原子吸收光谱分析资料
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c
5. 场致变宽 斯塔克变宽(Stark Broadening): 由于外部的电场或等离子体 中
离子、电子所形成的电场引起。 齐曼变宽(Zeeman Broadening): 由于外部的磁场影响，导致谱线
的分裂，在单色器分辨率无法 分辨时，也产生谱线变宽。
在1000~3000K、0.101MPa状态，多普勤宽度ΔD和压力变
Hale Waihona Puke Baidu
2
D
ln 2 • e2 • N • f mc
2 峰值吸收成立的条件
K0∝N
以锐线光源作为激发光源，满足以下两个条件：
发射《 吸收 0-发射= 0-吸收
c
四.光吸收定律
光吸收定律---定量分析的依据:
It = I0·exp(-KνL )
I0
A = - logT= -log It/ I0
= -log [exp(-KνL)]= 0.43KνL
第三章 原子吸收光谱分析 (Atomic absorption spectrometry, AAS)
c
内容
❖ 概述 ❖ 基本理论 ❖ 仪器及其组成 ❖ 干扰及其消除方法 ❖ 定量方法及评价 ❖ 原子荧光光谱分析简介
c
1.概述
❖ 1814年，弗朗荷费发现太阳光谱中的黑线，多达500 多条
❖ 1955年，Australia 物理学家Walsh A建立将该现 象应用于分析；
c
2.2 原子光谱线的轮廓
原子光谱线(吸收线)的宽度 Kv
K0
2 最大吸收系数
3. 谱线半宽度(10-2 Å) 1. 谱线中心频率
K0 /2
原子吸收光谱线轮廓图
吸收线能量与波长关系
λ= hc/ΔE
c
0
2.3 吸收谱线变宽的因素
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10-4Å ,通常可以忽略。
• 光强度的变化符合朗伯-比耳定律，进行定量分析。
它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。
c
原子吸收与发射光谱的关系
原子发射光谱（共振线发射）
基态
电,热能
hi
基态
第一激发态
hi
hj
hi
第一激发态
原
子
hi
荧
光 光
基态
谱
基态
原子吸收光谱 （共振线吸收）
c
2.基本理论
N
1 2
k
c
2. 多普勤宽度Δ D （Doppler Broadening）
这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。
νD = 7.16 ×10-7 ν0 T M
式中：M ---- 原子量； T ---- 绝对温度；
0 ---- 谱线中心频率
即使在较低的温度，也比自然宽度ΔN来得严重，是谱线变
宽的主要因素.一般情况: ΔD=10-2 Å .
c
3. 压力变宽（碰撞变宽） 原子与等离子体中的其他粒子（原子、离子、电子）相互碰撞
而使谱线变宽，等离子体蒸气压力愈大，谱线愈宽。 ❖ 同种粒子碰撞——称赫尔兹马克（Holtzmank）变宽.. ❖ 异种粒子碰撞——称罗论兹（Lorentz）变宽。
压力变宽（碰撞变宽） 为10-2 Å，也是谱线变宽的主要因素.
宽(碰撞变宽)是谱线变宽的主要因素。
c
原子吸收光谱的测量
Kv
一.积分吸收
K0
∫ 积
分
K d
e2
mc
f
N
K0 /2
公
f-----振子强度
式
e----为电子电荷
N----单位积内的自由原子数
m---电子的质量
0
此式说明，在一定条件下，“积分吸收”只与基态原子数成
正比而与频率及产生吸收线的轮廓无关。只要测得积分吸收值 ，即可求出基态原子数或浓度。
❖ 2.1 基态原子与总原子的关系 待测元素在进行原子化时，其中必有一部分原子吸收 了较多的能量而处于激发态，据热力学原理，当在一定 温度下处于热力学平衡时，激发态原子数与基态原子数 之比服从 Boltzmann 分配定律：
Ni gi eEi / kT N0 g0
实际工作中，T 通常小于3000K、波长小于 600nm，故对大多数元素 来说Ni /N0 均小于1％，Ni 与N0 相比可勿略不计，N0 可认为就是原 子总数。
光源
作用：辐射待测元素的特征光谱；或者 说提供原子吸收所需的共振辐射。
对AAS光源的要求： a）发射稳定的共振线，且为锐线； b）强度大，没有或只有很小的连续背景； c）操作方便，寿命长。
满足以上要求的灯有： 1）蒸气放电灯 2）无极放电灯 3）空心阴极灯
c
光源（空心阴极灯）
1．构造 空心阴极: 钨棒作成圆筒形筒内熔
c
二.积分吸收的限制
但积分吸收的测定非常困难。因为原子吸收线的半峰宽度很小， 只有0.001-0.005Å。要分辨如此宽度的谱线，对波长为5000Å的谱 线来说 ，其分辨率应为：
R 5000 5106 0.001
目前，光栅无法达到此要求！！！
c
❖ 通过计算可知：当采 用具有宽 通带的连续光源 a(通带宽度约 0.2nm)来对窄的吸收线b(半宽 度约10-3nm)进行测量时，由待 测原子吸收线 引起的吸收值， 仅仅相当于总入射光强的0.5%， 测定灵敏度极差
(0.001/0.2 x 100%=0.5%
灵敏度极差，也是原子吸收现现象在1955年前都没得到应用的原因
c
三.峰值吸收
1. 积分吸收与峰值吸收的关系： 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。
峰值吸收系数：
K0
入被测元素 阳 极: 钨棒装有钛、锆, 钽金属
作成的阳极 管内充气：氩或氖 133.3~266.6Pa 工作电压：150~300伏 启动电压：300~500伏 要求稳流电
当用锐线光源时将K0 代替 Kν ,吸光度简化为：
A = 0.43 K0 L
因为：
N∝C
所以：
A = KC
c
L It
定 量 分 析 的 依 据
4 原子吸收分光光度计
仪器结构图
火焰原子化器
单色器
空心阴极灯
空 心 阴 极 灯
原 子 化 器
雾化器和雾化室 光电倍增管
处 单 检理 色 测与 器 器控
制
c
数据处理和仪器控制
《原子吸收分光光度法在分析化学中的应用》
❖ 60年代中期发展最快。
Alan Walsh
❖ 可应用于70多种元素的测定
c
原子吸收光谱法？
• 溶液中的金属离子化合物在高温下能够解离成原子蒸气，
两种形态间存在定量关系。
• 当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，特征谱线的光强度减弱。
5. 场致变宽 斯塔克变宽(Stark Broadening): 由于外部的电场或等离子体 中
离子、电子所形成的电场引起。 齐曼变宽(Zeeman Broadening): 由于外部的磁场影响，导致谱线
的分裂，在单色器分辨率无法 分辨时，也产生谱线变宽。
在1000~3000K、0.101MPa状态，多普勤宽度ΔD和压力变
Hale Waihona Puke Baidu
2
D
ln 2 • e2 • N • f mc
2 峰值吸收成立的条件
K0∝N
以锐线光源作为激发光源，满足以下两个条件：
发射《 吸收 0-发射= 0-吸收
c
四.光吸收定律
光吸收定律---定量分析的依据:
It = I0·exp(-KνL )
I0
A = - logT= -log It/ I0
= -log [exp(-KνL)]= 0.43KνL
第三章 原子吸收光谱分析 (Atomic absorption spectrometry, AAS)
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内容
❖ 概述 ❖ 基本理论 ❖ 仪器及其组成 ❖ 干扰及其消除方法 ❖ 定量方法及评价 ❖ 原子荧光光谱分析简介
c
1.概述
❖ 1814年，弗朗荷费发现太阳光谱中的黑线，多达500 多条
❖ 1955年，Australia 物理学家Walsh A建立将该现 象应用于分析；
c
2.2 原子光谱线的轮廓
原子光谱线(吸收线)的宽度 Kv
K0
2 最大吸收系数
3. 谱线半宽度(10-2 Å) 1. 谱线中心频率
K0 /2
原子吸收光谱线轮廓图
吸收线能量与波长关系
λ= hc/ΔE
c
0
2.3 吸收谱线变宽的因素
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10-4Å ,通常可以忽略。
• 光强度的变化符合朗伯-比耳定律，进行定量分析。
它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。
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原子吸收与发射光谱的关系
原子发射光谱（共振线发射）
基态
电,热能
hi
基态
第一激发态
hi
hj
hi
第一激发态
原
子
hi
荧
光 光
基态
谱
基态
原子吸收光谱 （共振线吸收）
c
2.基本理论
N
1 2
k
c
2. 多普勤宽度Δ D （Doppler Broadening）
这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。
νD = 7.16 ×10-7 ν0 T M
式中：M ---- 原子量； T ---- 绝对温度；
0 ---- 谱线中心频率
即使在较低的温度，也比自然宽度ΔN来得严重，是谱线变
宽的主要因素.一般情况: ΔD=10-2 Å .
c
3. 压力变宽（碰撞变宽） 原子与等离子体中的其他粒子（原子、离子、电子）相互碰撞
而使谱线变宽，等离子体蒸气压力愈大，谱线愈宽。 ❖ 同种粒子碰撞——称赫尔兹马克（Holtzmank）变宽.. ❖ 异种粒子碰撞——称罗论兹（Lorentz）变宽。
压力变宽（碰撞变宽） 为10-2 Å，也是谱线变宽的主要因素.
宽(碰撞变宽)是谱线变宽的主要因素。
c
原子吸收光谱的测量
Kv
一.积分吸收
K0
∫ 积
分
K d
e2
mc
f
N
K0 /2
公
f-----振子强度
式
e----为电子电荷
N----单位积内的自由原子数
m---电子的质量
0
此式说明，在一定条件下，“积分吸收”只与基态原子数成
正比而与频率及产生吸收线的轮廓无关。只要测得积分吸收值 ，即可求出基态原子数或浓度。
❖ 2.1 基态原子与总原子的关系 待测元素在进行原子化时，其中必有一部分原子吸收 了较多的能量而处于激发态，据热力学原理，当在一定 温度下处于热力学平衡时，激发态原子数与基态原子数 之比服从 Boltzmann 分配定律：
Ni gi eEi / kT N0 g0
实际工作中，T 通常小于3000K、波长小于 600nm，故对大多数元素 来说Ni /N0 均小于1％，Ni 与N0 相比可勿略不计，N0 可认为就是原 子总数。
光源
作用：辐射待测元素的特征光谱；或者 说提供原子吸收所需的共振辐射。
对AAS光源的要求： a）发射稳定的共振线，且为锐线； b）强度大，没有或只有很小的连续背景； c）操作方便，寿命长。
满足以上要求的灯有： 1）蒸气放电灯 2）无极放电灯 3）空心阴极灯
c
光源（空心阴极灯）
1．构造 空心阴极: 钨棒作成圆筒形筒内熔
c
二.积分吸收的限制
但积分吸收的测定非常困难。因为原子吸收线的半峰宽度很小， 只有0.001-0.005Å。要分辨如此宽度的谱线，对波长为5000Å的谱 线来说 ，其分辨率应为：
R 5000 5106 0.001
目前，光栅无法达到此要求！！！
c
❖ 通过计算可知：当采 用具有宽 通带的连续光源 a(通带宽度约 0.2nm)来对窄的吸收线b(半宽 度约10-3nm)进行测量时，由待 测原子吸收线 引起的吸收值， 仅仅相当于总入射光强的0.5%， 测定灵敏度极差
(0.001/0.2 x 100%=0.5%
灵敏度极差，也是原子吸收现现象在1955年前都没得到应用的原因
c
三.峰值吸收
1. 积分吸收与峰值吸收的关系： 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。
峰值吸收系数：
K0
入被测元素 阳 极: 钨棒装有钛、锆, 钽金属
作成的阳极 管内充气：氩或氖 133.3~266.6Pa 工作电压：150~300伏 启动电压：300~500伏 要求稳流电
当用锐线光源时将K0 代替 Kν ,吸光度简化为：
A = 0.43 K0 L
因为：
N∝C
所以：
A = KC
c
L It
定 量 分 析 的 依 据
4 原子吸收分光光度计
仪器结构图
火焰原子化器
单色器
空心阴极灯
空 心 阴 极 灯
原 子 化 器
雾化器和雾化室 光电倍增管
处 单 检理 色 测与 器 器控
制
c
数据处理和仪器控制
《原子吸收分光光度法在分析化学中的应用》
❖ 60年代中期发展最快。
Alan Walsh
❖ 可应用于70多种元素的测定
c
原子吸收光谱法？
• 溶液中的金属离子化合物在高温下能够解离成原子蒸气，
两种形态间存在定量关系。
• 当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，特征谱线的光强度减弱。