北京交通大学：《环境分析化学》课程教学课件（讲稿）第十一章 原子吸收光谱分析（Atomic Absorption Spectrometry,AAS）

原子吸收光谱分析Atomic Absorption Spectrometry,AAS17:13:26

17:13:26 原子吸收光谱分析 Atomic Absorption Spectrometry,AAS

AAS是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸收来确定物质含量的分析方法，AAS特点：检出限低，10-15～10-13g;准确度和精密度高；选择性高，一般情况下共存元素不于扰：应用广，可测定70多个元素；局限性：难熔、非金属元素测定困难、不能同时测17:13:26

17:13:26 AAS 是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸收来确 定物质含量的分析方法. AAS特点： 检出限低，10-15～10-13 g； 准确度和精密度高； 选择性高，一般情况下共存元素不干扰； 应用广，可测定70多个元素； 局限性：难熔、非金属元素测定困难、不能同时测

2.++8（1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同基态→第一激发态：跃迁吸收能量不同一一具有特征性（2）各种元素的基态一→第一激发态最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。（3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析17:13:26

17:13:26 2. （1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态→第一激发态: 跃迁吸收能量不同——具有特征性。 （2）各种元素的基态→第一激发态 最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。 （3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行 定量分析

一、原子吸收光谱分析基本原理1.原子的能级与跃迁基态一第一激发态，吸收一定频率的辐射能量产生共振吸收线（简称共振线）吸收光谱激发态→基态发射出一定频率的辐射。发射光谱产生共振发射线（也简称共振线）2.元素的特征谱线（1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同基态一第一激发态跃迁吸收能量不同具有特征性（2）各种元素的基态→第一激发态最易发生，吸收最强最灵敏线。特征谱线。（3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析17:13:26

17:13:26 2.元素的特征谱线 （1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态→第一激发态跃迁吸收能量不同——具有特征性。 （2）各种元素的基态→第一激发态最易发生，吸收最强， 最灵敏线。特征谱线。 （3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析 一、原子吸收光谱分析基本原理 1.原子的能级与跃迁 基态→第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱 激发态→基态 发射出一定频率的辐射。 产生共振发射线（也简称共振线） 发射光谱

一、原子吸收光谱分析基本原理3.基态原子与待测元素含量的关系原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与共振线吸收之间的关系来测定的。热力学平衡时，基态和激发态符合Boltzmann分布定律：Eo-E;-hv-AEPP,Ni_ P;kTkTkTeePP.P.N。P.P,和P分别为激发态和基态的统计权重，激发态原子数N.与基态原子数N之比较小，可以用基态原子数代表待测元素的原子总数。一定浓度范围内，N.与试样中待测元素浓度C呈线性关系：N.=k'C17:13:26

17:13:26 原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与 共振线吸收之间的关系来测定的。 热力学平衡时，基态和激发态符合Boltzmann分布定律： Pj和PO分别为激发态和基态的统计权重，激发态原子数Nj与 基态原子数No之比较小, 可以用基态原子数代表待测元素的 原子总数。 一定浓度范围内，N0与试样中待测元素浓度C呈线性关系： N0=k’C k T h j k T E j k T E E j j e P P e P P e P P N N − j − −  − = = = 0 0 0 0 0 一、原子吸收光谱分析基本原理 3.基态原子与待测元素含量的关系

表几种元素共振线的N/N。值N/NoP激发能共振线波长PoeVnm2000K2500K3000KK1.10×10~323.84×1031.68×10-4766.491.6171Na2589.00.99×10-51.14×10-45.83×10-42.10403Ba2.2396.83×10-63.19×10-55.19×10~4553.56Ca31.22×10-73.67×10-63.55×10~5422.672.932Fe371.991.04×10~71.31×10-63.3322.29×10-92Ag328.076.03×10-108.99×10-73.77864.84×10-8Cu24.82×10-104.04×10-86.65×10~7324.753.81734.3463.35×10-115.20×10-91.50×10-7Mg285,216.22×10-125.50×10-10Zn37.45×10~15213.865.79517:13:26

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一、原子吸收光谱分析基本原理+4、原子吸收线的轮廓K实际上用特征吸收频率K辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一定宽度)。VoV◆由：It=Ioe-Kvb，透射吸收线轮廓吸收线轮廓与半宽度光强度I和吸收系数及表征吸收线轮廓(峰)的参数：辐射频率有关。特征频率f。(峰值频率)：以K与f作图：最大吸收系数对应的频率，中心波长：o(nm)半宽度：Af17:13:26

17:13:26 4、原子吸收线的轮廓 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)。 由：It=I0e -Kvb ， 透射 光强度 It和吸收系数及 辐射频率有关。 以Kv与f 作图： 表征吸收线轮廓(峰)的参数： 特征频率fO(峰值频率) ： 最大吸收系数对应的频率； 中心波长：λ0 (nm) 半 宽 度：Δf 一、原子吸收光谱分析基本原理

一、原子吸收光谱分析基本原理吸收线会变宽？(1）自然宽度(natural width)△fN照射光具有一定的宽度。（2）多普勒变宽（Dopplerbroadening）△fD原子不规则的热运动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T，反之，高。△V=7.162×10-7.VM17:13:26

17:13:26 吸收线会变宽? （1）自然宽度(natural width) Δ fN 照射光具有一定的宽度。 （2）多普勒变宽 ( Doppler broadening ) Δ fD 原子不规则的热运动 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。 M T V V0 7  D = 7.16210  − 一、原子吸收光谱分析基本原理

（4）压力变宽由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化A劳伦兹（Lorentz）变宽(Lorents broadening）△fL待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大B赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽：同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略（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。（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；17:13:26

17:13:26 （4）压力变宽 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 A 劳伦兹（Lorentz）变宽(Lorents broadening) Δ fL 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 B 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽： 同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略 （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。 （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、原子吸收光谱分析基本原理5.积分吸收与锐线光源钨丝灯光源和氙灯，经分光后，光谱通带0.2mm。而原子吸收线半宽度：10-3mm若用一般光源照射时，吸10nm收光的强度变化仅为0.5%。灵T敏度极差。2x10~1nm理论上：入nm+e元连续光源与原子吸收线■K,dvNo.的通带宽度对比示意图mc817:13:26

17:13:26 5.积分吸收与锐线光源 钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2mm。而原子 吸收线半宽度：10-3mm。 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： N f mc e K v v 0 2 π d =  + − 一、原子吸收光谱分析基本原理