内容发布更新时间 : 2024/11/9 10:50:05星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

原子吸收光谱实验报告

一、基本原理

1.原子吸收光谱的产生

众所周知，任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级。因此，一个原子核可以具有多种能级状态。能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差△E时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子吸收光谱。电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射能量。核外电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的谱线称为共振吸收线，简称共振线。电子从第一激发态返回基态时所发射的谱线称为第一共振发射线。由于基态与第一激发态之间的能级差最小，电子跃迁几率最大，故共振吸收线最易产生。对多数元素来讲，它是所有吸收线中最灵敏的，在原子吸收光谱分析中通常以共振线为吸收线。 2.原子吸收光谱分析原理 2.1谱线变宽及其原因

原子吸收光谱分析的波长区域在近紫外区。其分析原理是将光源辐射出的待测元素的特征光谱通过样品的蒸汽中被待测元素的基态原子吸收后，测定发射光谱被减弱的程度，进而求得样品中待测元素的含量，它符合吸收定律：

I??I0e(?k?l) (1.1) logI???0.434K?l??A (1.2) I0其中：Kv为一定频率的光吸收系数，Kv不是常数，而是与谱线频率或波长有关，Iv为透射光强度，I0为发射光强度。

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据吸收定律的表达式，以 I?~? 和 K?-? 分别作图得吸收强度与频率的关系及谱线轮廓。可见谱线是有宽度的。谱线的宽度主要有两方面的因素：一类是由原子性质所决定的，例如自然宽度；另一类是外界影响所引起的，例如热变宽、碰撞变宽等。

2.2基态原子数和总原子数的关系

据热力学原理，当在一定温度下处于热力学平衡时，激发态原子数与基态原子数之比服从 Boltzmann 分配定律：

NiN0?gig0e?Ei/kT (1.3)

可见，Ni/N0的大小主要与“波长”及“温度”有关。也就是说当温度保持不变时，激发能（h?）小或波长长，Ni/N0则大。但在 AAS 中，波长不超过600nm即激发能对Ni/N0的影响有限。同时随温度增加Ni/N0变大，且Ni/N0随温度T 增加而呈指数增加。尽管原子的激发电位和温度 T 使 Ni/N0值有数量级的变化，但Ni/N0值本身都很小。或者说处于激发态的原子数远小于处于基态的原子数。

实际工作中，T通常小于3000K、波长小于600nm，故对大多数元素来说Ni/N0均小于1%，可忽略不计。总之，温度对原子吸收分析的影响不大。

二、仪器构成

AAS仪器由光源、原子化系统（类似样品容器）、分光系统及检测系统组成，如图1所示。

图1. 原子吸收仪器结构示意图

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1.光源

作为光源要求能够发射待测元素的锐线光谱，且有足够的强度、光源产生的背景小、稳定性好。一般采用空心阴极灯作为光源。 2.原子化器

原子化器可分为预混合型火焰原子化器、石墨炉原子化炉和氰化物反应器三种类型。火焰原子化器由喷雾器、雾化室、燃烧器、火焰（内焰基态原子作为分析区）四部分组成。其特点是操作简便、重现性好 。 a） 喷雾器

作用是将试样溶液转为雾状。要求性能稳定、雾粒细而均匀、雾化效率高、适应性高（可用于不同比重、不同粘度、不同表面张力的溶液）。 b） 雾化室

雾化室内部装有撞击球和扰流器（去除大雾滴并使气溶胶均匀）。作用是将雾状溶液与各种气体充分混合而形成更细的气溶胶并进入燃烧器。该类雾化器因雾化效率低（进入火焰的溶液量与排出的废液量的比值小），现已少用。目前多用超声波雾化器等新型装置。 c） 燃烧器

产生火焰并使试样蒸发和原子化的装置。有单缝和三缝两种形式，其高度和角度可调（让光通过火焰适宜的部位并有最大吸收）。燃烧器质量主要由燃烧狭缝的性质和质量决定（光程、回火、堵塞、耗气量）。 d） 火焰

火焰分焰心（发射强的分子带和自由基，很少用于分析）、内焰（基态原子最多，为分析区）和外焰（火焰内部生成的氧化物扩散至该区并进入环境）。燃烧速度是指混合气着火点向其它部分的传播速度。当供气速度大于燃烧速度时，火焰稳定。但过大则导致火焰不稳或吹熄火焰，过小则可造成回火。

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图2. 天然气-空气火焰 表1.不同类型火焰及其温度

燃烧速度/cm.s-1 燃气 助燃气 C2H2 C2H2 C2H2 H2 H2 H2 丙烷 温度/oC 特 点 Air O2 N2O Air O2 N2O Air 158-266 2100-2500 温度较高，最常用（稳定、噪声小、重现性好，可测定30多种元素） 1100-2480 3050-3160 高温火焰，可作上述火焰的补充，用于其它更难原子化的元素 高温火焰，具强还原性（可使难分160-285 2600-2990 解的氧化物原子化），可用于多达70多种元素的测定。 300-440 2000-2318 较低温氧化性火焰，适于共振线位于短波区的元素（As-Se-Sn-Zn） 900-1400 2550-2933 高燃烧速度，高温，但不易控制 ~390 ~2880 高温，适于难分解氧化物的原子化 低温，适于易解离的元素，如碱金~82 ~2198 属和碱土金属。

石墨炉原子化炉由电源、保护系统和石墨管三部分组成。是一类将试样放置在石墨管壁、石墨平台、碳棒盛样小孔或石墨坩埚内用电加热至高温实现原子化的系统。其中管式石墨炉是最常用的原子化器。原子化程序分为干燥、灰化、原子化、高温净化四个阶段。原子化效率高，在可调的高温下试样利用率达100% ，灵敏度高，其检测限达10-6~10-14 ，还有试样用量少的优点。

3.分光系统（单色器）

由出射、入射狭缝、反射镜和色散原件（棱镜或衍射光栅）组成。

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单色器的作用在于将空心阴极灯阴极材料的杂质发出的谱线、惰性气体发出的谱线以及分析线的邻近线等与共振吸收线分开。

单色器的性能是指色散率、分辨率和集光本领。 4.检测器

由检测器（光电倍增管）、放大器、对数转换器和电脑组成。使用光电倍增管可直接得到测定的吸收度信号。

三、分析过程

1. 简要操作步骤

首先打开工作气体阀门，调节好出口气体压力。

打开主机。打开计算机，待仪器自检完毕后，双击AAS图标，进入应用软件的开始菜单界面。

选择待测元素，安装相应元素空心阴极灯。载入cookbook，按照厂家设定好的分析方法进行分析。分别调节光学参数，光源能量使仪器调整待测元素空心阴极灯光源能量在最佳状态。

调节自动进样器各项设置，保证进样器最低点要高于炉中液面一个液滴的距离。

测定标样，制作标准曲线。

检测样品。通过调节原子化温度可以改善峰形。

关机。首先熄灭火焰，再退出AAS系统。关闭AAS主机电源和计算机电源。关闭工作气体总阀，断开空气压缩机电源。关闭电源总开关。 2. 分析条件的选择

可以通过选择不同的分析分析线、改变Slit 宽度、原子化条件和灯电流以改善测量条件。 2.1分析线

通常选共振线为分析线（最灵敏线或且大多为最后线），但不是绝对的。如Hg185nm比Hg254nm灵敏50倍，但前者处于真空紫外区，大气和火焰均对其产生吸收；共振线Ni232nm附近231.98和232.12nm的原子线和231.6nm的离子

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