第10章 原子吸收光谱.ppt

《仪器分析》课程
厦门大学精品课程
仪器分析(含实验)
第十章
Chapter Ten
Atomic Absorption Spectrum
For Short:AAS
原子吸收光谱法
§ 概述
它是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。
1. 原子吸收光谱
溶液中的金属离子化合物在高温下能够解离成原子蒸气,两种形态间存在定量关系。
当光源发射出的特征波长光辐射通过原子蒸气时,原子中的外层电子吸收能量,特征谱线的光强度减弱。
光强度的变化符合朗伯-比耳定律,进行定量分析。
原子与分子一样,吸收特定能量后,产生基态→激发态跃迁;产生原子吸收光谱,即共振吸收。
原子由基态→第一激发态的跃迁,最易发生。
每种原子的核外电子能级分布不同,当产生由基态→第一激发态的跃迁时,吸收特定频率的辐射能量。
原子吸收光谱是线状光谱。
2. 原子吸收光谱与原子发射光谱的关系
共振线与吸收线
基态
第一激发态
基态
电,热能
hi
hi
hj
原子发射光谱称共振发射线
原子共振荧光
原子吸收光谱称为共振吸收线
基态
第一激发态
hi

Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT
在高温下,处于热力学平衡状态时,单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni 之间遵守Boltzmann分布定律:
原子吸收现象早在上世纪已被人们所知,但一直未能应用于元素的实际分析。
1955年,澳大利亚物理学家沃尔森(Walsh)采用特殊装置,成功地建立了原子吸收分析方法,发表了经典论文:“原子吸收分光光度法在分析化学中的应用”。
§ 原子光谱线的轮廓
(吸收线)的宽度
原子吸收光谱线轮廓图
3. 谱线半宽度(10-2 Å)
1. 谱线中心频率
2 最大吸收系数

0
Kv
K0
K0 /2

二. 原子光谱线变宽的因素
1. 吸收线能量与波长关系
λ= hc/ΔE
吸收
h
发射
h
E0
E1
E0
E1
吸收
h
发射
h
不产生能级变宽
产生能级变宽
式中:M ---- 原子量;
T ---- 绝对温度;
 0 ---- 谱线中心频率
即使在较低的温度,也比自然宽度ΔN来得严重,: ΔD=10-2 Å .
4. 压力变宽(碰撞变宽)
原子与等离子体中的其他粒子(原子、离子、电子)相互碰撞而使谱线变宽,等离子体蒸气压力愈大,谱线愈宽。
同种粒子碰撞——称赫尔兹马克(Holtzmank)变宽..
异种粒子碰撞——称罗论兹(Lorentz)变宽。
压力变宽(碰撞变宽) 为10-2 Å,也是谱线变宽的主要因素.
3. 多普勤宽度Δ D (Doppler Broadening)
这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。
2. 自然宽度ΔN
与原子外层电子发生能级间跃迁时激发态原子的寿命有关,是客观存在。一般情况下约相当于10-4Å ,通常可以忽略。
6. 场致变宽
斯塔克变宽(Stark Broadening): 由于外部的电场或等离子体中离子、电子所形成的电场引起。
在1000~3000K、,多普勤宽度ΔD和压力变宽(碰撞变宽)是谱线变宽的主要因素。
齐曼变宽(Zeeman Broadening): 由于外部的磁场影响,导致谱线的分裂,在单色器分辨率无法分辨时,也产生谱线变宽。
5. 自吸变宽
当基态、气态原子密度较大时产生。

f-----振子强度
e----为电子电荷
N----单位积内的自由原子数
m---电子的质量
§ 原子吸收光谱的测量
积分公式

0
Kv
K0
K0 /2


式中:
是相邻两谱线的平均波长;
是相邻两谱线的波长差;
k 是光谱的级次;
N 是光栅的刻线数。

在5000Å的波长,Å的谱线,至少要取10点,Å。根据分辨率公式,可以计算光栅所需的分辨率R 和光栅常数d。
目前,光栅常数d 无法达到此要求。

光谱通带W : W=DS
当光谱通带: W=Å ,S=(mm)
式中: S--- 缝宽度(mm)
D---倒线色散率(nm/mm)
倒线色散率: D = S / W=  10-6nm / (mm)
=  10-7(nm/mm)
目前,倒线色散率D也无法达到此要求。