原子吸收光谱实验报告

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(Eo=O)，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

简称共振线。电子从第

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，

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， 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、，\。厂屮

测定发射光

(1.1)

log ' = -0.434 K J = -A

1 0

(1.2)

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，Io为发射光强度。

1

原子吸收光谱实验报告

据吸收定律的表达式，以和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Boltzma nn分配定律：

(1.3)

可见，Ni/No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/No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/N。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N i/N 0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

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

。

2

原子吸收光谱实验报告

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。

3