第七章 吸收
§1 吸收过程概述 7-1 吸收定义与工业背景
在合成氨工厂，合成氨的原料气中含有%30CO 2，如何将CO 2从原料气中分离？
在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO ，H 2，NH 3，苯类等，如何将NH 3从焦炉气中分离？
在硫酸厂，硫铁矿经焙烧氧化，可以得到SO 3，如何由SO 3制造硫酸？ 为了解决上述问题，化学工程师提出了一种化工单元操作——吸收。 什么叫吸收操作？——利用组成混合气体各组分在溶剂中溶解度不同，来分离气体混合物的操作，称为吸收操作。
如图7-1所示，这就是从合成氨原料气中回收CO 2的工业流程。乙醇胺对CO 2有较大溶解度，选乙醇胺做溶剂。溶剂要回收循环使用，又有了CO 2解吸塔。吸收塔、解吸塔、锅炉就构成了CO 2 回收的工段或车间。如红线框所示，进工段的是合成氨原料气，出工段的是CO 2和低浓CO 2的合成氨气。
图7-1 从合成氨原料气中回收CO 2的流程
7-2 吸收的用途与分类
一、吸收的工业应用分三类：
（1）分离混合气体，是最主要的应用。
（2）气体净化。例如某厂放空气体中含有有毒有害气体A ，不符合环境保护的排放标准，则选用合适溶剂将有害气体吸收，使该厂放空气体达到排放标准。
（3）制备液体产品。例如用水吸收氯化氢气体制备盐酸，用%93硫酸吸收SO 3制备硫酸等等。
二、吸收操作工业分类。
按有无化学反应，分物理吸收和化学吸收。例如用NaOH 吸收CO 2就是化学吸收。
按溶质气体的数目，分单组分吸收和多组分吸收。 按有无明显热效应，分等温吸收与非等温吸收。 本章重点讨论的是单组分等温的物理吸收。
7-3 吸收计算引论
如图7-2所示，填料层高度Z 与什么有关？
图7-2 吸收塔示意图
一、首先想到Z 与分离的物系性质有关。某溶剂对某溶质的溶解度越大，越易吸收，Z 会越小。这与分子间的力有关，即物系的相平衡关系。
二、与传质相界面的面积有关。单位体积填料提供的有效传质面积越大，达到相同分离要求的Z 会越小。此即与填料的形状有关。衡量填料形状的因素，可用传质速率与传质系数表达。
三、若物系相同，填料形状亦相同，但处理的原料气量)(V 和原料气的进出口组成1(y 和
)2y 不同，所以Z 又与121x y y L V ，，，，有关，此即与物料衡算有关。下面将分相平衡关
系、传质速率、物料衡算等三个方面来展开吸收过程。
§2 吸收相平衡关系 7-4 气体的溶解度曲线
1．何谓溶解度？——在一定温度与压力下，溶质气体最大限度溶解于溶剂中的量，即溶解度。如图7-3所示，NH 3溶于水的速率等于NH 3逸出水的速率，此时达到动平衡。动平衡时，水中溶解的氨的量，称为在该温度、压力下的氨在水中的溶解度。
图7-3 气体溶解示意图
2．溶解度曲线——平衡曲线。
若固定温度、压力不变，测得某动平衡下，溶液上方氨的分压为1p ，此时溶于水的氨的浓度为1x ；再改变浓度为2x ，测得上方氨分压为2p ；……依次类推，改变氨的浓度为n x ，测得溶液上方氨的分压为n p ，如图7-4所示。将这n 个点，标绘在图上，即得在一定温度、压力下的溶解度曲线。
图7-4 实测p-x 曲线示意图
【例7-1】 已知20℃时，在一个大气压下氨气溶解于水的溶解度数据如下表所示，据此画出的溶解度曲线，横坐标用x （摩尔分率），纵坐标用*
p （kPa ）。
解：以第六组数据为例计算如下 0736.018
100175.717
5.7=+=
x k P a p 66.63.10176050*=?= 将计算结果列在下表中
画出溶解度曲线x p -*
，如图7-5所示。
图7-5 【例7-1】附图
7-5 亨利定律
上节中，通过实验的方法，可以得到平衡曲线，平衡线能否用一简单的解析式表达呢？ 对于理想溶液，溶质在溶液中浓度)(x 与溶液上方溶质的平衡分压)(*p 服从拉乌尔定律。
x p p A A ?=0
*
对于非理想溶液，在低浓度下，服从亨利定律。
图7-6 亨利定律示意图
由图7-6看出，O D 是平衡曲线，但在10.0~0=x 的这一段，可以写成亨利定律的表达式。
x E p ?=*
E 称为亨利系数，x 为溶质在溶液中所占的摩尔分率。
亨利定律还可写成：
H
C p =
* 比例系数H 愈大，表明同样分压下*
p 的溶解度愈大。H 可称为溶解度系数，C 为单
位体积溶液中溶质气体的千摩尔数kmol ·m -3
亨利定律最常用的是下列形式：
mx y =* (Ⅰ)
式中，*y ——气相中溶质的摩尔分率； x ——液相中溶质的摩尔分率
m ——相平衡常数（亦称亨利常数）
7-6 亨利系数之间的关系
单位：Pa x p E ?=* Pa m kmol p
C H 3
*-??= /*
?=x
y m
1．E 与m 的换算
??
???==m x
y Ex p *
*
m
E
y p =?
** ………………)(a
**y P p ?= 代入式)(a
m E y
y P =?∴*
* P
E
m =
? 2．E 与H 的换算
?
??
?
?
==H C p Ex p **
H
C
Ex =
? ………………)(b ()3
1
3--???+=
=
m kg kmol kg M kmol kmol kmol
m kmol C L m ρ溶剂的溶质的溶质的溶液的体积数溶质的
L
m M x C ρ=
∴
()s
s m M Mx x M M ≈+-=1 （低浓度时，x 较小，0→x ）
而
s L ρρ= s
s
M x C ρ?=
∴，代入式)(b 得 s
s M H x H C Ex ??=
=
ρ s
s
M E H ?=
?ρ
式中， s m M M ，——分别为溶液和溶剂的分子量，1-?kmol kg ； s L ρρ，——分别为溶液和溶剂的密度，3-?m kg 。
7-7 相平衡计算举例
【例7-2】 在【例7-1】中，分别计算前五个数据的亨利系数E 、m 、H 。能否说明在此浓度下，可用亨利定律表达。
解：第一组数据如例子，计算如下
0207.018
10017217
2=+=
x kPa p 6.13.10176012*=?= kPa x p E 3.770207
.06
.1*=== 763.03.1013.77==
=P E m 1
31
3719.0183.771000----??=???=?=kPa m kmol kmol
kg kPa m kg M E H s s
ρ
计算说明，在以内时、、均趋于常数。
§3 传质系数与速率方程 7-8 分子扩散与费克定律
（1）分子扩散——流体内某一组分存在浓度差时，则由于分子运动使组分从浓度高处传递至浓度低处，这种现象称为分子扩散。
（2）费克定律——单位时间通过单位面积物质的扩散量与浓度梯度成正比。
dZ dC J A A ∝
， 写成等式： dZ
dC D J A
AB A -= 式中，A J ——质量通量 12
--??s m
kmol
dZ dC A ——浓度梯度 4
3
-??m kmol m m
kmol AB D ——A 在B 中的扩散系数 12-?s m
对于气体扩散：
??? ?
?
==-==RT p V n C dZ
dC D
J N A A A A
A A
dZ dp RT D N A
A -
=∴
??-=i A p p A Z A dp RT D dZ N 0 ()i A A p p RT
D
Z N -=?? ()i A A p p RTZ D
N -=
∴ ， G k R T Z
D =令 —— G k 称为传质系数 ()i A G A p p k N -=∴ 同理，对于液相扩散有：
()A i L A C C k N -= ， ??
? ??
=Z D k L （3）单相传质的滞流“膜模型”
图7-7 单相传质示意图
如图7-7所示，萘片的扩散传质，即气相传质，可写成： ()G
A A A A G A k p p p p k N 12
121-=
-=（传质阻力）
传质推动力）
(
液相传质可写成：()L
A A A A L A k C C C C k N 12
121-=
-=
7-9 两相间传质的“双膜”模型
为了解决多相传质问题，路易斯—惠特曼（Lewis-Whitman ）将固体溶解理论引入传质过程，二十年代提出了双膜模型，其要点如下。
1．两相间有物质传递时，相界面两侧各有一层极薄的静止膜，传递阻力都集中在这里。这实际上是继承了“滞流膜”模型的观点。例如气—液相间的传质，如图7-8所示，气相侧和液相侧的传质通量分别为：
()G
i A i A G AG k p p p p k N 1-=
-= ………………)(a
()L
A i A i L AL k C C C C k N 1-=
-= ………………)(b
式中，G k ——以分压差为推动力表示的气相传质分系数，121
---???kPa m s
kmol ；
L k ——以浓度差为推动力表示的液相传质分系数，1-?s m ；
i A p p 、——分别为气相湍流主体和气—液界面上的溶质气体分压，kPa ； i A C C 、——分别为液相湍流主体和气—液界面上溶质的液相浓度，3-?m kmol 。
图7-8 双膜模型示意图
2．物质通过双膜的传递过程为稳态过程，没有物质的积累。即AL AG N N =，写作， ()()
A i L i A G A C C k p p k N -=-= ………………)(c
3．假定气—液界面处无传质阻力，且界面处的气—液组成达于平衡。即i p 和i C 在气—液相平衡线上，写作，
()
i i C f p = ………………)(d
若气—液相平衡关系服从亨利（Henry ）定律，则式)(d 可写作，
H
C p i
i =
mx y =或 原则上讲，若已知气、液相传质分系数G k 和L k ，我们便可通过双膜模型导出式)(c 和式)(d ，联立求解得到未知的气、液界面组成i p 和i C ，再利用式)(a 或式)(b 求得传质通量
A N 。
7-10 双膜模型计算举例
【例7-3】 用水吸收空气中的甲醇蒸汽，温度为300K 时的132--??=kPa m kmol H ，气相传质分系数112056.0---???=kPa h m kmol k G ，液相传质分系数1
075.0-?=h m k L 。在吸收设备的某截面上，气相主体分压kPa p A 026.2=，液相主体浓度
32.1-?=m kmol C A ，求此时该截面上的传质通量。
解： ()()A i L i A G A C C k p p k N -=-= L
A i G i A A k C C k p p N 11-=
-=
∴ H C
p i i =而 L
A
i G i A A k C p H k H p H p H N 1-?=?-?=
∴
由合比定律得：
121274.0075
.01056.022
.1026.221--??=+-?=+-?=
h m kmol k k H C p H N L G A A A
7-11 传质速率方程
根据双膜理论，两膜内的传质为稳态过程，则有
()()A i L i A G A C C k p p k N -=-=
A A G
L i G L i p C k k
C k k p ++-
=∴ ………………)(a 由于假定在相界上，气液达到平衡得：
()
i i C f p = ………………)(b
可用图解法，由式)(a 、)(b 求得i p 和i C ，如图7-9所示。
图7-9 双膜理论求界面浓度
若求出与气相主体浓度A p 达于平衡的液相浓度*
A C ，再求出与液相主体浓度A C 达于平
衡的气相分压*A p ，如图7-10所示。则可写出以气相总推动力和液相总推动力的传质速率方程分别为：
()
*A A G A p p K N -=
()
A A L A C C K N -=*
由于*
*A A A A C C p p ，，，均为已知，用此求A N 时就避开了求界面浓度i C 和i p 。
图7-10 双膜理论的C p -图
若在图7-10中，液相浓度用x （摩尔分率）表示，气相浓度用y （摩尔分率）表示。重新表达的双膜模型的x y -图，如图7-11所示。重新写出的传质速率方程为：
()i y A y y k N -= ()x x k N i x A -=
()
*y y K N y A -= ()x x K N x A -=*
图7-11 双膜理论的x y -图
式中，y k ——以y 表达的气相传质分系数，12
--??s m
kmol ；
x k ——以x 表达的液相传质分系数，12--??s m kmol ；
y K ——以y 表达的气相总传质系数，12--??s m kmol ； x K ——以x 表达的液相总传质系数，12--??s m kmol 。
下面先解决总传质系数与分传质系数的关系。
7-12 传质系数之间的换算
一、x y K K 、与x y k k 、的关系。 由图7-11看出，
()(
)()()
()x x x
x y y
y y y y y y y y i i i
i
i i ---+-=-+-=-*
*
*
()()x x m y y y y i i -+-=-∴1* x
y y x
A
y A y A k m
k K k N m k N K N 1111+=?
?+= (
)
()()()x x y y y y x x x x x x x x i i i
i
i i -+---=
-+-=-**
*
同理，
()()x x y y m x x i i -+-=
-∴2
*1
x
y x x
A
y A x A k k m K k N k N m K N 1
11122+?=?
+?= 二、x y K K 、与L G K K 、
的关系。 ()()()
***y y K y y P K p p K N y G G A -=-??=-=
P K K G y ?=∴
()()()
x x K x x C K C C K N x L L A -=-??=-=***总
总C K K L x ?=∴
P 为总压，kPa ；总C 为液相总浓度，3
-?m kmol 。
§4 吸收填料层高度计算 7-13 吸收塔物料衡算
如图7-12所示，对吸收塔作物料衡算。从塔顶画衡算范围得： y V x L y V x L ?+?=?+?22
∴ ??? ?
?
-+=
22x V L y x V L y ………………)(II 从塔底画衡算范围得：
y V x L y V x L ?+?=?+?11 ∴??? ?
?
-+=
11x V L y x V L y ………………)(IIa 对全塔画衡算范围得：
2
12
1x x y y V L --=
………………)(IIb
图7-12 逆流吸收衡算图
式中，22x y ，——分别为塔顶的气相与液相组成，摩尔分率； 11x y ，——分别为塔底的气相与液相组成，摩尔分率；
x y ，
——分别为塔任一截面处的气、液相组成，摩尔分率； L V ，——分别为气相与液相的摩尔流率，1
-?s kmol 。
实际上，在吸收过程中，L V ，是变化的，由于此处讨论的是低浓度吸收，为了简化计算，此处假定L V ，
不变。 式)(II 、)(IIa 、)(IIb 均可看作吸收塔的物料衡算方程，或称为吸收塔操作线方程。
7-14 最小液气比
在一般的吸收计算中，V x y y ，，，221是给定的。我们分析式)(IIb ，
2
12
1x x y y V L --=
，当L 下降，???
??V L 亦下降，表示塔底出口浓度1
x 上升。如图7-13所示，当??
?
??V L 下降至塔底出口浓度1x 与塔底进气组成1y 相平衡时，塔底气相不能被吸收时，??
?
??V L 不能再下降了，此时的液气比称为最小液气比min
???
??V L 。由式)(IIb 得，最小液气比的表达式为：
2
*
121min x x y y V L --=???
?? ………………)(III
若平衡线是直线，则m y x 1*
1= 2
121min x m y y y V L --=?
??
??∴ 一般来讲，1.1(=???
??V L ～min
)0.2??? ??V L
图7-13 最小液气比示意图
7-15 物料衡算计算举例
【例7-4】 用清水吸收氨-空气混合气中的氨，混合气3NH 的浓度为05.01=y （摩尔分率，下同），要求出塔的3NH 的浓度下降至01.02=y 。物系的平衡关系如【例7-2】所示，x y 788.0*
=。求此种分离要求的最小液气比。若取实际液气比是最小液气比的1.6倍，此时出塔溶液的浓度为多少？
解： 63.00788.005.001.005.02121
min =--=--=???
??x m y y y V L 而2
121
min 6.1x x y y V L V L --=???
??=???
?? 0397.0063.06.101
.005.06.12min
211=+?-=+???
??-=
∴x V L y y x
7-16 填料层高度基本计算式
如图7-14所示，对截面积为Ω，高为dZ 的微元填料层作物料衡算得： ()()
dx L dy V dx x L y V dy y V x L ?=??++?=++?
图7-14 计算填料层高度推导图
从传质速率考虑，
单位时间传质量 ()a dZ N A ??Ω=
1-?
s k m o l 1
2--??s m k m o l ()
322-??m m m m
从气体浓度变化，气体中Ａ的传质量 单位时间传质量 ()1
-??=s kmol dy
V
从两方面考虑的单位时间传质量应相等。
()dy
a
N V
dZ dy
V a dZ N A A ?Ω?=
∴?=??Ω?∴
()
i
y i y A y y dy
a k V dZ y y k N -?
Ω??=
?-= ∴?-Ω??=
12y y i
y y y dy
a k V Z ………………)(IV
()
*
*
y y dy
a K V dZ y y K N y y A -?Ω??=
?-=
∴?-Ω??=12*
y y y y y dy
a K V Z ………………)(V
同理，()dx L a dZ N A ?=??Ω?，（从物料衡算得到）
dx a
N L
dZ A ?Ω?=
∴
)(x x k N i x A -= ? x
x dx
a k L dZ i x -?
Ω??=
?-Ω??=
∴12x x i x x
x dx a k L
Z ………………)(c
(
)
x
x dx
a K L dZ x
x K N x x A -?Ω??=
?-=*
*
?-Ω??=
∴12*x x x x
x dx a K L
Z ………………)(d 7-17 传质单元高度与单元数
分析式)(IV 、)(V 、)(c 、)(d 例如式)(V ，?-Ω??=
12*y y y y
y dy a K V Z 其中Ω??a K V y 的单位是[]m m m m s m kmol s kmol ???
??????????----232121
称为传质单元高度，用OG H 表示。
?
-1
2
*
y y y
y dy
的单位是无因数的纯数，称为传质单元数，用OG N 表示。 所以，式)(V 可写成 O G O G N H Z ?= 式)(IV 可写成 G G N H Z ?= 式)(c 可写成 L L N H Z ?= 式)(d 可写成 OL OL N H Z ?=
下标O ，表示“总”传质单元数，下标G ，表示气相，下标L 表示液相，于是写成通式为：
填料层高度 = 传质单元高度 × 传质单元数
传质单元高度L O L G O G H H H H 、、、之间的关系如何呢？
x
y y k m k K +=11
同乘()Ω?a V 得：
Ω
???
+Ω??=Ω??a k L
L mV a k V a K V x y y L G OG H L
mV
H H +=∴ ………………)(e
同理，x
y x k k m K 111+?=
同乘()Ω?a L 得：
Ω
??+
Ω???=Ω??a k L
a k L mV L a K L x x x L G OL H H mV
L
H +=∴ ………………)(f
将式)(f 同乘L mV 得，
L G OL H L mV
H H L mV += 代入式)(e 得： OL OG H L
mV
H = 由于，O L O L O G O G N H N H Z ?=?= OL OG OL OL OG N mV
L
H N H N ?=
?=∴ 下面的关键是求传质单元数（OL L G OG N N N N 、、、）。
7-18 平均推动力法计算传质单元数
由物料衡算方程得 ??? ?
?
-+=
22x V L y x V L y ………………)(a
平衡线若为不通过原点的直线，即
b mx y +=*
………………)(b
变换式)(a 得
()22x y y L V
x +-=
，代入式)(b 得： ()b mx y y L
mV y ++-=22*
()b mx y y L
mV
y y y ----
=-∴22*
b mx y L
mV
y L mV y y --+
??? ??-
=-∴22*1 ………………)(c
以y-y *
为变量，微分上式得
()
L
mV
dy y y d -=-1* ………………)(d
如图7-15所示，由式)(c 在边界点1及边界点2处分别得：
b mx y L mV y L mV y y b mx y L mV y L mV y y --+
??? ?
?-=---+??? ?
?-=-222*
22221
*
1111
相减得：(
)(
)
()21*
22*
111y y L mV y y y y -??
?
??
-
=--- ()()
L
mV
y y y y y y -
=----∴
121*22*11
……………)1(-c
图4-15传质推动力示意图
比较式)(d 与式)1(-c 得：
()()()
21*
22*11*
y y y y y y dy y y d ----=- ()(
)
()(
)
*
2
2*11*21y y y y y y d y y dy ----?-=?∴ ()(
)()
()
??
--------=-*1
1*221
2
**
*
2
2*1121*y y y y y y y y y y d y y y y y y y y dy
()()
*
2
2*
1
1*22*1121ln y y y y y y y y y y ------=
()()
*
2
2*
11
*2
2*11
ln y y y y y y y y y m
-----=
?令 ∴m y y OG y y y y
y dy
N ?-=-=?
21*
1
2
………………)(VI
7-19 吸收因数法计算传质单元数
其实质是一种解析积分法，将7-18节中的式)(c 代入得
??
--+
???
?
?-=
-=∴121
2
22*1y y y y OG b mx y L mV y L mV dy y y dy N
?--+
??? ??-??????--+??? ??--=
1222221111y y b mx y L mV y L mV b mx y L mV
y L mV d L mV
?????
????
???--+??? ??---+??? ??--=b mx y L mV y L mV b mx y L mV
y L mV L mV 22222111ln 11 整理对数项中的分子与分母，将分子中加入如下四项，
????
?
?-+-b L mV b L mV x L V m x L V m 2222 b
mx y b b L mV b L mV x L V m x L V m mx y L mV y L mV ----+-+-+
???
?
?-∴2222222211
()b
mx y L mV b b mx y L mV
L mV mx y L mV --?
?? ??----+??? ??--??? ?
?-=222221111
()()b
mx y b mx y L
mV b mx y L mV ----+
--???
?
?-=2222211 L
mV
b mx y b mx y L mV +???? ??----??? ?
?-
=22211
∴??????+???? ??----??? ??--
=L mV b mx y b mx y L mV L
mV N OG
22211ln 11
…………)(VII
同理得：??????
???????+?
?????
??
----??? ??--=-=1222
21
*1ln 11x x OG
m V L b m y x b m y x m V L m V L x x dx N
7-20 吸收塔设计计算举例
【例7-5】今有连续逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气
量为1
31000-?h m （操作状态），原料中含甲醇3100-?m g ，吸收后水中含甲醇量等于与进
料气体中相平衡时浓度的%67。设在常压、25℃下操作，吸收的平衡关系取为X Y 15.1=，甲醇回收率要求为%98，125.0--??=h m kmol k Y ，塔内填料的比表面积为
32200-?=m m a 塔内气体的空塔气速为15.0-?s m 。试求：（1）水的用量为多少1-?h kg ？
（2）塔径；（3）传质单元高度OG H ；（4）传质单元数OG N ；（5）填料层高度。
解：（1）0654.04
.221321010032
101003
31=+??=--y ()()00131
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第四章原子吸收光谱法与原子荧光光谱法 4-1 . Mg原子的核外层电子31S0→31P1跃迁时吸收共振线的波长为285.21nm,计算在2500K 时其激发态和基态原子数之比. 解: Mg原子的电子跃迁由31S0→31P1 ,则 g i／g0=3 跃迁时共振吸收波长λ=285.21nm ΔEi=h×c／λ =（6.63×10-34）×（3×108）÷（285.31×10-9） =6.97×10-19J 激发态和基态原子数之比： Ni／N0＝（g i／g0）×e-ΔEi／kT 其中: g i／g0=3 ΔEi／kT=-6.97×10-19÷〔1.38×10-23×2500〕 代入上式得： Ni／N0＝5.0×10-9 4-2 .子吸收分光光度计单色器的倒线色散率为1.6nm／mm，欲测定Si251.61nm的吸收值，为了消除多重线Si251.43nm和Si251.92nm的干扰，应采取什么措施？ 答： 因为: S1 =W1/D = (251.61-251.43)/1.6 = 0.11mm S2 =W2/D =（251.92-251.61）/1.6 =0.19mm S1＜S2 所以应采用0.11mm的狭缝. 4-3 .原子吸收光谱产生原理，并比较与原子发射光谱有何不同。 答： 原子吸收光谱的产生：处于基态原子核外层电子，如果外界所提供特定能量（E）的光辐射恰好等于核外层电子基态与某一激发态（i）之间的能量差（ΔEi）时，核外层电子将吸收特征能量的光辐射有基态跃迁到相应激发态，从而产生原子吸收光谱。 原子吸收光谱与原子发射光谱的不同在于： 原子吸收光谱是处于基态原子核外层电子吸收特定的能量，而原子发射光谱是基态原子通过电、热或光致激光等激光光源作用获得能量；原子吸收光谱是电子从基态跃迁至激发态时所吸收的谱线，而原子发射光谱是电子从基态激发到激发态，再由激发态向基态跃迁所发射的谱线。
第四章原子吸收光谱法测定条件的选择 1.空心阴极灯测量条件的选择 1.1 吸收线选择 为获得较高的灵敏度、稳定性、宽的线性范围和无干扰测定 , 须选择合适的吸收线。选择谱线的一般原则: a)灵敏度一般选择最灵敏的共振吸收线, 测定高含量元素时 , 可选用次灵敏线。例如在测定高浓度钠时，不选择最灵敏线（589.0nm），而选择次灵敏线（330.2 nm）。具体可参考Z-5000分析软件中提供各元素的谱线信息。 b)干扰谱线干扰当分析线附近有其他非吸收线存在时 , 将使灵敏度降低和工作曲线弯曲 , 应当尽量避免干扰。例如 ,Ni230.Om 附近有 Ni231.98nm 、 Ni232.14 nm 、 Ni231.6nm 非吸收线干扰，因此，可选择灵敏度稍低的吸收线（341.48 nm）作为分析线。而测定铷时，为了消除钾、钠的电离干扰，可用798.4nm代替780.0nm。 c)仪器条件大多数原子吸收分光光度计的波长范围是190 900 nm,并且一般采用光电倍增管作为检测器,它在紫外区和可见区具有较高的灵敏度.因此,对于那些共振线在这些区域附近或以外的元素,常选用次灵敏线作为分析波长。例如测定铅时，为了克服短波区域的背景吸收和吸收和噪声，一般不使用217.0nm灵敏线而用283.3nm谱线。 1.2 电流的选择 选择合适的空心阴极灯灯电流 , 可得到较高的灵敏度与稳定性，图4-1为Cd 灵敏对水灯电流变化的曲线。 从灵敏度考虑 , 灯电流宜用小 , 因为谱线变宽及自吸效应小 , 发射线窄 , 灵敏度增高。但灯电流太小 , 灯放电不稳定，光输 出稳定性差，为保证必要的信号输出，势必 增加狭缝宽度或提高检测器的负高压，这样 就会引起噪声增加，使谱线的信噪比降低， 导致精密度降低。从稳定性考虑 , 灯电流 要大 , 谱线强度高 , 负高压低 , 读数稳 定 , 特别对于常量与高含量元素分析 , 灯电流宜大些。灯电流的选择原则是：保证 稳定放电和合适的光强输出的前提下，尽可 能选用较低的工作电流。 图4-1 Cd的灵敏度随电路变化曲线
仪器分析[第十章原子吸收光谱分析法]山东大学期末测验知识点复习
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第十章原子吸收光谱分析法 1．共振线与元素的特征谱线 基态→第一激发态，吸收一定频率的辐射能量，产生共振吸收线(简称共振线)；吸收光谱。 激发态→基态，发射出一定频率的辐射，产生共振吸收线(也简称共振线)；发射光谱。 元素的特征谱线： (1)各种元素的原子结构和外层电子排布不同，基态→第一激发态：跃迁吸收能量不同——具有特征性。 (2)各种元素的基态→第一激发态，最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。 (3)利用特征谱线可以进行定量分析。 2．吸收峰形状 原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线。实际上用特征吸收频率左右范围的辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一定宽度)。 由 I t =I e-Kvb 透射光强度I t 和吸收系数及辐射频率有关。以K v 与v作图得图10一1所示 的具有一定宽度的吸收峰。
3．表征吸收线轮廓(峰)的参数 (峰值频率)：最大吸收系数对应的频率或波长； 中心频率v 中心波长：最大吸收系数对应的频率或波长λ(单位为nm)； 半宽度：△v 0B 4．吸收峰变宽原因 (1)自然宽度在没有外界影响下，谱线仍具有一定的宽度称为自然宽度。它与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。不同谱线有不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级。 多普勒效应：一个运动着的原子发出的光， (2)多普勒变宽(温度变宽)△v 如果运动方向离开观察者(接受器)，则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。 (3)劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽(碰撞变宽)△v 由于原子相互碰撞使能 L 量发生稍微变化。 劳伦兹变宽：待测原子和其他原子碰撞。 赫鲁兹马克变宽：同种原子碰撞。 (4)自吸变宽空心阴极灯光源发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象，灯电流越大，自吸现象越严重，造成谱线变宽。 (5)场致变宽场致变宽是指外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象，但一般影响较小。 为主。 在一般分析条件下△V 5．积分吸收与峰值吸收 光谱通带0．2 nm，而原子吸收线的半宽度10-3nm，如图10—2所示。 若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0．5％。灵敏度极差。
原子吸收习题及参考答案 一、填空题 1、电子从基态跃迁到激发态时所产生的吸收谱线称为，在从激发态跃迁回基态时，则发射出一定频率的光，这种谱线称为，二者均称为。各种元素都有其特有的，称为。 2、原子吸收光谱仪和紫外可见分光光度计的不同处在于，前者是，后者是。 3、空心阴极灯是原子吸收光谱仪的。其主要部分是，它是由或 制成。灯充以成为一种特殊形式的。 4、原子发射光谱和原子吸收光谱法的区别在于：原子发射光谱分析是通过测量电子能级跃迁时和对元素进行定性、定量分析的，而原子吸收光谱法师测量电子能级跃迁时的强度对元素进行分析的方法。 5、原子吸收光谱仪中的火焰原子化器是由、及三部分组成。 6、分子吸收光谱和原子吸收光谱的相同点是：都是，都有核外层电子跃迁产生的 ，波长围。二者的区别是前者的吸光物质是，后者是。 7、在单色器的线色散率为0.5mm/nm的条件下用原子吸收分析法测定铁时，要求通带宽度为0.1nm，狭缝宽度要调到。 8、分别列出UV-Vis，AAS及IR三种吸收光谱分析法中各仪器组成(请按先后顺序排列)：UV-Vis: AAS: IR: 9、在原子吸收光谱仪上， ______产生共振发射线， ________产生共振吸收线。 在光谱分析中,灵敏线是指一些_________________________________的谱线,最后线是指 ____________________________________________。 二、选择题 1、原子发射光谱分析法可进行_____分析。 A.定性、半定量和定量， B.高含量， C.结构， D.能量。 2、原子吸收分光光度计由光源、_____、单色器、检测器等主要部件组成。 A.电感耦合等离子体; B.空心阴极灯; C.原子化器; D.辐射源. 3、C2H2-Air火焰原子吸收法测定较易氧化但其氧化物又难分解的元素(如Cr)时，最适宜的火焰是性质：_____ A.化学计量型 B.贫燃型 C.富燃型 D.明亮的火焰 4、贫燃是助燃气量_____化学计算量时的火焰。 A.大于；B.小于C.等于 5、原子吸收光谱法是基于光的吸收符合_______,即吸光度与待测元素的含量成正比而进行分析检测的。 A.多普勒效应; B.朗伯-比尔定律; C.光电效应; D.乳剂特性曲线. 6、原子发射光谱法是一种成分分析方法,可对约70种元素(包括金属及非金属元素)进行分析,这种方法常用于______。 A.定性; B.半定量; C.定量; D.定性、半定量及定量. 7、原子吸收光谱法是基于气态原子对光的吸收符合_____，即吸光度与待测元素的含量成正比而进行分析检测的。 A.多普勒效应， B.光电效应， C.朗伯-比尔定律， D.乳剂特性曲线。 8、在AES中, 设I为某分析元素的谱线强度, c为该元素的含量, 在大多数的情况下, I 与c具有______的函数关系(以下各式中a、b在一定条件下为常数)。 A. c = abI; B. c = bI a ; C. I = ac/b; D. I = ac b.
第四章原子吸收题解
习题 1 试述原子吸收光谱法分析的基本原理，并从原理、仪器基本结构和方法特点上比较原子发射光谱与原子吸收光谱的异同点。 2 试述原子吸收光谱法比原子发射光谱灵敏度高、准确度好的原因。 3 原子吸收光谱法中为什么要用锐线光源？试从空心阴极灯的结构及工作原理方面，简要说明使用空心阴极灯可以得到强度较大、谱线很窄的待测元素共振线的道理。 4 阐述下列术语的含义：灵敏度，检出线，特征浓度和特征质量。它们之间有什么关系，影响它们的因素是什么？ 5 通常为何不用原子吸收光谱法进行定性分析？应用原子吸收光谱法进行定量分析的依据是什么？ 6 简述光源调制的目的及其方法。 7 解释原子吸收光谱分析工作曲线弯曲的原因。并比较标准曲线法和标准加入法的特点。 8 解释下列名词： （1）原子吸收；（2）吸收线的半宽度； （3）自然宽度；（4）多普勒变宽； （5）压力变宽；（6）积分吸收； （7）峰值吸收；（8）光谱通带。 9 原子吸收光谱分析中存在哪些干扰？如何消除干扰？ 10 比较火焰法与石墨炉原子化法的优缺点。 11 原子荧光产生的类型有哪些？各自的特点是什么？
12 比较原子荧光分析仪、原子发射光谱分析仪和原子吸收光谱分析仪三者之间的异同点。 13 已知钠的3p 和3s 间跃迁的两条发射线的平均波长为589.2 nm, 计算在原子化温度为2500K 时，处于 3p 激发态的钠原子数与基态原子数之比。 提示：在3s 和3p 能级分别有2个和6个量子状态，故32 60==p p j 解：处于 3p 激发态的钠原子数与基态原子数之比，由玻耳兹曼方程计算： kT E j j e p p N N ?-=00 kT c h j e p p λ-=0 25001038.11058921000.31063.623710 343 6??????----=e 41069.1-?= 14 原子吸收光谱法测定某元素的灵敏度为0.01μg ?mL -1/1%A ，为使测量误差最小，需要得到0.436的吸收值，在此情况下待测溶液的浓度应为多少？ 解：灵敏度表达式为： %1/0044.01-= gmL A c S μ 100.10044 .0436.001.00044.0-=?=?=gmL A S c μ 15 原子吸收分光光度计三档狭缝调节，以光谱通带0.19, 0.38和1.9 nm 为标 度，其所对应的狭缝宽度分别为0.1， 0.2和1.0 mm ，求该仪器色散元件的线色散率倒数；若单色仪焦面上的波长差为2.0nm/mm ，狭缝宽度分别为0.05, 0.1, 0.2和2.0 mm 四档，求所对应的光谱通带各为多少？ 解：光谱通带为： 1-?=L D S W
第七章原子发射光谱分析（网上习题） 一、选择题 1.原子发射光谱是由下列哪种跃迁产生的( ) (1) 辐射能使气态原子外层电子激发 (2) 辐射能使气态原子内层电子激发 (3) 电热能使气态原子内层电子激发 (4) 电热能使气态原子外层电子激发答案：（4） 2.发射光谱定量分析选用的“分析线对”应是这样的一对线（） (1) 波长不一定接近，但激发电位要相近 (2) 波长要接近，激发电位可以不接近 (3) 波长和激发电位都应接近 (4) 波长和激发电位都不一定接近答案：（3） 3.发射光谱分析中, 具有低干扰、高精度、高灵敏度和宽线性范围的激发光源是( ) 答案：（4） (1) 直流电弧(2) 低压交流电弧 (3) 电火花(4) 高频电感耦合等离子体 4.电子能级差愈小, 跃迁时发射光子的（） (1) 能量越大(2) 波长越长(3) 波数越大(4) 频率越高 答案：（2） 5.下面哪种光源, 不但能激发产生原子光谱和离子光谱, 而且许多元素的离子线强度大于原子线强度（）
(1)直流电弧 (2)交流电弧 (3)电火花 (4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 6.下面几种常用激发光源中, 分析灵敏度最高的是（） (1)直流电弧(2)交流电弧(3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 7.下面几种常用的激发光源中, 最稳定的是（） (1)直流电弧(2)交流电弧 (3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 8.下面几种常用的激发光源中, 背景最小的是( ) (1)直流电弧(2)交流电弧 (3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（1） 9.下面几种常用的激发光源中, 激发温度最高的是( ) (1)直流电弧(2)交流电弧 (3)电火花(4)高频电感耦合等离子体 答案：（3）
第十章原子吸收光谱分析法 1．共振线与元素的特征谱线 基态→第一激发态，吸收一定频率的辐射能量，产生共振吸收线(简称共振线)；吸收光谱。 激发态→基态，发射出一定频率的辐射，产生共振吸收线(也简称共振线)；发射光谱。 元素的特征谱线： (1)各种元素的原子结构和外层电子排布不同，基态→第一激发态：跃迁吸收能量不同——具有特征性。 (2)各种元素的基态→第一激发态，最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。 (3)利用特征谱线可以进行定量分析。 2．吸收峰形状 原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线。实际上用特征吸收频率左右范围的辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一定宽度)。 由I t=I0e-Kvb 透射光强度I t和吸收系数及辐射频率有关。以K v与v作图得图10一1所示的具有一定宽度的吸收峰。
3．表征吸收线轮廓(峰)的参数 中心频率v0 (峰值频率)：最大吸收系数对应的频率或波长； 中心波长：最大吸收系数对应的频率或波长λ(单位为nm)； 半宽度：△v0B 4．吸收峰变宽原因 (1)自然宽度在没有外界影响下，谱线仍具有一定的宽度称为自然宽度。它与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。不同谱线有不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级。 (2)多普勒变宽(温度变宽)△v0多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观察者(接受器)，则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。 (3)劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽(碰撞变宽)△v L由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 劳伦兹变宽：待测原子和其他原子碰撞。 赫鲁兹马克变宽：同种原子碰撞。 (4)自吸变宽空心阴极灯光源发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象，灯电流越大，自吸现象越严重，造成谱线变宽。 (5)场致变宽场致变宽是指外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象，但一般影响较小。 在一般分析条件下△V0为主。 5．积分吸收与峰值吸收 光谱通带0．2 nm，而原子吸收线的半宽度10-3nm，如图10—2所示。 若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0．5％。灵敏度极差。
一．判断题 1. 原子吸收光谱是由气态物质中基态原子的内层电子跃迁产生的。（×） 2. 实现峰值吸收的条件之一是：发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致。（√） 3. 原子光谱理论上应是线光谱，原子吸收峰具有一定宽度的原因主要是由于光栅的分光能力不够所致。（×） 4. 原子吸收线的变宽主要是由于自然变宽所导致的。（×） 5. 在原子吸收光谱分析中，发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，故原子吸收分光光度计中不需要分光系统。（×） 6. 空心阴极灯能够发射待测元素特征谱线的原因是由于其阴极元素与待测元素相同。 （√） 7. 火焰原子化器的作用是将离子态原子转变成原子态，原子由基态到激发态的跃迁只能通过光辐射发生。（×）8. 根据波尔兹曼分布定律进行计算的结果表明，原子化过程时，所有激发能级上的原子数之和相对于基态原子总数来说很少。（√） 9. 石墨炉原子化法比火焰原子化法的原子化程度高，所以试样用量少。（√） 10. 原子化温度越高，激发态原子数越多，故原子化温度不能超过2000K。（×） 11. 一般来说，背景吸收使吸光度增加而产生正误差。（√） 12. 在原子吸收分光光度分析中，如果待测元素与共存物质生成难挥发性的化合物，则会产生负误差。（√） 13. 火焰原子化法比石墨炉原子化法的检出限低但误差大。（×） 14. 压力变宽不引起中心频率偏移，温度变宽引起中心频率偏移。（×） 15. 贫燃火焰也称氧化焰，即助燃气过量。过量助燃气带走火焰中的热量，使火焰温度降低，适用于易电离的碱金属元素的测定。（√）16. 当气态原子受到强的特征辐射时，由基态跃迁到激发态，约在10-8s后，再由激发态跃迁到基态，辐射出与吸收光波长相同或不同的荧光。（√） 17. 激发光源停止后，荧光能够持续发射一段时间。（×） 18. 当产生的荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光，即跃迁前后的能级发生了变化。（√） 19. 原子荧光分析与原子发射光谱分析的基本原理和仪器结构都较为接近。（×） 20. 原子荧光分析测量的是向各方向发射的原子荧光，由于在检测器与光源呈900方向上荧光强度最大，故检测器与光源呈900放置。（×） 二．选择题 1.原子吸收分光光度分析法中，光源辐射的待测元素的特征谱线的光，通过样品蒸汽时，被蒸汽中待测元素的D吸收。 A．离子 B．激发态原子 C．分子 D．基态原子 2. 原子吸收光谱中，吸收峰可以用A表征。 A．中心频率和谱线半宽度 B．峰高和半峰高 C．特征频率和峰值吸收系数 D．特征频率和谱线宽度
第七章原子吸收与原子荧光光谱法 1．解释下列名词： （1）原子吸收线和原子发射线；（2）宽带吸收和窄带吸收； （3）积分吸收和峰值吸收；（4）谱线的自然宽度和变宽； （5）谱线的热变宽和压力变宽；（6）石墨炉原子化法和氢化物发生原子化法； （7）光谱通带；（8）基体改进剂； （9）特征浓度和特征质量；（10）共振原子荧光和非共振原子荧光。答：（1）原子吸收线是基态原子吸收一定辐射能后被激发跃迁到不同的较高能态产生的光谱线；原子发射线是基态原子吸收一定的能量（光能、电能或辐射能）后被激发跃迁到较高的能态，然后从较高的能态跃迁回到基态时产生的光谱线。 （2）分子或离子的吸收为宽带吸收；气态基态原子的吸收为窄带吸收。 （3）积分吸收是吸收线轮廓的内的总面积即吸收系数对频率的积分；峰值吸收是中心频率ν0两旁很窄（dν= 0）范围内的积分吸收。 （4）在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度；由各种因素引起的谱线宽度增加称为变宽。 （5）谱线的热变宽是由原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽；压力变宽是由同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互碰撞产生的谱线变宽，与气体的压力有关，又称为压力变宽。 （6）以石墨管作为电阻发热体使试样中待测元素原子化的方法称为石墨炉原子化法；反应生成的挥发性氢化物在以电加热或火焰加热的石英管原子化器中的原子化称为氢化物发生原子化法。 （7）光谱通带是指单色器出射光束波长区间的宽度。 （8）基体改进剂是指能改变基体或被测定元素化合物的热稳定性以避免化学干扰的化学试剂。 （9）把能产生1％吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测定元素的质量浓度定义为元素的特征浓度；把能产生1％吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测定元素的质量定义为元素的特征质量。 （10）共振原子荧光是指气态基态原子吸收的辐射和发射的荧光波长相同时产生的荧光；气态基态原子吸收的辐射和发射的荧光波长不相同时产生的荧光称为非共振原子荧光。 2．在原子吸收光谱法中，为什么要使用锐线光源？空心阴极灯为什么可以发射出强度大的锐线光源？ 答：因为原子吸收线的半宽度约为10-3 nm，所以在原子吸收光谱法中应使用锐线光源；由于空心阴极灯的工作电流一般在1～20 mA，放电时的温度较低，被溅射出的阴极自由原子密度也很低，同时又因为是在低压气氛中放电，因此发射线的热变宽?λD、压力变宽?λL和自吸变宽都很小，辐射出的特征谱线是半宽度很窄的锐线（10-4～10-3 nm）。加上空心阴极灯的特殊结构，气态基态原子停留时间长，激发效率高，因而可以发射出强度大的锐线光源。 3．试从原理和仪器装置两方面比较原子吸收分光光度法与紫外-可见分光光度法的异同点。 答：（1）相似之处：a. 都是吸收光谱；b. 工作波段相同190-900 nm；c. 仪器的主要组成部
原子吸收习题及参考 答案
原子吸收习题及参考答案 一、填空题 1、电子从基态跃迁到激发态时所产生的吸收谱线称为，在从激发态跃迁回基态时，则发射出一定频率的光，这种谱线称为，二者均称为。各种元素都有其特有的，称为。 2、原子吸收光谱仪和紫外可见分光光度计的不同处在于，前者 是，后者是。 3、空心阴极灯是原子吸收光谱仪的。其主要部分是，它是由或 制成。灯内充以成为一种特殊形式的。 4、原子发射光谱和原子吸收光谱法的区别在于：原子发射光谱分析是通过测量电子能级跃迁时和对元素进行定性、定量分析的，而原子吸收光谱法师测量电子能级跃迁时的强度对元素进行分析的方法。 5、原子吸收光谱仪中的火焰原子化器是由、及三部分组成。 6、分子吸收光谱和原子吸收光谱的相同点是：都是，都有核外层电子跃迁产生的 ，波长范围。二者的区别是前者的吸光物质是，后者是。 7、在单色器的线色散率为0.5mm/nm的条件下用原子吸收分析法测定铁时，要求通带宽度为0.1nm，狭缝宽度要调到。
8、分别列出UV-Vis，AAS及IR三种吸收光谱分析法中各仪器组成(请按先后顺 序排列)： UV-Vis: AAS: IR: 9、在原子吸收光谱仪上， ______产生共振发射线， ________产生共振吸收 线。 在光谱分析中,灵敏线是指一些_________________________________的谱线,最 后线是指____________________________________________。 二、选择题 1、原子发射光谱分析法可进行_____分析。 A.定性、半定量和定量， B.高含量， C.结构， D.能量。 2、原子吸收分光光度计由光源、_____、单色器、检测器等主要部件组成。 A.电感耦合等离子体; B.空心阴极灯; C.原子化器; D.辐射源. 3、C 2H 2 -Air火焰原子吸收法测定较易氧化但其氧化物又难分解的元素(如Cr) 时，最适宜的火焰是性质：_____ A.化学计量型 B.贫燃型 C.富燃型 D.明亮的火焰 4、贫燃是助燃气量_____化学计算量时的火焰。 A.大于；B.小于C.等于 5、原子吸收光谱法是基于光的吸收符合_______,即吸光度与待测元素的含量成正比而进行分析检测的。 A.多普勒效应; B.朗伯-比尔定律; C.光电效应; D.乳剂特 性曲线.
第四章、原子吸收光谱分析法 1 选择题 1—1 原子吸收光谱是( Ａ） Ａ。基态原子吸收特征辐射后跃迁到激发态所产生的 B．基态原子吸收了特征辐射跃迁到激发态后又回到基态时所产生的 Ｃ。分子的电子吸收特征辐射后跃迁到激发态所产生的 D。分子的振动、转动能级跃迁时对光的选择吸收产生的 １—2 原子发射光谱与原子吸收光谱产生的共同点在于.(D） Ａ。基态原子对共振线的吸收B.激发态原子产生的辐射 C. 辐射能使气态原子内层电子产生跃迁Ｄ．辐射能使气态原子外层电子产生跃迁 1—3 在原子吸收分光光度计中，目前常用的光源是（Ｃ) A。火焰B。氙灯C。空心阴极灯D。交流电弧 １－4 空心阴极灯内充的气体是( D ） A. 大量的空气 B. 少量的空气 C. 大量的氖或氩等惰性气体 D。少量的氖或氩等惰性气体 1－5 空心阴极灯的主要操作参数是（Ｃ） A.内充气体的压力B。阴极温度 C. 灯电流D．灯电压 １-6 在原子吸收光谱中,用峰值吸收代替积分吸收的条件是（ B ) A 发射线半宽度比吸收线的半宽度小 Ｂ发射线半宽度比吸收线的半宽度小,且中心频率相同 C 发射线半宽度比吸收线的半宽度大,且中心频率相同 D 发射线频率和吸收线的频率相同 １－ 6. 原子吸收测定时，调节燃烧器高度的目的是( D） (A) 控制燃烧速度(B) 增加燃气和助燃气预混时间 (C) 提高试样雾化效率（D) 选择合适的吸收区域 1-７原子吸收光谱分析过程中，被测元素的相对原子质量愈小，温度愈高,则谱线的热变宽将是( A ） （A) 愈严重（B）愈不严重(Ｃ）基本不变(Ｄ) 不变 1-8在原子吸收分析中, 采用标准加入法可以消除（ A ) (A）基体效应的影响(B）光谱背景的影响(C)其它谱线的干扰(D) 电离效应 １－9为了消除火焰原子化器中待测元素的发射光谱干扰应采用下列哪种措施?( Ｂ) (A）直流放大(Ｂ）交流放大(C）扣除背景(Ｄ）减小灯电流 １-1０与火焰原子吸收法相比，无火焰原子吸收法的重要优点为（ B ) (A）谱线干扰小(B）试样用量少(Ｃ)背景干扰小(D)重现性好 2 填空题 2-1 使电子从基态跃迁到第一激发态所产生的吸收线,称为共振(吸收）线。 2—2 原子吸收光谱是由气态基态原子对该原子共振线的吸收而产生的。
1．分析化学 何先莉、赵淑珍、武少华，北京工业大学出版社，1996年9月， （1997年9月第2次印刷） P323：第十章原子吸收光谱法习题 1．原子核吸收分光光度计主要由哪几部分组成？每部分的作用是什么？在构造上与分光光度计有什么不同？为什么？ 2．什么是积分吸收？峰值吸收？实际分析中为什么可以用峰值吸收代替积分吸收？3．何为锐线光源？在原子吸收中为什么要用锐线光源？ 4．计算2000K和3000K时Cu324.75nm的多普勒宽度为多少? 5．浓度为0.2μg/ml的镁溶液,在原子核吸收分光光度计测得吸光度为0.220，试计算镁元素的特征浓度。 (0.004μg/ml/1%) 6．原子吸收光谱法测定某元素的特征浓度的0.1μg/ml/1%吸收，为使测量误差最小，需要得到0.436的吸收值,求在此情况下待测溶液的浓度应为多少? 7．某原子吸收分光光度计测定某元素的光谱通带为 1.0nm，而该仪器的倒线色散率为 2.0nm/mm，应选择的狭缝宽度为多少？ 8．使用 取血清2ml用纯水稀释到50ml，测其吸光值为0.213，求血清中Mg的含量（以mg/L 表示）。 (13.5mg/L) 9．用原子吸收法测某废液中Cd含量，从废液排放口准确量取水样100.0ml，经适当酸化处理后，准确加入10ml甲基异丁基酮（MIBK）溶液萃取浓缩，被测元素在波长228.8nm 下进行测定,测得吸光值为0.182，在同样条件下，测得Cd标准系列的吸光度如下： 用作图法求该厂废液中Cd的含量（以mg/L表示），并判断是否超标（国家规定Cd的排放标准是0.1mg/L）? 10．用原子吸收光谱法测某聚醚样品中K的含量，称取聚醚样10.0mg溶解后，转移至50ml 容量瓶中，稀释至刻度。吸取相同体积的试液于25ml容量瓶中，分别加入不同体积的
第十章原子吸收光谱法知识要点1．基本概念及原理 原子吸收光谱法是基于测量试样所产生的原子蒸气中基态原子对其特征谱线的吸收，从而定量测定化学元素的方法。它具有灵敏度高、选择性好、测定范围广泛、操作简便和分析速度快的特点。 原子受到外界能量激发时，最外层电子可能跃迁到不同的能级，即不同的激发态。 电子在基态与激发态之间的跃迁称为共振跃迁。 电子吸收能量从基态跃迁到能量最低激发态(第一激发态)时所产生的谱线为主共振吸收线，电子从能量最低激发态跃迁回基态释放能量所产生的谱线为主共振发射线。二者统称为主共振线，一般是元素的最易发生、吸收最强、最灵敏的谱线。 不同元素的主共振线不相同而各有其特征性，称其为元素的特征谱线。 原子吸收线并不是严格的几何线，而是具有一定宽度和轮廓的谱线。 吸收系数随波长(或频率)的分布曲线称为吸收谱线轮廓，通常用中心频率％和半宽度△v这两个物理量来描述。中心频率v0是最大吸收系数所对应的频率，其能量等于产生吸收的两量子能级间真实的能量差，而该处的最大吸收系数又称为峰值吸收系数K。；半宽度△v是指峰值吸收系数一半即K0/2处所对应的频率范围，它用以表征谱线轮廓变宽的程度。
2．要求掌握的重点及难点 (1)原子吸收光谱仪的基本结构 原子吸收光谱仪分单光束型和双光束型，由光源、原子化系统、分光系统和检测系统四大部分构成。 光源为锐线光源，多用空心阴极灯，要求其能发射待测元素的特征锐线光谱，同时强度要大、稳定性要好、寿命长。 原子化器分为火焰原子化器和非火焰原子化器。火焰原子化器由雾化器、雾化室和燃烧器等部分组成，火焰原子化系统结构简单、操作方便，准确度和重现性较好，满足大多数元素的测定，应用较为广泛，但其原子化效率低，试样用量大； 非火焰原子化器包括石墨炉原子化器，石墨炉原子化器由电源、炉体和石墨管组成，石墨炉原子化器的原子化效率和测定灵敏度比火焰原子化器高得多，试样用量少，特别适合试样量少，又需测定其中痕量元素的情况，但是其精密度不如火焰法，测定速度较火焰法慢，另外装置较复杂、费用较高。 分光系统由色散元件、凹面镜和狭缝组成，称为单色器，它将待测元素的共振线与邻近线分开。色散元件可用棱镜和光栅。原子吸收分析中，通常以单色器的通带来表示狭缝宽度，它是指光线通过出射狭缝的谱带宽度。 检测系统主要由检测器、放大器和读数及记录装置组成。检测器常用光电倍增管。 (2)原子吸收光谱分析的干扰及消除．
习题 1 试述原子吸收光谱法分析的基本原理，并从原理、仪器基本结构和方法特点上比较原子发射光谱与原子吸收光谱的异同点。 2 试述原子吸收光谱法比原子发射光谱灵敏度高、准确度好的原因。 3 原子吸收光谱法中为什么要用锐线光源？试从空心阴极灯的结构及工作原理方面，简要说明使用空心阴极灯可以得到强度较大、谱线很窄的待测元素共振线的道理。 4 阐述下列术语的含义：灵敏度，检出线，特征浓度和特征质量。它们之间有什么关系，影响它们的因素是什么？ 5 通常为何不用原子吸收光谱法进行定性分析？应用原子吸收光谱法进行定量分析的依据是什么？ 6 简述光源调制的目的及其方法。 7 解释原子吸收光谱分析工作曲线弯曲的原因。并比较标准曲线法和标准加入法的特点。 8 解释下列名词： （1）原子吸收； （2）吸收线的半宽度； （3）自然宽度； （4）多普勒变宽； （5）压力变宽； （6）积分吸收； （7）峰值吸收； （8）光谱通带。 9 原子吸收光谱分析中存在哪些干扰？如何消除干扰？ 10 比较火焰法与石墨炉原子化法的优缺点。 11 原子荧光产生的类型有哪些？各自的特点是什么？ 12 比较原子荧光分析仪、原子发射光谱分析仪和原子吸收光谱分析仪三者之间的异同点。 13 已知钠的3p 和3s 间跃迁的两条发射线的平均波长为589.2 nm, 计算在原子化温度为2500K 时，处于 3p 激发态的钠原子数与基态原子数之比。 提示：在3s 和3p 能级分别有2个和6个量子状态，故 3260 ==p p j 解：处于 3p 激发态的钠原子数与基态原子数之比，由玻耳兹曼方程计算： kT E j j e p p N N ?- = kT c h j e p p λ - = 2500 10 38.11058921000.31063.623 7 10 34 3 6??????- ---= e 4 10 69.1-?= 14 原子吸收光谱法测定某元素的灵敏度为0.01μg ?mL -1/1%A ，为使测量误差最小，需要得到0.436的吸收值，在此情况下待测溶液的浓度应为多少？ 解：灵敏度表达式为： %1/0044.01 -=g m L A c S μ 1 00.10044 .0436.001.00044 .0-=?=?= gmL A S c μ 15 原子吸收分光光度计三档狭缝调节，以光谱通带0.19, 0.38和1.9 nm 为标度，其所对应的狭缝宽度分别为0.1， 0.2和1.0 mm ，求该仪器色散元件的线色散率倒数；若单色仪焦面
第六章原子吸收光谱法 基本要求：掌握以下基本概念：共振线、特征谱线、锐线光源、吸收线轮廓、通带、积分吸收、峰值吸收、灵敏度和检出限，掌握原子吸收的测量、AAS的定量关系及定量方法，了解AAS中的干扰及火焰法的条件选择，通过和火焰法比较，了解石墨炉法的特点。 重点：有关方法和仪器的基本术语。 难点：AAS的定量原理，火焰法的条件选择。 参考学时：4学时 部分习题解答 1、何谓原子吸收光谱法？它有什么特点？ 答：原子吸收光谱法是利用待测元素的基态原子对其共振辐射光(共振线)的吸收进行分析的方法。 它的特点是：(1)准确度高；(2)灵敏度高；(3)测定元素范围广；(4)可对微量试样进行测定；(5)操作简便，分析速度快。 2、何谓共振发射线？何谓共振吸收线？在原子吸收分光光度计上哪一部分产生共振发射线？哪一部 分产生共振吸收线？ 答：电子从基态激发到能量最低的激发态(第一激发态)，为共振激发，产生的谱线称为共振吸收线。当电子从共振激发态跃迁回基态，称为共振跃迁，所发射的谱线称为共振发射线。在原子吸收分光光度计上，光源产生共振发射线、原子化器产生共振吸收线。 3、在原子吸收光谱法中为什么常常选择共振线作分析线？ 答：(1)共振线是元素的特征谱线。(2)共振线是元素所有谱线中最灵敏的谱线。 4、何谓积分吸收？何谓峰值吸收系数？为什么原子吸收光谱法常采用峰值吸收而不应用积分吸收？ 答：原子吸收光谱法中，将光源发射的电磁辐射通过原子蒸汽时，被吸收的能量称为积分吸收，即吸收线下面所包围的整个面积。中心频率处的吸收系数称为峰值吸收系数。 原子吸收谱线很窄，要准确测定积分吸收值需要用高分辨率的分光仪器，目前还难以达到。 而，峰值吸收系数的测定只要使用锐线光源而不必使用高分辨率的分光仪器就可办到。 5、原子分光光度计主要由哪几部分组成？每部分的作用是什么？ 答：原子分光光度计主要由四部分组成：光源、原子化系统、分光系统和检测系统。 光源：发出待测元素特征谱线，为锐线光源。
第4章原子吸收光谱法 4.1 内容提要 4.1.1 基本概念 原子吸收光谱法──基于待测元素的基态原子在蒸气状态对原子共振辐射的吸收程度来确定物质含量的分析方法。 自然宽度──没有外界影响时，谱线仍有一定的宽度，称为自然宽度。 多普勒（Doppler）变宽──又称热变宽，是由于原子不规则的热运动引起的变宽，通常在原子吸收光谱法测量条件下，多普勒变宽是影响原子吸收光谱线宽度的主要因素之一。 压力变宽──由于原子吸收区气体原子之间相互碰撞导致的谱线变宽。根据碰撞的原子不同又分为：洛伦兹（Lorentz）变宽和赫尔兹马克（Holtsmark）变宽。 洛伦兹变宽──是指待测元素原子与其它种粒子碰撞引起的变宽，它随原子区内气体压力增大和温度升高而增大。 赫尔兹马克变宽──是指待测元素原子之间相互碰撞而引起的变宽，也称共振变宽，只有在待测元素的浓度高时才起作用。 积分吸收──在吸收线轮廓内，吸收系数的积分称为积分吸收系数，简称积分吸收，它表示吸收的全部能量。积分吸收与原子蒸气中吸收辐射的原子数成正比。 峰值吸收──吸收线中心波长处的吸收系数为峰值吸收系数，简称峰值吸收。在温度不太高的火焰条件下，峰值吸收系数与火焰中待测元素的原子浓度成正比。 锐线光源──是发射线半宽度大大小于吸收线半宽度的光源，如空心阴极灯。 化学计量焰──由于燃气与助燃气之比与化学反应计量关系相近，又称其为中性焰。这类火焰温度高、稳定、干扰小、背景低，适合于许多元素的测定。 富燃焰──指燃气大于化学计量焰的火焰。其特点是燃烧不完全，温度略低于化学计量焰，具有还原性，适合于易形成难解离氧化物的元
素测定，但它的干扰较多，背景高。 贫燃焰──指助燃气大于化学计量焰的火焰。它的温度较低，有较强的氧化性，有利于测定易解离、易电离的元素，如碱金属。 特征浓度──在火焰原子吸收中常用特征浓度c c 来表示分析灵敏度。所谓特征浓度即为能产生1%吸收（即吸光度值为0.0044）信号时所对应的待测元素的浓度（单位为μg·mL -1/1%）。 0.00440.0044c c c c A b ??==? 特征质量──在石墨炉中常用特征质量m c 来表征分析灵敏度。所谓特征质量即产生1%净吸收（即吸光度值为0.0044）信号时所对应的待测元素的质量（单位为μg/1%）。 0.00440.0044c m m m A b ??==? 检出限──以待定的分析方法，以适当的置信水平被检出的最低浓度或最小量。常以三倍于标准偏差在灵敏度中所占的分数来表示，即 03c c S D b = 或 03m m S D b = 物理干扰──指样品在转移、蒸发和原子化过程中，由于溶质或溶剂的物理化学性质改变而引起的干扰。 化学干扰──指在溶液或原子化过程中待测元素与其他组分发生化学反应而使其原子化效率降低或升高引起的干扰。 电离干扰──是待测元素在形成自由原子后进一步失去电子，而使基态原子数减少，测定结果偏低的现象。 光谱干扰──是指与光谱发射和吸收有关的干扰效应。主要包括非共振线干扰和背景吸收等。 非共振线干扰──在光源发射待测元素多条谱线时，通常选用最灵敏的共振线作为分析线。若分析线附近有单色器不能分离掉的待测元素其他特征谱线，它们将会对测量产生干扰。 背景吸收──是一类特殊的光谱吸收，它包括分子吸收和光散射引起的干扰。
第四章原子吸收光谱
一．判断题 1. 原子吸收光谱是由气态物质中基态原子的内层电子跃迁产生的。（×） 2. 实现峰值吸收的条件之一是：发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致。（√） 3. 原子光谱理论上应是线光谱，原子吸收峰具有一定宽度的原因主要是由于光栅的分光能力不够所致。（×） 4. 原子吸收线的变宽主要是由于自然变宽所导致的。（×） 5. 在原子吸收光谱分析中，发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，故原子吸收分光光度计中不需要分光系统。（×） 6. 空心阴极灯能够发射待测元素特征谱线的原因是由于其阴极元素与待测元素相同。 （√） 7. 火焰原子化器的作用是将离子态原子转变成原子态，原子由基态到激发态的跃迁只能通过光辐射发生。（×） 8. 根据波尔兹曼分布定律进行计算的结果表明，原子化过程时，所有激发能级上的原子数之和相对于基态原子总数来说很少。（√）9. 石墨炉原子化法比火焰原子化法的原子化程度高，所以试样用量少。（√） 10. 原子化温度越高，激发态原子数越多，故原子化温度不能超过2000K。（×） 11. 一般来说，背景吸收使吸光度增加而产生正误差。（√）
12. 在原子吸收分光光度分析中，如果待测元素与共存物质生成难挥发性的化合物，则会产生负误差。（√） 13. 火焰原子化法比石墨炉原子化法的检出限低但误差大。（×） 14. 压力变宽不引起中心频率偏移，温度变宽引起中心频率偏移。 （×） 15. 贫燃火焰也称氧化焰，即助燃气过量。过量助燃气带走火焰中的热量，使火焰温度降低，适用于易电离的碱金属元素的测定。 （√） 16. 当气态原子受到强的特征辐射时，由基态跃迁到激发态，约在10-8s后，再由激发态跃迁到基态，辐射出与吸收光波长相同或不同的荧光。 （√） 17. 激发光源停止后，荧光能够持续发射一段时间。（×） 18. 当产生的荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光，即跃迁前后的能级发生了变化。（√） 19. 原子荧光分析与原子发射光谱分析的基本原理和仪器结构都较为接近。（×） 20. 原子荧光分析测量的是向各方向发射的原子荧光，由于在检测器与光源呈900方向上荧光强度最大，故检测器与光源呈900放置。 （×） 二．选择题 1.原子吸收分光光度分析法中，光源辐射的待测元素的特征谱线的光，通过样品蒸汽时，被蒸汽中待测元素的D吸收。
第七章 原子吸收光谱法 1、解释下列名词 （1）原子吸收线 是基态原子吸收一定辐射能后被激发跃迁到不同的较高能态产生的光谱线。 （2）宽带吸收和窄带吸收 分子或离子吸收为宽带吸收；气态基态原子吸收为窄带吸收 （3）积分吸收和峰值吸收 积分吸收是吸收线轮廓内的总面积即吸收系数对频率的积分∫K v dr ；峰值吸收是在中心频率v 0两旁很窄范围（dr ≈0）内的积分吸收，可通过测量发射线强度和变化获得v I I A 0 lg 。 （4）谱线的自然宽度和变宽 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度； 由各种因素引起的谱线宽度增加称为变宽。 （5）谱线的热变宽和压力变宽 谱线的热变宽是指原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽； 压力变宽是由同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互碰撞产生的谱线变宽，与气体压力有关，称压力变宽。 （6）石墨炉原子化法和氢化物原子化法 以石墨管作为电阻发热体使试样中待测元素原子化的方法称石墨炉原子化法； 反应生成的挥发性氢化物在电热或火焰原子化器中原子化称为氢化物原子化法。 （7）光谱通带 单色器出射光束波长区间的宽度。 （8）基体改进剂 能改变基体的热稳定性以避免化学干扰的化学试剂。 （9）特征浓度和特征质量 把能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量浓度或质量。 2、在原子吸收光谱法中，为什么要使用锐线光源？空心阴极灯为什么可以发射出强度大的锐线光源？ 答：因为原子吸收线的半宽度约为10－2～10－ 3nm ，为解决其测量难题需用锐线光源。由于空心阴极灯的工作电流一般在1～20mA ，放电温度较低，被溅射出的阴极自由电子密度也较低，同时又是在低压气氛中放电，故发射线的热变宽ΔλD 、压力变宽ΔλL 和自吸变宽 都很小，故可发射特征谱线是半宽度很窄的锐线（10－4～10－ 3nm ），加上空心阴极灯的特殊 结构，气态基态原子停留时间长（10－ 1s ），激发效率高，故可发射强度大的锐线。 3、试从原理和仪器装置两方面比较原子吸收分光光度法与紫外可见分光光度法的异同点。 答：相同之处： a 、都是吸收光谱； b 、工作波段相同（190～900nm ）； c 、仪器主要组成部分相同：光源、单色器、吸收池、检测器； d 、定量公式相似：A = kc