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1、原子吸收光譜法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進行元素定量分析的方法。與分子吸收光譜法有何不同?一、原子光譜的產生基態(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)。AEI0IIhvhvhv基態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子二、基態(tài)原子數(shù)與激發(fā)態(tài)原子數(shù)的關系根據(jù)熱力學的原理,在一定溫度下達到熱平衡時,基態(tài)與激發(fā)態(tài)的原子數(shù)的比例遵循Boltzman分布定律。Ni/N0=gi/g0exp(-Ei/kT)激發(fā)態(tài)與基態(tài)原子數(shù)激發(fā)能Boltzman常數(shù)熱力學溫度統(tǒng)計權重表示能級的簡并度
2、溫度越高,Ni/N0值越大,即激發(fā)態(tài)原子數(shù)隨溫度升高而增加,而且按指數(shù)關系變化;但是,即使在高溫下,Ni/N0值也很低,即蒸氣中基態(tài)原子數(shù)近似地等于總原子數(shù)。如:Na589.0nm線,gi/g0=2,Ei=2.104eVK=2000時,Ni/N0=0.99×10-5K=3000時,Ni/N0=5.83×10-4在相同的溫度條件下,激發(fā)能越小,吸收線波長越長,Ni/N0值越大。三、原子吸收光譜輪廓原子光譜是線狀光譜為什么原子光譜為線光譜,而分子光譜為連續(xù)光譜?原子和離子只存在電子能級分子還振動能級和轉動能級原子吸收光譜并不是嚴格意義上的線
3、狀光譜,也有一定的寬度。吸收強度對頻率作圖,所得曲線為吸收線輪廓。原子吸收線輪廓以原子吸收譜線的中心頻率(或中心波長)和半寬度表征。中心頻率由原子能級決定。半寬度是中心頻率位置,吸收系數(shù)極大值一半處,譜線輪廓上兩點之間頻率或波長的距離。譜線具有一定的寬度,主要有兩方面的因素:1、自然寬度沒有外界影響,譜線仍有一定的寬度稱為自然寬度。它與激發(fā)態(tài)原子的平均壽命有關,平均壽命越長,譜線寬度越窄,通常為10-5nm數(shù)量級。2、多普勒變寬原子處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài),熱運動與觀測器兩者間形成相對位移運動,從而發(fā)生多普勒效應,使譜線變寬,又稱為熱變寬
4、。一般可達10-3nm,是譜線變寬的主要因素。3、壓力變寬由于輻射原子與其它粒子(分子、原子、離子和電子等)間的相互作用而產生的譜線變寬,統(tǒng)稱為壓力變寬。壓力變寬通常隨壓力增大而增大。同種粒子碰撞引起的變寬叫Holtzmark(赫爾茲馬克)變寬;凡是由異種粒子引起的變寬叫Lorentz(羅倫茲)變寬。此外,在外電場或磁場作用下,能引起能級的分裂,從而導致譜線變寬,這種變寬稱為場致變寬。4、自吸變寬由自吸現(xiàn)象而引起的譜線變寬稱為自吸變寬??招年帢O燈發(fā)射的共振線被燈內同種基態(tài)原子所吸收產生自吸現(xiàn)象,從而使譜線變寬。四、原子吸收光譜的測量1、
5、積分吸收與原子蒸氣中吸收輻射的原子數(shù)成正比。譜線寬度10-3nm,需要分辨率非常高的色散儀器。若色散儀器分辨率為0.01nm(500.000-500.010),而吸收寬度為10-3nm(500.000-500.001),即使完全吸收,也只能吸收10%。原子吸收無法測定。2、峰值吸收采用發(fā)射線半寬度比吸收線半寬度小得多的銳線光源,并且發(fā)射線的中心與吸收線中心頻率一致。這樣就不需要用高分辨率的單色器,而只要將其與其它譜線分離,就能測出峰值吸收系數(shù)。光源色散元件原子吸收3、銳線光源銳線光源是發(fā)射線半寬度遠小于吸收線半寬度的光源,如空心陰極燈。
6、半寬度很小中心頻率一致空心陰極燈4、分析基本關系式吸收過程符合朗伯-比耳定律:I=I0exp(-K0NL)式中K0為吸收系數(shù),N為自由原子總數(shù)(基態(tài)原子數(shù)),L為吸收層厚度。吸光度A可用下式表示A=KN在實際分析過程中,當實驗條件一定時,N正比于待測元素的濃度。原子吸收光譜儀又稱原子吸收分光光度計,由光源、原子化器、單色器和檢測器等四部分組成。單道單光束單道雙光束原子吸收光譜儀一、光源(空心陰極燈)1、構造陰極:鎢棒作成圓筒形,筒內熔入被測元素陽極:鎢棒裝有鈦、鋯、鉭金屬作成的陽極管內充氣:氬或氖稱載氣極間加壓500-300伏,要求穩(wěn)流
7、電源供電。2、銳線光產生原理濺射出的被測元素原子大量聚集在空心陰極內,與其它粒子碰撞而被激發(fā),發(fā)射出相應元素的特征譜線。3、對光源的要求輻射強度大穩(wěn)定性高銳線性背景小要用被測元素做陰極材料原子化器的功能是提供能量,使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。入射光束在這里被基態(tài)原子吸收,因此也可把它視為“吸收池”。原子化器的基本要求:火焰原子化器和非火焰原子化器。二、原子化器1、火焰原子化器構造:三部分:噴霧器,霧化器,燃燒器噴霧器:不銹鋼聚四氟乙烯霧化室:不銹鋼燃燒器:單縫三縫火焰的基本特性(Ⅰ)燃燒速度,是指火焰由著火點向可燃混凝氣其他點傳播的速度,
8、供氣速度過大,導致吹滅,供氣速度不足將會引起回火。(Ⅱ)火焰溫度P136表6.2。(Ⅲ)火焰的燃氣與助燃氣比例。可將火焰分為三類:化學計量火焰,富燃火焰,貧燃火焰?;瘜W計量火焰:由于燃氣與助燃氣之比與化學計