1. 原子吸收的基本原理
原子吸收光谱分析基于以下物理现象:当基态原子受到特定波长的光照射时,会吸收特定波长的光,从而跃迁到激发态。这一过程可以用以下公式描述:
N0⋅σ⋅L=ΔA
其中:
N0 是单位体积内的基态原子数;
σ 是原子对该波长光的吸收截面;
L 是光通过样品的路径长度;
ΔA 是光强的减弱量。
根据朗伯-比尔定律(Lambert-Beer Law),光强的减弱与样品中待测元素的浓度成正比,即:
A=log(II)=K⋅C
其中:
A 是吸光度(Absorbance);
I0 是入射光强;
I 是透射光强;
K 是比例常数,与仪器参数和元素特性有关;
C 是样品中待测元素的浓度。
2. 工作过程
医用原子吸收光谱仪的工作过程可以分为以下几个步骤:
(1)光源发射特征光
光源(通常是空心阴极灯)发射出具有待测元素特征谱线的光。空心阴极灯的阴极材料是待测元素,当施加高电压时,阴极材料会发射出特定波长的光,这些波长与待测元素的电子跃迁能量相对应。
(2)样品原子化
样品中的待测元素需要被转化为基态原子,以便吸收特征光。原子化过程可以通过以下几种方式实现:
火焰原子化:样品被喷入火焰中,高温使样品中的元素电离为基态原子。
石墨炉原子化:样品被置于石墨炉中,通过高温加热使样品中的元素原子化。
冷蒸气原子化:主要用于汞等元素的分析,通过化学反应生成气态原子。
(3)光的吸收
当特征光通过样品时,样品中的基态原子会吸收特定波长的光,导致光强减弱。吸收的程度与样品中待测元素的浓度成正比。
(4)分光与检测
分光系统(如单色器)将特征光与其他波长的光分离,确保只有特定波长的光被检测。检测系统(如光电倍增管)将光信号转化为电信号,并通过电路系统进行放大和测量。
(5)数据处理与分析
根据吸光度与浓度的关系,通过校准曲线或标准加入法,计算出样品中待测元素的浓度。
3. 原子吸收光谱仪的工作原理图
以下是原子吸收光谱仪的工作原理示意图:
光源(空心阴极灯) → 特征光 → 样品原子化器 → 吸收 → 分光系统 → 检测系统 → 数据处理4. 关键原理总结
特征光发射:光源发射出与待测元素特征谱线相对应的光。
原子吸收:样品中的基态原子吸收特定波长的光,导致光强减弱。
定量分析:根据光强减弱的程度,通过朗伯-比尔定律计算样品中元素的浓度。