材料现代分析测试方法

Nc α——与实验条件有关的比例常数
吸光度可写为：
A0.432lD n2m e2cfLcKc
K——与实验条件有关的常数
这就是原子吸收测量编的辑p基pt 本关系式
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二、 原子吸收分光光度计
由光源、原子化器、单色器、检测器等4个主 要部分组成。
有单光束型（a)和双光束型(b)两类。
图 原子吸收编辑分ppt光光度计示意图
缺点：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。
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一、 基本原理
（一）原子吸收光谱的产生
➢ 当入射辐射的能量等于原子中的电子由基态跃迁
到较高能态所需要的能量时，原子就要从辐射场 中吸收能量，产生共振吸收，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。
➢ 由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同， 元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同， 因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。
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碰撞变宽
➢ 当原子吸收区的原子浓度足够高时，是不可忽略
的。
➢ 因为基态原子是稳定的，其寿命可视为无限长，
因此对原子吸收测定所常用的共振吸收线而言， 谱线宽度仅与激发态原子的平均寿命有关，平均 寿命越长，则谱线宽度越窄。
➢ 原子之间相互碰撞导致激发态原子平均寿命缩短，
引起谱线变宽。
ΔE×Δt
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AlgII0lg0 0 I0Ie 0-K d LdlgeK 0 0 L0 I 0 Id 0d0.43K 0L
将峰值吸收系数K0与基态原子数N0之间的关 系式代入上式得：
2 ln2 e2
A0.43 D 编辑pptmcN0f L
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通常条件下，蒸气相中基态原子数N0近似地等 于总原子数N。在实际工作中，要求测定的是被测试 样中的某元素的含量。当在给定的实验条件下，被 测元素的含量c与蒸气中原子浓度N之间保持一定的 比例关系：
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（一）光源
作用是：发射被测元素的共振辐射。 要求是：锐线，强度大，稳定性高，背景小等。 应用最广泛的是空心阴极灯（HCL），其它还有 蒸气放电灯及高频无极放电灯等。
（二）原子化器
功能是：提供能量，使样品干燥、蒸发并原子化。 方法有：火焰原子化法、非火焰原子化法。
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1．火焰原子化器
➢ 最常用的是乙炔-空气火焰，应用较多的是氢-空
气火焰和乙炔-氧化亚氮高温火焰。
➢ 乙炔-空气火焰：燃烧稳定，重现性好，噪声低，
燃烧速度不是很大，温度足够高（约2300℃）， 对大多数元素有足够的灵敏度。
➢ 氢-空气火焰：是氧化性火焰，燃烧速度较乙炔-
空气火焰高，但温度较低（约2050℃），优点是 背景发射较弱，透射性能好。
影响宽度的因素有： 多普勒变宽、碰撞变宽（包括共振变宽、洛伦
茨变宽）、场致变宽、自吸效应等。
多普勒变宽：是由于原子热运动引起的。
多普勒效应：从一个运动着的原子发出的光， 如果原子的运动方向离开观测者，则在观测者看来， 其频率较静止原子所发的光的频率低；反之，如原 子向着观测者运动，则其频率较静止原子发出的光 的频率为高，这就是多普勒效应。
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➢ 被测元素激发态原子与基态原子相互碰撞引起的
变宽，称为共振变宽。
➢ 被测元素原子与其他元素的原子相互碰撞引起的
变宽，称为洛伦茨变宽。
➢ 在通常的原子吸收分析实验条件下，吸收线的轮
廓主要受多普勒和洛伦茨变宽的影响。
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（三）积分吸收与峰值吸收
➢ 原子吸收光谱产生于基态原子对特征谱线的吸收。 ➢ 基态原子数N0正比于吸收曲线下面所包括的整个面
积——积分吸收值。
➢ 测得积分吸收值，即可算出待测元素的原子密度。 ➢ 通常以测量峰值吸收代替测量积分吸收， ➢ 若吸收线的轮廓主要取决于多普勒变宽，则峰值吸
收系数K0与基态原子数N0之间存在如下关系：
2 ln2 e2
K0 编辑ppDt mc N0 f
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实现峰值吸收测量的条 件是：光源发射线的半高宽 明显地小于吸收线的半高宽； 发射线的中心频率与吸收线
第四节 原子吸收光谱法
➢ 原子吸收光谱法——原子吸收分光光度法
➢ 从光源辐射出的具有待测元素特征谱线的光， 通过样品蒸汽时被待测元素基态原子所吸收， 从而由特征谱线被减弱的程度来测定样品中 待测元素含量。
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优点：检出限低，灵敏度高，测量精度好，选 择性好，分析速度快，应用范围广，仪 器比较简单，操作方便。
➢ 乙炔-氧化亚氮火焰：火焰温度高（约2955℃），
而燃烧速度并不快，是应用较广泛的一种高温火
焰，用它可测定70多种编辑元ppt 素。
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2．非火焰原子化器
➢ 常用的是管式石墨炉原子化器。 ➢ 管式石墨炉原子化器：最高温度可达到3000℃。 ➢ 优点是：试样原子化是在惰性气体保护下于强还
原性介质内进行的，有利于氧化物分解和自由原 子的生成。用样量小，样品利用率高，绝对灵敏 度高。液体和固体试样均可直接进样。
的中心频率ν0重合。
图 峰值吸收测量示意图
（四）原子吸收测量的基本关系式
当频率ν、强度I0ν的平行辐射垂直通过均匀的
原子蒸气时，原子对辐射产生吸收，符合比尔-兰勃
特定律：
I I eKL
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使用锐线光源时，Δν很小，可近似认为吸收
系数在Δν内不随频率ν而变化，并以峰值吸收
系数K0来表征吸收特性，则吸光度A为：
➢ 原子吸收光谱位于紫外区和可见区。
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（二）原子吸收光谱的谱线轮廓
➢ 原子吸收光谱谱线不是严格几何意义上的线，
而是有一定的宽度。
➢ 谱线轮廓以原子吸收谱线的中心波长和半高宽 度来表征。
➢ 中心波长由原子能级决 定。
➢ 半高宽度受到很多实验 因素的影响。
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图 原子吸收光谱轮廓4 图
➢ 缺点是：试样组成不均匀性影响较大，有强的背
景吸收，测定精密度不如火焰原子化法。
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3．低温原子化器
利用某些元素（如Hg）本身或元素的氢化物（如 AsH3）在低温下的易挥发性，将其导入气体流动吸 收池内进行原子化。
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谱线的变宽：气态原子处于无序热运动中，相 对于检测器而言，各发光原子有着不同的运动分量， 即使每个原子发出的光是频率相同的单色光，但检 测器所接受的光则是频率略有不同的光，于是引起 谱线的变宽。
多普勒宽度与元素的原子量、温度和谱线频率 有关。
随温度升高和原子量减小，多普勒宽度增加 。
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