第八章 原子吸收光谱分析 (Atomic Absorption Spectrometry, AAS) §8-1 原子吸收光谱分析概述 一、原子吸收光谱分析方法的历史发展 18th century，武郎斯顿和福劳和费就观察到太阳光谱中 的原子吸收谱线。 19th century ，1929年瑞典农学家 Lwndegardh 用空气 -乙炔火焰，气动喷雾摄谱法进行火焰光度分析。1955年 由澳大利亚物理学家 Walsh 和 荷兰科学家 Alkemade 发明 了原子吸收光谱分析技术，并用于化学物质的定量分析。 1976以来， 由于微电子技术的发展使原子吸收技术的应 用不断进步，衍生出了石墨炉原子化技术、塞曼效应背景校 正等先进技术，尤其在临床检验、环境保护、生物化学等方 面应用广泛
第八章 原子吸收光谱分析 (Atomic Absorption Spectrometry, AAS) §8-1 原子吸收光谱分析概述 一、原子吸收光谱分析方法的历史发展 18th century，武郎斯顿和福劳和费就观察到太阳光谱中 的原子吸收谱线。 19th century ，1929年瑞典农学家 Lwndegardh 用空气 -乙炔火焰，气动喷雾摄谱法进行火焰光度分析。1955年 由澳大利亚物理学家 Walsh 和 荷兰科学家 Alkemade 发明 了原子吸收光谱分析技术，并用于化学物质的定量分析。 1976以来， 由于微电子技术的发展使原子吸收技术的应 用不断进步，衍生出了石墨炉原子化技术、塞曼效应背景校 正等先进技术，尤其在临床检验、环境保护、生物化学等方 面应用广泛
二、原子吸收光谱分析的常规模式 特点： 测定的是特定谱线 的吸收（由于原子 吸收线的数量大大 少于原子发射线） 所以谱线重叠几率 小，光谱干扰少。 在实验条件下，基 态原子数目大大高 于激发态原子数目， 因此吸收法灵敏度 比较高
二、原子吸收光谱分析的常规模式 特点： 测定的是特定谱线 的吸收（由于原子 吸收线的数量大大 少于原子发射线） 所以谱线重叠几率 小，光谱干扰少。 在实验条件下，基 态原子数目大大高 于激发态原子数目， 因此吸收法灵敏度 比较高
AAS Spectrophotometers: Readout ▣ Shutter Amplifier Grating Ebert Modulated monochromator power source Lamp Flame (a)
原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。 由于原于的吸收线比发射线的数目少得多，这样 谱线重叠的几率小得多。而且空心阴极灯一般并 不发射那些邻近波长的辐射线经，因此其它辐射 线干扰较小。 原子吸收具有较高的灵敏度。 在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态原 于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部 分原子。 原子吸收法 比发射法具有更佳的信噪比 这是由于激发态原子数的温度系数显著大于基态 原子。 Comparison of AAS and AES
原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。 由于原于的吸收线比发射线的数目少得多，这样 谱线重叠的几率小得多。而且空心阴极灯一般并 不发射那些邻近波长的辐射线经，因此其它辐射 线干扰较小。 原子吸收具有较高的灵敏度。 在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态原 于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部 分原子。 原子吸收法 比发射法具有更佳的信噪比 这是由于激发态原子数的温度系数显著大于基态 原子。 Comparison of AAS and AES
● AAS intrinsically more sensitive than AES ● Similar atomization techniques to AES ● Addition of radiation source ● High temperature for atomization necessary flame and electrothermal atomization ● Very high temperature for excitation not necessary generally no plasma / arc / spark AAS Atomic absorption spectrometry 从仪器构造来看， 二者还有以下的异同点
● AAS intrinsically more sensitive than AES ● Similar atomization techniques to AES ● Addition of radiation source ● High temperature for atomization necessary flame and electrothermal atomization ● Very high temperature for excitation not necessary generally no plasma / arc / spark AAS Atomic absorption spectrometry 从仪器构造来看， 二者还有以下的异同点
§8-2 原子吸收光谱分析基本原理 一、原子吸收线和原子发射线 E0 E1 E2 E3 A B A 产生吸收光谱 B 产生发射光谱 E0 基态能级 E1、E2、E3、激发态能级 电子从基态跃迁到能量最 低的激发态(称为第一激发态) 时要吸收一定频率的光，这 种谱线称为共振吸收线；当 它再跃迁回基态时，则发射 出同样频率的光(谱线)，这 种谱线称为共振发射线(它们 都简称共振线)
§8-2 原子吸收光谱分析基本原理 一、原子吸收线和原子发射线 E0 E1 E2 E3 A B A 产生吸收光谱 B 产生发射光谱 E0 基态能级 E1、E2、E3、激发态能级 电子从基态跃迁到能量最 低的激发态(称为第一激发态) 时要吸收一定频率的光，这 种谱线称为共振吸收线；当 它再跃迁回基态时，则发射 出同样频率的光(谱线)，这 种谱线称为共振发射线(它们 都简称共振线)
二、原子吸收线的形状 原子吸收光谱线线宽~0.001nm 原子发射光谱线线宽~0.0005nm （有谱线展宽现象） 因此，光谱测定的特征谱线会有区别： 测定元素 吸收分析线波长 发射分析线波长 Al 3093 3961 Co 2407 3453 If applying a continuum light source, a relationship between radiant power passing through the sample (透过光强度) and frequency is shown in the figure on lower-left side
二、原子吸收线的形状 原子吸收光谱线线宽~0.001nm 原子发射光谱线线宽~0.0005nm （有谱线展宽现象） 因此，光谱测定的特征谱线会有区别： 测定元素 吸收分析线波长 发射分析线波长 Al 3093 3961 Co 2407 3453 If applying a continuum light source, a relationship between radiant power passing through the sample (透过光强度) and frequency is shown in the figure on lower-left side
所得曲线为吸收线轮廓(line profile)。原子吸收线轮 廓以原子吸收谱线的中心频率（或中心波长）和半宽 度(half-width) 表征
所得曲线为吸收线轮廓(line profile)。原子吸收线轮 廓以原子吸收谱线的中心频率（或中心波长）和半宽 度(half-width) 表征
三、引起吸收线变宽的因素 a、自然宽度（natural width） 用ΔνN 表示。 b、多普勒变宽(Doppler broadening) 用ΔνD 表示。 c、压力变宽（包括劳伦兹变宽共振变 宽），它们分别用ΔνL 和ΔνR表示。 d、场致变宽等其它因素变宽。 它们之间的关系式为： 2 2 1/ 2 [ ( ) ] T = D + L + R + N
三、引起吸收线变宽的因素 a、自然宽度（natural width） 用ΔνN 表示。 b、多普勒变宽(Doppler broadening) 用ΔνD 表示。 c、压力变宽（包括劳伦兹变宽共振变 宽），它们分别用ΔνL 和ΔνR表示。 d、场致变宽等其它因素变宽。 它们之间的关系式为： 2 2 1/ 2 [ ( ) ] T = D + L + R + N
四、积分吸收和峰值吸收 从理论上可以得出，积分吸收与原子蒸气中吸收辐 射的原子数成正比。数学表达式为： 在吸收线轮廓内，吸收系数的值会随吸收光子的波 长变化而变化，要表示原子蒸气吸收的全部能量，就必 须在吸收线所在的波长区间进行积分运算，所得结果简 称为积分吸收值。 这以公式表明：积分吸收值与单位原子蒸汽中吸收 辐射的基态原子数呈简单的线性关系，这是原子吸收光 谱分析法的重要理论依据。 ∫K d = e 2N0ƒ/mc +∞ -∞ (eq.8-4)
四、积分吸收和峰值吸收 从理论上可以得出，积分吸收与原子蒸气中吸收辐 射的原子数成正比。数学表达式为： 在吸收线轮廓内，吸收系数的值会随吸收光子的波 长变化而变化，要表示原子蒸气吸收的全部能量，就必 须在吸收线所在的波长区间进行积分运算，所得结果简 称为积分吸收值。 这以公式表明：积分吸收值与单位原子蒸汽中吸收 辐射的基态原子数呈简单的线性关系，这是原子吸收光 谱分析法的重要理论依据。 ∫K d = e 2N0ƒ/mc +∞ -∞ (eq.8-4)