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8.1  原子吸收光谱法



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。





原子吸收光谱法具有灵敏、准确、快速、简便等特点，因而在冶金、地质、采矿、石油、轻工、食品、农业、医药、卫生、环境监测以及商品检测等许多行业得到广泛的应用。

一、基本原理

1．共振线和吸收线

任何元素的原子都是由原子核和核外电子所组成。核外电子分层排布，每层都有确定的能量，称为原子能级（量子态），所有电子按一定规律分布在各个能级上，每个电子的能量是由它所处的能级决定的。

核外电子的排布具有最低能级时，原子处于基态。当原子受外界能量（如热能、电能或光能）激发时，其最外层的电子可能吸收一定的能量而跃迁到较高的能级上，此时原子处于激发态。这种激发态是不稳定的，在极短的时间（10－8秒）又跃回到原来的能级，同时辐射出所吸收的能量。

原子受外界能量激发，其外层电子可跃迁到不同的能级，因此有不同的激发态。电子从基态跃迁到能量最低的激发态（称为第一激发态）时要吸收一定频率的辐射，它再跃回基态时，发射出同样频率的辐射，其对应的谱线称为共振发射线；电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线。

各种元素的原子结构和外层电子排布不同，因此，不同元素的原子从基态激发到第一激发态，（或由第一激发态跃回基态）时，吸收（或发射）的能量不同，因此各种元素的共振线不同而各有其特征性。这种从基态到第一激发态的跃迁最容易发生，因此对大多数元素来说，共振线是元素所有谱线中最灵敏的谱线。

在原子吸收光谱法中，就是利用处于基态的待测元素的蒸气对从光源发射的共振线的吸收来进行分析的。

2．原子吸收光谱法的定量基础

将从光源辐射出的特征谱线的光（强度为I0）通过原子蒸气，有一部分光被吸收，其透射光的强度I（即基态原子吸收共振线后的光的强度）与原子蒸气的厚度（即火焰的宽度）L的关系，同有色溶液吸收光的情况完全类似，也服从朗伯－比尔定律。

其吸光度A与试样中基态原子数目N0的关系为：

                A＝lg ＝KLN0            （8－1）

在原子吸收光谱法中，通常采用火焰使试样产生原子蒸气，常用的火焰温度一般低于3000K，火焰中被激发的原子数和离子数是很少的，因此蒸气中的基态原子数目实际上接近于被测元素总的原子数目。式（8－1）表示吸光度与待测元素吸收辐射的原子总数成正比，实际上分析要求测定的是试样中待测元素的浓度，而此浓度与待测元素吸收辐射的原子总数成正比。在一定浓度范围和一定火焰宽度的情况下，吸光度与待测元素浓度的关系为：

          A＝K/ c              （8－2）

此即为原子吸收光谱法进行定量分析的基础公式。