第五章 原子吸收光谱分析法 (Atomic Absorption Spectrometry,AAS)
第五章 原子吸收光谱分析法 ( Atomic Absorption Spectrometry, AAS )
§5-1概述 原子吸收光谱法：又称原子吸收分光光度法 根据物质的基态原子蒸气对同类原子的特征辐 射的吸收作用来进行元素定量分析的方法。 原子吸收光谱分析的基本过程： 如欲测定试样中某元素含量，用该元素的锐线光源发射出 特征辐射，试样在原子化器中被蒸发、解离为气态基态原子， 当元素的特征辐射通过该元素的气态基态原子区时，元素的 特征辐射因被气态基态原子吸收而减弱，经过色散系统和检 测系统后，测得吸光度，根据吸光度与被测定元素的浓度线 性关系，从而进行元素的定量分析
§5-1 概 述 原子吸收光谱法：又称原子吸收分光光度法 根据物质的基态原子蒸气对同类原子的特征辐 射的吸收作用来进行元素定量分析的方法。 原子吸收光谱分析的基本过程： 如欲测定试样中某元素含量，用该元素的锐线光源发射出 特征辐射，试样在原子化器中被蒸发、解离为气态基态原子， 当元素的特征辐射通过该元素的气态基态原子区时，元素的 特征辐射因被气态基态原子吸收而减弱，经过色散系统和检 测系统后，测得吸光度，根据吸光度与被测定元素的浓度线 性关系，从而进行元素的定量分析
原子吸收光谱法的特点： (1)检出限低，灵敏度高。 火焰原子吸收法的检出限可达到ngml1级，石 墨炉原子吸收法的检出限可达到1010-10-14g。 (2)准确度好。 火焰原子吸收法的相对误差为小于1%，石墨炉 原子吸收法的相对误差一般约为3%一5%。 (3)选择性好。 多数情况下，共存元素对被测元素不产生干扰
原子吸收光谱法的特点： （1）检出限低，灵敏度高。 火焰原子吸收法的检出限可达到ng·ml-1级，石 墨炉原子吸收法的检出限可达到10-10-10-14g。 （2）准确度好。 火焰原子吸收法的相对误差为小于1%，石墨炉 原子吸收法的相对误差一般约为3%-5%。 （3）选择性好。 多数情况下，共存元素对被测元素不产生干扰
(4)分析速度快。 用P-E5000型自动原子吸收仪在35min,能连续 测定50个试样中的6中元素。 (5)应用范围广。 可测定的元素多达70余种，可以测定金属、非 金属和有机化合物。 (6)仪器简单，操作方便。 原子吸收光谱法的不足之处：多种元素同时测定 尚有困难，有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人 满意
（4）分析速度快。 用P-E5000型自动原子吸收仪在35min，能连续 测定50个试样中的6中元素。 （5）应用范围广。 可测定的元素多达70余种，可以测定金属、非 金属和有机化合物。 （6）仪器简单，操作方便。 原子吸收光谱法的不足之处：多种元素同时测定 尚有困难，有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人 满意
§52原子吸收光谱法的基本原理 一、 共振线 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 的吸收线叫共振吸收线（简称共振线）一吸收光谱 激发态→基态，发射出一定频率的辐射。所释放的光 谱线叫共振发射线（也简称共振线）一发射光谱 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)利用特征谱线（共振线）可以进行定量分析
§5-2 原子吸收光谱法的基本原理 一、共振线 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 的吸收线叫共振吸收线（简称共振线） —— 吸收光谱 激发态→基态，发射出一定频率的辐射。所释放的光 谱线叫共振发射线（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——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）利用特征谱线(共振线)可以进行定量分析
二、原子吸收光谱轮廓与谱线变宽 1.吸收定律 I=Io'exp(Kl) A=1g7=0.434K7 式中，o、I,分别是频率为v的入射光和透过光 的强度；K,为原子蒸气对频率为的入射光的吸收 系数；1为原子蒸气的宽度
二、原子吸收光谱轮廓与谱线变宽 1.吸收定律 Iv =I0·exp( -Kv l ) K l v v 0.434 I I A lg 0 = = 式中，I0、 Iv分别是频率为v的入射光和透过光 的强度； Kv为原子蒸气对频率为v的入射光的吸收 系数；l 为原子蒸气的宽度
2.吸收线的轮廓和变宽 ◆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左右范围的辐射光照射时， 获得一峰形吸收：具有一定宽度。 ◆由：I,=Inel透射光强度I,和吸收系数K,与辐射 频率v有关， 以I,与v作图： 以K与v作图：
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左右范围的辐射光照射时， 获得一峰形吸收：具有一定宽度。 由:Iv=I0e -Kv l 透射光强度Iv 和吸收系数Kv与辐射 频率v有关， 以Iv与v 作图： 以Kv与 作图： 2.吸收线的轮廓和变宽
Ko —2 吸收线轮廓 吸收线轮廓和半宽度 表征吸收线轮廓（峰）的参数： 中心频率V。(峰值频率)：最大吸收系数对应的频率 中心波长(m):最大吸收系数对应的波长： 半宽度△（简称吸收线宽度）：峰值吸收值一半处的频率， 原子吸收线的宽度约为10-3.102nm(折合成波长)
表征吸收线轮廓（峰）的参数： 中心频率O(峰值频率) :最大吸收系数对应的频率; 中心波长λ(nm) :最大吸收系数对应的波长； 半宽度ΔO(简称吸收线宽度)：峰值吸收值一半处的频率， 原子吸收线的宽度约为10-3 -10-2nm(折合成波长)
吸收峰变宽原因： .自然变宽（△Vw或△入N): 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自 然宽度，它与原子发生能级间跃迁时激发态原子的平 均寿命(10-8-10-5)有关，寿命越长，则谱线宽度就 越窄，自然宽度造成的影响与其他因素相比可以忽 略不计。 .多普勒变宽（△Vn或△入）： 由于原子在空间作无规侧热运动所引起的谱线 变宽，因而又称为热变宽
吸收峰变宽原因： 自然变宽(N或N): 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自 然宽度,它与原子发生能级间跃迁时激发态原子的平 均寿命(10-8-10-5)有关，寿命越长，则谱线宽度就 越窄，自然宽度造成的影响与其他因素相比可以忽 略不计。 多普勒变宽(D或D): 由于原子在空间作无规则热运动所引起的谱线 变宽，因而又称为热变宽
谱线的多普勒变宽的宽度： △y。=7.16×10-7 或△2，=7.16×107 式中：T为绝对温度，A为相对原子质量。 温度升高，原子的相对热运动剧烈，热宽度 增大。即使在温度较低时，也比自然宽度要严重 因此必须引起注意
A r T v v0 7 D = 7.16 10 − 谱线的多普勒变宽的宽度： A r T 0 7 D = 7.16 10 或 − 式中：T为绝对温度，Ar为相对原子质量。 温度升高，原子的相对热运动剧烈，热宽度 增大。即使在温度较低时，也比自然宽度要严重 ，因此必须引起注意