原子吸收分光光度法的基本理论.ppt
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8
一、原子吸收光谱的产生
1.基态与激发态
基态：原子所处的能量最低的稳定状态 激发态：原子的最外层电子吸收一定能量后跃迁至 较高的能级，此时原子所处的状态为激发态。
9
Pauling近似能级图
10
基态：原子处于最低的能级状态E0 激发态：较高的能级状态E*
跃迁所需的能量为原子中的电子能级差 △E = E*－E0
基本组成：
• 光源 • 原子化器 • 分光器 • 检测器
双光束仪器
21
一、光源
作 用：发射出待测元素的特征谱线 要 求： ➢ 能发射待测元素的特征谱线； ➢ 发射线宽度远小于原子吸收线宽度； ➢ 辐射强度足够大； ➢ 稳定性好、使用寿命长 。
22
常用光源-空心阴极灯
23
空心阴极灯的工作原理
相同点 ➢ 均属于吸收光谱分析； ➢ 均服从光的吸收定律。
不同点 ➢原子吸收光谱分析的吸收物质是基态原子蒸气； ➢紫外-可见分光光度分析的吸光物质是溶液中的分子或离子； ➢原子吸收光谱是线状光谱； ➢紫外-可见吸收光谱是带状光谱。
20
第二节 原子吸收分光光度计的结构和原理
主要类型
单光束仪器
应用广泛：可测定的元素达70多个 ，应用于化工、医 药、环境、食品、农业等领域。
分析不同元素，必须使用不同元素灯。 有些元素，如钍、铪、铌、钽等的灵敏度比较低。 对于复杂样品需要进行化学预处理。
7
第一节 原子吸收光谱法基本原理
一、原子吸收光谱的产生 二、原子吸收光谱线的特征 三、原子吸收值与元素浓度的关系 四、与UV－Vis的比较
迁；产生原子吸收光谱，即共振吸收。 ❖原子由基态→第一激发态的跃迁,最易发生。 ❖每种原子的核外电子能级分布不同，当产生由基态→第
一激发态的跃迁时，只能吸收特定频率的辐射能量。
光强度的变化符合朗伯-比耳定律，进行定量分析。
14
二、原子吸收光谱线的特征
1. 共振线与分析线
共振线：电子从基态跃迁至第一激发态时所产生的吸收谱线， 也称共振吸收线、最灵敏线。
峰值吸光度的测量可采用锐线光源实现。
连续光源
锐线光源
18
3. 吸 收 定 律 在保证样品原子化效率恒定的前提下，在
一定浓度范围内和一定介质厚度的情况下， 吸光度与待测元素的浓度成正比例，符合朗 伯-比尔定律。
A = kLN = kc
N为元素的原子数，c待测元素的浓度
19
四、 与U百度文库－Vis的比较
3
原子吸收分光光度计
4
5
原子吸收分析示意图
光源（发射特征谱线）→原子化器（试样转化为原子蒸气）→分光系统 （分离特征谱线）→检测系统 （信号转换、放大、显示）
6
原子吸收光谱法特点
灵敏度高，检出限低:火焰法1 ng/ml级，石墨炉法1010-10-14g。
准确度高:火焰法误差<1% ，石墨炉法3－5％。 选择性好：共存成分的干扰小，不经分离可直接测定 操作简便，分析速度快
雾化器 雾滴 火焰
气态分子
火焰
气态原子
12
3. 原子光谱
在外加光能作用下，原子最外层电子吸收一定能量跃 迁至激发态，根据E=hc/,不同能级差对应不同的谱线波 长，形成了原子光谱（线状光谱）
如：铜原子光谱 324.8nm、222.6nm 296.1nm、213.6nm
E h h c
第二章 原子吸收分光光度法
1
教学内容
• 方法简介 第一节 原子吸收光谱法基本原理 第二节 原子吸收分光光度计结构与工作原理 第三节 原子吸收定量分析方法 第四节 原子吸收实验技术
2
原子吸收分光光度法简介
❖ 定义：利用原子吸收分光光度计测 定物质的原子对特定的光的吸收程度 来进行定量的分析方法。
❖ 原子吸收分光光度法亦称原子吸收光谱法 （atomic absorption spectrometry, AAS)
谱线宽度
⑴. 谱线中心频率
0
原子吸收谱线并不是严格几何意义上的线，而是具有 着一定波长范围的谱线（Δλ约为0.001-0.005nm）
17
三、原子吸收值与元素浓度的关系
1.积分吸收 —在吸收轮廓内将吸收系数K对频率进行积分。
原子吸收线的宽度过窄，测定积分吸收难以实现。
2. 峰值吸收
—吸收线轮廓中心波长处的吸收系数K称为峰值吸收。 峰值吸光度与基态原子数成正比。
原子产生吸收光谱必须满足： △E=E*－E0=h=hc/
当有一能量等于△E的这一特定波长的光辐射通过含 有基态原子的蒸气时，基态原子就吸收了该辐射的能 量而跃迁到激发态，引起入射光光强度的变化产生原 子吸收光谱。
11
2. 原子化
将待测物质由分子或离子转化为基态原子 的过程
溶液 （分子或离子）
共振线是元素的特征谱线,共振线是元素所有谱线中最灵敏谱线。
分析线：在实际测定中选用的谱线
（测定波长），一般选共振线，有
时选其它分析线。
共振吸收
激发态
共振发射 基态
15
吸收光谱的特征波长
K
共振线
ν
分析线
（λ）
16
2. 吸收线的轮廓 Kv ⑶ 最大吸收系数 K0
⑵. 谱线半宽度(10-2 Å)
K0 /2
24
重要参数
灯电流（mA)
灯电流的选择：
灯电流太高，灯自蚀；消耗 内充气体，减短寿命；强度不 稳。
灯电流太低，强度不够，影 响灵敏度。
应通过实验进行选择，一般 为5-10 mA（额定电流的1/22/3）。
使用注意事项：
预热10-20分钟， 使灯的发射强度稳定。 每测一种元素需更 换相应的灯。
阴、阳两极间施加高压，电子在电场中运动与内充的 惰性气体原子碰撞，使之电离，产生带正电的气体离子。 气体离子在电场中运动，猛烈轰击阴极表面被测元素， 产生被测元素蒸气云（溅射）；阴极受热也可导致被测元 素的热蒸发。 被轰击出的蒸气元素与受热的电子、离子或原子碰撞 而获得能量被激发，发出相应元素的特征谱线。
25
共振吸收
激发态 共振发射 基态
吸收光谱:当电子吸收一定能量从基态跃迁到激发态时所
产生的吸收谱线，
发射光谱：当电子从激发态跃回基态时，则发射出同样
频率的光辐射，其对应的谱线为发射光谱。
13
4. 原子吸收光谱的产生
溶液中的金属离子化合物在高温下能够解离成原子蒸气 , ❖原两子种与形分态子间一存样在,定吸量收关特系定。能量后,产生基态→激发态跃
一、原子吸收光谱的产生
1.基态与激发态
基态：原子所处的能量最低的稳定状态 激发态：原子的最外层电子吸收一定能量后跃迁至 较高的能级，此时原子所处的状态为激发态。
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Pauling近似能级图
10
基态：原子处于最低的能级状态E0 激发态：较高的能级状态E*
跃迁所需的能量为原子中的电子能级差 △E = E*－E0
基本组成：
• 光源 • 原子化器 • 分光器 • 检测器
双光束仪器
21
一、光源
作 用：发射出待测元素的特征谱线 要 求： ➢ 能发射待测元素的特征谱线； ➢ 发射线宽度远小于原子吸收线宽度； ➢ 辐射强度足够大； ➢ 稳定性好、使用寿命长 。
22
常用光源-空心阴极灯
23
空心阴极灯的工作原理
相同点 ➢ 均属于吸收光谱分析； ➢ 均服从光的吸收定律。
不同点 ➢原子吸收光谱分析的吸收物质是基态原子蒸气； ➢紫外-可见分光光度分析的吸光物质是溶液中的分子或离子； ➢原子吸收光谱是线状光谱； ➢紫外-可见吸收光谱是带状光谱。
20
第二节 原子吸收分光光度计的结构和原理
主要类型
单光束仪器
应用广泛：可测定的元素达70多个 ，应用于化工、医 药、环境、食品、农业等领域。
分析不同元素，必须使用不同元素灯。 有些元素，如钍、铪、铌、钽等的灵敏度比较低。 对于复杂样品需要进行化学预处理。
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第一节 原子吸收光谱法基本原理
一、原子吸收光谱的产生 二、原子吸收光谱线的特征 三、原子吸收值与元素浓度的关系 四、与UV－Vis的比较
迁；产生原子吸收光谱，即共振吸收。 ❖原子由基态→第一激发态的跃迁,最易发生。 ❖每种原子的核外电子能级分布不同，当产生由基态→第
一激发态的跃迁时，只能吸收特定频率的辐射能量。
光强度的变化符合朗伯-比耳定律，进行定量分析。
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二、原子吸收光谱线的特征
1. 共振线与分析线
共振线：电子从基态跃迁至第一激发态时所产生的吸收谱线， 也称共振吸收线、最灵敏线。
峰值吸光度的测量可采用锐线光源实现。
连续光源
锐线光源
18
3. 吸 收 定 律 在保证样品原子化效率恒定的前提下，在
一定浓度范围内和一定介质厚度的情况下， 吸光度与待测元素的浓度成正比例，符合朗 伯-比尔定律。
A = kLN = kc
N为元素的原子数，c待测元素的浓度
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四、 与U百度文库－Vis的比较
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原子吸收分光光度计
4
5
原子吸收分析示意图
光源（发射特征谱线）→原子化器（试样转化为原子蒸气）→分光系统 （分离特征谱线）→检测系统 （信号转换、放大、显示）
6
原子吸收光谱法特点
灵敏度高，检出限低:火焰法1 ng/ml级，石墨炉法1010-10-14g。
准确度高:火焰法误差<1% ，石墨炉法3－5％。 选择性好：共存成分的干扰小，不经分离可直接测定 操作简便，分析速度快
雾化器 雾滴 火焰
气态分子
火焰
气态原子
12
3. 原子光谱
在外加光能作用下，原子最外层电子吸收一定能量跃 迁至激发态，根据E=hc/,不同能级差对应不同的谱线波 长，形成了原子光谱（线状光谱）
如：铜原子光谱 324.8nm、222.6nm 296.1nm、213.6nm
E h h c
第二章 原子吸收分光光度法
1
教学内容
• 方法简介 第一节 原子吸收光谱法基本原理 第二节 原子吸收分光光度计结构与工作原理 第三节 原子吸收定量分析方法 第四节 原子吸收实验技术
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原子吸收分光光度法简介
❖ 定义：利用原子吸收分光光度计测 定物质的原子对特定的光的吸收程度 来进行定量的分析方法。
❖ 原子吸收分光光度法亦称原子吸收光谱法 （atomic absorption spectrometry, AAS)
谱线宽度
⑴. 谱线中心频率
0
原子吸收谱线并不是严格几何意义上的线，而是具有 着一定波长范围的谱线（Δλ约为0.001-0.005nm）
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三、原子吸收值与元素浓度的关系
1.积分吸收 —在吸收轮廓内将吸收系数K对频率进行积分。
原子吸收线的宽度过窄，测定积分吸收难以实现。
2. 峰值吸收
—吸收线轮廓中心波长处的吸收系数K称为峰值吸收。 峰值吸光度与基态原子数成正比。
原子产生吸收光谱必须满足： △E=E*－E0=h=hc/
当有一能量等于△E的这一特定波长的光辐射通过含 有基态原子的蒸气时，基态原子就吸收了该辐射的能 量而跃迁到激发态，引起入射光光强度的变化产生原 子吸收光谱。
11
2. 原子化
将待测物质由分子或离子转化为基态原子 的过程
溶液 （分子或离子）
共振线是元素的特征谱线,共振线是元素所有谱线中最灵敏谱线。
分析线：在实际测定中选用的谱线
（测定波长），一般选共振线，有
时选其它分析线。
共振吸收
激发态
共振发射 基态
15
吸收光谱的特征波长
K
共振线
ν
分析线
（λ）
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2. 吸收线的轮廓 Kv ⑶ 最大吸收系数 K0
⑵. 谱线半宽度(10-2 Å)
K0 /2
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重要参数
灯电流（mA)
灯电流的选择：
灯电流太高，灯自蚀；消耗 内充气体，减短寿命；强度不 稳。
灯电流太低，强度不够，影 响灵敏度。
应通过实验进行选择，一般 为5-10 mA（额定电流的1/22/3）。
使用注意事项：
预热10-20分钟， 使灯的发射强度稳定。 每测一种元素需更 换相应的灯。
阴、阳两极间施加高压，电子在电场中运动与内充的 惰性气体原子碰撞，使之电离，产生带正电的气体离子。 气体离子在电场中运动，猛烈轰击阴极表面被测元素， 产生被测元素蒸气云（溅射）；阴极受热也可导致被测元 素的热蒸发。 被轰击出的蒸气元素与受热的电子、离子或原子碰撞 而获得能量被激发，发出相应元素的特征谱线。
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共振吸收
激发态 共振发射 基态
吸收光谱:当电子吸收一定能量从基态跃迁到激发态时所
产生的吸收谱线，
发射光谱：当电子从激发态跃回基态时，则发射出同样
频率的光辐射，其对应的谱线为发射光谱。
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4. 原子吸收光谱的产生
溶液中的金属离子化合物在高温下能够解离成原子蒸气 , ❖原两子种与形分态子间一存样在,定吸量收关特系定。能量后,产生基态→激发态跃