PDF《第八章 原子吸收光谱分析》

第8章原子吸收光谱 8-1

第八章 原子吸收光谱分析 (Atomic Absorption Spectrometry,AAS) §8-1 原子吸收光谱法分析概述 原子吸收光谱法也称原子吸收分光光度法, 它是基于被测元素基态原子蒸气 对其原子特征辐射的吸收进行元素定 量分析的方法.

早在

1802 年,科学家在研究太阳连续 光谱时, 就发现了太阳连续光谱中出现 的暗线(原子吸收现象) .直到

1955 年, 澳大利亚物理学家瓦尔西(A.Walsh) 才提出原子吸收光谱在化学分析中的 应用方法. 随后, 此方法得到迅速发展, 现在,此方法已能够直接测定

70 多种元素. §8-2 原子吸收光谱分析的基本原理

一、共振线和吸收线 与原子发射光谱的产生上述过程相反,如果当有辐射通过基态原子蒸气,且 入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量频率时, 原子就要从辐射场中吸收能量,产生共振吸收,电子由基态跃迁到(第一)激发 态,产生吸收谱线称为共振吸收线. 由于每种原子基态和激发态之间的能量差是一定的,因此,原子对辐射的吸 收都是有选择性的,每种元素的基态原子只能吸收特定频率的光.由于主共振线 (基态跃迁到第一激发态)几率最大,在原子吸收光谱中常被采用.原子吸收光 谱位于光谱的紫外区和可见区. 教学要求 1.掌握原子吸收光谱法的基本原理 2.了解原子吸收光谱仪的基本结构 3.理解原子吸收光谱干扰的产生及消除 3.掌握灵敏度和检出限定义及计算 图8-1 原子吸收分析示意图 第8章原子吸收光谱 8-2

二、谱线轮廓与谱线变宽 吸收定律: 一束强度为 I0 的单色光通过厚度为 l 的原子蒸气, 一部分光被吸收,透过光的强度 I?服从吸收定律: I? = I0 exp(-K?L) 或A=lg I0/ I?= 0.434 K?L 式中 K?是基态原子对频率为?的光的吸收系数,l 为原子蒸气的厚度. 通常我们说,原子光谱是线光谱,但实际上,线光 谱并不是没有宽度,而是占据着有限的相当窄的频率或 波长范围,即有一定的宽度.原子吸收光谱的轮廓以原 子吸收谱线的中心频率 ν0 和半宽度 Δν 来表示.中心波 长由原子能级差决定.半宽度是指在中心波长的地方, 极大吸收系数一半处,吸收光谱线轮廓上两点之间的频 率差或波长差.原子吸收光谱的轮廓如图 8-2 所示. 原子吸收谱线半宽度约为 10-2 ~10-3 nm,影响半宽度的因素主要有: (1)自然宽度 ΔνN 没有外界影响,谱线固有的宽度称为自然宽度.它与激发态原子的平均寿命 有关,平均寿命越长,谱线宽度越窄.不同谱线有不同的自然宽度,多数情况下 约为 10-5 ~10-6 nm.与其它因数相比,自然宽度可以忽略不计. (2)多普勒(Doppler)变宽(热变宽)ΔνD 多普勒变宽是由于原子热运动引起的. 一般可达 10-3 nm, 是谱线变宽的主要 因素.由于辐射原子处于无规则的热运动状态,因此,辐射原子可以看作运动的波源.这 一不规则的热运动与观测器两者间形成相对位移运动,从而发生多普勒效应,使谱线变宽. 多普勒效应: 快速移动的原子若向检测器方向移动, 则其波长减少;

若远离检测器方向, 则其波长增加. (3)压力变宽(碰撞变宽) 压力变宽(碰撞变宽)分为两种形式: 赫(鲁)尔兹马克(Holtsmark)变宽 ΔνL:同种原子间碰撞而产生的变宽. 图8-3 原子吸收线轮廓图 图8-2 原子吸收示意图 第8章原子吸收光谱 8-3 洛仑兹(Lorentz)变宽:由辐射原子与其它粒子碰撞而产生的变宽. 压力变宽一般可达 10-3 nm.压力变宽通常随压力增大而增大. (4)场致变宽和自吸变宽 此外,在外电场或磁场作用下,能引起能级的分裂,从而导致谱线变宽,这 种变宽称为场致变宽.由自吸现象而引起的谱线变宽称为自吸变宽.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,从而使谱线变宽.灯电 流越大,自吸变宽越严重. 在原子吸收光谱法的工作条件下, 吸收线的变宽主要受多普勒变宽和自吸变 宽影响.