原子吸收光譜儀基礎知識(一)

2021-02-07 中測計量檢測

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光譜學是光學的一個分支學科，研究各種物質的光譜的產生及其同物質之間相互作用。光譜是電磁輻射按照波長的有序排列。根據實驗條件的不同，各個輻射波長都具有各自的特徵強度。通過光譜的研究，人們可以得到原子、分子等的能級結構、能級壽命、電子的組態、分子的幾何形狀、化學鍵的性質、反應動力學等多方面物質結構的知識。在化學分析中它提供了重要的定性與定量的分析方法。

習慣上把光譜學區分為發射光譜學、吸收光譜學與散射光譜學。這些不同種類的光譜學從不同方面提供物質微觀結構知識及不同的化學分析方法。

  發射光譜可以區分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生於原子，帶狀光譜主要產生於分子，連續光譜則主要產生於氣體放電。

   吸收光譜 當一束具有連續波長的光通過一種物質時，光束中的某些成分便會有所減弱，當經過物質被吸收的光束由光譜儀展成光譜時，就得到該物質的吸收光譜。幾乎所有物質都有其獨特的吸收光譜。

   散射光譜 當光通過物質時，除了光的透射和光的吸收外，還觀測到光的散射。在散射光中除了包括原來的入射光的頻率外(Rayleigh scattering and Tyndall John)，還包括一些新的頻率。這種產生新頻率的散射稱為喇曼散射，其光譜稱為喇曼光譜。

1802年伍郎斯頓（W.H.Wollasten）研究太陽光譜，發現連續光譜中有暗線

1860年克希霍夫（G.Kirchhoff）和本生

  （R.B.Bunsen）研究鹼金屬和鹼土金屬

1955年澳大利亞物理學家瓦爾什（A.Walsn）發表著名論文《原子吸收光譜在化學分析中的應用》

1961年裡沃夫（B.V.Lvoi）發表非火焰原子吸收法，靈敏度達10-10～10-14克

1965年威立斯（J.B.Willis）引入氧化亞氮-乙炔火焰，解決易生成難熔氧化物元素的原子化問題

原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectrometry)是基於從光源發射的待測元素的特徵輻射通過樣品蒸氣時,被蒸氣中待測元素的基態原子所吸收,根據輻射強度的減弱程度以求得樣品中待測元素的含量。

    通常情況下，原子處於基態。當相當於原子中的電子由基態躍遷到激發態所需要的輻射頻率通過原子蒸氣，原子就能從入射輻射中吸收能量，產生共振吸收，從而產生吸收光譜。原子吸收分析就是利用基態原子對特徵輻射的吸收程度的，常使用最強吸收線作為分析線。

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1、輻射源 (空心陰極燈)

空心陰極燈發光原理：

空心陰極燈原理圖：

空心陰極燈為直流供電，當在正負電極上施加適當電壓（一般為300～500伏）時，在正負電極之間便開始放電，這時，電子從陰極內壁射出，經電場加速後向陽極運動。

    電子在由陰極射向陽極過程中與載氣（惰性氣體）原子碰撞使其電離成為陽離子，帶正電荷的惰性氣體離子在電場加速下，以很快的速度轟擊陰極表面，使陰極內壁的待測元素的原子濺射出來，與其它粒子相互碰撞而被激發，處於激發態的原子很不穩定，大多會自動回到基態，同時釋放能量，發出共振發射線。

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2、原子化器 (火焰/無火焰)

原子化過程是將分析物質轉換為發射或吸收光能量的自由原子的過程。

 （此內容下期重點闡述）

3、光學系統 (單/雙光束)

單光束：光源輻射出目的元素的特徵光譜, 光束

經樣品池準直於單色器

雙光束: 來自燈光源的光被分為樣品光束和參比

光束，樣品光束準直於樣品池，參比光束繞過樣品  

池，測量信號為樣品光束和參比光束的比值。可消除光源強度波動造成的影響，得到更穩定的基線


原子吸收光源應滿足以下條件：

  ① 能輻射出半寬度比吸收線半寬度還窄的譜線，並且發射線的中心頻率應與吸收線的中心頻率相同。

  ② 輻射的強度應足夠大。

  ③輻射光的強度要穩定，且背景小

4、單色器 (分光器)

1-入射狹縫（固定式）

2-離軸拋物鏡

3-稜鏡

4-中間狹縫（可變式）

5-中階梯光柵

6-線陣CCD檢測器 

5、檢測器 (光電倍增管)

當有一個具有一定能量的電子撞擊打拿極時可發射 2～5 電子，導致電子的倍增；將採集到的光信號轉變為電信號。

6、數據處理系統

（未完待續）

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