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第八章 原子吸收及原子荧光光谱法 原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry, AAS)和原子荧光(atomic fluorescence)光谱法同属原子光谱的范畴，在仪器构造方面有不少相似之处。然而，从原理上看它们又是两种截然不同的分析方法。前者是基于气态基态(ground state)原子对共振辐射的吸收；后者是基于原子受激后荧光的发射。本章主要讨论原子吸收光谱法的原理、仪器和定量分析方法。 §8-1 原子吸收光谱法概述 一、原子吸收光谱法 原子吸收光谱法（atomic absorption spectrometry, AAS）又称原子吸收分光光度法或简称原子吸收法。所谓原子吸收是指：气态基态原子对于同种原子发射出来的特征光谱辐射具有吸收能力的现象。 要将原子吸收现象用于分析，首先必须将试样溶液中的待测元素原子化；同时还要有一个光强稳定的光源，并能给出同种原子特征的光辐射，使之通过一定的待测元素原子区域，从而测量其吸光度。然后根据吸光度对标准溶液浓度的关系曲线，计算出试样中待测元素的含量。这种方法称之为原子吸收光谱法。 二、原子吸收光谱法的实验装置 原子吸收分光光度计主要由锐线光源、原子化器、分光系统和检测系统等四部分组成，如图8-1（a）所示。 锐线光源是指能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源。其作用是发射待测元素的共振辐射。常用的元件是空心阴极灯。 原子化器的作用是提供足够的能量，使试液雾化、去溶剂、脱水、离解产生待测元素的基态自由原子。常用的装置有火焰原子化器和非火焰原子化器。 分光系统的作用是分离谱线，把共振线与光源发射的其它谱线分离开并将其聚焦到光电倍增管上。目前使用的仪器大多采用光栅作色散元件。 检测系统的作用是接受欲测量的光信号，并将其转换为电信号，经放大和运算处理后，给出分析结果。检测系统包括检测器，运算放大器和读数系统等 三、原子吸收光谱法与紫外可见分光光度法的比较 表8-1 原子吸收与紫外可见分光光度法的比较 相 似 之 处 不 同 之 处 吸收机理 光 源 仪器排布 紫外可见光谱 均属于吸收光谱的范畴 工作波段190～900 nm 光源 单色器 吸收池 检测器 分子吸收 带状光谱 连续光源 (钨灯、氘灯) 光源→单色器→吸收池→检测器 原子吸收光谱法 锐线光源 单色器 原子化器 检测器 原子吸收 线状光谱 锐线光源 (空心阴极灯) 锐线光源→原子化器→单色器→检测器 四、原子吸收光谱法的特点和应用 原子吸收光谱分析是一种重要的成分分析方法，可对七十种以上的元素进行定量测定。该法具有灵敏度高、选择性好、准确度高、操作简便、分析速度快等特点，在冶金、地质、机械、化工、医药卫生和环境保护等部门得到广泛的应用。 §8-2 原子吸收光谱法基本原理 一、原子吸收光谱的产生 共振线：使电子从基态(ground state)跃迁至激发态所产生的吸收谱线。使电子从基态跃迁至第一激发态(excited state)所产生的吸收谱线称为主共振线(resonance line)。 原子吸收光谱的频率v或波长λ，由产生吸收跃迁的两能级差ΔΕ决定 (8-1) 二、基态原子数与温度的关系 原子吸收光谱法是以气态基态原子对共振发射线的吸收为基础的，共振线被吸收的程度取决于火焰中处于基态的原子的数目。根据波兹曼(Boltzmann)方程： (8-2) 式中Nj和N0分别为处于激发态和基态的原子数；Pj和P0分别为激发态和基态的统计权重；Ej和E0分别为相应能级的能量；k为玻兹曼常数；T为热力学温度。 对共振线来说，电子基态（E0=0）跃迁到第一激发态，因此式（8-2）可写作 (8-3) 由此可看出：① 温度越高，Nj/N0值愈大；② 在同一温度下，电子跃迁的能级Ej越小，共振线波长越长，Nj/N0值也愈大。 三、原子吸收谱线的轮廓 原子吸收光谱线很窄，但并不是一条严格单色的理想几何线，而是占据着有限的、相当窄的频率或波长范围，即谱线实际上具有一定的宽度，具有一定的轮廓(outline)，如图8-3所示。 图8-3（a）是强度为I0的不同频率的光，通过某一种原子蒸气时，透过光强度Iv与频率v关系图。若在各频率下测定其吸收系数Kv ，即可得图8-3（b）。由图可见，吸收曲线有一极大值。与吸收极大对应的频率v0称为中心频率，其值由原子能级决定；与吸收极大对应的吸收系数K0称为中心吸收系数，或峰值吸收系数。吸收曲线在v0的两侧有一定的宽度，这就是吸收线的轮廓。在中心频率的地方，极大吸收系数一半（K0/2）处，吸收光谱轮廓上两点之间的频率差（或波长差）称为吸收线的半宽度，用Δv表示，其数值约为10-3～10-2 nm。若将谱线轮廓看作等腰三角形，不难看出，用Δv来代表整个谱线的宽度是适宜的。因此Δ