培训讲义一原子吸收光谱仪基本课程共38页文档

式中IOv为入射辐射强度；Iv为透过原子蒸 气吸收层的辐射强度；L为原子蒸气吸收层 的厚度；kv为吸收系数。
当在原子吸收线中心频率附近一定频
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当使用锐线光源时，ΔV 很小，可以近似地 认为吸收系数在ΔV内不随频率V 而改变，并 以 蒸中气心对频辐率射处 的的 吸峰 收值 特吸 性收 ，系 则数 吸k光0来度表A为征原子
影响原子吸收谱线轮廓的两个主要因素：
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多普勒变宽 多普勒宽度是由于原子热运动引起的。从物理学中已知，从一个运 动着的原子发出的光，如果运动方向离开观测者，则在观测者看来， 其频率较静止原子所发的光的频率低；反之，如原子向着观测者运 动，则其频率较静止原子发出的光的频率为高，这就是多普勒效应。 原子吸收分析中，对于火焰和石墨炉原子吸收池，气态原子处于无 序热运动中，相对于检测器而言，各发光原子有着不同的运动分量， 即使每个原子发出的光是频率相同的单色光，但检测器所接受的光 则是频率略有不同的光，于是引起谱线的变宽。 谱线的多普勒变宽△ＶD可由下式决定：
Ground state
Excitation level
En
V Em
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原子吸收光谱的产生 当有辐射通过自由原子蒸气，且入射辐射的频率等于原 子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第 一激发态）所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中 吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁到激发态， 同时伴随着原子吸收光谱的产生。
与火焰原子化法相比，石墨炉原子化法具有 如下特点： a，灵敏度高、检测限低
因为试样直接注入石墨管内，样品几乎
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为防止石墨的高温氧化作用，减少记忆效 应，保护已热解的原子蒸气不在被氧化， 可及时排泄分析过程中的烟雾，因此在石 墨炉加热过程中（除原子化阶段内内气路 停气之外）需要有足量（1~2升/分）的惰 性气体作保护。通常使用的惰性气体主要 是氩气。氮气亦可以，但对某些元素测定 其背景值增大，而且灵敏度不如用氩气高。

∫ I =
e 0
I0e-KLd
∫ A = lg
e 0
I0
d
∫e 0
I0e-KLd
第14页，本讲稿共55页
对锐线光源，可以认为Kν= b×K0 为常数：
A
=
lg 1 e-bK0L
=
lg
eK0Lb
=
0.4343K0Lb
Under normal operation condition for AAS, line profile is mainly determined by Doppler broadening, hence,
这以公式表明：积分吸收值与单位原子蒸汽中吸收辐 射的基态原子数呈简单的线性关系，这是原子吸收光谱分析
法的重要理论依据。
第10页，本讲稿共55页
前面公式中： e为电子电荷；m为电子质量；c为光速；N0
为单位体积内基态原子数；f 振子强度，即能
被入射辐射激发的每个原子的平均电子数，它正 比于原子对特定波长辐射的吸收几率。
若能测定积分吸收，则可求出原子浓度。 但是，测定谱线宽度仅为10-3nm的积分吸收， 需要分辨率非常高的色散仪器，技术上很难实现。 所以，1955年瓦尔西提出采用锐线光源来解决 求积分吸收值的难题。参见下图：
第11页，本讲稿共55页
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由图可见，在使用锐线光源时，光源发射线半宽度 很小，并且发射线与吸收线的中心频率一致。这时发射 线的轮廓可看作一个很窄的矩形，即峰值吸收系数K 在
一、原子吸收线和原子发射线
A
B
A 产生吸收光谱
B 产生发射光谱
E3
E0 基态能级
E1、E2、E3、激发态能级
E2

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2.2.7 样品分析
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2.2.8 关机
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2.3 原子吸收的干扰及抑制
1. 物 理 干 扰（基体效应） 如：通过标准加入法来抑制 3. 光 谱 干 扰 如：通过氘灯进行校正 2. 化 学 干 扰 如：石墨炉法测铅加入加入磷酸二氢铵 （NH4H2PO4）
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化学干扰
产生：待测元素与共存组分发生了化学反应，生成了难挥发或难 解离的化合物，使基态原子数目减少所产生的干扰。
24小时，并清洗干净
• 矩管及与发生器的连接管使用前保持清洁
、干燥
• 测砷时使用到碘化钾，因此应及时用酸清
洗整个系统4小时以上，再用蒸馏水清洗， 以免碘化钾吸收汞蒸气影响汞的测定。
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思考题
• 原子吸收光谱仪为何要做维护保养？ • 测试时如何选择定量分析方法？ • 原子吸收光谱用于定量分析的理论依据是
什么？
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气 液 分 离 器
蠕动泵管
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3.7 氢化物发生器使用注意事项
当仪器调试好后，确认光路是最优化状态 时，测定发现无信号，相对偏差太大，应 考虑以下几点：
蠕动泵管是否正常运作 矩管及与发生器的连接管是否清洁、干燥 气液分离器是否干净无污
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3.7.1 氢化物发生器的维护保养
• 蠕动泵管用后及时清洗，防止堵塞 • 气液分离器污染后，必要时拆下用硝酸泡
特点：原子吸收分析的主要干扰来源，具有选择性。 如：石墨炉法加入加入磷酸二氢铵（NH4H2PO4）
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3 仪器的维护与保养
• 仪器缺乏保养可能出现的问题 • 仪器的维护保养内容 • 仪器的使用注意事项与保养

单色器
将光源发出的光分离成单色光 ，常用光栅单色器。
检测器
检测透过样品的光强度，常用 光电倍增管。
原子吸收光谱法应用领域
环境监测
用于大气、水体、土壤等环境中痕量元素的检测 ，如铅、镉、汞等。
生物医药
用于药物成分分析、生物样品中痕量元素的检测 等。
食品分析
检测食品中的营养成分和有害元素，如钙、铁、 锌、砷等。
高灵敏度
原子吸收光谱法（AAS）能够检测极低浓度的元素，对于痕量分析具 有极高的灵敏度。
选择性好
AAS通过测量特定元素的原子吸收特定波长的光来进行分析，因此具 有优异的选择性，能够准确测定复杂样品中的目标元素。
宽测量范围
AAS适用于多种元素的分析，包括金属元素和非金属元素，测量范围 广泛。
准确度高
AAS的测量结果准确可靠，能够满足高精度分析的要求。
废弃物分类
对实验产生的废弃物进行分类收集，如废液、废渣、废气等。
废弃物处理
按照环保要求对废弃物进行处理，如中和、沉淀、过滤等，确保 达标排放。
环保法规与标准
遵守国家和地方环保法规与标准，积极推行绿色实验和环保理念。
个人防护措施建议
实验服与护目镜
穿着实验服进行实验，佩戴合适的护目镜以保护眼睛。
手套与口罩
较技术
研究和发展更有效的基体消除技术， 以减少基体成分对AAS测量的干扰。
多元素同时测定技术
探索和开发能够同时测定多个元素的 AAS技术，提高分析效率。
非线性校正方法
研究更先进的非线性校正方法，以改 善AAS在非线性响应方面的性能。
自动化和智能化技术
将自动化和智能化技术应用于AAS， 降低对操作人员的专业要求，提高分 析的准确性和效率。

E4 E3 E2 E1
Eo 202.2 217.0
波长 / nm
261.4
283.3
定性依据
由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同， 元素从基态跃迁至第一激发态或更高能级态时吸 收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不 同的特征。
定量依据
比耳－朗伯定律（Beer-Lambert） 比耳－朗伯定律（Beer-Lambert）
原子吸收技术能分析的元素
原子吸收技术的应用
原子吸收的基本原理可用以下几点来说明： 原子吸收的基本原理可用以下几点来说明：
１、所有原子均可对光产生吸收； 所有原子均可对光产生吸收； 被吸收光线的波长只与特定元素相关。 ２、被吸收光线的波长只与特定元素相关。如样品中含 铜等元素， 置于镍的特征波长中， 镍、铅、铜等元素，如将该样品 置于镍的特征波长中， 那么只有镍原子才会对该特征光线产生吸收. 那么只有镍原子才会对该特征光线产生吸收. 光程中该原子的数量越多， ３、光程中该原子的数量越多，对其特征波长的吸收就 越大，与该原子的浓度成正比。 越大，与该原子的浓度成正比。
A = 吸光度 Io = 初始光强 It = 透过光的强度
a = 吸收系数 b = 样品在光路中的强度 c = 浓度
朗伯－比耳定律的适用条件 朗伯－比耳定律的适用条件
理论曲线
火焰原子化分析曲线线性 较窄。 较窄。
吸 收 值
光的吸收定律（朗伯－ 光的吸收定律（朗伯－
≠
比耳定律）适用条件： 比耳定律）适用条件： 谱线纯； １）谱线纯；２）浓 度稀。 度稀。
原子吸收光谱仪基本课程
基本原理
光谱早期发现
太阳光
棱镜
1600年牛顿发现太阳光经过棱镜后分成了彩 色光带，他称其为光谱。

原子吸收光谱仪原理
原子吸收光谱仪的原理是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析。当光源发射出某 一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射光被吸收，通过测定特征光被减弱的程度，从而得出试样中待测元素 的含量。
岛津原子吸收光谱仪特点与优势
宽测量范围
该仪器具有较宽的测量范围，可 满足不同浓度样品的测量需求。
04
应用领域及发展前景
应用领域
岛津原子吸收光谱仪广泛应用于环保、冶金、地质、化工、食品、医药等领域 中的痕量金属元素分析。
发展前景
随着科技的进步和环保意识的提高，对痕量金属元素的分析需求将不断增加。 因此，原子吸收光谱仪的发展前景广阔，未来将更加注重仪器的灵敏度、稳定 性、自动化程度以及多元素同时分析等方面的提升。
02
岛津原子吸收光谱仪结构组成
光源系统
空心阴极灯
提供特定波长的锐线光源，是原子吸收光谱 仪的核心部件之一。
光源电源
为空心阴极灯提供稳定的电流和电压，确保 其正常工作。
光源调制器
通过调制光源的发射强度，提高信噪比和检 测灵敏度。
原子化系统
01
02
03
雾化器
将样品溶液雾化成细小的 气溶胶，以便后续原子化 。
检测系统
检测器
将单色光转换为电信号，以供后续数 据处理和分析使用。
信号放大器
数据采集与处理系统
对放大后的电信号进行采集、转换和 处理，最终得到样品的定量分析结果 。
放大检测器输出的微弱电信号，以便 于后续的数据采集和处理。
03
岛津原子吸收光谱仪操作指南
开机与初始化设置
开机步骤
接通电源，打开仪器开关，启动 操作系统。
燃烧器

透光率
吸光度
100 %率.1T（% ％）与吸光度（）3的关系
比耳－朗伯定律（）
A = 吸光度 = 初始光强 = 透过光的强度
a = 吸收系数 b = 样品在光路中的强度
c = 浓度
朗伯－比耳定律
吸收值()
理论曲线 A=
实际 A abc
浓度
火焰原子化分析曲线线性 可达2个数量级而石墨炉 则较窄，通常只有一个数 量级
光的吸收定律
假设：基态原子对光的吸 收，只存在简单的电子跃 迁，而无复杂的次级过程； 在整个吸收层中吸收系数 不变；
激发处理关系式进行了近 似简化。
原子吸收光谱仪基本课程 二
硬件简介
50/55
240系列
光谱仪各组件
Resonance Non-resonance Fill Gas
Resonance
然而，原子吸收光谱仪中所采用的火焰，通常缺乏足够的热能以真 正产生大量激发原子 或离子。另外大多数系统所采用的单色器的分 辨率不能充分地将所需的发射波长从众多的谱线中分离出来。鉴于 上述18原因，发射法在原子吸收系统中使用并不很多。
原子吸收光谱仪有以下几个最基本的组成部分：
光源：产生含有被分析元素特征波长的光线。常见 的有空芯阴极灯（）、无级 放电灯（）和超强 度灯（ ）。
检测器
原子化器
结构示 意
单色器
•
原子发射
原子发射光谱是测量激发态原子或离子所释放的光线的过程。
在低温状态下，几乎没有原子被激发。当温度升到2000K时， 一些 容易被激发的元素，如碱金属元素可用发射法测出。
通过测量样品的发射量，并将其与已知标样的发射量相比较，同样 可得到未知样品的浓 度值。
除无需光源以外，发射光谱与吸收光谱的基本组成是一样的。在发 射光谱仪中，比较关 键的部分是原子化器（或称之为离子化器）－ 要能够提供足够的能量激发自由原子。最 早的激发能源为空气－乙 炔及氧化亚氮－乙炔火焰。多数原子吸收光谱仪也都有发射功 能， 可用该功能对诸如，，K等碱金属元素进行测量，因这些元素较易 激发。

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干扰及其抑制
•
原子吸收光谱分析中，干扰效应按其性质
和产生的原因，可以分为四类：
1、 物理干扰
2、 化学干扰
3、 电离干扰 4、 光谱干扰
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背景干扰校正方法
• （a）用邻近非共振线校正背景 • 用分析线测量原子吸收与背景吸收的总吸光度，因非共 振线不产生原子吸收，用它来测量背景吸收的吸光度，两次 测量值相减即得到校正背景之后的原子吸收的吸光度。
3
3
原子吸收光谱分析法的特点
• 特点：
• • • • (1) 检出限低，10-9～10-12 g· mL-1。 (2) 准确度高，1%～5%。 (3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰。 (4) 应用广，可测定70多个元素（各种样品中）.不 仅可以测定金属元素,也可以用间接原子吸收法测 定非金属元素和有机化合物 。
为微米级的气溶胶。
主要缺点：雾化效率低。
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四、火焰的种类
原子吸收光谱法
乙炔-空气火焰：燃烧稳定，重现性好，噪声低 氢-空气火焰是氧化性火焰优点是背景发射较弱，透 射性能好 乙炔-氧化亚氮火焰的特点是火焰温度高是目前应用 较广泛的一种高温火焰，用它可测定70多种元素
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16
五、单色器
1.作用 将待测元素的共振线与邻近线分开。 2.组件 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭
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四、原子化系统
1.作用
原子化器的功能是提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。
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2.原子化方法
火焰法：
是原子光谱分析中早使用的原子化方
法，至今仍在广泛地被应用；
无火焰法：
其中应用最广的是石墨炉电热原子化法。
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3.火焰原子化装置

(b) 光散射
光程中的样品颗粒产生加宽吸收谱带的效应
(c) 光谱干扰
样品中分析物和其他自由原子的原子吸收发 生重叠,两光谱的吸收波长非常接近
光谱线干扰
目标元素
Al Ca Cd Co Cu Fe Ga Hg Mn Sb Si Zn
光谱线 (nm)
干扰元素
V Ge As In Eu Pt Mn Co Ga Pb V Fe
岛津原子吸收光谱仪基础知识
分析中心
原子吸收光谱法的基础
原子吸收光谱分析概况
1802年伍郎斯顿（W.H.Wollasten）研究太阳光谱， 发现连续光谱中有暗线
1860年克希霍夫（G.Kirchhoff）和本生 （R.B.Bunsen）研究碱金属和碱土金属
1955年澳大利亚物理学家瓦尔什（A.Walsn）发表著 名论文《原子吸收光谱在化学分析中的应用》
传统GFA
电流控温
(目标元素挥发)
的问题 (样品易爆沸)
1000～3000℃
100℃
300～900℃
时间
干燥
灰化 原子化
传统GFA
GFA-EX7 GFA-EX7i
传统电流控温
自动温度校准 电流控制
光学控温 光学控温
高灵敏度GFA
新设计的优点
高灵敏度 长寿命的石墨管 适合连续多样品分析减少操作成本
E2
hn
E2 = 激发态 E1 = 基态 h = Planck 常数 n = 光谱频率
E1
e-
钠线
eV 6
4 2.2eV
2 589nm
基态
3.6eV 330.3nm
Lambert-Beer定律
Io
I
原子蒸汽

抗干扰能力强
操作简便
原子吸收光谱法具有较强的抗干扰能力， 能够克服基质效应和共存离子的干扰，提 高分析的准确性和可靠性。
原子吸收光谱法操作简便，仪器自动化程 度高，可以快速进行样品处理和测定。
缺点
样品消耗量大
原子吸收光谱法需要消耗较大的样品量，对于一些稀有或珍贵样品， 可能会造成浪费。
检测范围有限
联用技术如色谱-原子吸收联用技术的 出现，使得原子吸收光谱法在复杂样 品分析中具有更高的实用价值。
新型光源和检测器的研发，如激光诱 导击穿光谱技术和电感耦合等离子体 发射光谱技术等，为原子吸收光谱法 提供了更广阔的应用前景。
应用领域的拓展
原子吸收光谱法最初主要用于金属元素的分析，随着技术的 进步和应用研究的深入，其应用领域已经拓展到了非金属元 素、有机物和生化样品的分析。
身伤害。
实验结束后，正确处理废弃物， 防止对环境和人体造成危害。
事故处理
如发生意外事故，应立即采取 应急措施，并及时报告相关部
门。
实验废弃物的处理与处置
分类收集
将废弃物按照可回收、有害、一般废弃物进行分类收集。
有害废弃物处理
对有害废弃物进行无害化处理，如酸碱中和、沉淀、焚烧等。
废弃物处置
将处理后的废弃物按照相关规定进行处置，如深埋、排放等。
03
原子吸收光谱法可以用于陶瓷材料中金属元素的分析，以了解
陶瓷材料的成分和性能。
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原子吸收的优缺点
优点
灵敏度高
选择性好
原子吸收光谱法具有很高的灵敏度，能够 检测出低浓度的元素，适用于痕量元素的 分析。
原子吸收光谱法具有较好的选择性，不同 元素有不同的吸收波长，可以实现对目标 元素的特异性检测。