原子吸收光谱简介及其应用

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1、原子吸收光谱法简介及其应用摘要：本文简要介绍了原子吸收光谱法，包括其原理、仪器结构、发展历史、优 缺点、干扰消除和其应用。它有着选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能 力强和精密度高等优点，同时也有一些不足。并简要介绍了原子吸收光谱在理论 研究方面的应用、在元素分析方面的应用和在有机分析方面的应用。关键词：原子吸收光谱 原理 结构 优缺点 干扰 应用一 原子吸收光谱介绍原子吸收光谱(Atomic Absorption Spectroscopy, AAS),即原子吸收光谱法， 是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射 线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法,

2、是一种测量特定气态原子 对光辐射的吸收的方法。此法是本世纪50 年代中期出现并在以后逐渐发展起来 的一种新型的仪器分析方法,它在地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、 生物医药、环境保护、材料科学等各个领域有广泛的应用。该法主要适用样品中 微量及痕量组分分析。二 基本原理原子吸收光谱法(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子 中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级 不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该 原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度 可作为定量的依据。AAS现已成为无机

3、元素定量分析应用最广泛的一种分析方 法。每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线，也可以吸收与发射线波 原子吸收光谱原理图长相同的特征谱线。当光源发射的某一特征波长的光通过原 子蒸气时，即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，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线， 使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度，与被测元素的含量成正dfitectarmanochromatorliodo I nipc；i * nniestorm i zed sampl 巴比。 由于原子能级是量子化的，因此，在所有的情况下，原子对辐射的吸收都 是有选择性的

4、。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，元素从基态跃迁 至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。原 子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。在温度吸收光程，进样方式等实验条件 固定时，样品产生的待测元素相基态原子对作为锐线光源的该元素的空心阴极灯 所辐射的单色光产生吸收，其吸光度（A）与样品中该元素的浓度（C）成正比。 即 A=KC 式中， K 为常数。据此，通过测量标准溶液及未知溶液的吸光度，又 巳知标准溶液浓度，可作标准曲线，求得未知液中待测元素浓度。readout amplifier三 仪器结构原子吸收光谱仪由光源、原子化器、分光器、检测系统等几部分组成。基本

5、 构造右图原子吸收光谱仪器结构图1、光源。光源的功能是发射被测元素的特征共振辐射。对光源的基本要求 是：发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度；辐射强度大、背景低， 低于特征共振辐射强度的 1%；稳定性好， 30 分钟之内漂移不超过 1%；噪声小 于 0.1%；使用寿命长于 5 安培小时。 空心阴极放电灯是能满足上述各项要求的 理想的锐线光源，应用最广。2、原子化器。其功能是提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。在原子吸 收光谱分析中，试样中被测元素的原子化是整个分析过程的关键环节。实现原子 化的方法，最常用的有两种：火焰原子化法：是原子光谱分析中最早使用的原子化方法，至今仍在广泛地 被

6、应用；非火焰原子化法，其中应用最广的是石墨炉电热原子化法。3、分光器。它由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所 需要的共振吸收线分离出来。分光器的关键部件是色散元件，现在商品仪器都是 使用光栅。原子吸收光谱仪对分光器的分辨率要求不高，曾以能分辨开镍三线 Ni230.003、Ni231.603、Ni231.096nm 为标准，后采用 Mn279.5 和 279.8nm 代 替Ni三线来检定分辨率。光栅放置在原子化器之后，以阻止来自原子化器内的 所有不需要的辐射进入检测器。4、检测系统。原子吸收光谱仪中广泛使用的检测器是光电倍增管，最近一 些仪器也采用 CCD 作为检测器。四 发展历

7、史1 、第一阶段原子吸收现象的发现与科学解释早在1802年，伍朗斯顿(W.H.Wollaston)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。1817年，弗劳霍费(J.Fraunhofer)在研究 太阳连续光谱时，再次发现了这些暗线，由于当时尚不了解产生这些暗线的原因， 于是就将这些暗线称为弗劳霍费线。1859年，克希荷夫(G.Kirchhoff)与本生 (R.Bu nso n)在研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通 过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且根据钠发射线与暗线在光谱中 位置相同这一事实，断定太阳连续光谱中的暗线，正是太阳外围大气圈中的钠原 子

8、对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果。2、第二阶段原子吸收光谱仪器的产生原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。这一年澳大利 亚的瓦尔西(A.Walsh)发表了他的著名论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用” 奠定了原子吸收光谱法的基础。 50 年代末和 60 年代初， Hilger, Varian Techtron 及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器，发展了瓦尔西的设计 思想。到了 60 年代中期，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。3、第三阶段电热原子吸收光谱仪器的产生1959年,苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。电热原子吸收光 谱法的绝对灵敏度

9、可达到10-12-10-14g,使原子吸收光谱法向前发展了一步。近 年来,塞曼效应和自吸效应扣除背景技术的发展,使在很高的的背景下亦可顺利地 实现原子吸收测定。基体改进技术的应用、平台及探针技术的应用以及在此基础 上发展起来的稳定温度平台石墨炉技术(STPF)的应用，可以对许多复杂组成的试 样有效地实现原子吸收测定。4、第四阶段原子吸收分析仪器的发展 随着原子吸收技术的发展，推动了原子吸收仪器的不断更新和发展，而其它 科学技术进步，为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。近年 来，使用连续光源和中阶梯光栅，结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析 检测器，设计出了微机控制的原子吸收

10、分光光度计，为解决多元素同时测定开辟 了新的前景。微机控制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构，提高了仪器的自动 化程度，改善了测定准确度，使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。联用 技术（色谱-原子吸收联用、流动注射-原子吸收联用）日益受到人们的重视。色谱- 原子吸收联用，不仅在解决元素的化学形态分析方面，而且在测定有机化合物的 复杂混合物方面，都有着重要的用途，是一个很有前途的发展方向。五 原子吸收光谱的优缺点主要有以下优点：1 选择性强。这是因为原子吸收带宽很窄的缘故。因此，测定比较快速简便， 并有条件实现自动化操作。在发射光谱分析中，当共存元素的辐射线或分子辐射 线不能和待测元素的辐射线

11、相分离时，会引起表观强度的变化。而对原子吸收光谱分析来说，谱线干扰的几率小，由于谱线仅发生在主线系， 而且谱线很窄，线重叠几率较发射光谱要小得多，所以光谱干扰较小。即便是和 邻近线分离得不完全，由于空心阴极灯不发射那种波长的辐射线，所以辐射线干 扰少，容易克服。在大多数情况下，共存元素不对原子吸收光谱分析产生干扰。 在石墨炉原子吸收法中，有时甚至可以用纯标准溶液制作的校正曲线来分析不同 试样。2、灵敏度高。原子吸收光谱分析法是目前最灵敏的方法之一。火焰原子吸收法的灵敏度是ppm到ppb级，石墨炉原子吸收法绝对灵敏度可达到10-10 10-14克。常规分析中大多数元素均能达到ppm数量级。如果采

12、用特殊手段，还 可进行ppb数量级浓度范围测定。由于该方法的灵敏度高，使分析手续简化可直 接测定，缩短分析周期加快测量进程；由于灵敏度高，需要进样量少。无火焰原 子吸收分析的试样用量仅需试液5100ml。固体直接进样石墨炉原子吸收法仅 需0.0530mg，这对于试样来源困难的分析是极为有利的。3 分析范围广。发射光谱分析和元素的激发能有关，故对发射谱线处在短波区域的元素难以进行测定。另外，火焰发射光度分析仅能对元素的一部分加以测 定。例如，钠只有 1%左右的原子被激发，其余的原子则以非激发态存在。在原子吸收光谱分析中，只要使化合物离解成原子就行了，不必激发，所以 测定的是大部分原子。目前应用原

13、子吸收光谱法可测定的元素达 73 种。就含量 而言，既可测定低含量和主量元素，又可测定微量、痕量甚至超痕量元素；就元 素的性质而言，既可测定金属元素、类金属元素，又可间接测定某些非金属元素， 也可间接测定有机物；就样品的状态而言，既可测定液态样品，也可测定气态样 品，甚至可以直接测定某些固态样品，这是其他分析技术所不能及的。4、抗干扰能力强。第三组分的存在，等离子体温度的变动，对原子发射谱 线强度影响比较严重。而原子吸收谱线的强度受温度影响相对说来要小得多。和 发射光谱法不同，不是测定相对于背景的信号强度，所以背景影响小。在原子吸 收光谱分析中，待测元素只需从它的化合物中离解出来，而不必激发，

14、故化学干 扰也比发射光谱法少得多。5、精密度高。火焰原子吸收法的精密度较好。在日常的一般低含量测定中， 精密度为13%。如果仪器性能好，采用高精度测量方法，精密度为1%。无火 焰原子吸收法较火焰法的精密度低，目前一般可控制在 15%之内。若采用自动进 样技术，则可改善测定的精密度。火焰法：RSD 1%，石墨炉35%。原子吸收光谱有以下一些不足：原则上讲，不能多元素同时分析。测定元素不同，必须更换光源灯，这是它 的不便之处。原子吸收光谱法测定难熔元素的灵敏度还不怎么令人满意。在可以 进行测定的七十多个元素中，比较常用的仅三十多个。当采用将试样溶液喷雾到 火焰的方法实现原子化时，会产生一些变化因素

15、，因此精密度比分光光度法差。 现在还不能测定共振线处于真空紫外区域的元素，如磷、硫等。标准工作曲线的 线性范围窄，这给实际分析工作带来不便。对于某些基体复杂的样品分析，尚存 某些干扰问题需要解决。在高背景低含量样品测定任务中，精密度下降。六 干扰消除方法物理干扰：物理干扰是指试样在转移、蒸发过程中任何物理因素变化而引起的干扰效应 属于这类干扰的因素有：试液的粘度、溶剂的蒸汽压、雾化气体的压力等。物理 干扰是非选择性干扰，对试样各元素的影响基本是相似的。配制与被测试样相似的标准样品，是消除物理干扰的常用的方法。在不知道 试样组成或无法匹配试样时，可采用标准加入法或稀释法来减小和消除物理干扰化学干

16、扰：化学干扰是指待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应，它主 要影响待测元素的原子化效率，是原子吸收分光光度法中的主要干扰来源。它是 由于液相或气相中被测元素的原子与干扰物质组成之间形成热力学更稳定的化 合物，从而影响被测元素化合物的解离及其原子化。消除化学干扰的方法有：化学分离；使用高温火焰；加入释放剂和保护剂； 使用基体改进剂等。电离干扰：在高温下原子电离，使基态原子的浓度减少，引起原子吸收信号降低，此种 干扰称为电离干扰。电离效应随温度升高、电离平衡常数增大而增大，随被测元 素浓度增高而减小。加入更易电离的碱金属元素，可以有效地消除电离干扰。光谱干扰：光谱干扰包括谱线重叠、光谱通带内存在非吸收线、原子化池内的直流发射、 分子吸收、光散射等。当采用锐线光源和交流调制技术时，前 3 种因素一般