原子吸收光谱分析法基本原理

原子吸收光谱分析法基本原理

1．共振线和吸收线
元素原子都是由原子核和外层电子组成，这些电子按其能量的高低分层分布，而具有不的能级，因此一个原子也具有多种能级状态，一般处于能态称为基态。基态原子受到外界能量激发时，其外层电子吸收一定能量而跃迁到不同能态，因此原子也具有不同的激发态。当电子吸收一定能量从基态跃迁到能量的救发态，吸收一定频率的辐射能量，产生的吸收谱线称为共振吸收线，简称共振线。当电子从激发态跃迂回基态时，则发射定频率的辐射，产生共振发射线也简称共振线。
由于不同元素的原子结构不同，其共振线具有特征性。各种元素的原子从基态到激发态的跃迁最易发生，吸收，因此共振线也是元素的线。原子吸收光谱分析法就是根据待测样品蒸气中待测元素的基态原子对由光源发出的待测元拘共振线的吸收来进行分析的，因此元素的共振线又称分析线。
2．谱线轮廓与谱线变宽
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辐射照射时都不是单色的几何线，而是具有一定宽度的谱线为峰形吸收。
原子吸收谱线变宽的原因较复杂，一般由两个因素决定。—是由原子本身的性质决定了线的自然宽度；另外是由于外界因素的影响引起的谱线变宽。主要有以下几种情况：
①自然变宽。在没有外界因素影响的情况下，谱线本身具有的宽度称为自然变宽。与激发态原子的平均寿命有关，寿命长则谱线宽度窄。谱线自然变宽的影响与其他变宽因相比，其大小一般为10^-5nm数量级。
②温度变宽（多普勒变宽）。多普勒变宽是由于原子在空间做规则热运动而引起的，故又称为热变宽。
③压力变宽。压力变宽是由于产生吸收的原子与共存的其他粒子相互碰撞，使能量发生稍微变化。使吸收光频率改变而导致的谱线变宽称为压力变宽。
实验结果表明，试样的原子化过程，温度在1000-3000K范围内，外界气体压力为1大气压(1atm = 101. 325kPa)时，对火焰原子吸收主要是劳伦兹变宽，对无火焰原子吸收，主是多普勒变宽。
3．积分吸收与峰值吸收
在原子吸收光谱分析中，将原子蒸气所吸收的全部辐射能量称为积分吸收，积分吸收与为单位体积基态原子数呈简单的线性关系，这是原子吸收分析的一重要理论基础。若能测得积分吸收，即可计算出待测元素的原子浓度。但由于原子吸收线的半宽度很小，要测定半宽度如此小的吸收线的积分吸收，需要分辨率高达50万的单色器，在目前的技术条件下尚无法实现。
4．基态原子数与原子总数
原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与共振线吸收之间的关系来测定的。需要考虑原子化过程中，原子蒸气中基态原子与待测元素原子总数之间的定量关系。