原子吸收光谱法与原子发射光谱法的比较摘要原子吸收光谱法及原子发射光谱法的产生，原理，用法等的比较。
关键词原子吸收光谱法；原子发射光谱法原子吸收光谱法是根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量。
原子吸收光谱法的优点与不足：<1> 检出限低，灵敏度高。
火焰原子吸收法的检出限可达到ppb级，石墨炉原子吸收法的检出限可达到10-10-10-14g。
<2> 分析精度好。
火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可<1%，其准确度已接近于经典化学方法。
石墨炉原子吸收法的分析精度一般约为3-5%。
<3> 分析速度快。
原子吸收光谱仪在35分钟内，能连续测定50个试样中的6种元素。
<4> 应用范围广。
可测定的元素达70多个，不仅可以测定金属元素,也可以用间接原子吸收法测定非金属元素和有机化合物。
<5> 仪器比较简单，操作方便。
<6> 原子吸收光谱法的不足之处是多元素同时测定尚有困难,有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人满意。
原子发射光谱法是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。
原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气态原子激发而产生光辐射；将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱；用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。
由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。
原子吸收光谱是原子发射光谱的逆过程。
基态原子只能吸收频率为ν＝（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，每一种元素都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。
原子吸收光谱法的优缺点
原子吸收光谱法的优缺点优点：1.高选择性：原子吸收光谱法对物质的选择性非常高。
由于每个元素的原子结构是唯一的，每个元素吸收光的特性也是不同的。
因此，通过选择适当的波长进行测量，就可以获得该元素的特定吸收信号，避免其他干扰物质带来的干扰。
2.高灵敏度：原子吸收光谱法具有很高的灵敏度。
通过使用专用的原子吸收光谱仪器，可以很容易地检测到低浓度的元素。
这种高灵敏度使原子吸收光谱法成为许多分析任务的首选方法，尤其是在需要追踪元素含量的环境和生物化学应用中。
3.宽线性范围：原子吸收光谱法具有宽线性范围。
这意味着可以在一个宽范围内测量元素的浓度，而不需要经常稀释或浓缩样品。
这种宽线性范围使得原子吸收光谱法适用于测量各种浓度的样品，从低浓度到高浓度。
4.速度快：原子吸收光谱法具有很快的分析速度。
由于原子吸收光谱仪器的自动化程度很高，可以进行高通量的样品分析，整个过程只需要几分钟。
这种快速的分析速度使得原子吸收光谱法适用于大量样品的分析，提高了工作效率。
缺点：1.需要仪器和设备：原子吸收光谱法需要专用的原子吸收光谱仪器，这些仪器通常比较昂贵。
此外，还需要其他一些设备，如气体供应装置和样品处理设备。
这些仪器和设备的成本和运维费用可能会限制该方法的使用。
2.仅适用于液态和气态样品：原子吸收光谱法只适用于液态和气态样品的分析。
对于固态样品，需要进行样品前处理，如溶解、挥发等，这增加了分析的复杂性和时间消耗。
3.元素之间的互相干扰：原子吸收光谱法中，不同元素之间可能存在互相干扰的问题。
这是因为不同元素之间的吸收线可能重叠，导致测量结果的准确度降低。
为了解决这个问题，需要进行干扰校正或选择合适的波长进行测量。
4.有限的分析范围：原子吸收光谱法只能用于测量金属元素的浓度，无法用于测量非金属元素。
对于非金属元素，需要使用其他分析方法，如离子色谱法或荧光光谱法。
总之，原子吸收光谱法是一种灵敏、准确和可靠的分析方法，广泛应用于环境监测、生物化学、食品分析等领域。
仪器分析 复习 重修 自学 预习5 原子吸收光谱分析法
原子吸收光谱分析法
原子吸收基本原理
第一节
一、共振线 二、基态原子数与原子化温度 三、定量基础
历史
原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子对特征谱线的 吸收而建立的一种分析方法。这一方法的发展经历了3个发 展阶段：
原子吸收现象的发现
1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线； 1859年Kirchhoff和 Bunson解释了暗线产生的原因；
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。火焰原子化的方法就是使试样变成 原子蒸汽。 火焰温度的选择： （a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量 采用低温火焰；因为火焰温度越高，产生的热激发态原子 越多，则基态原子数量减少；但太低温就会使盐类无法解
离，降低灵敏度。
I
Ve
I 0V e KV L dv；当发射线宽《吸收线宽时，可以认为
0 Ve
KV 是常数，相当峰值吸收系数K 0：I e K 0 L 于是A lg 1 e
K0L
I
0
0V
dv
0.4343 K 0 L
K0=?
吸收线轮廓仅取决于多普勒变宽时 1 KV dv 2 ln 2 K 0v，结合积分吸收式 KV dv的值 2 ln 2 e 2 解得：K 0 fN 0 v mc
太阳光
暗 线
第一激发态
E
热能
基态
E = h = h
C
发现钠蒸汽发出的光线通过温度比较低的钠蒸汽,会引起 钠光的吸收，并且钠发射线和暗线在光谱中位置相同,由此 判断太阳连续光谱中的暗线是太阳外层中的钠原子对太阳光 谱中钠辐射吸收的结果
原子吸收光谱基本原理:
原子吸收光谱法(AAS)
局限性：测不同的元素需不同的元 素灯，不能同时测多元素，难熔元 素、非金属元素测定困难。
原子吸收光谱法基本原理
1.原子的能级与跃迁
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 激发态基态,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
原子吸收光谱法基本原理
A kc
原子吸收分光度计
原子吸收分光度计
原子吸收分光度计
光源
原子化器
单色器
检测系统
思考：光学系统（单色器）为什么在原子化器和检 测系统之间？
光 源
提供待测元素的特征光谱。获得较高的 灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求； （1）能发射待测元素的共振线； （2）能发射锐线； （3）辐射光强度大，稳定性好。
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。
（3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析
原子吸收光谱法基本原理
从光源发射出具有待测元素特征 谱线的光，通过试样蒸气时，被蒸气 中待测元素的基态原子所吸收，吸收 的程度与被测元素的含量成正比。故 可根据测得的吸光度，求得试样中被 测元素的含量。
将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢
化物，送入原子化器中检测。
单色器
•作用：将待测元素的吸收线与邻近线分开
•组件：色散元件 ( 棱镜、光栅 ) ，凹凸镜、 狭缝等
检测系统
•作用: 将待测元素光信号转换为电信号， 经放大数据处理显示结果。 •组件: 检测器、放大器、对数变换器、显 示记录装置。
第六章原子吸收光谱分析法
例题 计算2000K和3000K时, Na589.0nm的激发态 与基态原子数之比各为多少？已知gi/g0=2
解：
Ei
hc
4.136 1015eV s 3 1010cm s1 589.0nm 107 cm nm1
AAS的基本原理
赫鲁兹马克(Holtzmark)变宽(R或R): 同种原子碰撞，又称为共振变宽， R随着待测
元素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，测定 元素的浓度较低，R一般可以忽略不计 。
自吸变宽：
光源辐射共振线被光源周围较冷的同种原子所吸 收的现象叫做自吸，自吸现象使谱线强度降低，同 时导致谱线变宽。
AAS的基本原理
表征吸收线轮廓（峰）的参数： 中心频率O(峰值频率) :最大吸收系数对应的频率 中心波长λ(nm) :最大吸收系数对应的波长
半宽度ΔO(吸收线宽度)：峰值吸收值一半处的频率
原子吸收线的宽度约为10-3-10-2nm(折合成波长)。
AAS的基本原理
3.吸收峰变宽原因
自然变宽(N或N): 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自
AAS的基本原理
一、共振线
1.原子的能级与跃迁 基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。产生的吸收
线叫共振吸收线（简称共振线） —— 吸收光谱 激发态基态，发射出一定频率的辐射。所释放的光线叫共
振发射线（也简称共振线） ——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 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 3）利用特征谱线(共振线)可以进行定量分析。
原子吸收光谱分析概述及其优缺点
1原子吸收光谱分析AAS(atomic absorption spectroscopy)概述来源：分析行业原子吸收光谱分析法（AAS）是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。
原子吸收分光光度法和我们以前在分析化学中学过的吸光光度法有很多的相似之处。
这里将通过对比的方式，在简单的复习一般吸光光度法的基础上引入原子吸收分光光度法的概念。
1.1 原子吸收光谱研究的历史人们对光吸收现象的研究始于18世纪初叶。
光吸收现象是指光辐射在通过晶体或液体介质后，其辐射的强度和方式会发生变化的现象。
通过研究这种光辐射吸收现象，人们注意到：原始的光辐射在经过吸收介质后，能量可以分为三个部分：（1）散射的，（2）被吸收的，（3）发射的辐射。
根据粒子从基态到激发态对辐射的吸收原理可以建立各种吸收光谱法，如分子、原子吸收光谱分析；相反，根据粒子从激发态到基态的光能辐射可以建立各种荧光发射光谱分析，只是在测量方向上和光路垂直。
原子吸收光谱法发展经历了这样的几个发展阶段：1.1.1 对原子吸收现象的初步认识因为太阳光是最普通的光源，所以光谱学和吸收光谱法的历史，与对太阳光的观察是紧密相联的。
文献中有记载最早的对原子吸收光谱现象的发现是在1802年，伍朗斯顿(W.H.Wollasto n)在研究太阳连续光谱时，曾指出在太阳连续光谱中存在着许多条的暗线。
几年以后，弗兰霍夫（Fraunhofer）在研究太阳连续光谱时，又独立地再次观察到了这些暗线，并详细地研究了这种现象，所以人们称这些暗线为弗兰霍夫线，但在当时还没有人能阐明产生这种暗线的原因。
1832年，研究其它现象的英国人布鲁斯特(D. Brewster) 首先对弗兰霍夫线产生的原因作了基本上是正确的解释。
在对白光通过一氧化氮时的谱线吸收现象进行了观察后，他认为弗兰霍夫线是由于太阳外围大气圈中比光源温度低的气体吸收了从光源发出的光的缘故。
然而真正对这种吸收现象作出确切解释的还是本生(R. Bu nsen)和克希荷夫(G. Kirchhoff)。
食品中钙的测定
食品中钙的测定引言钙是人体所需的重要营养物质之一，它在维持骨骼健康、促进神经传导、肌肉收缩等方面发挥着重要作用。
因此，对于食品中钙的测定显得尤为重要。
本文将介绍几种常见的测定食品中钙含量的方法，并对其优缺点进行分析。
一、滴定法滴定法是一种常见且准确的测定食品中钙含量的方法。
其主要原理是通过与标准化的EDTA溶液进行化学反应来确定食品中钙的含量。
1.实验步骤:–准备样品：将食品样品磨碎，并称取适量样品。
–提取钙离子：用盐酸或硫酸将样品提取。
–酸化反应：加入稀盐酸或硫酸，使钙离子溶解。
–与指示剂反应：加入指示剂（如甲基橙）。
–滴定：滴加EDTA溶液，直至颜色转变。
–计算结果：根据滴定所使用的EDTA溶液的浓度，计算食品中钙的含量。
2.优缺点：–优点：滴定法准确度高，适用于各类食品样品的测定。
–缺点：操作过程相对繁琐，并且需要较长的实验时间。
二、原子吸收光谱法原子吸收光谱法是一种基于原子吸收特性来测定食品中钙含量的方法。
其原理是利用钙原子对特定波长的光进行吸收，通过测定光谱吸光度来计算钙的含量。
1.实验步骤：–样品处理：将食品样品进行消解，得到含钙的溶液。
–原子化：使用气体火焰或电热石墨炉等方法将溶液中的钙原子化。
–吸收测量：使用原子吸收光谱仪测量吸收光谱。
–计算结果：根据测得的吸光度和标准曲线，确定食品中钙的含量。
2.优缺点：–优点：原子吸收光谱法准确度高，对样品的要求相对较低。
–缺点：设备和试剂成本较高，需要专业的分析仪器。
三、化学分析法化学分析法是一种流行的测定食品中钙含量的方法。
其主要通过将样品中的钙与其他物质进行化学反应，通过反应后的产物来确定钙含量。
1.实验步骤：–样品处理：将食品样品进行消解，得到含钙的溶液。
–化学反应：加入特定试剂，与钙离子发生反应。
–沉淀分离：将生成的沉淀通过离心、过滤等方法分离出来。
–重量测定：测定分离后的沉淀质量。
–计算结果：根据反应的化学方程式和质量数据，计算钙的含量。
原子吸收光谱分析
三、原子吸收线
（一）原子吸收线的产生 当通过基态原子的光辐射具有的能量 h 恰好等
于原子由基态 → 激发态所含有的能量ΔE时，基态 原子吸收光辐射产生原子吸收光谱（线）
ΔE=h=hc/ 不同种类的原子有不同的原子结构，由基态 → 激发态所需的能量差不同，吸收的光辐射的频率或 波长不同。 Na（基态）吸收波长为589.0 nm Mg（基态）吸收波长为285.2 nm
❖ 光谱项（spectral term）是描述这些量子能级 的形式。
❖ n2S+1LJ ❖ n：主量子数
表示核外电子分布的层数
❖ S：总自旋量子数 表示价电子自旋量子数的矢量和
❖ L：总角量子数 表示电子轨道形状
❖ J ：内量子数
表示价电子组合得到的L与S的矢量和
❖ 2S+1：光谱项的多重性（*****)
+
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。 △=10-3nm，若取600nm，单色器分辨率R=/△=6×105 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：
4.火焰原子化装置
❖ 全消耗型原子化器，将试样 直接喷入火焰
原子吸收光谱
0
I 0 e -K Ld
采用锐线光源进 行测量 ， 则 Δνe<Δνa ，由图可见，在辐射线宽度范围内， Kν 可近似认为不变，并近似等于峰值时的 吸收系数K0。
11
A lg
e
e
0
I 0 d
0
I 0 e -K Ld
A lg
1 e - K L
lge K 0 L 0.434K 0 L
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 不确定性，ΔE由下式估算： Δ E = h/(2πτ ) 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：
在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应影响，则：
2 π ln 2 e 2 K0 N0 f D mc
2 π ln2 e 2 A 0.434 N 0 fL kLN0 D mc
在实验条件一定的情况下，被测元素的浓度c 与原子蒸气中基态原子的总数保持一定的比例 关系： N0 = a c 所以在实验条件一定，各有关参数都是常数的 情况下，吸光度为： A=Kc 上式就是原子吸收分光光度分析的理论基础
第七章 原子吸收和原子荧光光谱法
Atomic Absorption Spectrometry, AAS & Atomic Fluorescent Spectrometry, AFS
1
第一节 原子吸收光谱分析概述
定义：原子吸收光谱法是一种基于在蒸气状态被测元素原子 对其共振辐射吸收进行定量分析的方法。 1802年，英国科学家 W. H. Wollaston在研究太阳连续光谱时， 发现太阳光谱的暗线。
原子吸收光谱和原子发射光谱的优缺点
原子吸收光谱和原子发射光谱的优缺点原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）和原子发射光谱（Atomic Emission Spectroscopy，AES）是用于分析金属元素的常见光谱技术。
它们各自有一些优点和缺点。
原子吸收光谱(AAS):优点：1.灵敏度高：AAS对金属元素的灵敏度通常很高，能够检测到极低浓度的金属离子。
2.选择性强：AAS对不同金属元素有较高的选择性，可以通过选择特定的吸收线进行分析。
3.准确性高：在适当的条件下，AAS的分析结果具有较高的准确性，适用于定量分析。
4.线性范围广：AAS对金属元素的浓度变化有较大的线性范围，适用于不同浓度级别的分析。
缺点：1.单元素分析：AAS主要用于单一元素的分析，不适用于多元素分析。
2.需要溶液：样品通常需要溶解成液体形式，这可能涉及到样品的前处理过程。
3.相对较慢：相较于一些其他分析技术，AAS的分析速度相对较慢。
原子发射光谱(AES):优点：1.多元素分析：AES能够同时分析多个金属元素，适用于多元素分析。
2.高灵敏度：对于一些金属元素，AES的灵敏度也很高。
3.不需要溶液：样品通常可以直接进行气体或固体状态的分析，无需溶解。
4.分辨率高：AES具有较高的分辨率，能够区分非常接近的波长。
缺点：1.较高背景噪声：在一些情况下，AES可能受到背景噪声的影响，降低分析的精确性。
2.对样品形式要求高：一些样品的气体状态或固体状态对仪器的要求较高，需要适当的前处理。
3.仪器复杂：相较于AAS，AES的仪器通常较为复杂，需要更高水平的技术支持。
在选择使用AAS还是AES时，需要根据分析的具体要求和样品的性质来权衡它们的优缺点。
原子发射光谱法和原子吸收光谱法的优缺点
原子发射光谱法和原子吸收光谱法是分析化学中常用的两种技术手段，用于测定样品中的元素含量。
它们在实验原理、仪器设备、分析方法等方面存在一些差异，同时也各自具有一些优点和缺点。
下面将详细介绍这两种光谱法的特点。
一、原子发射光谱法1. 原理：原子发射光谱法是基于原子激发态与基态之间的电子跃迁而进行分析的。
样品先被气体火焰、电弧等高温条件下原子化，然后通过外部能量激发原子使其处于激发态，激发态原子会发射出特定波长的光线。
通过检测和测量这些发射光线的强度和波长，可以确定样品中的元素含量。
2. 优点：- 灵敏度高：原子发射光谱法对于大多数元素都具有较高的灵敏度，可以测定低至微克级别的元素含量。
- 多元素分析：原子发射光谱法可以同时分析多个元素，因为不同元素的激发发射光谱具有独特的特征波长，可以通过同时检测多个波长来分析多种元素。
- 范围广：原子发射光谱法适用于固体、液体和气体样品，可以分析多种不同形态的样品。
3. 缺点：- 精密度较低：原子发射光谱法的精密度相对较低，误差较大。
这是因为在样品原子化和激发过程中，可能会出现非选择性的基态原子和激发态原子共存，导致信号的干扰和背景噪声。
- 不适用于稀释样品：如果样品中元素含量过低，原子发射光谱法的灵敏度可能不足以准确测定元素含量。
- 仪器复杂：原子发射光谱法需要使用高温和高能量的电弧或火焰进行样品原子化和激发，因此仪器设备较为复杂。
二、原子吸收光谱法1. 原理：原子吸收光谱法是基于原子对特定波长的光线的吸收而进行分析的。
样品先被原子化，然后经过光源产生的特定波长的光线通过样品，被原子吸收。
通过测量吸收光线的强度，可以确定样品中的元素含量。
2. 优点：- 精密度高：原子吸收光谱法的精密度相对较高，误差较小。
因为在原子吸收过程中，只有特定波长的光线能够被原子吸收，不会受到其他波长光线的干扰。
- 高选择性：原子吸收光谱法可以通过选择不同的波长来分析不同元素，具有较高的选择性。
原子吸收光谱法
将发射的光调 制成一定频率；检 测器只接受该频率 的光信号； 原子化过程发 射的非调频干扰信 号不被检测；
二、光源
1.作用
（动画）
提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求； （1）能发射待测元素的共振线； （2）能发射锐线； （3）辐射光强度大，稳定性好。
2.空心阴极灯：结构如图所示
四、原子吸收的测量
⑴.
积分吸收
Krd
e
2
mc
Nf
（2）极大峰值法
当锐线光源强度及其它实验条件一定时， 基态原子蒸气的吸光度与试液中待测元素 的浓度及光程长度（火焰法中燃烧器的缝 长）的乘积成正比。火焰法中b通常不变，： A=KC
要实现峰值吸收的测量，需要满足两个条 件： （1）使锐线光源发射线的中心频率与吸收 线的中心频率相重合； （2）要求锐线光源发射线的宽度必须比中 心线的宽度窄
3.空心阴极灯的原理
• 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，其在 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。 • 用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。 • 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。 优缺点： （1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 （2）每测一种元素需更换相应的灯。
原子吸收光谱简介及其应用
原子吸收光谱法简介及其应用摘要：本文简要介绍了原子吸收光谱法，包括其原理、仪器结构、发展历史、优缺点、干扰消除和其应用。
它有着选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能力强和精密度高等优点，同时也有一些不足。
并简要介绍了原子吸收光谱在理论研究方面的应用、在元素分析方面的应用和在有机分析方面的应用。
关键词：原子吸收光谱原理结构优缺点干扰应用一．原子吸收光谱介绍原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)，即原子吸收光谱法，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，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。
此法是本世纪50年代中期出现并在以后逐渐发展起来的一种新型的仪器分析方法，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。
该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。
二．基本原理原子吸收光谱法(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。
由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。
AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。
每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线，也可以吸收与发射线波原子吸收光谱原理图长相同的特征谱线。
当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即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，原子中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，使入射光减弱。
特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度，与被测元素的含量成正比。
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。
原子吸收和原子荧光光谱分析法
一、共振线
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
激发态 基态
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
1〕各种元素的原子构造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。
〔1〕待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物， 致使参与吸收的基态原子减少。
例：a、钴、硅、硼、钛、铍在火焰中易生成难熔化合物
b、硫酸盐、硅酸盐与铝生成难挥发物。
〔2〕待测离子发生电离反响，生成离子，不产生吸收， 总吸收强度减弱，电离电位≤6eV的元素易发生电离，火焰 温度越高，干扰越严重，〔如碱及碱土元素〕。
由于原子互相碰撞使能量发生略微变化。
劳伦兹变宽：待测原子和其他原子碰撞。 赫鲁兹马克变宽：同种原子碰撞。
在一般分析条件下ΔVo为主
。
mm。而原子吸收线的半宽度：10-3mm。
假设用一般光源照射时，吸收 光的强度变化仅为0.5%。灵敏 度极差
假设将原子蒸气吸收的全部能 量，即谱线下所围面积测量出 〔积分吸收〕。那么是一种绝 对测量方法，如今的分光装置 无法实现。
ccc/ΔA 单位： μg(mol 1%)-1 3．特征质量
〔二〕检出极限
在适当置信度下，能检测出的待测元素的最小浓度或最
小量。用接近于空白的溶液，经假设干次〔10-20次〕重复
测定所得吸光度的标准偏向的3倍求得。
1．火焰法
cDL=3Sb/Sc
单位：μg ml-1
2．石墨炉法
mDL=3Sb/Sm
Sb：标准偏向
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主要有以下优点：
1 选择性强。
这是因为原子吸收带宽很窄的缘故。
因此，测定比较快速简便，并有条件实现自动化操作。
在发射光谱分析中，当共存元素的辐射线或分子辐射线不能和待测元素的辐射线相分离时，会引起表观强度的变化。
而对原子吸收光谱分析来说：谱线干扰的几率小，由于谱线仅发生在主线系，而且谱线很窄，线重叠几率较发射光谱要小得多，所以光谱干扰较小。
即便是和邻近线分离得不完全，由于空心阴极灯不发射那种波长的辐射线，所以辐射线干扰少，容易克服。
在大多数情况下，共存元素不对原子吸收光谱分析产生干扰。
在石墨炉原子吸收法中，有时甚至可以用纯标准溶液制作的校正曲线来分析不同试样。
2、灵敏度高。
原子吸收光谱分析法是目前最灵敏的方法之一。
火焰原子吸收法的灵敏度是ppm到ppb级，石墨炉原子吸收法绝对灵敏度可达到10-10～10-14克。
常规分析中大多数元素均能达到ppm数量级。
如果采用特殊手段，例如预富集，还可进行ppb数量级浓度范围测定。
由于该方法的灵敏度高，使分析手续简化可直接测定，缩短分析周期加快测量进程；由于灵敏度高，需要进样量少。
无火焰原子吸收分析的试样用量仅需试液5～100l。
固体直接进样石墨炉原子吸收法仅需～30mg，这对于试样来源困难的分析是极为有利的。
譬如，测定小儿血清中的铅，取样只需10l即可。
3 分析范围广。
发射光谱分析和元素的激发能有关，故对发射谱线处在短波区域的元素难以进行测定。
另外，火焰发射光度分析仅能对元素的一部分加以测定。
例如，钠只有1%左右的原子被激发，其余的原子则以非激发态存在。
在原子吸收光谱分析中，只要使化合物离解成原子就行了，不必激发，所以测定的是大部分原子。
目前应用原子吸收光谱法可测定的元素达73种。
就含量而言，既可测定低含量和主量元素，又可测定微量、痕量甚至超痕量元素；就元素的性质而言，既可测定金属元素、类金属元素，又可间接测定某些非金属元素，也可间接测定有机物；就样品的状态而言，既可测定液态样品，也可测定气态样品，甚至可以直接测定某些固态样品，这是其他分析技术所不能及的。
4、抗干扰能力强。
第三组分的存在，等离子体温度的变动，对原子发射谱线强度影响比较严重。
而原子吸收谱线的强度受温度影响相对说来要小得多。
和发射光谱法不同，不是测定相对于背景的信号强度，所以背景影响小。
在原子吸收光谱分析中，待测元素只需从它的化合物中离解出来，而不必激发，故化学干扰也比发射光谱法少得多。
5、精密度高。
火焰原子吸收法的精密度较好。
在日常的一般低含量测定中，精密度为1～3%。
如果仪器性能好，采用高精度测量方法，精密度为<1%。
无火焰原子吸收法较火焰法的精密度低，目前一般可控制在15%之内。
若采用自动进样技术，则可改善测定的精密度。
火焰法：RSD <1%，石墨炉3～5%。
原子吸收光谱有以下一些不足：
原则上讲，不能多元素同时分析。
测定元素不同，必须更换光源灯，这是它的不便之处。
原子吸收光谱法测定难熔元素的灵敏度还不怎么令人满意。
在可以进行测定的七十多个元素中，比较常用的仅三十多个。
当采用将试样溶液喷雾到火焰的方法实现原子化时，会产生一些变化因素，因此精密度比分光光度法差。
现在还不能测定共振线处于真空紫外区域的元素，如磷、硫等。
标准工作曲线的线性范围窄(一般在一个数量级范围)，这给实际分析工作带来不便。
对于某些基体复杂的样品分析，尚存某些干扰问题需要解决。
在高背景低含量样品测定任务中，精密度下降。
如何进一步提高灵敏度和降低干扰，仍是当前和今后原子吸收光谱分析工作者研究的重要课题。