原子吸收光谱法基本原理

任务5原子吸收光谱法基本原理项目3用原子吸收光谱法检测物质中微量元素一、原子吸收光谱的产生在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态），称为”基态”。当原子吸收外界能量被激发时，其最外层电子可能跃迁到最高的不同能级上，原子的这种运动状态称为激发态。原子在两个能级之间的跃迁伴随着能量的发射和吸收。电子从基态跃迁到能量最低的第一激发态时要吸收一定频率的光，产生共振吸收线；当它再通过辐射跃迁返回到基态时，则发射出同样频率的光，产生共振发射线。共振发射线和共振吸收线统称为共振线。二、谱线轮廓与谱线变宽原子发射线和原子吸收线均为原子光谱——线光谱。但原子发射线是明线，故可以借助摄谱仪将其记录在相板上；而原子吸收线是暗线，只能根据能量守恒定律的关系对吸收前后的谱线强度进行测量和记录。若将不同频率的光(强度为I0v)通过原子蒸气，有一部分光将被吸收，其透过光的强度(即原子吸收共振线后光的强度)与原子蒸气的宽度(即火焰的宽度)有关，若原子蒸气中原子密度一定，则透过光(或吸收光)的强度与原子蒸气宽度呈正比关系，称为朗伯(Lambert)定律，即：式中，Iv为透过光的强度，L为原子蒸气的厚度，Kv为原子蒸气对频率为v的光的吸收系数。二、谱线轮廓与谱线变宽1．外界温度的影响——热变宽（多普勒(DoppLer)变宽记为“ΔvD”）从物理学角度讲，一个运动着的原子发出的光，如果运动方向背向观测者，则在观测者看来，其频率较静止原子所发的光的频率为低（即λ增加，被称为“红移”）；反之，如原子面向观测者，则在观测者来看，其频率较静止原子发出的光的频率为高（即λ缩短，被称为“紫移”），这种现象就称为“多普勒效应”。其结果相对中心吸收频率既有“红移”又有“紫移”，因而在原来基础上变宽了。这种变宽是由于温度引起的，故又称为“热变宽”。谱线的多普勒变宽ΔvD可由下式决定：MTvMRTcvvDD0710162.72ln22式中R为气体常数；c为光速；M为吸光质点的相对原子质量；T为热力学温度(K)；v0为谱线的中心吸收频率。二、谱线轮廓与谱线变宽2．外界压力的影响——压力变宽外界压力增加，会使气态原子密度增大，导致吸光原子与蒸气中原子或分子等不同粒子相互碰撞机会增多，而引起的能级稍微变化。使发射或吸收光量子频率改变而导致的谱线变宽。（1）劳伦兹(Lorentz)变宽系指待测原子和其它粒子(如待测元素的原子与火焰气体粒子)碰撞而产生的变宽，以ΔvL表示。这种由外界压力的变化造成的谱线变宽的现象，叫做Lorentz效应，由此引起的变宽叫Lorentz变宽，记为“ΔvD”。（2）共振变宽（赫尔兹马克(Ho1tsmark)变宽）系指同种原子碰撞而产生的变宽。共振变宽只有在被测元素浓度较高时才有影响。在通常的条件下，压力变宽起重要作用的主要是劳伦兹变宽，亦即欲测元素的原子与各种不同粒子间的碰撞所引起的变宽。三、原子吸收吸光度与待测元素浓度的关系理论与实践证明，样品蒸气中基态原子对待测元素共振发射线的吸收程度与原子浓度的关系在一定条件下，也服从朗伯-比尔定律，即：LKIIA434.0lg0三、原子吸收吸光度与待测元素浓度的关系在实际分析工作中要求测定的是试样中待测元素的含量（或浓度）C，而C是与原子蒸气中吸收辐射的原子的总数目N（即基态原子数N0）成正比的。因此，在一定的浓度范围内，一定的条件下，溶液中的待测元素浓度与原子蒸气中该元素的基态原子数目有恒定的比例关系。在一定条件下，一定含量（或浓度）范围内，试样中待测元素的原子对光的吸收程度A与该元素在试样中的含量（或浓度）之间服从朗伯-比尔定律（也称“吸收定律”）。实训3-6根据元素种类选择合适特征谱线实训3-6根据元素种类选择合适特征谱线