石河子大学：《仪器分析》课程教学课件（民族班）第6章 原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectrometry, AAS）

第六章原子吸收光谱法 (Atomic Absorption Spectrometry,AAS) 6.1概述 62基本原理 6.3AAS仪器及其组成 6.4干扰及其消除方法 6.5原子吸收分析方法 分析对象为金属元素；通用型方法；难实现多元素同时测定。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

第六章 原子吸收光谱法 (Atomic Absorption Spectrometry, AAS) 6.1 概述 6.2 基本原理 6.3 AAS仪器及其组成 6.4 干扰及其消除方法 6.5 原子吸收分析方法 分析对象为金属元素；通用型方法；难实现多元素同时测定。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

6.1概述 历史： 1802年，发现原子吸收现象；1955年，Australia物理学 家Walsh A将该现象应用于分析；60年代中期发展最快。 AAS是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见 光的吸收为基础的分析方法。 AAS与AES之比较： 相似之处一产生光谱的对象都是原子； 不同之处一AAS是基于“基态原子”选择性吸收光辐射能 y,并使该光辐射强度降低而产生的光谱（共振吸收线）； AES是基态原子受到热、电或光能的作用，原 子从基态跃迁至激发态，然后再返回到基态时所产生的光 谱（共振发射线和非共振发射线）。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

6.1 概述 历史： 1802年，发现原子吸收现象；1955年，Australia 物理学 家Walsh A将该现象应用于分析；60年代中期发展最快。 AAS是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见 光的吸收为基础的分析方法。 AAS与AES之比较： 相似之处——产生光谱的对象都是原子； 不同之处——AAS是基于“基态原子”选择性吸收光辐射能 (h)，并使该光辐射强度降低而产生的光谱(共振吸收线)； AES是基态原子受到热、电或光能的作用，原 子从基态跃迁至激发态，然后再返回到基态时所产生的光 谱(共振发射线和非共振发射线)。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

原子吸收光谱分析的过程： A元素含量测定-A元素的空心阴极灯发射特征 辐射-试样在原子化器中变为气态的基态原 子-吸收空心阴极灯发射特征辐射-空心 阴极灯发射特征辐射减弱-产生吸光度-元 素定量分析 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

原子吸收光谱分析的过程: A元素含量测定- A元素的空心阴极灯发射特征 辐射-试样在原子化器中变为气态的基态原 子-吸收空心阴极灯发射特征辐射-空心 阴极灯发射特征辐射减弱-产生吸光度-元 素定量分析 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

AAS特点： 1)灵敏度高，检测限低。火焰原子法达ngmL级；石墨炉 可达1013-1014g. 2)选择性好，干扰小。各元素有各自的特征光谱，一般情 况下共存元素不干扰； 2)精密度高：火焰原子吸收法的RSD小于1%。石墨炉原 子吸收法在3%-5%。 3)分析速度快，测定范围广，可测70种元素。 4)操作简便，价格较低。 不足： 对非金属及难熔元素的测定尚有困难； 多元素同时测定有困难 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

AAS特点： 1）灵敏度高，检测限低。火焰原子法达ng/mL级；石墨炉 可达10-13 -10-14g. 2) 选择性好，干扰小。各元素有各自的特征光谱，一般情 况下共存元素不干扰； 2）精密度高：火焰原子吸收法 的 RSD 小于1％。石墨炉原 子吸收法在3%-5%。 3）分析速度快，测定范围广，可测70 种元素。 4）操作简便，价格较低。 不足： 对非金属及难熔元素的测定尚有困难； 多元素同时测定有困难 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

6.2基本原理 一、原子光谱的产生 基态原子吸收共振辐射，外层电子从基态跃迁至 激发态产生原子吸收光谱。（位于UV-Vis区) 二、基态原子数与总原子数的关系 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： NL=8LeE,1灯 N。 80 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

二、基态原子数与总原子数的关系 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： i i E i kT e g g N N / 0 0   6.2 基本原理 基态原子吸收共振辐射，外层电子从基态跃迁至 激发态产生原子吸收光谱。（位于UV-Vis区） 一、原子光谱的产生 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

N 81eE,灯 No 80 从上式可知： 温度越高，N/N值越大，即激发态原子数 随温度升高而增加，而且按指数关系变化： 在相同的温度条件下，激发能越小，吸收线 波长越长，NN值越大。 但是在原子吸收光谱中，原子化温度一般小 于3000K,大多数元素的最强共振线都低于600 nm,N:/N值绝大部分在103以下，激发态和 基态原子数之比小于千分之一，激发态原子数 可以忽略。N,可以近似等于总原子数N。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

温度越高，Ni / N0值越大，即激发态原子数 随温度升高而增加，而且按指数关系变化； 在相同的温度条件下，激发能越小，吸收线 波长越长，Ni /N0值越大。 但是在原子吸收光谱中，原子化温度一般小 于3000K，大多数元素的最强共振线都低于600 nm，Ni / N0值绝大部分在10-3以下，激发态和 基态原子数之比小于千分之一，激发态原子数 可以忽略。 N0 可以近似等于总原子数N。 i i E i kT e g g N N / 0 0   从上式可知： Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

三、原子谱线轮廓 原子吸收光谱线有相当窄的频率或波长范围， 即有一定宽度。 一束不同频率强度为的平行光通过厚度为的原子蒸 气，一部分光被吸收，透过光的强度I,服从吸收定律 hv 原子蒸汽 =le-k) 式中K是基态原子对频率为V的光的吸收系数。不同元 素原子吸收不同频率的光。K不是常数，而是与谱线频率或 波长有关。由于任何谱线并非都是无宽度的几何线，而是有 一定频率或波长宽度的，即谱线是有轮廓的！因此将K,作为 常数而使用此式将带来偏差！ Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

原子吸收光谱线有相当窄的频率或波长范围， 即有一定宽度。 一束不同频率强度为I0的平行光通过厚度为l的原子蒸 气，一部分光被吸收，透过光的强度Iν服从吸收定律: 三、原子谱线轮廓 ( ) 0 k l I I e     式中K是基态原子对频率为 的光的吸收系数。不同元 素原子吸收不同频率的光。K 不是常数，而是与谱线频率或 波长有关。由于任何谱线并非都是无宽度的几何线，而是有 一定频率或波长宽度的，即谱线是有轮廓的！因此将 K 作为 常数而使用此式将带来偏差！ 原子蒸汽 l h I0  I  Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

谱线强度随频率或波长变化的曲线，称为谱线轮廓。 一般习惯以K,v来描述。 原子吸收线的轮廓以吸收 线的中心频率（波长)和半 宽度来表示。 Vo K,V(谱线轮廓) K,一吸收系数；K,一最大吸收系数；Y。一中心频率或波长（由原子能级决 定)；△v-谱线轮廓半宽度(K,/2处的宽度)； Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

K0 /2 K   K0  0  K ~ （谱线轮廓） 谱线强度随频率或波长变化的曲线，称为谱线轮廓。 一般习惯以K - 来描述。 K—吸收系数；K0—最大吸收系数； 0—中心频率或波长(由原子能级决 定)；—谱线轮廓半宽度（K0 /2处的宽度）； 原子吸收线的轮廓以 吸收 线的中心频率（波长）和半 宽度来表示。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

谱线宽度(Line broadening.)受到很多因素影响。 1.自然变宽： 无外界因素影响时谱线具有的宽度。其大小为 △VN (cx为激发态寿命，107108s) 2πTk 自然宽度与激发态的寿命有关，在激发态寿命越长，谱 线越窄，多数情况下，谱线宽度在l05nm数量级。 该宽度比光谱仪本身产生的宽度要小得多，只有极高分 辨率的仪器才能测出，故可勿略不计。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

k N   2 1   谱线宽度（Line broadening）受到很多因素影响。 1. 自然变宽： 无外界因素影响时谱线具有的宽度。其大小为 （K 为激发态寿命，10-7 -10-8 s） 自然宽度与激发态的寿命有关，在激发态寿命越长，谱 线越窄，多数情况下，谱线宽度在10-5nm数量级。 该宽度比光谱仪本身产生的宽度要小得多，只有极高分 辨率的仪器才能测出，故可勿略不计。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

2.Doppler变宽：由原子的无规则热运动引起，又称热 变宽。 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。 光子观测 (vo+Vp) 光子观测 (o'b) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

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。 2. Doppler变宽：由原子的无规则热运动引起，又称热 变宽。 光子观测 光子观测 （0+D） （0 -D） Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)