原子光谱法：高灵敏度的线光谱检测技术

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3～5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳。

原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS），以及X射线荧光光谱法（XFS）等。

1.原子发射光谱法（AES）

原子发射光谱法（atomic emission spectrometry，简称AES），是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下发射的特征电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种。原子发射光谱分析的过程，一般有光谱的获得和光谱的分析两大过程。具体步骤如下：

1）试样的处理。要根据进样方式的不同进行处理：做成粉末或溶液等，有些时候还要进行必要的分离或富集；

2）样品的激发。在激发源上进行，激发源把样品蒸发、分解原子化和激发；

3）光谱的获得和记录。从光谱仪中获得光谱并进行记录；

4）光谱的检测。用检测仪器进行光谱的定性、半定量、定量分析。

原子发射光谱法的主要优点有多元素同时检出能力强，分析速度快，选择性好，检出限低，样品消耗少，用ICP光源时准确度高，标准曲线的线性范围宽（ICP-AES）。缺点是在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高；含量（浓度）较大时，准确度较差；只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定；大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线。

2.原子吸收光谱法（AAS）

原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，简称AAS），即原子吸收光谱法，是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。原子吸收光谱法该法具有检出限低、准确度高（火熖法相对误差小于1%），选择性好（即干扰少）分析速度快等优点。该法主要适用于样品中微量及痕量组分分析。

3.原子荧光光谱法（AFS）

原子荧光光谱法（Atomic Fluorescence Spectrometry，简称AFS）是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）之间的光谱分析技术。是测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。它的基本原理是基态原子（一般蒸气状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。原子荧光的波长在紫外、可见光区。气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，约经10^-8秒，又跃迁至基态或低能态，同时发射出荧光。若原子荧光的波长与吸收线波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。共振荧光强度大，分析中应用最多。在一定条件下，共振荧光强度与样品中某元素浓度成正比。该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3～5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳。主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用。

4.X射线荧光光谱法（XFS）

当照射原子核的X射线能量与原子核的内层电子的能量在同一数量级时，核的内层电子共振吸收射线的辐射能量后发生跃迁，而在内层电子轨道上留下一个空穴，处于高能态的外层电子跳回低能态的空穴，将过剩的能量以X射线的形式放出，所产生的X射线即为代表各元素特征的X射线荧光谱线。其能量等于原子内壳层电子的能级差，即原子特定的电子层间跃迁能量。只要测出一系列X射线荧光谱线的波长，就能确定元素的种类；测得谱线强度并与标准样品比较，即可确定该元素的含量。由此建立了X射线荧光光谱（XFS）分析法。

原子光谱法：高灵敏度的线光谱检测技术

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