原子吸收光谱仪原理

暗线作了粗略的测量，并列成谱图，暗线条数超过700条，后来这些线称 为Fraunhofer线。
• 这些线是由于太阳外层的大气吸收了太阳发射的光线所致
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Kirchhoff 和 Bunsen的实验（1）
灯源 透镜 透镜 将盐放在金属丝上 并放入火焰中
白色卡片 燃烧器 暗线 棱镜
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Kirchhoff 和 Bunsen的实验 （2）
1966
1967 1971 1987 1991-92
John Willis & Phil Thomas
Varian-Techtron Varian-Techtron Varian-Techtron Varian-OSI
采用氧化亚氮/乙炔作为AAS的工作气
Varian与Techtron合作 Zeeman 专利, 开发出GFAAS 引入石墨炉Zeeman 通过ISO-9001质量论证

（1）由于有不被吸收的辐射、杂散光。因为必须全部光被吸收到同 一程度才能保持线性 （2）由于光源的老化或使用高的灯电流引起的空心灯谱线扩宽 （3）由于单色器狭缝太宽，则传送到检测器去的谱线会超过一条。 校正曲线表现出更大的弯曲

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原子化

原子化即产生自由基态原子以便进行吸收测量的过程。 原子吸收分析，必须要产生被分 析元素的自由基态原子， 并将之置于该元素的特征谱线中。原子吸收用于检测元 素的浓 度，通常是以液态形式。原子吸收最适合于分析 溶解或吸收后呈水溶液状态样品中元素 的分析，或者用 其它溶剂如有机溶剂稀释处理的样品。自原子吸收建立 以来，已有数种 原子化器问世。主要有三类：火焰、石 墨炉和氢化物发生器。
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通过大量 实践经验，我们能够知道那种元素的分析采用那种火 焰比较合适，因火焰的类型可决定 那些元素能够产生更多的自 由基态原子。从该目的出发，我们可将元素按其分解的难易 程 度分为三大类。 通常溶液制备成1％的盐酸溶液，因盐酸盐较易挥发。
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采用空气－乙炔火焰进行分析的元素
对那些容易原子化的元素（如铜、铅、钾和钠），空气 －乙炔火焰是最为常用的火焰。 对这些元素来说，在空气－乙炔火焰中已有较高比例的 成分被转化成原子基态（温度大 约在2300oC）。
因此发现了Rb和Cs 将盐放在金属丝上 并放入火焰中 透镜
白卡
燃烧头
棱镜
发射线
吸收和发射
Fraunhofer 吸收线
Cu
Ba
Na
K
发射线
190 nm 元素定性分析
900 nm
Varian AA 发展简介
1952-53 1962 Sir Alan Walsh & CSIRO Techtron 研制、发展了 AAS 推出世界上第一台商品化AAS仪器

然而，火焰温度并不是所要考虑的唯一元素－燃烧比也 同样重要。 ‘贫焰’中含乙炔量 较少，且均被氧化。这类火焰对那 些受氧化作用影响较强的元素来说，将不能产生足够 的 自由基态原子。


但如果火焰中含乙炔量较多，即在‘富焰’中，因其中 含较多的炭、 氢，因而可打破被分析元素较强的氧化链， 形成自由原子。
基态原子对光的吸收， 只存在鉴定的电子跃迁， 而无复杂的次级过程； 在整个吸收层中吸收系 数不变；
激发处理关系式进行了 近似简化。
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校正曲线弯曲的原因
光吸收的最简式A=KC，只适用于均匀稀薄的蒸汽原子， 随着吸收层中原子浓度的增加，上述简化关系不成立
在高浓度下，分子不成比例地分解。结果，相对于稳定 的原子温度，较高浓度下给出的自由原子比率较低
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火焰原子化

最常用的原子化器是化学火焰。其反应机理是其他燃料（如乙炔）和氧化剂 （如空气和氧化亚氮）燃烧，样品中的被测物在这种火焰下，分解产生出原 子。测定的是平衡时通过光路吸收区平均基态原子数，其特征是原子蒸发特 性不世界变化，即是科研连续重复测定结果，是已知简便、快速、稳定的装 置，适用与广泛元素的常规分析
原子吸收光谱仪基本课程
基本原理
光谱早期发现
Sunlight Prism
• 1600年牛顿发现太阳光经过棱镜后分成了彩色光带，ห้องสมุดไป่ตู้称其为光谱。
1
Fraunhofer 线
• 1802年 Wollaston利用狭缝和‘棱镜，第一次发现太阳光谱中的暗线，这
是原子吸收光谱的最初观测。
• 1814年Fraunhofer在棱镜后放置了一个望远镜来观察太阳光谱，对那些



干扰可忽略，火焰中的化学环境（如氧化、燃烧比等） 不是主要因素。
然而，空气乙炔火焰却不足以将难熔元素分解。

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采用乙炔－氧化亚氮火焰进行分析的元素

第二类元素是那些用空气－乙炔火焰不能分解，而需要 更热的氧化亚氮－乙炔火焰的难 熔元素，火焰温度大约 在 3000oC。如Al、Si、W等。
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这里: A = 吸光度 Io = 初始光强 It = 透过光的强度
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透光率T（％）与吸光度（ABS）的关系
透光率/T 100 % 10 % 1% 0.1 %
吸光度/A 0 1 2 3
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比耳－朗伯定律
理论曲线 A = abc
吸 收 值 (ABS) 浓度
火焰原子化分析曲线线 性可达2个数量级而石 墨炉则较窄，通常只有 一个数量级 吸收定律，假设： 实际 A abc
3 2

1
4
1
2
3
4
Eo
基态原子吸收共振线
Pb 的能级跃迁图
电子能量跃迁
E4 E3 E2 E1
Eo
202.2
217.0
波长 / nm
261.4
283.3
12
吸收能量图
(每个元素的吸收线较少)
激发
E 离子化
E3
E2
能量
E1 a b c d
}
激发态
Eo 基态
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c b a
发射能量图
（每个元素有较多的发射线)
发射
E 离子化
E3
E2
能量
E1 a b c d Eo
}
激发态
基态
c b a
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吸收与浓度的关系
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比耳－朗伯定律（Beer-Lambert） 吸收计算
A = log (
Io ) = abc It Ac
a = 吸收系数 b = 样品在光路中的强度 c = 浓度
6
Alan Walsh
7
基态原子
Orbitals 中子 质子 电子
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原子能量的吸收和发射
外层 电子
吸收能量 h 基态 h 放出能量 激发态
能级图
电子能级跃迁 E4 E3
E2
E1
1
2
3
4
5
6
Eo
共振线来自与基态原子 (Eo)
原子吸收过程
阳光 太阳外层大气压 能量跃迁 E3 E2 E1