原子吸收光譜儀的原理是根據(jù)物質(zhì)基態(tài)原子蒸汽對特征輻射吸收的作用來進行金屬元素分析。原子吸收光譜儀是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)構成。接下來我們一起詳細了解一下原子吸收光譜儀的原理和構成。

一、原子吸收光譜的產(chǎn)生

任何元素的原子都是由原子核和核外電子組成。原子核是原子的zhong心體，荷正電，電子荷負電，總的負電荷與原子核的正電荷數(shù)相等。電子沿核外的圓形或橢圓形軌道圍繞著原子核運動，同時又有自旋運動。電子的運動狀態(tài)由波函數(shù)0描述。求解描述電子運動狀態(tài)的薛定愕方程，可以得到表征原子內(nèi)電子運動狀態(tài)的量子數(shù)n、L、m，分別稱為主量子數(shù)、角量子數(shù)和磁量子數(shù)。

原子核外的電子按其能量的高低分層分布而形成不同的能級，因此一個原子核可以具有多種能級狀態(tài)。能量Zdi的能級狀態(tài)稱為基態(tài)能級(Eo)，其余能級稱為激發(fā)態(tài)能級，而能量Zdi的激發(fā)態(tài)則稱為diyi激發(fā)態(tài)。一般情況下，原子處于基態(tài)，核外電子在各自能量Zdi的軌道上運動。如果將一定外界能量如光能提供給該基態(tài)原子，當外界光能量恰好等于該基態(tài)原子中基態(tài)和某一較高能級之間的能級差△E時，該原子將吸收這一特征波長的光，外層電子由基態(tài)躍遷到相應的激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生原子吸收光譜。

二、原子吸收光譜儀基本原理

儀器從光源輻射出具有待測元素特征譜線的光，通過試樣蒸氣時被蒸氣中待測元素基態(tài)原子所吸收，由輻射特征譜線光被減弱的程度來測定試樣中待測元素的含量。

三、原子吸收光譜儀方法原理

原子吸收是指呈氣態(tài)的原子對由同類原子輻射出的特征譜線所具有的吸收現(xiàn)象。

當輻射投射到原子蒸氣上時，如果輻射波長相應的能量等于原原子吸收光譜儀子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量時，則會引起原子對輻射的吸收，產(chǎn)生吸收光譜。基態(tài)原子吸收了能量，Z外層的電子產(chǎn)生躍遷，從低能態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。

原子吸收光譜根據(jù)郎伯-比爾定律來確定樣品中化合物的含量。已知所需樣品元素的吸收光譜和摩爾吸光度，以及每種元素都將優(yōu)先吸收特定波長的光，因為每種元素需要消耗一定的能量使其從基態(tài)變成激發(fā)態(tài)。檢測過程中，基態(tài)原子吸收特征輻射，通過測定基態(tài)原子對特征輻射的吸收程度，從而測量待測元素含量。

四、原子吸收光譜儀的構成

原子吸收光譜儀是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)構成。

1.光源

作為光源要求發(fā)射的待測元素的銳線光譜有足夠的強度、背景小、穩(wěn)定性。

一般采用：空心陰極燈、無極放電燈

2.原子化器(atomizer)

可分為預混合型火焰原子化器(premixed flame atomizer),石墨爐原子化器(graphite furnace atomizer),石英爐原子化器(quartz furnace atomizer)，陰極濺射原子化器(cathode sputtering atomizer)。

a.火焰原子化器：由噴霧器、預混合室、燃燒器三部分組成

特點：操作簡便、重現(xiàn)性好

b.石墨爐原子化器：是一類將試樣放置在石墨管壁、石墨平臺、碳棒盛樣小孔或石墨坩堝內(nèi)用電加熱至高溫實現(xiàn)原子化的系統(tǒng)。其中管式石墨爐是Z常用的原子化器。

原子化程序分為干燥、灰化、原子化、高溫凈化

原子化效率高：在可調(diào)的高溫下試樣利用率達1**%

靈敏度高：其檢測限達10-6~10-14

試樣用量少：適合難熔元素的測定

c.石英爐原子化系統(tǒng)：是將氣態(tài)分析物引入石英爐內(nèi)在較低溫度下實現(xiàn)原子化的一種方法，又稱低溫原子化法。它主要是與蒸氣發(fā)生法配合使用(氫化物發(fā)生，汞蒸氣發(fā)生和揮發(fā)性化合物發(fā)生)。

d.陰極濺射原子化器：是利用輝光放電產(chǎn)生的正離子轟擊陰極表面，從固體表面直接將被測定元素轉(zhuǎn)化為原子蒸氣。

3.分光系統(tǒng)(單色器)

由凹面反射鏡、狹縫或色散元件組成；

色散元件為棱鏡或衍射光柵；

單色器的性能是指色散率、分辨率和集光本領。

4.檢測系統(tǒng)

由檢測器(光電倍增管)、放大器、對數(shù)轉(zhuǎn)換器和電腦組成。

原子吸收光譜儀由光源、原子化器、光學系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)工作站組成。光源提供待測元素的特征輻射光譜；原子化器將樣品中的待測元素轉(zhuǎn)化為自由原子；光學系統(tǒng)將待測元素的共振線分出；檢測系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號進而讀出吸光度；數(shù)據(jù)工作站通過應用軟件對光譜儀各系統(tǒng)進行控制并處理數(shù)據(jù)結果。

圖3-2原子吸收光譜儀結構示意圖

五、原子吸收光譜儀對輻射光源的基本要求是：

(1)輻射譜線寬度要窄，一般要求譜線寬度要明顯小于吸收線寬度，這樣有利于提高分析的靈敏度和改善校正曲線的線性關系;

(2)輻射強度大、背景小，并且在光譜通帶內(nèi)無其他干擾譜線，這樣可以提高信噪比，改善儀器的檢出限;

(3)輻射強度穩(wěn)定，以保證測定具有足夠的精度;

(4)結構牢固，操作方便，經(jīng)久耐用。

空心陰極燈能夠滿足上述要求，它是由一個被測元素純金屬或簡單合金制成的圓柱形空心陰極和一個用鎢或其他高熔點金屬制成的陽極組成。燈內(nèi)抽成真空，然后充入氖氣，氖氣在放電過程中起傳遞電流、濺射陰極和傳遞能量的作用。空心陰極燈腔的對面是能夠透射所需要的輻射的光學窗口，如圖3-3所示。

六、原子吸收光譜儀的四大優(yōu)點：

1、靈敏度高：

適用于微量和痕量金屬與類金屬元素的定量分析。

2、準確度高：

火焰原子吸收的相對誤差小于1%，石墨爐原子吸收的相對誤差約為3%～5%。

3、選擇性高：

多數(shù)情況下，共存元素對待測元素不產(chǎn)生干擾。

4、分析速度快：

操作簡單快速，易于實現(xiàn)自動化。