第12原子吸收分光光度法

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第12章 原子吸收分光光度法atomic absorption spectrometry (AAS)

§1. 概述 §2.原理 原理 §3.原子吸收分光光度计 原子吸收分光光度计 §4.实验技术 实验技术 §5.小结与习题 小结与习题

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§1.概述1、原子光谱法的分类： 、原子光谱法的分类： 1.原子吸收分光光度法(AAS) 定义：基于原子蒸气相中被测元素的基态原子对其原子 共振辐射的吸收来测定样品中该元素含量的一种方法第一激发态

2.原子发射分光光度法。E

热能基态

3.原子荧光分光光度法。

E = hν

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§1.概述

2、原子吸收分光光度法与紫外可见分光光度法的比较： 、原子吸收分光光度法与紫外可见分光光度法的比较： 原子吸收 光谱形状样品存在形式

UV-VIS 带状光谱 分子 连续光源 无机与有机物的定 性与定量

线状光谱 基态原子 锐线光源 无机元素定量分析

仪器 应用范围

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§1.概述

3、原子吸收分光光度法的特点： 、原子吸收分光光度法的特点： 优点： 优点： 灵敏度高(10-6~10-9数量级)。 选择性好，抗干扰能力强。 精密度高。(RSD为1%~3%) 应用范围(可测元素达70多种)

缺点： 缺点 测一种元素需更换一种相应灯。 标准曲线线性范围窄 仪器昂贵、进口

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§2.基本原理一、共振吸收线 定义：原子外层电子由基态→第一激发态, 定义：原子外层电子由基态→第一激发态,吸收一定频率的 辐射而产生的吸收线称为共振吸收线(简称共振线) 辐射而产生的吸收线称为共振吸收线(简称共振线) 注：元素的共振线是其特征谱线 各种元素的原子结构和外层电子排布不同， 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 基态→第一激发态: 跃迁吸收能量不同 具有特征性 各种元素的基态→ 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。 最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。 利用特征谱线可以进行定量分析。 3)利用特征谱线可以进行定量分析。

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二、原子的量子能级和能量图

1、单个原子结构

无机化学已学过，原子由原子核和核外电子 组成，电子绕核运动。2、原子核外电子的运动状态可用四个量子数来表示： 原子核外电子的运动状态可用四个量子数来表示：

主量子数n:表示核外电子分布的层次，n=1,2,3,4,… 角量子数l:表示同一壳层的电子有不同的轨道形状 数值为：l = 0,1, 2, 3,…,n-1 符号为： S,P,D,F,… 自旋量子数s:表示电子的自旋状态，s=+1/2或-1/2 内量子数j:表示电子在运动过程中轨道磁矩和自旋磁矩产生耦 合作用形成的能级分裂，取值数目由l和s决定

。

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续前 过程不要求，只要求结果) 3、整个原子体系的量子能级(过程不要求，只要求结果) 主量子数n:(只讨论一个价电子) 总角量子数L:L=∑li(核外价电子角量子数矢量和) 数值为：L = 0,1, 2, 3,…,n-1 符号为： S,P,D,F,… 总自旋量子数S:S=∑Si (核外价电子自旋量子数矢量和) 总内量子数J:J=L+S (两者矢量和) 数值为：J=L+S,L+S-1,…,L-S。 当L≥S时，J可取2S+1个数值 当L<S时，J可取2L+1个数值 在量子学中，用光谱项用来描述整个原子体系的能级 光谱项： 光谱项： n2S+1L 表示整个原子体系能级 光谱支项： 光谱支项：n2S+1LJ 表示分裂的原子能级 2S+1 表示光谱项的多重性。 光谱支项的个数与J的个数相同。

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续前4、示例：

Na原子基态结构(1s)2(2s)2(2p)6(3s)1n=3 n=3 L=0,符号为S ,符号为 S=1/2 J:有2L+1个数值 ： 个数值 J=1/2 Na原子基态光谱支项 原子基态光谱支项 32S1/2 (n=3,L=0,S=1/2,J=1/2) 32P1/2 (n=3,L=1,S=1/2,J=1/2) 589.0nm Na原子激发态光谱支项 原子激发态光谱支项

基态

激发态

L=1,符号为P ,符号为 S=1/2 J:有2S+1个数值 ： 个数值 J=1/2和3/2 和

32P3/2 (n=3,L=1,S=1/2,J=3/2) 589.6nm

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续前 看能级图， 看能级图， 3S电子至 轨， 电子至3P轨 电子至 589.0 589.6nm 属共振吸收 而3S1…4P 330.2nm 330.3nm 3S1…5P 285.2 285.3m 不是共振吸收

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续前 三、原子在各能级的分布 在正常情况下，原子是以基态形势存在的。在热平衡状 态时，处于基态和激发态的原子数目N取决于该能态的能 量E和体系的温度T,遵循玻耳兹曼分布律：

Nj N0

=

gj g0

exp(

E j E0 KT

)

式中：Nj、N0分别代表激发态和基态的原子数目； gj、g0为统计权重； T为热力学温度； K为玻耳兹曼常量。

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2500K时，激发态Na原子仅占基态0.01%,当上升10K时，也只增 了百万分之四，所以在原子吸收测定条件下(T<3000K)Nj相对 N0可忽略不计(但在原子发射光谱要严格控制温度)。

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四、原子吸收线的形状(重点) 原子吸收线的形状(重点)

原子吸收线的特点 是由吸收线的频率、 半宽度、强度来表 征的。

强度：跃迁概率决定 半宽度：极大吸收系数一半处谱线轮廓上两点之间的频率差 原则上：原子吸收应是锐线光谱，但实际上由于多种因素 的影响，它具有一定的宽度。 使其展宽因素有：Doppler变宽 Lorentz变宽 Doppler变宽 Lorentz变宽 Doppler变宽，Lorentz变宽，Holtsmark变宽 和自然变宽

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续前 不是主要影响因素) 1、自然变宽(不是主要影响因素)

被激发原子具有一定的寿命，据海森堡测不准原理，能级的 能量具有不确定量△E,其关系式为：

E τ = h△τ:激发态原子的寿命

激发态原子寿命Δτ越小，

吸收线自然宽度越宽。 共振线自然宽度10-5nm。 2、Doppler变宽(热变宽，主要因素) Doppler变宽( 变宽 由原子无规则运动而产生(由声波引申而来) 例：火车迎面开来，鸣笛声渐响，频率大 火车离我而去，鸣笛声渐粗，频率小 是谱线变宽的主要因素。

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同样： 当火焰中的基态原子背向检测器运动时，被检测到的频率 比静止波原发出的频率低——波长红移； 当火焰中的基态原子向着检测器运动时，被检测到的频率 比静止波源发出的频率高——波长紫移。 Doppler线宽由下式决定： ν D = 7 .16 × 10 7ν 0 T A

相对原子质量小的元素Doppler线宽较宽；温度越高，线宽越宽 ΔV0≈10-3nm(主要影响因素)

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3、Holtsmark变宽 Holtsmark变宽：— 共振变宽 变宽 同种原子碰撞引起发射和吸收光量子频率改变而引起谱线变 宽。与原子蒸气浓度有关，即压力有关 (在原子吸收条件下，一般可忽略) 4、Lorentz变宽(主要因素): …… 此处隐藏：2231字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……