《现代分析仪器技术》课程教学资源（PPT课件）第4章 原子吸收光谱法 atomic absorption spectrometry,AAS

第四章 一、概述 原子吸收 generalization 二、原子吸收光谱的产生 光谱法 formation of AAS 三、谱线轮廓与谱线变宽 shape and broadening of absorption line atomic absorption 四、积分吸收与峰值吸收 spectrometry,AAS integrated absorption and absorption in peak max 五、基态原子数与原子化 原子吸收光谱分析 温度 基本原理 relation of atomic amount in ground with temperature of atomization basic principle of AAS 六、定量基础 quantitative 下一页 00:1709

00:17:09 第四章 原子吸收 光谱法 一、概述 generalization 二、原子吸收光谱的产生 formation of AAS 三、谱线轮廓与谱线变宽 shape and broadening of absorption line 四、积分吸收与峰值吸收 integrated absorption and absorption in peak max 五、基态原子数与原子化 温度 relation of atomic amount in ground with temperature of atomization 六、定量基础 quantitative 原子吸收光谱分析 原子吸收光谱分析 原子吸收光谱分析 基本原理 基本原理 atomic absorption spectrometry,AAS basic principle of AAS

概述generalization 原子吸收现象：原子蒸气对其原子共振辐射吸收的现象； 1802年被人们发现： 1955年以前，一直未用于分析化学. 澳大利亚物理学家Walsh A(瓦尔西)发表了著名论文： 《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。特点： (1)检出限低，10-10~10-14g: (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，可测定70多个元素（各种样品中）； 局限性：难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时多元素 00:1709

00:17:09 一、概述generalization 原子吸收现象：原子蒸气对其原子共振辐射吸收的现象； 1802年被人们发现； 1955年以前，一直未用于分析化学. 澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）发表了著名论文： 《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。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，可测定70多个元素（各种样品中）； 局限性：难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时多元素

二、 原子吸收光谱的产生 山☐ formation of AAS 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。 产生共振吸收线（也简称共振线) 发射光谱 001709

00:17:09 二、原子吸收光谱的产生 二、原子吸收光谱的产生 二、原子吸收光谱的产生 formation of AAS 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。 产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱

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： 跃迁吸收能量不同一具有特征性。 (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 00:1709

00:17:09 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

三、谱线的轮廓与谱线变宽 ◆原子结构较分子结构简 单，理论上应产生线状光 谱吸收线。 ◆实际上用特征吸收频率 辐射光照射时，获得一峰 吸收线轮廓 吸收线轮廓与半宽度 形吸收（具有一定宽度）。 ◆由：I:=Ioe-Kvb, 透射 表征吸收线轮廓（峰）的参数： 光强度I和吸收系数及 中心频率vo(峰值频率)： 最大吸收系数对应的频率； 辐射频率有关。 中心波长：入(nm) 以K与v作图： 半宽度：△6 001709

00:17:09 三、谱线的轮廓与谱线变宽 三、谱线的轮廓与谱线变宽 三、谱线的轮廓与谱线变宽 ♦原子结构较分子结构简 单，理论上应产生线状光 谱吸收线。 ♦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ν 作图： 表征吸收线轮廓(峰)的参数： 中心频率νO(峰值频率) ： 最大吸收系数对应的频率； 中心波长：λ(nm) 半宽度：ΔνO

吸收峰变宽原因： (1)自然宽度 照射光具有一定的宽度。 (2)温度变宽（多普勒变宽） △V。 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。 A=7.162×107.y T M 00:1709

00:17:09 吸收峰变宽原因： （1）自然宽度 照射光具有一定的宽度。 （2）温度变宽（多普勒变宽） ΔVo 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。 M T V V0 7 D 10162.7 ⋅×=Δ −

(3)压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽)△ 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 劳伦兹(Lorentz)变宽： 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克(Holtsmark)变宽（共振变宽）： 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； 在一般分析条件下△V,为主。 001709

00:17:09 （3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 劳伦兹（Lorentz）变宽： 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）： 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； 在一般分析条件下ΔVo为主

四、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0.2m。而原子 吸收线半宽度：10-3mm。如图： 若用一般光源照射时，吸 nm 收光的强度变化仅为0.5%。灵 敏度极差。 2X101 nm 理论上： +0 n K,d=元e Nof 连续光源·与原子吸收线口 mc 的通带宽度对此示意图 9 00:1709

00:17:09 四、积分吸收和峰值吸收 四、积分吸收和峰值吸收 四、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0.2mm。而原子 吸收线半宽度：10-3mm。如图： 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： fN mc e v vK 0 2 π d = ∫+∞ ∞−

讨论 10 SK.dv- ei mc 00 2x101m 如果将公式左边求出，即谱线下 nm 连续光源·与原子吸收线口 所围面积测量出（积分吸收）。即可 的通带宽度对此示意图 得到单位体积原子蒸气中吸收辐射的 基态原子数。 这是一种绝对测量方法，现在的分光装置无法实现。 (△入=103，若入取600nm,单色器分辨率入/△入=6×105) 长期以来无法解决的难题！ 能否提供共振辐射（锐线光源）， 测定峰值吸收？ 001709

00:17:09 讨论 fN mc e v vK 0 2 π d = ∫+∞ ∞− 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。 这是一种绝对测量方法，现在的分光装置无法实现。 (△λ=10-3，若λ取600nm，单色器分辨率R=λ/△λ=6×105 ) 长期以来无法解决的难题！ 能否提供共振辐射（锐线光源），测定峰值吸收？

2.锐线光源 在原子吸收分析中需要使用锐线光源，测量谱线的峰值 吸收，锐线光源需要满足的条件： (1)光源的发射线与吸收线的V。一致。 (2)发射线的△v12小于吸收线的△v12。 提供锐线光源的方法： nm 空心阴极灯 2X10nm 入nm 连续光源口与原子吸收线口 的通带宽度对比示意图 00:1709

00:17:09 2.锐线光源 在原子吸收分析中需要使用锐线光源，测量谱线的峰值 吸收，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