原子吸收光谱资料PPT教学课件
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预混合室混合
试样经雾化后进入火焰产 生原子蒸气
样品在火焰中 被原子化
在样品室中样源自文库品被吸气管吸
入火焰中
火焰性质和结构
火焰温度 火焰对光的吸收 燃烧速度
燃烧器高度选择
燃烧过程
两个关键因素： 燃烧温度、火焰的氧化还原性
（1）燃烧温度由火焰的种类决定 P252 表12.2 （2）火焰的氧化还原性取决与燃气和助燃气的比例。
1955年澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）发表了 著 名 论 文 ： “ Application of atomic absorption spectrometry to analytical chemistry”,解决了原子 吸收光谱的光源问题（提出锐线光源）， 奠定了原子 吸收光谱法的基础，之后迅速发展。50年代末 PE 和 Varian公司推出了原子吸收商品仪器。
空心阴极灯 ① 结构 空心阴极灯是一种气体放电管 阳极—— 一般为钨制 阴极—— 被测元素的纯金属或金属化合物制成
灯发射的 谱线波长取决于
阴极材料
空心阴极灯的工作原理
两极间加电压 300 V
原子激发
气体辉光放电 自由原子溅射
发射特征谱线
气体电离 阳离子撞击阴极
灯电流是空心阴极灯的主要控制因素
高温
吸收系数-频率关系曲线
钨丝光源和氘灯，经分光后，光谱通带W=0.2nm。而原子吸 收线半宽度：10-3nm。如图：
➢λ=10-3nm，若λ取600nm，单色 器分辨率R=λ/ λ=6×105 ，难以达 到！ ➢入射光宽度远大于原子吸收线半宽 度，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。
原子化系统
单道单光束 光闸全关：0 打开光闸，测空白：100%
单道双光束
消除光源漂移的影响 不消除火焰导致的 吸收和散射
2、原子化系统
主要功能：提供能量，使试样干燥、蒸发、原子化
主要类型
火焰原子化 非火焰原子化
2.1 火焰原子化 主要由以下几个部件 组成：喷雾器、雾化器、燃烧器
通入助燃气\燃气
能否提供锐线光源，测定峰值吸收？
锐线光源 ——能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源
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Δν小于吸收线的Δν
提供锐线光源的方法：空心阴极灯
峰值吸收
根据吸收定律： 其中：
第12章 原子吸收光谱法
Atomic Absorption Spectrometry (AAS)
原子吸收光谱法： 基于待测基态原子对特征谱线的 吸收而建立的分析方法。
2020/10/16
1
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。
2020/10/16
但一直未2用于分析化学
入射光强度 透射光强度
综合以上三式，可得
仅考虑原子热运动时：
代入 得到
Kv dv
π e2 mc
N 0f
峰值吸收系数与基态原子数成正比
原子吸收光谱分析的定量基础
12.2 原子吸收光谱仪器
一、分析流程
光源
原子化器 切光器
单色器
燃气 助燃气雾化器 废液 样品液
检测显 示系统 PMT
原子化系统
原子吸收分光光度计
仪器结构
检测系统
光源
分光系统
原子化系统
1.光源
（1）光源的作用和要求
① 作用：发射待测元素的特征辐射线。 ② 对光源的要求： a.光源发射的谱线半宽度要窄（为锐线光）, 应小于吸 收线的半宽度。 b.光源能发射足够强度的待测元素的共振线。 c.辐射光的强度要稳定。 d.背景低。
空心阴极管
hollow cathode lamp
原子化过程
四个步骤
干燥 灰化 原子化 高温除残
去除溶剂，防样品溅射，其温度稍稍高于溶 剂的沸点
去掉较被测元素化合物易挥发的基体物质， 减少分子吸收。
2020/10/16
6
原子谱线（吸收峰）变宽原因：
（1）自然宽度
由于激发寿命原因，原子吸收线有一定的自然宽度（△νN:10-5 nm）。 （2）多普勒变宽（热变宽）
由于原子的热运动而引起的变宽 ，ΔVo :10-3 nm （3）压力变宽（劳伦兹变宽）
由于压力增大后，原子之间相互碰撞引起的变宽。ΔVL :10-3 nm （4）自吸变宽:
Alan Walsh
(1916-1998)和他的原 子吸收光谱仪在一起
12.1 原子吸收光谱理论
2020/10/16
4
气态的基态原子对特征谱线的吸收：原子吸收光谱的基础 参看244页表12.1
原子结构较分子结构简 单，理论上应产生无限窄 的线状光谱吸收线。
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)。
火焰的种类 燃助比 火焰的性质
富燃火焰 约1：3
还原性
化学计量火焰 约1：4
中性
火焰状态
层次模糊 呈亮黄色
层次清楚 蓝色透明
应用范围 易氧化而形成难解
离氧化物的元素
大多数元素皆适用
贫燃火焰 约1：6
氧化性
火焰发暗 高度缩小
易离解、易电离的 元素
2.2 非火焰原子化
常用的非火焰原子化法主要有电热高温石墨管原子化 法和化学原子化法。 ①、石墨炉原子高温原子化法
低温
以热变宽为主
灯电流过大时， 发生自吸
光源调制
检测器接受光源信号的同时，也接受日光信号、火焰中分 子发射信号，怎样区分这两种信号？
脉冲供电或切光器
光源信号
交流信号
火焰辐射
直流信号
通过交流 放大器分开
消除火焰发射的辐射线的影响
原子化器 光源 切光器
单色器
燃气 助燃气雾化器 废液 样品液
检测 显示 系统
二、原子吸收光谱的测量---积分吸收和峰值吸收
将吸收线轮廓包含的吸收系数进行积分——积分吸收
理论上：积分吸收（代表原子蒸气所吸收 的全部能量）可用下式求出，
Kvdv
π e2 mc
N0 f
kN0
如果能测量积分值，即谱线下所围面积（ 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。
光源发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。 （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。
ΔVo 和ΔVL为主，原子吸收谱线的宽度约为0.001 nm
中心频率
吸收线轮廓
吸收系数-频率关系曲线
原子吸收线半宽度：约为 0.001~0.005 nm vs. 分子吸收带半宽度：约为 50 nm
试样经雾化后进入火焰产 生原子蒸气
样品在火焰中 被原子化
在样品室中样源自文库品被吸气管吸
入火焰中
火焰性质和结构
火焰温度 火焰对光的吸收 燃烧速度
燃烧器高度选择
燃烧过程
两个关键因素： 燃烧温度、火焰的氧化还原性
（1）燃烧温度由火焰的种类决定 P252 表12.2 （2）火焰的氧化还原性取决与燃气和助燃气的比例。
1955年澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）发表了 著 名 论 文 ： “ Application of atomic absorption spectrometry to analytical chemistry”,解决了原子 吸收光谱的光源问题（提出锐线光源）， 奠定了原子 吸收光谱法的基础，之后迅速发展。50年代末 PE 和 Varian公司推出了原子吸收商品仪器。
空心阴极灯 ① 结构 空心阴极灯是一种气体放电管 阳极—— 一般为钨制 阴极—— 被测元素的纯金属或金属化合物制成
灯发射的 谱线波长取决于
阴极材料
空心阴极灯的工作原理
两极间加电压 300 V
原子激发
气体辉光放电 自由原子溅射
发射特征谱线
气体电离 阳离子撞击阴极
灯电流是空心阴极灯的主要控制因素
高温
吸收系数-频率关系曲线
钨丝光源和氘灯，经分光后，光谱通带W=0.2nm。而原子吸 收线半宽度：10-3nm。如图：
➢λ=10-3nm，若λ取600nm，单色 器分辨率R=λ/ λ=6×105 ，难以达 到！ ➢入射光宽度远大于原子吸收线半宽 度，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。
原子化系统
单道单光束 光闸全关：0 打开光闸，测空白：100%
单道双光束
消除光源漂移的影响 不消除火焰导致的 吸收和散射
2、原子化系统
主要功能：提供能量，使试样干燥、蒸发、原子化
主要类型
火焰原子化 非火焰原子化
2.1 火焰原子化 主要由以下几个部件 组成：喷雾器、雾化器、燃烧器
通入助燃气\燃气
能否提供锐线光源，测定峰值吸收？
锐线光源 ——能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源
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Δν小于吸收线的Δν
提供锐线光源的方法：空心阴极灯
峰值吸收
根据吸收定律： 其中：
第12章 原子吸收光谱法
Atomic Absorption Spectrometry (AAS)
原子吸收光谱法： 基于待测基态原子对特征谱线的 吸收而建立的分析方法。
2020/10/16
1
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。
2020/10/16
但一直未2用于分析化学
入射光强度 透射光强度
综合以上三式，可得
仅考虑原子热运动时：
代入 得到
Kv dv
π e2 mc
N 0f
峰值吸收系数与基态原子数成正比
原子吸收光谱分析的定量基础
12.2 原子吸收光谱仪器
一、分析流程
光源
原子化器 切光器
单色器
燃气 助燃气雾化器 废液 样品液
检测显 示系统 PMT
原子化系统
原子吸收分光光度计
仪器结构
检测系统
光源
分光系统
原子化系统
1.光源
（1）光源的作用和要求
① 作用：发射待测元素的特征辐射线。 ② 对光源的要求： a.光源发射的谱线半宽度要窄（为锐线光）, 应小于吸 收线的半宽度。 b.光源能发射足够强度的待测元素的共振线。 c.辐射光的强度要稳定。 d.背景低。
空心阴极管
hollow cathode lamp
原子化过程
四个步骤
干燥 灰化 原子化 高温除残
去除溶剂，防样品溅射，其温度稍稍高于溶 剂的沸点
去掉较被测元素化合物易挥发的基体物质， 减少分子吸收。
2020/10/16
6
原子谱线（吸收峰）变宽原因：
（1）自然宽度
由于激发寿命原因，原子吸收线有一定的自然宽度（△νN:10-5 nm）。 （2）多普勒变宽（热变宽）
由于原子的热运动而引起的变宽 ，ΔVo :10-3 nm （3）压力变宽（劳伦兹变宽）
由于压力增大后，原子之间相互碰撞引起的变宽。ΔVL :10-3 nm （4）自吸变宽:
Alan Walsh
(1916-1998)和他的原 子吸收光谱仪在一起
12.1 原子吸收光谱理论
2020/10/16
4
气态的基态原子对特征谱线的吸收：原子吸收光谱的基础 参看244页表12.1
原子结构较分子结构简 单，理论上应产生无限窄 的线状光谱吸收线。
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)。
火焰的种类 燃助比 火焰的性质
富燃火焰 约1：3
还原性
化学计量火焰 约1：4
中性
火焰状态
层次模糊 呈亮黄色
层次清楚 蓝色透明
应用范围 易氧化而形成难解
离氧化物的元素
大多数元素皆适用
贫燃火焰 约1：6
氧化性
火焰发暗 高度缩小
易离解、易电离的 元素
2.2 非火焰原子化
常用的非火焰原子化法主要有电热高温石墨管原子化 法和化学原子化法。 ①、石墨炉原子高温原子化法
低温
以热变宽为主
灯电流过大时， 发生自吸
光源调制
检测器接受光源信号的同时，也接受日光信号、火焰中分 子发射信号，怎样区分这两种信号？
脉冲供电或切光器
光源信号
交流信号
火焰辐射
直流信号
通过交流 放大器分开
消除火焰发射的辐射线的影响
原子化器 光源 切光器
单色器
燃气 助燃气雾化器 废液 样品液
检测 显示 系统
二、原子吸收光谱的测量---积分吸收和峰值吸收
将吸收线轮廓包含的吸收系数进行积分——积分吸收
理论上：积分吸收（代表原子蒸气所吸收 的全部能量）可用下式求出，
Kvdv
π e2 mc
N0 f
kN0
如果能测量积分值，即谱线下所围面积（ 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。
光源发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。 （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。
ΔVo 和ΔVL为主，原子吸收谱线的宽度约为0.001 nm
中心频率
吸收线轮廓
吸收系数-频率关系曲线
原子吸收线半宽度：约为 0.001~0.005 nm vs. 分子吸收带半宽度：约为 50 nm