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原子吸收现象：原子蒸气对其原子共振辐射吸收的现象。 1802年人们观察太阳光谱线黑线时首次发现了原子吸收现象。 1953年澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔西）发表了著名论 文《原子吸收光谱法在分析化学中的应用》， 奠定了原子吸 收光谱法的基础。 1970年制成了以石墨炉为原子化装置的仪器。 特点： (1) 检出限低， (2) 准确度高，1%～5%。 (3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰。 (4) 应用广，可测定70多个元素（各种样品中）。 局限性：难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时多元素 1.原子吸收光谱的产生 （1）原子的能级与跃迁 吸收光谱： 基态→第一激发态，吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 发射光谱： 激发态→基态 ，发射出一定频率的辐射。 产生共振发射线（也简称共振线） 原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。 （2）元素的特征谱线 （1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态→第一激发态： 跃迁吸收能量不同——具有特征性。 （2）各种元素的基态→第一激发态 最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。 （3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析 2. 谱线轮廓与谱线变宽 1 谱线的轮廓 原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线。 实际上用特征吸收频率辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一 定宽度)。 由：  透射光强度  表征吸收线轮廓(峰)的参数： 中心频率Vo(峰值频率) ：最大吸收系数对应的频率 中心波长：λ(nm) 半宽度：ΔVo 2 吸收峰变宽原因： （1）自然宽度 照射光具有一定的宽度。~Å （2）温度变宽（多普勒变宽） Δ 多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方 向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止 原子所发的频率低，反之则高。Å  V0为谱线的中心频率；T为热力学温度。 M为吸收原子的相对原子质量。 （3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 劳伦兹（Lorentz）变宽： 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）： 同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略 （4）自吸变宽 光源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。灯电流越大，自吸现象越严重。 （5）场致变宽 外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使 谱线变宽的现象；影响较小。 3.原子吸收的测量 1.积分吸收 钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原 子吸收线半宽度： 如图：若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0.5%。灵敏度极差。  理论上：  e为电子电荷；c为光速； f为振子强度，即能被入射辐射激发的每个原子的平均电子数； n0是单位体积内的基态原子数。 如果将公式左边求出，即谱线下所围面积测量出（积分吸收）。即可得到单位体积原子蒸气中吸收辐射的基态原子数N0。 这是一种绝对测量方法，现在的分光装置无法实现。(△λ= 2.峰值吸收 1955年澳大利亚科学家Walsh证明峰 值吸收系数K0与被测元素的原子浓度成正比，即峰值吸收与待测物质 的浓度成正比。 如果采用半峰宽比吸收线半峰宽还要小的锐线光源，且发射线的中心与吸收线中心ν0一致，如图所示，则 能测出峰值吸收系数。  锐线光源 在原子吸收分析中需要使用锐线光源，测量谱线的峰值吸收，锐线光源需要满足的条件： （1）光源的发射线与吸收线的ν0一致。 （2）发射线的Δν1/2小于吸收线的 Δν1/2。 提供锐线光源的方法：空心阴极灯 原子吸收服从朗伯-比尔定律 强度为 则Kν为峰值吸收系数；L为蒸气原子层的厚度 采用锐线光源进行测量，则 ΔVe<ΔVa ，由图可见，在辐射线宽度范围内，Kν可近似认为不变，并近似等于峰值时的吸收系数K0 在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应影响，则： 上式的前提条件： （1） ΔVe<ΔVa 。 （2）辐射线与吸收线的中心频率一致。 3.基态原子数与原子化温度 原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与共振线吸收之间的关系来测定的。 需要考虑原子化过程中，原子蒸气中基态原子与待测元素原子总数之间的定量关系。 热力学平衡时，两者符合Boltzmann分布定律： 上式中Pj和Po分别为激发态和基态的统计权重，激发态原子数Nj 与基态原子数No之比较小，<1%，可以用基态原子数代表待测元素的原子总数。 4. 定量基础 当使用锐线光源时，可用K0代替Kv，则： 峰值吸收系数： （ 所以： 4.原子吸收光谱仪 1. 流程 特点： (1)采用锐线光源 (2)单色器在火焰与检测器之间 (3)原子化系统 2.原子吸收中的原子发射现象 在原子化过程中，原子受到辐射跃迁到激发态后，处于不 稳定状态，将再跃迁至基态，故既存在原子吸收，也有原子发射。但返回释放出的能量可能有多种形式，产生的辐射也不在一个方向上，但对测量仍将产生一定干扰。 消除干扰的措施： · 将发射的光调制成一定频率；检测器只接受该频率的光信号； · 原子化过程发射的非调频干扰信号不被检测。 3 光源 （1）作用 提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求： （1）能发射待测元素的共振线； （2）能发射锐线； （3）辐射光强度大，稳定性好。 （2） 空心阴极灯的原理 · 施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极。 · 与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作 用下，向阴极内壁猛烈轰击。 · 使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电 子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。 · 用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。 · 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。 （3） 空心阴极灯的优缺点 · 辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 · 每测一种元素需更换相应的灯。 4. 原子化系统 （1） 作用 将试样中离子转变成原子蒸气。 （2） 原子化方法 火焰法 无火焰法— 电热高温石墨管 / 激光 (3) 火焰原子化装置——雾化器和燃烧器 A 雾化器：将试液变成高度 分散状态的雾状形式。 主要缺点：雾化效率低 B 火焰：试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。 火焰温度的选择： （a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰； （b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多； （c）火焰温度取决于燃气与助燃气 类型，常用空气—乙炔最高温度2600K 能测35种元素。 火焰类型： 化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。 富燃火焰： 还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化 物的元素Mo、Cr稀土等。 贫燃火焰： 火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。 火焰种类及对光的吸收 选择火焰时，还应考虑火焰本身对光的吸收。 例：As的共振线193.7nm：采用空气-乙炔火焰时，火焰产生吸收，而选氢-空气火焰则较好； 空气-乙炔火焰：最常用；可测定30多种元素； N2O-乙炔火焰：火焰温度高，可测定的增加到70多种。 （4）石墨炉原子化装置 A 结构 B 原子化过程： 分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（去除残渣）四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。 C 优缺点 优点：原子化程度高，试样用量少（1-100μL），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限 缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。 （5）其他原子化方法 A 低温原子化方法 主要是氢化物原子化方法，原子化温度700~900゜C。 主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素 。 原理：在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。 AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 +4NaCl +4HBO2+13H2 将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，送入原子化器中检测。特点： 原子化温度低 ； 灵敏度高（对砷、硒可达 基体干扰和化学干扰小。 B 冷原子化法 低温原子化方法（一般700~900゜C） 主要应用于：各种试样中Hg元素的测量。 原理： 将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺完全还原为金属汞后，用气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体测量管中进 行吸光度测量。 特点：常温测量；灵敏度、准确度较高（可达 5. 单色器 （1）作用：将待测元素的共振线与邻近线分开。 （2）组件： 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。 （3）单色器性能参数 ： 线色散率（D） 、分辨率、通带宽度（W） 6.检测系统 主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。 A 检测器-------- 将单色器分出的光信号转变成电信号。 如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。 B 放大器------将光电倍增管输出的较弱信号，经电子线路进 一步放大。 C 对数变换器------光强度与吸光度之间的转换。 D 显示、记录 新仪器配置：原子吸收计算机工作站 5.干扰的类型与抑制 1 光谱干扰 1.在分析线附近有单色器不能分离的待测元素的邻近线。 重新选择分析线 2.空心阴极灯内有单色器不能分离的干扰元素的辐射。 换用纯度较高的单元素灯减小干扰。 3.灯的辐射中有连续背景辐射。 用较小通带或更换灯 2 物理干扰及抑制 试样在转移、蒸发过程中物 理因素变化引起的干扰效应，主要影响试样喷入火焰的速度、雾化效率、雾滴大小等。 可通过控制试液与标准溶液 的组成尽量一致的方法来抑制。 3 化学干扰 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,主要影响到待测元素的原子化效率， 是主要干扰源。 (1) 干扰类型 A 待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子减少。 例：a、钴、硅、硼、钛、铍在火焰中易生成难熔化合物 b、硫酸盐、硅酸盐与铝生成难挥发物。 B 待测离子发生电离反应，生成离子，不产生吸收，总吸收强度减弱，电离电位≤6eV的元素易发生电离，火焰温度越高，干扰越严重，（如碱及碱土元素）。 （2）化学干扰的抑制 通过在标准溶液和试液中加入某种光谱化学缓冲剂来抑制或减少化学干扰： A 释放剂—与干扰元素生成更稳定化合物使待测元素释放出来。 例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。 B 保护剂—与待测元素形成稳定的络合物，防止干扰物质与 其作用。 例：加入EDTA生成EDTA-Ca，避免磷酸根与钙作用。 （3）饱和剂—加入足够的干扰元素，使干扰趋于稳定。 例：用N2O—C2H2火焰测钛时，在试样和标准溶液中加入300mgL-1以上的铝盐，使铝对钛的干扰趋于稳定。 （4）电离缓冲剂—加入大量易电离的一种缓冲剂以抑制待测元素的电离。 例：加入足量的铯盐，抑制K、Na的电离。 4 背景干扰及校正方法 背景干扰主要是指原子化过程中所产生的光谱干扰，主要有分子吸收干扰和散射干扰，干扰严重时，不能进行测定。 (1) 分子吸收与光散射 分子吸收：原子化过程中，存在或生成的分子对特征辐射产生的 吸收。分子光谱是带状光谱，势必在一定波长范围内产生干扰。 光散射：原子化过程中，存在或生成的微粒使光产生的散射现 象。产生正偏差，石墨炉原子化法比火焰法产生的干扰严重。 (2)背景干扰校正方法 A 氘灯连续光谱背景校正 旋转斩光器交替使氘灯提供的连续光谱和空心阴极灯提供的共振线通过火焰。 连续光谱通过时：测定的为背景吸收(此时的共振线吸收相对于总吸收可忽略)。 共振线通过时，测定总吸收；差值为有效吸收。 B 塞曼(Zeeman)效应背景校正法 Zeeman效应：在磁场作用下简并的谱线发生裂分的现象。 校正原理：原子化器加磁场后，随旋转偏振器的转动，当平行磁场的偏振光通过火焰时，产生总吸收；当垂直磁场的偏振光通过火焰时，只产生背景吸收。 方式：光源调制法和共振线调制法（应用较多），后者又分为恒定磁场调制方式和可变磁场调制方式。 优点：校正能力强（可校正背景A 1.2～2.0） 可校正波长范围宽：190 ～ 900nm 6.操作条件选择 1 特征参数 A 灵敏度（S）——指在一定浓度时，测定值（吸光度）的增量（ΔA）与相应的待测元素浓度（或质量）的增量（Δc或 Δm）的比值： B 特征浓度c0——指对应与1%净吸收的待测物浓度。 （吸光度为0.0044） c为待测物浓度，A为吸光度。 对于石墨炉原子化法，也采用特征质量来表示。 m为待测物质量，A为吸光度。 特征浓度（或特征质量）越小，灵敏度越高 （2）检出极限 在适当置信度下，能检测出的待测元素的最小浓度或最小量。用接近于空白的溶液，经若干次（ 10-20次）重复测定所得吸光度的标准偏差的3倍求得。 A 火焰法： B 石墨炉法： Sc（Sm）：待测元素的灵敏度，即工作曲线的斜率。 Sb：标准偏差。 (3) 线性范围 一般为2-3个数量级。 (4) 精密度（RSD） 火焰原子化法＜1%，石墨炉原子化法2-5%。 2 测定条件的选择 （1）分析线 一般选待测元素的共振线作为分析线，测量高浓度时也可选次灵敏线。 （2）通带（可调节狭缝宽度改变） 无邻近干扰线（如测碱及碱土金属）时，选较大的通带， 反之（如测过渡及稀土金属），宜选较小通带。 （3）空心阴极灯电流 在保证有稳定和足够的辐射光通量的情况下，尽量选较低的电流。 （4）观测高度 调节观测高度（燃烧器高度），可使元素通过自由原子浓度最大的火焰区，灵敏度高，观测稳定性好。 （5）火焰 依据不同试样元素选择不同火焰类型。 7.定量分析 1.标准曲线法 配制一系列不同浓度的标准试样，由 低到高依次分析，将获得的吸光度A数据 对应于浓度作标准曲线，在相同条件下测定试样的吸光度A数据，在标准曲线上查出对应的浓度值； 或由标准试样数据获得线性方程，将测定试样的吸光度A数据带入计算。 注意在高浓度时，标准曲线易发生弯曲，压力变宽影响所致。 2. 标准加入法 取若干份体积相同的试液（cX），依次按比例加入不同 量的待测物的标准溶液（cO），定容后浓度依次为： cX ， cX +cO ， cX +2cO ， cX +3cO ， cX +4 cO …… 分别测得吸光度为：AX，A1，A2，A3，A4……。 以A对浓度c做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度。 该法可消除基体干扰；不能消除背景干扰。 8.应用 应用广泛的微量金属元素的首选测定方法(非金属元素可采用间接法测量)。 (1)头发、血液中微量元素的测定—微量元素与健康关系； (2)水中微量元素的测定—环境中重金属污染分布规律； (3)水果、蔬菜中微量元素的测定； (4) 矿物、合金及各种材料中微量元素的测定； (5) 各种生物试样中微量元素的测定。 例：人血液样品中微量元素的测定 可供选择的方法： 1、 AAS 2、 ICP-AES 3、电位溶出法 4、ICP-MS 火焰原子吸收分光光度法 火焰原子吸收分光光度计主要部件 火焰原子化器 火焰原子吸收分光光度法的特点 优点 · 检出限低，灵敏度高 · 选择性好 · 精密度高 · 分析速度快 · 光谱干扰少 · 仪器比较简单，价格较低廉，一般实验室都可以配备 · 应用范围广 局限性 · 对难熔元素测定效果不好 实验方法 1、标准曲线的获取 参考相关文献及资料中各微量元素的正常含量配制 一系列标准样品溶液，测定相应的吸收，以吸收强度对浓度作图，得到标准曲线。 2、样品处理 样品消化：将血液样品转入锥形瓶中加10mL 浓硝酸和1.0mL高氯酸, 在电热板上缓慢加热消化, 蒸至尽干,再 加入一定量的酸液继续加热分解至棕烟冒尽, 在50mL容量 瓶中定容,待测。 3、样品测定（外标法） 测定样品的吸收，对应各元素的分析线，其吸收强度在标准曲线中所对应的浓度即为样品中该元素的浓度，根据所得浓度即可计算样品中该元素的含量。 |
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和吸收系数Kv及辐射频率有关。以Kv与 v作图
nm。
