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原子吸收光谱的特点和基本原理

2021/10/22

原子吸收光谱,又称原子吸收分光光度分析。原子吸收光谱分析是基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生共振吸收,其吸光度在一定范围内与蒸气相中被测元素的基态原子浓度成正比,以此测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。

特点:1、灵敏度高

2、精密度好

3、选择性高

缺点:不能够进行多元素同时分析(因为空心阴极灯是线光源,每测一个元素都必须换一个灯)

 

原子吸收光谱与紫外-可见吸收光谱之间的区别:

1、紫外-可见吸收光谱除了分子外层电子能级跃迁外,还有分子的振动和转动能级的跃迁,是一种宽带吸收(10-1—10-2nm)

2、原子吸收光谱是由于原子外层电子能级的跃迁,是一种窄带吸收(10-3nm)

原子化火焰的温度:两千度到三千度左右(温度过高会使原子最外层的电子吸收能量跃迁至激发态,这时就不能吸收光源发出的光;在三千度左右时,激发态的原子占所有原子的比例只有不到百分之一)

谱线变宽的因素:

1、自然变宽:谱线固有宽度(与原子能级跃迁的激发态的寿命有关:激发态寿命越短,吸收线的自然宽度越窄) 10-5nm

2、多普勒变宽:由于原子无规则热运动产生的变宽(测定的温度越高,被测元素的质量越小,原子的相对热运动越剧烈,热变宽越大) 10-3nm

3、压力变宽:吸光原子与蒸汽中的其他粒子(分子、原子、离子、电子)之间的碰撞(吸收区的气体压力越大,粒子之间的相互碰撞概率增大,谱线变宽严重,其中不同粒子之间的碰撞概率更大,同种原子之间的碰撞的影响要更小) 10-3nm

综上,实际原子吸收线的宽度约为10-3nm

计算原理:

1、积分吸收:利用测定元素浓度与光吸收曲线的积分之间的关系,进行计算;但实际上光吸收曲线的积分很难计算【因为光源强度和光栅的限制,不能把光分的很细(每个波长都对应一定的光强度,计算光强度相对于波长的积分就是浓度),因此就不能准确计算积分值】

2、峰值吸收:采用线光源(将较宽的吸收峰,转化成极细的峰线,用峰高(光强度)代替峰的面积,计算浓度)

测量误差的产生:

1、由于基体成分的影响和化学干扰影响原子化过程,使得吸光度产生变化。

2、对于容易电离的物质,温度较高时,处于激发态的原子更多,那么用光源照射物质的吸收就减弱了,

3、发射光源的辐射瓣宽度要小于吸收线宽度,因此,光源温度不能高(多普勒变宽)

原子吸收光谱分析的仪器

1、光源:空心阴极灯

要求:锐线、高强度、稳定(30分钟漂移不超过1%)、背景低(低于特征共振辐射强度的1%)

2、原子化器:火焰原子化器(雾化器、雾化室、燃烧器)、石墨炉原子化器(程序升温:干燥、灰化、原子化、清除)、氢化物发生原子器、冷蒸汽发生原子化器

要求:温度高(两三千度)、稳定、背景发射噪声低、燃烧安全

3、单色器:光栅

4、检测器:光电倍增管、电荷耦合器件(CCD)

原子吸收光谱的干扰与消除

1、物理干扰:蒸汽雾滴大小

2、化学干扰:分子蒸发(待测原子在灰化阶段损失了)、形成难解离的化合物(氧化物、碳化物、磷化物):高温原子化,加入释放剂,加入保护剂,加入基体改进剂

3、电离干扰:被测元素在原子化过程发生电离(加入消电离剂)

4、光谱干扰:吸收线重叠、光谱通带内存在非吸收线、原子化器内滞留发射干扰、背景吸收(分子吸收、光散射)

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