《儀器分析》課件-原子吸收光譜的基本原理

原子吸收光譜分析法原子吸收光譜法基本原理目錄CONTENTS0102原子吸收光譜的產(chǎn)生原子吸收光譜的特征光吸收定律原子吸收光譜的產(chǎn)生原理及應(yīng)用01PARTONE1、原子吸收現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1802年Wollaston在研究太陽光譜發(fā)現(xiàn)太陽光譜的暗線；1859年Kirchhoff和Bunsen解釋了暗線產(chǎn)生的原因，暗線是由于太陽外圍溫度較低的氣體中的鈉原子蒸氣對太陽光連續(xù)光譜進(jìn)行選擇吸收的結(jié)果原子吸收光譜的產(chǎn)生2、原子吸收光譜法的發(fā)展原子吸收分析方法作為一種化學(xué)分析方法，誕生于1955年，當(dāng)年澳大利亞物理學(xué)家A.Walsh（瓦爾西）發(fā)表了一篇題為“Applicationofatomicabsorptionspectrometrytoanalyticalchemistry”的論文，解決了原子吸收光譜的光源問題，50年代末Varian和PerkinElmer公司先后推出了原子吸收商品儀器。原子吸收光譜的產(chǎn)生3、原子吸收光譜分析的基本原理原子吸收是一個受激吸收躍遷的過程。當(dāng)有輻射通過自由原子蒸氣，且入射輻射的頻率等于原子中外層電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)所需能量的頻率時，原子就產(chǎn)生共振吸收。原子吸收光譜法就是基于被測元素基態(tài)原子在蒸氣狀態(tài)對其原子共振輻射的吸收強(qiáng)度進(jìn)行元素定量分析的一種儀器分析方法。它是測定痕量和超痕量元素的有效方法，石墨爐原子吸收光譜法、質(zhì)譜法和中子活化法被公認(rèn)為測定超痕量元素的有效方法。原子吸收光譜的產(chǎn)生基態(tài)原子吸收其共振輻射，外層電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生原子吸收光譜。原子吸收光譜位于光譜的紫外區(qū)和可見區(qū)。下圖是Pb的能級躍遷圖。原子吸收光譜的產(chǎn)生原子吸收光譜的特征原理及應(yīng)用02PARTTWO1、吸收線的輪廓吸收線的輪廓：是指譜線強(qiáng)度Iυ或吸收系數(shù)Kυ與頻率υ的吸收曲線。以吸收線的中心頻率ν0，(或中心波長λ0)和半寬度Δν(或Δλ)來表征。中心頻率對應(yīng)的吸收系數(shù)K0稱為峰值吸收系數(shù)。在吸收線輪廓上，峰值吸收的一半處的頻率或波長稱為吸收線的半寬度，簡稱為吸收線寬度。原子吸收線的寬度約為10-3－10-2nm。原子吸收光譜的特征2.吸收線的變寬（1）自然寬度在無外界條件影響時，譜線的固有寬度稱為自然寬度，以ΔνN或ΔλN表示。激發(fā)態(tài)原子的平均壽命越短，能級寬度越寬，譜線的自然寬度越大。一般共振線的自然寬度ΔλN為10-6-10-5nm。原子吸收光譜的特征（2）多普勒(Dopple)變寬多普勒寬度是由于原子熱運(yùn)動引起的，又稱熱變寬。從物理學(xué)中已知，從一個運(yùn)動著的原子發(fā)出的光，如果運(yùn)動方向離開觀測者，則在觀測者看來，其頻率較靜止原子所發(fā)的光的頻率低；反之，如原子向著觀測者運(yùn)動，則其頻率較靜止原子發(fā)出的光的頻率為高，這就是多普勒效應(yīng)。原子吸收分析中，對于火焰和石墨爐原子吸收池，氣態(tài)原子處于無序熱運(yùn)動中，相對于檢測器而言，各發(fā)光原子有著不同的運(yùn)動分量，即使每個原子發(fā)出的光是頻率相同的單色光，但檢測器所接受的光則是頻率略有不同的光，于是引起譜線的變寬。原子吸收光譜的特征譜線的多普勒變寬可由下式?jīng)Q定：式中，M為原子量；T為熱力學(xué)溫度（K），o為譜線的中心頻率。由上式可見，多普勒寬度與元素的原子量、溫度和譜線頻率有關(guān)。隨溫度升高和原子量減小，多普勒寬度增加。原子吸收光譜的特征（3）碰撞變寬當(dāng)原子吸收區(qū)的原子濃度足夠高時，碰撞變寬是不可忽略的。碰撞變寬分為兩種，即洛倫茨（Lorentz）變寬和赫魯茲馬克（Holtsmark）變寬。原子吸收光譜的特征1）洛倫茨變寬：被測元素原子與氣體中其它粒子（原子、離子和分子等）相互碰撞引起的變寬，稱為洛倫茨變寬。它隨原子區(qū)內(nèi)原子蒸氣壓力增大和溫度升高而增大（<10-3nm）。洛倫茨變寬引起譜線輪廓非對稱化和分布極大的紅移。原子吸收光譜的特征2）赫魯茲馬克變寬：被測元