原子吸收光譜法---課件.ppt

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1、《儀器分析》課程廈門大學(xué)精品課程儀器分析(含實(shí)驗)第十章ChapterTenAtomicAbsorptionSpectrumForShort：AAS原子吸收光譜法§10.1概述它是基于物質(zhì)所產(chǎn)生的原子蒸氣對特征譜線的吸收作用來進(jìn)行定量分析的一種方法。1.原子吸收光譜溶液中的金屬離子化合物在高溫下能夠解離成原子蒸氣，兩種形態(tài)間存在定量關(guān)系。當(dāng)光源發(fā)射出的特征波長光輻射通過原子蒸氣時，原子中的外層電子吸收能量，特征譜線的光強(qiáng)度減弱。光強(qiáng)度的變化符合朗伯-比耳定律，進(jìn)行定量分析。原子與分子一樣,吸收特定能量后,產(chǎn)生基態(tài)→激發(fā)態(tài)躍遷；產(chǎn)生原子吸收光譜，即共振吸收。原子由基態(tài)→第一激發(fā)態(tài)的躍遷,最易發(fā)

2、生。每種原子的核外電子能級分布不同，當(dāng)產(chǎn)生由基態(tài)→第一激發(fā)態(tài)的躍遷時，吸收特定頻率的輻射能量。原子吸收光譜是線狀光譜。2.原子吸收光譜與原子發(fā)射光譜的關(guān)系共振線與吸收線基態(tài)第一激發(fā)態(tài)基態(tài)電,熱能h?ih?ih?j原子發(fā)射光譜稱共振發(fā)射線原子共振熒光原子吸收光譜稱為共振吸收線基態(tài)第一激發(fā)態(tài)h?i3.基態(tài)原子數(shù)N0與各激發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni的關(guān)系Ni=N0gi/g0e-Ei/kT在高溫下，處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)時，單位體積的基態(tài)原子數(shù)N0與激發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni之間遵守Boltzmann分布定律:原子吸收現(xiàn)象早在上世紀(jì)已被人們所知，但一直未能應(yīng)用于元素的實(shí)際分析。1955年，澳大利亞物理學(xué)家沃爾森(Walsh)

3、采用特殊裝置，成功地建立了原子吸收分析方法，發(fā)表了經(jīng)典論文：“原子吸收分光光度法在分析化學(xué)中的應(yīng)用”。§10.2原子光譜線的輪廓一.原子光譜線(吸收線)的寬度原子吸收光譜線輪廓圖3.譜線半寬度(10-2?)1.譜線中心頻率2最大吸收系數(shù)??0KvK0K0/2??二.原子光譜線變寬的因素1.吸收線能量與波長關(guān)系λ=hc/ΔE吸收h?發(fā)射h?E0E1E0E1吸收h?發(fā)射h?不產(chǎn)生能級變寬產(chǎn)生能級變寬式中：M----原子量；T----絕對溫度；?0----譜線中心頻率即使在較低的溫度，也比自然寬度Δ?N來得嚴(yán)重，是譜線變寬的主要因素.一般情況:Δ?D=10-2?.4.壓力變寬（碰撞變寬）原子與等離

4、子體中的其他粒子（原子、離子、電子）相互碰撞而使譜線變寬，等離子體蒸氣壓力愈大，譜線愈寬。同種粒子碰撞——稱赫爾茲馬克（Holtzmank）變寬..異種粒子碰撞——稱羅論茲（Lorentz）變寬。壓力變寬（碰撞變寬）為10-2?，也是譜線變寬的主要因素.3.多普勤寬度Δ?D（DopplerBroadening）這是由原子在空間作無規(guī)熱運(yùn)動所引致的。故又稱熱變寬。2.自然寬度Δ?N與原子外層電子發(fā)生能級間躍遷時激發(fā)態(tài)原子的壽命有關(guān)，是客觀存在。一般情況下約相當(dāng)于10-4?,通常可以忽略。6.場致變寬斯塔克變寬(StarkBroadening):由于外部的電場或等離子體中離子、電子所形成的電場引

5、起。在1000~3000K、0.101MPa狀態(tài)，多普勤寬度Δ?D和壓力變寬(碰撞變寬)是譜線變寬的主要因素。齊曼變寬(ZeemanBroadening):由于外部的磁場影響，導(dǎo)致譜線的分裂，在單色器分辨率無法分辨時，也產(chǎn)生譜線變寬。5.自吸變寬當(dāng)基態(tài)、氣態(tài)原子密度較大時產(chǎn)生。一.積分吸收f-----振子強(qiáng)度e----為電子電荷N----單位積內(nèi)的自由原子數(shù)m---電子的質(zhì)量§10.3原子吸收光譜的測量積分公式??0KvK0K0/2??1.平面衍射光柵分辨率R式中：?是相鄰兩譜線的平均波長；??是相鄰兩譜線的波長差；k是光譜的級次；N是光柵的刻線數(shù)。二.積分吸收的限制在5000?的波長，要積

6、分半寬度為0.01?的譜線，至少要取10點(diǎn)，每點(diǎn)為0.001?。根據(jù)分辨率公式，可以計算光柵所需的分辨率R和光柵常數(shù)d。目前，光柵常數(shù)d無法達(dá)到此要求。2.單色器的光譜通帶光譜通帶W：W=D?S當(dāng)光譜通帶：W=0.001?，S=0.007（mm）式中：S---縫寬度（mm）D---倒線色散率（nm/mm）倒線色散率：D=S/W=0.001?10-6nm/0.007(mm)=1.4?10-7(nm/mm）目前，倒線色散率D也無法達(dá)到此要求。3.檢測器的靈敏度即使光柵常數(shù)d、光譜通帶W、倒線色散率D都達(dá)到此要求，還要考慮到檢測器的靈敏度;在以上條件下檢測器的靈敏度也無法達(dá)到要求。綜合以上討論:如

7、果我們測量∫Kvdυ,就可求出原子濃度N，但是譜線寬度為10-2?左右。需要用高分辨率的分光儀器，高靈敏度的檢測器這是目前難以達(dá)到的。這就是早在100多年前就已發(fā)現(xiàn)原子吸收的現(xiàn)象，但一直難以使用于分析科學(xué)的原因。三.峰值吸收積分吸收與火焰中基態(tài)原子數(shù)的關(guān)系為：當(dāng)僅考慮原子的熱運(yùn)動時，吸收系數(shù)的關(guān)系為：把式（2）積分后，得到：1.積分吸收與峰值吸收的關(guān)系：1955年澳大利亞學(xué)者沃爾森(Walsh)提出，在溫度不