原子吸收光譜法原理及注意事項(xiàng).docx

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1、原子吸收光譜法原理及注意事項(xiàng)1.原子吸收光譜的理論基礎(chǔ)??原子吸收光譜分析（又稱(chēng)原子吸收分光光度分析）是基于從光源輻射出待測(cè)元素的特征光波，通過(guò)樣品的蒸汽時(shí)，被蒸汽中待測(cè)元素的基態(tài)原子所吸收，由輻射光波強(qiáng)度減弱的程度，可以求出樣品中待測(cè)元素的含量。1原子吸收光譜的理論基礎(chǔ)1.1原子吸收光譜的產(chǎn)生在原子中，電子按一定的軌道繞原子核旋轉(zhuǎn)，各個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由4個(gè)量子數(shù)來(lái)描述。不同量子數(shù)的電子，具有不同的能量，原子的能量為其所含電子能量的總和。原子處于完全游離狀態(tài)時(shí)，具有最低的能量，稱(chēng)為基態(tài)（E0）。在熱能、電能或光能的作用下，基態(tài)原子吸收了能量，最外層的電子產(chǎn)生躍遷，從低能態(tài)躍遷到

2、較高能態(tài)，它就成為激發(fā)態(tài)原子。激發(fā)態(tài)原子（Eq）很不穩(wěn)定，當(dāng)它回到基態(tài)時(shí)，這些能量以熱或光的形式輻射出來(lái)，成為發(fā)射光譜。其輻射能量大小，用下列公式示示：式中h??普朗克常數(shù)，其數(shù)值為6.626x10-34J·s；?c??光速（3xl05km／s）；ν、λ－一分別為發(fā)射光的頻率和波長(zhǎng)；E0、Eq?一分別代表基態(tài)和激發(fā)態(tài)原子的能量，它們與原子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于不同元素的原子結(jié)構(gòu)不同，所以一種元素的原子只能發(fā)射由其E0與Eq決定的特定頻率的光。這樣，每一種元素都有其特征的光譜線。即使同一種元素的原子，它們的Eq也可以不同，也能產(chǎn)生不同的譜線。原子吸收光譜是原子發(fā)射光譜的逆過(guò)程?；鶓B(tài)原子只

3、能吸收頻率為ν＝（Eq-E0）/h的光，躍遷到高能態(tài)Eq。因此，原子吸收光譜的譜線也取決于元素的原子結(jié)構(gòu)，每一種元素都有其特征的吸收光譜線。原子的電子從基態(tài)激發(fā)到最接近于基態(tài)的激發(fā)態(tài)，稱(chēng)為共振激發(fā)。當(dāng)電子從共振激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時(shí)，稱(chēng)為共振躍遷。這種躍遷所發(fā)射的譜線稱(chēng)為共振發(fā)射線，與此過(guò)程相反的譜線稱(chēng)為共振吸收線。元素的共振吸收線一般有好多條，其測(cè)定靈敏度也不同。在測(cè)定時(shí)，一般選用靈敏線，但當(dāng)被測(cè)元素含量較高時(shí)，也可采用次靈敏線。1．2吸收強(qiáng)度與分析物質(zhì)濃度的關(guān)系原子蒸氣對(duì)不同頻率的光具有不同的吸收率，因此，原子蒸氣對(duì)光的吸收是頻率的函數(shù)。但是對(duì)固定頻率的光，原子蒸氣對(duì)它的吸收是與

4、單位體積中的原子的濃度成正比并符合朗格－比爾定律。當(dāng)一條頻率為ν，強(qiáng)度為I0的單色光透過(guò)長(zhǎng)度為ι的原子蒸氣層后，透射光的強(qiáng)度為Iν，令比例常數(shù)為Kν，則吸光度A與試樣中基態(tài)原子的濃度N0有如下關(guān)系：在原子吸收光譜法中，原子池中激發(fā)態(tài)的原子和離子數(shù)很少，因此蒸氣中的基態(tài)原子數(shù)目實(shí)際上接近于被測(cè)元素總的原子數(shù)目，與式樣中被測(cè)元素的濃度c成正比。因此吸光度A與試樣中被測(cè)元素濃度c的關(guān)系如下：A=Kc式中K??吸收系數(shù)。只有當(dāng)入射光是單色光，上式才能成立。由于原子吸收光的頻率范圍很窄（0.01nm以下〕，只有銳線光源才能滿足要求。在原子吸收光譜分析中，由于存在多種譜線變寬的因素，例如自然

5、變寬、多普勒（熱）變寬、同位素效應(yīng)、羅蘭茲（壓力）變寬、場(chǎng)變寬、自吸和自蝕變寬等，引起了發(fā)射線和吸收線變寬，尤以發(fā)射線變寬影響最大。譜線變寬能引起校正曲線彎曲，靈敏度下降。減小校正曲線彎曲的幾點(diǎn)措施：（1）選擇性能好的空心陰極燈，減少發(fā)射線變寬。（2）燈電流不要過(guò)高，減少自吸變寬。（3）分析元素的濃度不要過(guò)高。（4）對(duì)準(zhǔn)發(fā)射光，使其從吸收層中央穿過(guò)。（5）工作時(shí)間不要太長(zhǎng)，避免光電倍增管和燈過(guò)熱。（6）助燃?xì)怏w壓力不要過(guò)高，可減小壓力變寬。原子吸收光譜法:2.原子化過(guò)程??原子吸收光譜法采用的原子化方法主要有火焰法、石墨爐法和氫化物發(fā)生法。2．1火焰原子化其過(guò)程如圖1所示。在這過(guò)

6、程中，大致分為兩個(gè)主要階段：（1）從溶液霧化至蒸發(fā)為分子蒸氣的過(guò)程。主要依賴于霧化器的性能、霧滴大小、溶液性質(zhì)、火焰溫度和溶液的濃度等。（2）從分子蒸氣至解離成基態(tài)原子的過(guò)程。主要依賴于被測(cè)物形成分子的鍵能，同時(shí)還與火焰的溫度及氣氛相關(guān)。分子的離解能越低，對(duì)離解越有利。就原子吸收光譜分析而言，解離能小于3.5eV的分子，容易被解離；當(dāng)大于5eV時(shí)，解離就比較困難。2．2石墨爐原子化樣品置于石墨管內(nèi)，用大電流通過(guò)石墨管，產(chǎn)生3000℃以下的高溫，使樣品蒸發(fā)和原子化。為了防止石墨管在高溫氧化，在石墨管內(nèi)、外部用惰性氣體保護(hù)。石墨爐加溫階段一般可分為：（1）干燥。此階段是將溶劑蒸發(fā)掉，

7、加熱的溫度控制在溶劑的沸點(diǎn)左右，但應(yīng)避免暴沸和發(fā)生濺射，否則會(huì)嚴(yán)重影響分析精度和靈敏度。（2）灰化。這是比較重要的加熱階段。其目的是在保證被測(cè)元素沒(méi)有明顯損失的前提下，將樣品加熱到盡可能高的溫度，破壞或蒸發(fā)掉基體，減少原子化階段可能遇到的元素間干擾，以及光散射或分子吸收引起的背景吸收，同時(shí)使被測(cè)元素變?yōu)檠趸锘蚱渌?lèi)型物。（3）原子化。在高溫下，把被測(cè)元素的氧化物或其他類(lèi)型物熱解和還原（主要的）成自由原子蒸氣。2．3氫化物發(fā)生法在酸性介質(zhì)中，以硼氫化鉀（KBH4）作為還原劑，使鍺