原子吸收光谱分析基本原理
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2.原子吸收光谱法的用途
•定性分析：每种原子只能激发到它特定的激发
态，所以每种原子所能吸收的光量子的能量是特 定的，即被吸收的光谱的波长特定。基于物质特 定吸收的光谱的波长来进行定性分析。
定量分析：基于物质所产生的原子蒸气对特定
谱线的吸收强度来进行定量分析。
••2020/10/11
二.谱线的轮廓与谱线变宽
辨率R =λ/△λ=6×105 )
• 长期以来无法解决的难题！
••2020/10/11
• 后来，A.Walsh提出以锐线光源代替连续光 源，即必须用一个与吸收线中心频率相同，半宽 度比吸收线更窄的发射线作为光源，只有这样， 才解决了原子吸收光谱法的测量难题。
• 实际工作中用空心阴极灯作为锐线 光源，这是原子吸收测量的必要条件。
••2020/10/11
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； •(4) 应用广，可测70多个元素；
•局限性
• 难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时 多元素测定。
••2020/10/11
1.原子吸收光谱法
多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，
如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者 看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高 。
••2020/10/11
• 根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循 着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒 星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常 接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所 有波动现象 (包括光波) 都存在多普勒效应。
(2)热变宽（多普勒变宽Doppler broadening
）ΔVD • 由于原子在空间做无规则热运动所致。由于热运 动导致多普勒效应。一般可达10-3nm，是谱线变宽 的主要因素。
•链 接
•M 为质点的原子量，T 为温度（K）， V0 为谱线中心频率。
••2020/10/11
• 多普勒效应（Doppler effect）是为纪念奥地利物 理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的。多普勒认为，物体辐射 的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运 动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较 高 (蓝移 (blue shift))。在运动的波源后面，产生相反 的效应。波长变得较长，频率变得较低 (红移 (red shift))。波源的速度越高，所产生的效应越大。
掌握火焰和石墨炉原子化的原理和过 程，并比较其优缺点
掌握AAS法的实验条件及定量方法
••2020/10/11
第一节 原子吸收光谱法基本原理
•basic principle of AAS
••2020/10/11
一、概述
• 原子吸收现象：原 子蒸气对其原子共振辐射 吸收的现象。
• 1802年发现； • 澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）著名 论文《原子吸收光谱法在 分析化学中的应用》奠定 了原子吸收光谱法的基础 ，之后迅速发展。
原子吸收光谱法是以测量气态的基态原子
外层电子对其共振线的吸收为基础的分析方法。
共振线：电子从基态跃迁至第一激发态时，
要吸收一定频率的光，所产生的吸收谱线称为共 振吸收线。(它再跃迁回基态时，发出同样频率的 光（谱线），这种谱线称为共振发射线)
•对于大多数元素，共振线就是灵敏线。
••2020/10/11
•(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；
• 一般的情况下，谱线的宽度可以认为主 要是由于多普勒效应与压力变宽两个因素引 起的。
••2020/1ห้องสมุดไป่ตู้/11
三.积分吸收和峰值吸收
•1.积分吸收
• 钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2 nm。 而原子吸收线半宽度：10-3nm。如图：
原子吸收光谱分析基本原理
••2020/10/11
本章的主要内容
第1节 原子吸收光谱分析基本原理 第2节 原子吸收分光光度仪 第3节 操作条件选择与应用 第4节 干扰的类型与抑制 第5节 AAS的定量分析方法
••2020/10/11
本章的基本要求
了解原子吸收产生的基本原理
了解原子谱线的轮廓和影响谱线变宽 的因素
• 实际上用共振线照射时，获得一峰形吸收(具有 一定宽度)。可以看成是由极为精细的许多频率相差 甚小的光波组成的，有谱线轮廓。
••2020/10/11
1.表征吸收线轮廓(峰)的参数
•由：It = I0 e -Kvb ， •透射光强度 It 和吸 收系数及辐射频率 有关。 • 以Kv 对 作图
•链接
3.峰值吸收
• 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
••2020/10/11
• 在原子吸收中，谱线变宽主 要受多普勒效应影响，则：
••2020/10/11
四、定量基础
•
A = k N0 L
•
N0 ∝N∝c
••2020/10/11
2.锐线光源
•narrow-line source
• 所谓锐线光源就是能发射出谱线半宽度很 窄的发射线的光源。
•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Δν1/2 小于吸收线的 Δν1/2
•提供锐线光源的方法：空心阴极灯
••2020/10/11
• 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。 • 理论上：
••2020/10/11
讨论
• 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。
•绝对测量方法，
•链 接
但无法实现
•原因：△λ=10-3 nm ，若λ取600nm，单色器分
(3)压力变宽pressure broadening
（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL
又称碰撞变宽，由于吸光原子与蒸气中原子或 分子相互作用而引起的能级稍微变化，使发射或吸 收光量子频率改变而导致的谱线变宽。压力变宽通 常随压力增大而增大。
••2020/10/11
(4)自吸变宽
• 光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基 态原子所吸收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现 象越严重。
•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) •半宽度：ΔO 10－3－10－2nm
••2020/10/11
2.吸收峰变宽原因
(1)自然宽度（natural width） ΔVN
与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长 ，谱线宽度越窄。不同谱线有不同的自然宽度，多 数情况下约为10-5nm 数量级。
• N0 基态原子数，N总原子数，c 待测元素浓度
•
所以：
•A = lg(I0/I) = K' c
•定性分析：每种原子只能激发到它特定的激发
态，所以每种原子所能吸收的光量子的能量是特 定的，即被吸收的光谱的波长特定。基于物质特 定吸收的光谱的波长来进行定性分析。
定量分析：基于物质所产生的原子蒸气对特定
谱线的吸收强度来进行定量分析。
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二.谱线的轮廓与谱线变宽
辨率R =λ/△λ=6×105 )
• 长期以来无法解决的难题！
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• 后来，A.Walsh提出以锐线光源代替连续光 源，即必须用一个与吸收线中心频率相同，半宽 度比吸收线更窄的发射线作为光源，只有这样， 才解决了原子吸收光谱法的测量难题。
• 实际工作中用空心阴极灯作为锐线 光源，这是原子吸收测量的必要条件。
••2020/10/11
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； •(4) 应用广，可测70多个元素；
•局限性
• 难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时 多元素测定。
••2020/10/11
1.原子吸收光谱法
多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，
如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者 看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高 。
••2020/10/11
• 根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循 着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒 星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常 接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所 有波动现象 (包括光波) 都存在多普勒效应。
(2)热变宽（多普勒变宽Doppler broadening
）ΔVD • 由于原子在空间做无规则热运动所致。由于热运 动导致多普勒效应。一般可达10-3nm，是谱线变宽 的主要因素。
•链 接
•M 为质点的原子量，T 为温度（K）， V0 为谱线中心频率。
••2020/10/11
• 多普勒效应（Doppler effect）是为纪念奥地利物 理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的。多普勒认为，物体辐射 的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运 动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较 高 (蓝移 (blue shift))。在运动的波源后面，产生相反 的效应。波长变得较长，频率变得较低 (红移 (red shift))。波源的速度越高，所产生的效应越大。
掌握火焰和石墨炉原子化的原理和过 程，并比较其优缺点
掌握AAS法的实验条件及定量方法
••2020/10/11
第一节 原子吸收光谱法基本原理
•basic principle of AAS
••2020/10/11
一、概述
• 原子吸收现象：原 子蒸气对其原子共振辐射 吸收的现象。
• 1802年发现； • 澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）著名 论文《原子吸收光谱法在 分析化学中的应用》奠定 了原子吸收光谱法的基础 ，之后迅速发展。
原子吸收光谱法是以测量气态的基态原子
外层电子对其共振线的吸收为基础的分析方法。
共振线：电子从基态跃迁至第一激发态时，
要吸收一定频率的光，所产生的吸收谱线称为共 振吸收线。(它再跃迁回基态时，发出同样频率的 光（谱线），这种谱线称为共振发射线)
•对于大多数元素，共振线就是灵敏线。
••2020/10/11
•(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；
• 一般的情况下，谱线的宽度可以认为主 要是由于多普勒效应与压力变宽两个因素引 起的。
••2020/1ห้องสมุดไป่ตู้/11
三.积分吸收和峰值吸收
•1.积分吸收
• 钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2 nm。 而原子吸收线半宽度：10-3nm。如图：
原子吸收光谱分析基本原理
••2020/10/11
本章的主要内容
第1节 原子吸收光谱分析基本原理 第2节 原子吸收分光光度仪 第3节 操作条件选择与应用 第4节 干扰的类型与抑制 第5节 AAS的定量分析方法
••2020/10/11
本章的基本要求
了解原子吸收产生的基本原理
了解原子谱线的轮廓和影响谱线变宽 的因素
• 实际上用共振线照射时，获得一峰形吸收(具有 一定宽度)。可以看成是由极为精细的许多频率相差 甚小的光波组成的，有谱线轮廓。
••2020/10/11
1.表征吸收线轮廓(峰)的参数
•由：It = I0 e -Kvb ， •透射光强度 It 和吸 收系数及辐射频率 有关。 • 以Kv 对 作图
•链接
3.峰值吸收
• 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
••2020/10/11
• 在原子吸收中，谱线变宽主 要受多普勒效应影响，则：
••2020/10/11
四、定量基础
•
A = k N0 L
•
N0 ∝N∝c
••2020/10/11
2.锐线光源
•narrow-line source
• 所谓锐线光源就是能发射出谱线半宽度很 窄的发射线的光源。
•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Δν1/2 小于吸收线的 Δν1/2
•提供锐线光源的方法：空心阴极灯
••2020/10/11
• 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。 • 理论上：
••2020/10/11
讨论
• 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。
•绝对测量方法，
•链 接
但无法实现
•原因：△λ=10-3 nm ，若λ取600nm，单色器分
(3)压力变宽pressure broadening
（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL
又称碰撞变宽，由于吸光原子与蒸气中原子或 分子相互作用而引起的能级稍微变化，使发射或吸 收光量子频率改变而导致的谱线变宽。压力变宽通 常随压力增大而增大。
••2020/10/11
(4)自吸变宽
• 光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基 态原子所吸收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现 象越严重。
•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) •半宽度：ΔO 10－3－10－2nm
••2020/10/11
2.吸收峰变宽原因
(1)自然宽度（natural width） ΔVN
与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长 ，谱线宽度越窄。不同谱线有不同的自然宽度，多 数情况下约为10-5nm 数量级。
• N0 基态原子数，N总原子数，c 待测元素浓度
•
所以：
•A = lg(I0/I) = K' c