原子吸收光谱仪基本原理
与分析技术
德国耶拿分析仪器股份公司
中国总部
汪素萍
原子吸收光谱仪基本原理与分析技术1
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培训内容：
一、基本原理和定义
二、原子吸收光谱仪的结构
二原子吸收光谱仪的结构
三、火焰原子吸收光谱法
四、石墨炉原子吸收光谱法
八、痕量分析的难点
九、应用
九应用
2原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
、基本原理和定义
一、基本原理和定义
1.1 原子结构
许多物理现象仅用与物质的结构相关的基本知识就可以得到满意地解释，而许多物理现象仅用与物质的结构相关的基本知识就可以得到满意地解释而化学元素则是不能再分的在最基本的物质组成要素。这些始终以最小粒子示人，且不能用化学的方法更进一步再细分的，就是原子。
原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成的，且这些电子在特定的轨道上旋转。
原子在特定的能级上获取或释放能量，一旦与其他粒子或适当能量的光子相原子在特定的能级上获取或释放能量旦与其他粒子或适当能量的光子相碰撞，就会吸收能量成为激发态。这个激发过程表明了电子自身的运动，即电子从内部向外部“壳层”(轨道) 跃迁。这种光被原子吸收就是原子吸收光谱的基本原理。跃迁了的电子通常会在十亿分之几秒后又回到其原来的轨的基本原跃迁了的电子通常会在十亿分之秒后到其原来的轨道，即原子会回到基态。如果在被发射的过程中，能量以辐射的形式释出，（在光学上）我们称之为原子发射光谱（OES ）。以各种可能转换的释出能量可以用线光谱的形式来描述。每个元素都有着属于自己的特征谱线。被激发原子常常比基态原子的化学反应活性大得多，且可以参与到在正常情况下与它们毫不相干的化学过程当中去
况下与它们毫不相干的化学过程当中去。
3原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
原子可以在特定的能级上获取或释放能量。
o
The Bohr model of hydrogen … 基态原子M
+
Th B h d l f h d
The Bohr model of hydrogen…–基态+ 能量激发态原子
+
-
5
原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
The Bohr model of hydrogen…
–+–基态+ 能量激发态不稳定
衰减+ 发射
光
+
6
原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
一、基本原理和定义
1.2 原子光谱
12原子光谱
1.2.1 发射，吸收，荧光
1.2.2 原子吸收光谱定量分析
1原子吸收光谱定量分析
1.2.3 特征浓度和特征质量
1.2.4 检出限
1.2.5 检测限
1.2.5检测限
7原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
原子光谱是光谱学的一部，它研究电磁辐射与自由
原子的相互作用观察到的线光谱。由于自由原子能
够吸收、以及发射相同能量（波长）的电磁辐射，
因此原子光谱可以观察到由它们二者带来的吸收光
谱、发射光谱和荧光光谱。
谱发射光谱和荧光光谱
光谱与原子的结构和特性相关，无论是
被吸收，还是被发射。它们的这种特性
可以用作为原子的判断，且可以用作原
子的检测。当光顾不同的原子光谱时你
会发现，谱线的排列明显地与该原子在
周期表中的位置相关。只有一个价电子
的元素(比如，碱金属) 展示的光谱只有
)
几条线，而价电子数较多的元素(例如，
过渡金属元素)的光谱则显现出大量的
谱线
谱线。
8
原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
原子发射
原子荧光
原子吸收
9原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
原子吸收光谱的基本定义
z 原子吸收光谱是指在蒸气相中的基态原子吸收该元素特征辐射光线而产生的吸收光谱。
原子吸收光谱分析的基本原理
气态自由原子通过获取电磁辐射能跃迁到更高能态，外层电子
跃迁到更高能级水平，并成为激发态原子。只有特定波长的辐
射可以被吸收，因为基态原子只吸收一定的能量。被选择的谱射被收为基态原收定的能量被选择的谱
线的辐射强度对应的吸收值与吸收体积中产生吸收的原子的数
量，即样品中元素的浓度有关，这种关系就是研究样品中某一
元素的定量测定的基本原理。
元素的定量测定的基本原理
10原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
原子吸收光谱的定量分析
吸收光谱定量分析的基本原理是LAMBERT –BEER 定律。也就是说，吸收值A与原子化区的厚度d和待测物质的浓度c成正比。摩尔吸收系数ε是待测物质的特征量，且在一定的外部条件下是一个浓度特征常数过去习惯用于表征待测物的种类
下是一个浓度特征常数，过去习惯用于表征待测物的种类。
式中：
Aλ= 吸收值ελ= 摩尔吸收浓度
==
I o = 入射光强度d= 原子化区的长度
=c
I t= 透过光强度 c =分析物的摩尔浓度
11原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
注意：Lambert-Beer 定律仅适用于单色光和理想状态的稀溶液，而在非理想溶液中ε不再是浓度常数，待测物质的性质可能会受到分子间的例
如发生解离或络合等相互作用的影响。
源自于Lambert Beer定律的吸收值和浓度之间的线性关系仅可以在低浓度Lambert-Beer
时应用，随着分析物浓度的逐渐增加，标准曲线就会逐渐显见与直线的偏离。所以应用的某些行业（比如制药工业）只可以使用线性范围
所以，应用AAS的某些行业（比如，制药工业）只可以使用线性范围。
12原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
以下情况均能引起此定律出现偏离现象:
1. 辐射带过宽引至杂波干扰
2. 样品中可能存在发射、荧
光散射等干扰
光、散射等干扰
3. 样品中的待测成分受非待
测成分的干扰
4. 样品中因浓度或温度的变
化而导致化学平衡的迁移
在实际应用中：
每次试验重做校正曲线；
不仅限于使用线性校正，还可使用二次
曲线校正即非线性校正
曲线校正，即非线性校正
13原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
特征浓度和特征质量
定义：能产生1%吸收（或0.0044吸光度值）信号时所对应的被测元素的浓度或质量。。A L L 00044ABS I o
100A = Log = Log = 0.0044ABS I t 99
特征浓度经常被用于判别一台分析仪器灵敏度的标准，如果这台仪器可用，该值应该在仪器制造商标明数值的20%以内。几有原收谱仪的制商都提供特浓度值表此乎所有原子吸收光谱仪的制造商都提供了特征浓度值表，以此来控制设备的性能。
所有仪器的参数都应该检查并进行方法的优化，因此，特征浓度尤为重要。低的特征质量也非常重要，但常常会受到污染问题的影响14原子吸收光谱仪基本原理与分析技术题的影响。
检出限
检出限（LOD）是判定分析技术和分析方法的重要指标。它是在溶液中存在分析物的前提下测定分析物的含量或质量，用于在溶液中存在分析物的前提下测定分析物的含量或质量用于
对某一统计概率，比如测试空白溶液来测定检测能力。当然，
测量的信号间是有差异的，也就是对空白溶液的测试得来的这测量的信号间是有差异的也就是对空白溶液的测试得来的这些数据是有不同的，所以它们的相关关系可用于获得空白溶液的测定精度。
LOD的定义（IUPAC）是测试空白溶液的基线噪声信号的3倍（3σ-评判标准）对应的待分析物的浓度或质量。
15原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
检测限
检测限（LOQ）是在某一精度内可以进行定量测定的分析物的最低浓度或质量。分析物浓度在检出限（LOD）和检测限（LOQ）之间时，待分析物可以被检测，但不可以进行定量之间时待分析物可以被检测但不可以进行定量评价。
LOQ值大概是LOD值的三倍或测试空白溶液标准偏差的十倍。
值的三倍或测试空白溶液标准偏差的十倍毫无疑问，用于各种（基体）样品的LOD和LOQ是有区别的，且用标准溶液时不是必须要测定的。
的且用标准溶液时不是必须要测定的
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原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
二原子吸收光谱仪的结构
二、原子吸收光谱仪的结构
2.1 传统的原子吸收光谱仪的结构
传统的原子吸收光谱仪的结构
2.1.1 光源
2.1.2 原子化器
2.1.3 光学系统
213光学系统
2.1.4 检测器
2.3 AAS的自动控制
2.3.1 自动进样器
232自动控制和最优化功能
2.3.2 自动控制和最优化功能
17原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
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2.1 传统的原子吸收光谱仪基本结构：
原子吸收光谱法原则上可以测定所有元素，因为所有元素的原
子都可以被激发，且可以吸收辐射。
原子吸收光谱使用的波长范围取决于光源分光系统和检测器
原子吸收光谱使用的波长范围取决于光源、分光系统和检测器。在实际工作中，该范围通常是从最灵敏的铯的共振线852.1 nm，到砷测定最常用的分析线193.7 nm 处。
光源数据处理
检测器
原子化器
分光系统
19原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
2.1.1 光源
2.1.1
光源：产生分析元素的共振吸收光，为特征辐射光源
也就是说，光源的作用是用来发射被测元素的特征共振辐射。对光源的基本要求：发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度；辐射的强度大；辐射光强稳定，使用寿命长等。线的半宽度辐射的强度大辐射光强稳定使用寿命长等空心阴极灯是符合上述要求的理想光源，长期以来直被使用空心阴极灯是符合上述要求的理想光源长期以来一直被使用着。
22原子吸收光谱仪基本原理与分析技术
空心阴极灯(HCL)和超灯+填充Ne 或Ar 阳极(S-HCL) 是商品化的用于
-端窗阴极线光源原子吸收光谱仪具
有代表性的光源。由于使
+-+- 1. 电离 2. 溅射Ne o Ne ++M o 用的是中、或低分辨单色
3. 激发
4. 发射Ne 器，所以对该光源谱线宽
度的要求非常地高，这是
-+-N M o M *M *M o 光因为吸收线的半宽度很小，
只有几个pm 。
e +几个p 23
原子吸收光谱仪基本原理与分析技术