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原子吸收光谱法--基本原理篇

2018.7.26

原子吸收光谱法是基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收 进行元素定量分析的方法。

     基态原子吸收其共振辐射,外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。

     在通常的原子吸收测定条件下,原子蒸气中基态原子数近似等于总原子数。在原子蒸气中(包括被测元素原子),可能会有基态与激发态存在。根据热力学的原理,在一定温度下达到热平衡时,基态与激发态的原子数的比例遵循Boltzman分布定律。

Ni / N0 = gi / g0  exp(- Ei / kT)

     NiN0 分别为激发态与基态的原子数; gi / g0为激发态与基态的统计权重,它表示能级的简并度;T为热力学温度; kBoltzman常数; Ei为激发能。

     从上式可知,温度越高, Ni / N0值越大,即激发态原子数随温度升高而增加,而且按指数关系变化;在相同的温度条件下,激发能越小,吸收线波长越长,Ni /N0值越大。尽管如此变化,但是在原子吸收光谱中,原子化温度一般小于3000K,大多数元素的zui强共振线都低于 600 nm Ni / N0值绝大部分在10-3以下,激发态和基态原子数之比小于千分之一,激发态原子数可以忽略。因此。基态原子数N0可以近似等于总原子数N

一、原子吸收光谱轮廓                                                

    原子吸收光谱线有相当窄的频率或波长范围,即有一定宽度。

        一束不同频率强度为I0的平行光通过厚度为l的原子蒸气,一部分光被吸收,透过光的强度In服从吸收定律

                 In = I0 exp(-knl)

    式中kn是基态原子对频率为n的光的吸收系数。不同元素原子吸收不同频率的光,透过光强度对吸收光频率作图,如下图:


这样就不需要用高分辨率的单色器,而只要将其与其它谱线分离,就能测出峰值吸收系数。

在一般原子吸收测量条件下,原子吸收轮廓取决于 Doppler (热变宽)宽度,通过运算可得峰值吸收系数:

           K0 = 2/nD(ln2/p)1/2 pe2N0ƒ/mc

可以看出,峰值吸收系数与原子浓度成正比,只要能测出K0  就可得出N0

3,锐线光源

 锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源,如空心阴极灯。在使用锐线光源时,光源发射线半宽度很小,并且发射线与吸收线的中心频率一致。这时发射线的轮廓可看作一个很窄的矩形,即峰值吸收系数Kn 在此轮廓内不随频率而改变,吸收只限于发射线轮廓内。这样,一定的K0即可测出一定的原子浓度。

4,实际测量

在实际工作中,对于原子吸收值的测量,是以一定光强的单色光I0通过原子蒸气,然后测出被吸收后的光强I,此一吸收过程符合朗伯-比耳定律,即

            I =  I0e-K N L

式中K为吸收系数,N为自由原子总数(基态原子数),L为吸收层厚度。 吸光度A可用下式表示

            A = lgI0 / I = 2.303 K N L

在实际分析过程中,当实验条件一定时,N正比于待测元素的浓度


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