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火焰原子吸收光谱法测定铜含量
实验目的
1、掌握原子吸收光谱法的基本原理；
2、了解原子吸收分光光度计的主要结构及工作原理；
3、掌握用火焰法定量测定元素含量的方法
二、实验仪器
TAS-986原子吸收分光光度计计算机及其软件
铜标准液容量瓶取液枪烧杯等
该仪器主要包括：微型计算机和原子吸收分光光度计主机。主机是由光源、原子化系统、分光系统和检测系统组成，其内部结构如图1所示。仪器可分别实现火焰法测量和石墨炉法测量。由于两种测量方式有区别，因此在实验内容中详细介绍。
空心阴极灯
原子化器
单色仪
检测器
原子化系统
雾化器
样品液
废液
切光器
助燃气
燃气

图1原子吸收分光光度计主机内部结构图
各部分的主要功能：
（1）空心阴极灯：发射待测元素的特征光谱。
（2）原子化系统：提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。
（3）分光系统：将待测元素的共振线与邻近谱线分开。
（4）检测系统：包括光电元件和记录系统，前者可用光电倍增管将光信号转变为电信号，后者可用检流计和记录仪来进行记录，再利用电脑直接进行数据处理。
三、实验原理
1、基本原理
利用空心阴极元素灯光源发出的特征辐射光，为火焰原子化器产生的样品蒸气中的待测元素基态原子所吸收，通过测定特征辐射光被吸收的大小，来计算出待测元素的含量。
当有辐射通过自由原子（如镁、铜原子）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所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中吸收能量，产生吸收，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。（如镁原子吸收，铜原子吸收的光），能量与频率的关系为：
（1）
共振吸收线：电子从基态跃迁到能量最低的激发态（第一激发态）为共振跃迁,所产生的谱线。共振发射线：当电子从第一激发态跃迁到基态时,则发射出同样频率的谱线（如图2所示）特征谱线：各种元素的原子结构和外层电子排布不同,不同元素的原子从基态第一激发态时,吸收和发射的能量不同,其共振线不同,各有其特征性。
I0
I
L
原子蒸气
共振吸收
基态
激发态
共振发射

图2原子能级跃迁图图3原子蒸气吸收图
在原子蒸气中（包括被测元素原子），可能会有基态与激发态存在。根据热力学的原理，在一定温度下达到热平衡时，基态与激发态的原子数的比例遵循分布定律。
（2）
与分别为激发态与基态的原子数；为激发态与基态的统计权重，它表示能级的简并度；为热力学温度；为常数；为激发能。
从上式可知，温度越高，值越大，即激发态原子数随温度升高而增加，而且按指数关系变化；在相同的温度条件下，激发能越小，吸收线波长越长，值越大。尽管如此变化，但是在原子吸收光谱中，原子化温度一般小于3000K，大多数元素的最强共振线都低于600nm，值绝大部分在以下，激发态和基态原子数之比小于千分之一，激发态原子数可以忽略。因此。在通常的原子吸收测定条件下，原子蒸气中基态原子数近似等于总原子数。基态原子数可以近似等于总原子数。
若将入射强度为的不同频率的光通过原子蒸气，吸收后其透过光的强度与原子蒸汽的厚度L的关系，服从朗伯定律，如图3所示。
（3）
其中为基态原子对频率为的光的吸收系数。为吸收层厚度。
由于物质对不同频率的入射光的吸收具有选择性，因而透过光的强度将随着入射光的频率而变化其中表明原子蒸气在处有吸收(如图4-a所示)。若将吸收系数对频率作图，所得曲线为吸收线轮廓（如图4-b所示）。原子吸收线轮廓以原子吸收谱线的中心频率（或中心波长）和半宽度表征。中心频率由原子能级决定。半宽度是中心频率位置，吸收系数极大
值一半处，谱线轮廓上两点之间频率或波长的距离。

图4吸收轮廓线
2、吸收系数的测定
（1）积分吸收
在吸收线轮廓内，吸收系数的积分称为积分吸收系数，简称为积分吸收，它表示吸收的全部能量。从理论上可以得出，积分吸收与原子蒸气中吸收辐射的原子数成正比。数学表达式为：
（4）
其中：为电子电荷；为电子质量；为光速；为单位体积的基态原子数；振子强度，即能被入射辐射激发的每个原子的平均电子数（一定条件下，一定元素，可看作是定值）。这是原子吸收光谱分析法的重要理论依据。若能测定积分吸收，则可求出原子浓度。但是，测定谱线宽度仅为的积分吸收，需要分辨率非常高的色散仪器。
（2）峰值吸收
目前，一般采用测量峰值吸收系数的方法代替测量积分吸收系数的方法。如果采用发射线半宽度比吸收线半宽度小得多的锐线光源，并且发射线的中心与吸收线中心一致，如图5所示。这样就不需要用高分辨率的单色器，而只要将其与其它谱线分离，就能测出峰值吸收系数。在一般原子吸收测量条件下，原子吸收轮廓取决于宽度（由于原子在空间作做无规则的热运动产生多普勒效应而引起的，又称热变宽）。
(5)
-谱