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1、1原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法Chapter Chapter 6 6Atomic Absorption SpectroscopyAtomic Absorption Spectroscopy （AASAAS）2 I Introduction ntroduction ( (引言引言) ) Elementary Theory Elementary Theory ( (基本理论基本理论) ) Instrumentation Instrumentation ( (仪器仪器) ) Interferences Interferences ( (干扰干扰) ) Experiment
2、al preliminaries Experimental preliminaries ( (实验技术实验技术) ) AApplications pplications ( (应用应用) )Atomic Absorption SpectroscopyAtomic Absorption Spectroscopy （AASAAS）3I IntroductionntroductionWhat is AAS ?Advantages and disadvantages 4What is AAS ?基于基于蒸气相中蒸气相中被测元素的被测元素的基态原子基态原子对其对其共振辐射共振辐射的的吸收强度吸收强度来测
3、定试样中该来测定试样中该元素含量元素含量的一种方法.的一种方法.定义定义5What is AAS ?蒸气相中基态原子蒸气相中基态原子共振辐射共振辐射吸收强度吸收强度如何获得?如何获得?如何获得?如何获得?如何测量?如何测量?吸收强度吸收强度物质含量物质含量6What is AAS ?1955年由澳大利亚物理学家A. Walsh提出1955年由澳大利亚物理学家A. Walsh提出 50年代末年代末60年代初年代初, Varian Techtron 和和Perkin-Elmer公司推出仪器公司推出仪器1961年年 L vov 提出电热原子化法提出电热原子化法1965年年J.B. Willis将氧化
4、亚氮将氧化亚氮-乙炔高温火 焰用于原子吸收中乙炔高温火 焰用于原子吸收中历史历史1802年W.H. Wollaston&1817年 J.Fraunhofer发现太阳光谱中暗线1802年W.H. Wollaston&1817年 J.Fraunhofer发现太阳光谱中暗线1860年G.Kirchhoff证明太阳光谱中暗线是 钠原子吸收的结果1860年G.Kirchhoff证明太阳光谱中暗线是 钠原子吸收的结果7Advantages and disadvantagesHigh sensitivity （高灵敏度）（高灵敏度）10-10g (flame), 10-14g (non-flame) Goo
5、d accuracy （高精度）（高精度）(Relative error 0.1 0.5 % ) High selectivity（高选择性）（高选择性）Widely used（应用广泛）（应用广泛）A resonance line source is required for each element to be determined（需要特殊光源）（需要特殊光源）8Elementary Theory Elementary Theory （基本理论）基本理论）一、原子吸收光谱的产生一、原子吸收光谱的产生一、原子吸收光谱的产生一、原子吸收光谱的产生 通常情况下原子处于基态当原子受外界能量激发时
6、，其外层电子 可能跃迁到不同能级 使电子从基态跃迁至第一激发态所产生 的吸收线称为通常情况下原子处于基态当原子受外界能量激发时，其外层电子 可能跃迁到不同能级 使电子从基态跃迁至第一激发态所产生 的吸收线称为第一第一共振吸收线（灵敏 线）共振吸收线（灵敏 线）由于原子结构和外层电子排布不同， 共振线各有特征，是元素的特征谱线由于原子结构和外层电子排布不同， 共振线各有特征，是元素的特征谱线 吸收程度与基态原子数成正比吸收程度与基态原子数成正比9Elementary Theory Elementary Theory （基本理论）基本理论）二、原子吸收光谱的特性二、原子吸收光谱的特性二、原子吸收光
7、谱的特性二、原子吸收光谱的特性特征波长特征波长 = =hchc/ /E E原子吸收线的轮廓原子吸收线的轮廓K K0 0 - - 极大吸收系数极大吸收系数 - - 半宽度半宽度 0 0 - -中心波长中心波长10自然宽度（自然宽度（自然宽度（自然宽度（Natural WidthNatural WidthNatural WidthNatural Width） 激发态原子寿命（10激发态原子寿命（10-5 -5 nm）nm）原子吸收光谱的特性原子吸收光谱的特性原子吸收光谱的特性原子吸收光谱的特性吸收线的轮廓吸收线的轮廓多普勒变宽（多普勒变宽（多普勒变宽（多普勒变宽（Doppler Broadenin
8、gDoppler BroadeningDoppler BroadeningDoppler Broadening）原子的无序运动(热变宽)原子的无序运动(热变宽) 劳伦兹变宽劳伦兹变宽劳伦兹变宽劳伦兹变宽 （Lorentz BroadeningLorentz BroadeningLorentz BroadeningLorentz Broadening）原子与其他原子或分子之间的相互碰撞原子与其他原子或分子之间的相互碰撞11场致变宽场致变宽场致变宽场致变宽 外部电场存在外部电场存在外部电场存在外部电场存在赫尔兹马克变宽赫尔兹马克变宽赫尔兹马克变宽赫尔兹马克变宽 ( ( ( (HoltzHoltzH
9、oltzHoltz- - - -Mark BroadeningMark BroadeningMark BroadeningMark Broadening） 同种原子碰撞 （共振变宽）同种原子碰撞 （共振变宽）Elementary Theory Elementary Theory （基本理论）基本理论）谱线宽度谱线宽度10-nm 10-nm12Elementary Theory Elementary Theory （基本理论）基本理论）三、原子吸收值与原子浓度之间的关系三、原子吸收值与原子浓度之间的关系三、原子吸收值与原子浓度之间的关系三、原子吸收值与原子浓度之间的关系朗伯朗伯比耳定律比耳定律积
10、分吸收积分吸收峰值吸收峰值吸收13I=I0e-Kl原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系A = log （I I0 0/ / I）= 0.4343 K l朗伯朗伯比耳定律比耳定律I0：光源发射强度：光源发射强度I：透过光强透过光强K : 原子蒸汽对频率为的光的吸收系数原子蒸汽对频率为的光的吸收系数14原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系 K d =( e2/mc) N0 No =N总总 K d = KN积分吸收积分吸收e - 电子
11、电荷m 电子质量c 光速f 振子强度N0 -N0 - 单位体积原子蒸气中基态原子数15原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系峰值吸收峰值吸收Walsh指出若采用锐线光源，其发射宽度比 吸收线宽度更窄，可用测量峰值吸收系数 KWalsh指出若采用锐线光源，其发射宽度比 吸收线宽度更窄，可用测量峰值吸收系数 K0 0来代替测量积分吸收来代替测量积分吸收162 2ln)(2log 00 0 =vvvKKv原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的关系原子吸收值与原子浓度之间的
12、关系ovDfNmceK2.2ln2 0 =A = 0.4343 K0l = K1N0vA = KCA = KC17InstrumentationInstrumentationLine sourceMonochromatorFlameDetectorRead-outNebuliserSchematic diagram of a flame spectrophotomer18Resonance line sources- Provide the sharp emmision lines with a much smaller half-width than the absorption lineE
13、mit the specific resonance lines of the atoms in question（发射特定的共振线）（发射特定的共振线）- Intensity（强度）（强度）- Purity（纯度）（纯度）- Background（背景）（背景）- Stability（稳定性）（稳定性）- Life-time（寿命）（寿命）19Hollow cathode lamp Hollow cathode lamp (HCL)(HCL) 空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯Cathode- in the form of a cylinder, made of the element
14、 being studied in the flame20空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯21SpectrAA -AAS固定固定4 灯位灯位 !motorized Mirror22Nebuliser - burnerA typical premix burnerA typical premix burner23Nebuliser - burnerTo convert the test solution to gaseous atomsNebuliser - to produce a mist or aerosol of the test solutionBurner head - Th
15、e frame path is about 10 12 cmVaporising chamber -Fine mist is mixed with the fuel gas and the carrier gasLarger droplets of liquid fall out from the gas stream and discharged to waste24Nebuliser - burnerflamebbAir acetylene(2300 K)Air- propaneAir- hydrogenbbNitrous oxide acetylene (2990 K)Auxiliary oxidantFuel25Disadvantages of flame atomizationOnly 5 15 % of the nebulised sample reaches the flameA minimum sample volume of 0.5 1.0 mL is need to give a reliable readingSamples which are viscous require dilution with a solvent26Graphite furnace technique27Plateau Graphi
