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基态
原子吸收了光以后,还是要辐射出光来,这叫受激辐射。如果基态
原子吸收了光以后,能量被激发到高能级,而不再辐射出光子来,那么这种光吃不拉的行为将导致系统处于一个非平衡的状态,也就是说,最后所有的基态原子都被激发了,高能级的原子数目多于低能级的原子数目,这个就好象一个金字塔是倒立放着,是非常不稳定的状态——这就是一般激光器的工作原理。
但很明显,在我们的
原子吸收仪器中,人们似乎只看到光被吸收了,而没有看到光是如何被吐出来的。这里面有一定的理论模糊性,大多数学者认为,光被吸收以后,回吐出来的光是杂乱无章的,在方向上没有被聚焦,所以,这些杂乱的光,可能也构成了一定程度上的杂散光。另外一个必须考虑的无论在石墨炉还是在火焰的原子化系统中,原子处于一个气流的环境中,这个气流会吹走原子,细节和质谱仪器中的很多情景是类似的,这是后话。
根据爱因斯坦对光的受激吸收的工作,我们可以知道,原子对光的吸收在一个平衡过程中(实际上看杨福家的《原子物理学》,可以知道对非平衡情况也是对的),被吸收掉光的功率P_{absorb}正比于参与吸收的基态原子数N:
P_{absorb}=B\rho(\lambda)N
其中B是表征
原子吸收的爱因斯坦B系数,对于特定的原子,这是一个与
原子吸收仪器结构没有关系的物理常数,而\rho(\lambda)是表示照射在分析体积上
的光谱的功率谱密度,这个参数由光源和光学镜片等参数决定,对原子化仪器来说,只要机械结构是稳定,也是一个波动很小的近似常数。所以,唯一可以变化的物理参数是N,也就是分析体积内参与吸收的基态原子的个数。
透射光功率是}
P_{t}=P_{0}-P_{absorb}=P_{0}(1-\frac{P_{absorb}}{P_{0}})=P_{0}(1-\frac{B\rho(\lambda)N}{P_{0}})
这就是
原子吸收的透射光的微观表达式。
对照我们熟悉的比尔定律那个宏观表达式:
P_{t}=P_{0}\exp(-KLC)=P_{0}(1-KLC+\cdots)
最后一步用到了低浓度时候的泰勒展开。
这样,我们就得到了一个微观和宏观的对偶表达式
KLC=\frac{B\rho(\lambda)N}{P_{0}}
因此,原子化器主要的任务之一是提高基态原子数目N,因为分析体积是一定的,是一个常数,所以,相当于努力提高原子的密度函数。