资环系教案：仪器分析123

第一章 农业仪器分析概述一、为什么要开这门课目前，由于新技术革命和科学技术的飞跃的发展，用现代化装备进行生物科学研究日趋广泛和深入。那么仪器分析在农业现代化中的作用和地位已被人们重视，它不仅在农业科学研究和高等教育中有重要作用，而且在农业生产的各个领域都具有重要指导意义。
所以说仪器分析发展的水平、测试手段的高低，从某种意义上讲也就表现这个国家发展的水平（因为现代科学有许多领域是离不开测试分析手段的）。要使科研上档次、上水平也必须借助于高精尖的测试手段。
因而，在农业的各个领域中像土壤学、肥料学、微生物学、植物生理学、金属材料学、燃料学、食品科学、动物营养学、动物生理学、病理学、家畜药理学等和医疗卫生、环境保护等部门都越来越多地应用仪器分析开展科学研究和教学。那么我们食品科学更是如此。
第一节 仪器分析有关概念分析化学是确定物质化学结构和化学成分的实验科学，确定物质化学结构的方法称为结构分析。确定物质化学成分的方法称为定性分析。而确定物质有关含量的分析方法称为定量分析。在分析过程中取样量在十分之一克以上0.1克的称为常量分析。取样量在百分之一至十分之一之间（溶液的体积20—30ml）的称为半微量分析。液体为约为1ml。取样量千分之一克至百分之一克之间的称为微量分析。液体约在0.01—0.1ml。取样量千分之一克以下的称为超微量分析，被测定成分在样品中含量在万分之一以下的分析方法称为痕量分析。那么我们所讲的仪器分析多为痕量分析和微量分析。
现代分析方法大致可分为两类，即化学分析法和仪器分析法。以物质的化学反应为基础的分析法称为化学分析法，如最简单的酸加碱被中和可生成盐。化学分析法是分析化学的基础，由于其历史较久又称为经典化学分析法。以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法称为物理和物理化学分析法。由于这类分析都需要较特殊的仪器，故一般又称为仪器分析法。仪器分析法包括：紫外分光光度法、红外分光光度法、气相色谱和液相色谱法、发射光谱法、电射光谱法、电化学法、质谱法、核磁共振法。专门分析仪器法（如氨基酸分析仪、二氧化碳分析仪）等。在农业上常用的有吸收光谱法、气相色谱法、液相色谱法及荧光法和电化学法。
第二节 仪器分析的一般原理在我们所研究的范围内如土壤、食品、饮料、或植株或动物体或其它各种生物样品的样本，分析的目的无非是确定其中某些成分是否存在，（这就是定性），那么存在多少（这就是定量）结构如何。为达到此目的，首先应将样品制备成一定的化学体系，这个过程为样品制备过程，同时是仪器分析的准备过程，又有人称为样品的前处理。这个过程往往比较麻烦、费时、费力，若撑握不当，往往容易给最终测定带来很大误差，造成前功尽气。
为此，必须小心注意、认真的操作。根据分析的方法和目的，这个过程一般有下列步骤：（1）溶解试样。如固体试样成液体试燕。（2）分离出有干拢作用的组分。例如预测某种元素时，用络合剂将其它元素掩蔽起来。根据分析的方法和特点，有时还需要进一步制备。（3）特定的化学反应。如进行分光光度分析时需进行显色反应。
试样制备之后，即可上机进行分析测定。这个过程为仪器分析测定过程。这个过程比制备过程操作简单速度较快，约为制备过程的百分之一至十分之一的时间。一般仪器测定过程可分为以下几个步骤：
一、发生信号。上机试样虽经过制备过程已分离一部分与被测万分无关的成分，但体系内仍有较复杂组分，各成分或本身或经制备过程后具有特定的物理或物理化学性质。根据测定目的利用仪器这些特性，产生出相应的信号，如用分光光度法测定食品中维生素C，因维生素C是食品内的多种成分之一，经过制备过程。即显色反应之后，试样即具备了吸收一定波长单色光的性法。分光光度计中的光源、单色器、样品池（比色皿）而是发生信号的装置。透过样品池的单色光即是试样的信号。
二、信号转换：
上面我们讲了这个信号怎样才能为我们量的多少所以试样信号必须经一定转换之后，才能测量。一般信号以光、磁场、热等形式存在，多是将它们转化成电子信号，然后才能加以放大和读出。如分光光度计中光电池或光电管即是光电转换器，可以把光信号转变成电信号。
三、信号放大经转换的信号，一般都较弱，不易测得，必须由放大装置加以放大。一般均由放大电路来完成这个步骤。在现代仪器中，几乎全部都安装有放大电路。也有利用机械原理、光电原理来进行放大的，如G—581比色计的光屏读数尺是利用光学放大信号。现代仪器多是利用放大电路进行信号放大。
四、信号显示放大之后的信号，经一定的处理在电流表上、记录纸上或荧光数码屏上或荧光屏上显示出来。如在比色计光屏上读出透光率或消光值，在色谱仪的启示录纸上读取各组分的峰面积或峰高。
读取的试样信号数据如透光率、峰高等需与标准试样信号数据进行比较和计算才能得到最终数据。如读取动物体、食品试样的透光率，需在标准曲线上查得或经计算求得含某元素量多少。最终完成分析数据测定全过程。
现在很多仪器内部配置了数据处理装置，以代替人进行比较和计算工作。
五、数据处理将微电子计算机或其他电路装入仪器内部，使人们读得的不再是透光率，峰高等初级数据，而视成分含的最终数据。国外的一些先进仪器上，不但能测得最终数据，还能进行智能判断。如在加拿大把代表一定面积土壤的若干样品送入仪器测定分析之后，仪器把土壤中各种养分含量，微量元素的含量测定出数据，还把那种成分多，那种成分少，并按专家的思想应采取什么措施直接告诉人们。
由以上所说这些我们可以知道，仪器分析过程，光学和电子电路占有很大部分比例，信号转换之后，几乎都是电子学过程，就是说要想更全面地系统了解和掌握仪器性能。充分合理地利用仪器，我们应对光学，电子学的基本知识有所了解。
当然，仪器分析属于化学学科，需要更多的是化学元素专业知识。这是仪器分析工作的必备知识。因为仪器分析工作经常接触的化学问题。可以讲仪器分析是一门各学科 交叉的综合性学科。
仪器分析的特点和发展趋势仪器分析发展速度快，正向高精度、高灵敏度、快速分析简便操作等方面迅速发展。当前，仪器分析有如下特点：
一、不断采用物理化学、光学及数学、电子学的新成果。
二、仪器的更新换代快。由于科学技术突飞猛跃的发展，使昨天还是先进的仪器，今天就被淘汰。世界上几乎两三年就更新一代。
三、自动化程度高，现在很多仪器以样品处理。参数测量到数据处理都全部实现自动化。
四、电子计算机技术广泛使用，它可对操作过程进行程序控制，可对数据进行快速分析处理。前几年，计算机只是外加的附属装置，不能成为仪器本身的组成部分。近来几乎所有的进口仪器都是微机化，微机已经为仪器“大脑”即控制中心，使仪器具有某些方面的智能。有人称这样的仪器为第二代分析仪器。就是说微机的应用，使仪器分析到一个崭新的水平。
五、不同仪器方式的联用。如气相色谱法可对样品进行高效分离，质谱法可对样品各组分进行高灵敏度的检测。如气—质联用，可使分析水平显著提高。
六、一机多用，现代仪器设备成本较高价格昂贵，因而在仪器设计制造上，尽可能考虑考虑较广的适用性，即达到一机多用，不用组合使用，以相对降低成本。如北京产GFu—201型原子吸收光谱仪，它既可做吸收光谱用又可做火焰发射光谱用。这样就相对降低价格，并能充分发挥仪器作用。
第四节 仪器分析在农业上的作用仪器分析广泛应用于农业虽不过十几年，但越来越普及深入，先做一些简单介绍：
1、紫外、可见分光光度计分析。因仪器成本较低，装置简单，及灵敏度较高等特点，在农业应用广泛，近年来应用较多的如721型、722型、751型、7211型（北二光）WFZ—800—02（上海分析仪器厂产）这些都是国产的。
2、原子吸收光谱法。是1995 年以后迅速发展起来的一种分析方法。它具有灵敏度高，干扰少，快速准确及操作简便等优点，本法测定70余种元素。土壤和水质中微量元素与作物生长密切相关，各种食品中的微量元素的分析，牧草饲料及病理，血液微量元素分析测定都具有重要生产意义和科学研究价值。
3、发射光谱法。是比较古老的方法，此法最大特点是一次进样可同时测定多种元素，既可测定各种元素“全谱”。而且还具有操作简便、快速和较高的灵敏度等优点。但仪器昂贵，它可以分析食品、畜产品及土壤和植株的微量元素分析。
4、色谱法。主要有气相色谱和液相色谱两种。色谱法是比较古老的分析方法，它的前身是至上层析，后来逐渐的专用仪器所带替，成为现代有机成份分析的重要手段。它具有灵敏度高，可同时测定多种组份等优点。如对农药残留量、氨基酸、维生素、蛋白质、激素、炔类及脂类的分析，如我们开展多年的大豆生物固氮酶活性的测定（就是利用乙烯的量表示生物学固氮酶活性）。在食品科学中可测定蛋白质、氨基酸、糖等多种有机营养成份。
在反应动物消化生理研究中，用气相色谱法测定胃内溶物各种有机酸含量，间接研究胃内微生物分状况。
5、荧光法。主要特点是灵敏度高，操作简便、装置简单。可用于蛋白质、氨基酸、维生素、激素、酶类某些微量元素等分析，食品、植株、饮料等样品中微量元素硒的测定具有多方面意义。用荧光法测硒，开展地方病研究，进行动物营养研究也正展开。
6、红外光谱法。某些质对红外线有特征的吸收现象，就此原理可进行定性、定量分析。用经外光谱测定二氧化碳含量经研究畜慨内的气体流通情况及植物的呼吸，光合作用。
7、其它方法。电化学包括电泳法、电导法、离子选择电极法。此外还有旋光法，核磁共振法和X射线法等都有较快地应用于农业。
本门课程宗旨使大家了解仪器分析各种方法的基本原理，仪器装置以及在农业上的应用，重要掌握原子吸收法、色谱法和荧光法、电化学法。达到进行一些简单的实验测定工作为今后工作打下一定的基础。
前面讲过我们所开课的这门课为仪器分析课，那么什么仪器分析呢？以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法称为物理和物理化学分析法。但由于这类方法都需要较特殊的仪器，故一般又称为仪器分析。仪器分析所包括的内容有光学分析法、电化学分析法、色谱分析法等等。
而我们今天所讲述内容只是其中的一部分，并结合现有的仪器（原子吸收光谱仪），准备较详细地价绍一下，因为原子吸收光谱在（农业、食品科学）上的应用十分广泛，特别是土化专业作为分析测试手段的必不可少，而我们虽不是土化专业，但对农学专业也是非常有用的，对于大家走向工作岗位从事科研工作也会有帮助的。
1、光学分析法。它的内容很丰富，是凡用光源作为发射式吸收来进行物质测定的仪器都属于光学分析法的范畴。
2、电化学分析法。就是化学变化与电的现象紧密联系起来便是电化学。应用电化学的基本原理来作分析，便形成电化学分析，如电位滴定、电导滴定、还有离子选择电极都属天电化学分析。
3、色谱法是一种物理化学分离分析法，它将待测分析样品的各组分进行分离，然后顺序检测各组分的含量。
第二章 原子吸收光谱分析第一节 原子吸收光谱分析概述
（一）、原子吸收分析的现代应用和发展历史在生产和现代科学技术迅猛发展的今天，对于作为科学技术眼睛的检测手段也提出了愈来愈高的要求。特别是各种材料和产品中微量杂质对产品的性能有很大的影响。因此如何准确测定各种物质中所含的微量成份，便引起了人们的广泛注意，已到只用经典的化学分析方法（经典的化学分析就是以物质的化学反应为基础的分析方法，也称为化学分析法。）常常不能满足测定微量成份的要求。因而需要寻找更灵敏的方法。在这种情况下应用物理化学原理进行物质含量测定仪器分析方法得到迅速的发展，特别是十几年来，新的分析仪器不断问世，逐渐代替了原来依手工操作的经典化学分析方法，而成为常规的分析方法，从而大大缩短了分析时间，节省了人力。原子吸收光谱法也称为原子吸收分光分度法（Atomic Absorption Spectrometry）就是这样其中一种新的食品分析方法。
原子吸收光谱分析是基于从光源辐射出待测元素的特征谱线通过样品蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子的吸收。由辐射光强度减弱的程度来求出样品中待测元素的含量。有关原子吸收的现象。早在1802年就已被发现，这就是太阳光谱中存在许多条暗线，称为弗兰霍夫线，这是大气层中蒸气组分吸收了太阳辐射的某些波长的光所造成的。
但是，直互1955年，由澳大利亚物理学家瓦尔什（walth）才正是提出利用原子吸收这种现象来进行微量金属的化学分析，并发表了首篇论文《原子吸收光谱分析在化学中的应用》，同时在墨尔本展出了由他设计的第一台原子吸收分光光度计，原子吸收光谱作为一种试样成分分析方法被载入分析化学史册。
原子吸收分光光度法作为分析测试手段获得如此广泛的应用与飞跃的发展还是在五十年代后由于各国科学家的共同努力，不公奠定了原子吸收光谱分析的理论基础，而且解决了应用技术落后上的许多问题，并设计和制造了性能比较优良的原子吸收光谱分析装置，使得这种新的分析方法在六十年代得互迅速的发展，而成为广泛应用的一种较为完善的现代分析方法，近三十年来，原子吸收光谱分析在各种仪器分析方法中它是发展最快的一种，在分析仪器发展史上也是罕见的。根据有关资料可明显地看出，可是过了十二年，到1972年，全世界就有两万台原子吸收在使用，现在还在迅速增加。有关原子吸收光谱的文献，六十年代平均每年发表60篇左右，可是到1970—1975年间平均增长了十倍（就是说人们对它的认识和研究更广泛深入了。），在1975年以后每年平均为1000篇，也有许多的专著发表。
随着电子技术的飞跃发展，近年来国外制造的原子吸收光谱仪，大多已采用集成电路，装有微型数据处理装置及电子计算自编程序控制系统，目前将带有微型计算仙的原子吸收仪器分为三种1、简易的邦吸收微处理机系统。这类仪器的微机单纯作测量信号的数据处理。如自动调零、对数转换、曲线校直、量程扩展和积分测量等。其典型仪器有，沈分的403，北分202，PE420、430等。2、半自动化的的原子吸收微处理机系统。典型仪器是PE3030，日立180—80，Z—、600，spectaa20。这类仪器多采用阴极射线管作显示器，并采用BASLE语言，通过用键盘进行数据输入，能进行分析曲线的显示与分析数据的存贮。3、全自动化原子吸收微处理系统，也称智能型仪器。典型的仪器PE5000，PU900型（英国）。这类仪器能对被分析元素的各种条件自动选择，并能顺利地自动分析4—16种元素。实现了自动化连续操作，大大节省了时间，提高了分析的速度和测定的准确度。
在国内，六十年代初就引起了我国分析工作者的重视，1963年国内就有人在刊物上介绍了这种新的分析方法。1965年复旦大学电光源实验室和冶金工业有色金属研究院分别研制成功了原子吸收分析用的空心阴极灯光源，1970年北京科学仪器厂研制成功了WFD—Y1型单光束火焰原子吸收分光光度计，到目前为止，国内已有数个厂家能生产多种型号的原子吸收分光光度计，并朝着高效自动化迅速发展，这一新型的分析仪器方法在我国各个领域获得迅速发展，诸如：冶金、地质、化工、农业、医药卫生、环境保护等各个部门。特别对农业的研究方面在快速发展。如可通过学习对土壤、植物的分析如全量及有效成分的分析来指导合理施肥也就是常说的测土施肥，因为我们在50—60年代主要是研究N、P、K三大要素，而随着科学的发展已达到除这三大要素外，许多微量元素如B、M0、CU、M等在植物生长发育周期起着重要作用。那么通过研究土壤和植物的供求关系来合理施用，以减少育目性。饲料配方研制，食品等。
原子吸收应用如此广泛是和它本身具有的特点分不开的，它同其它测试仪器相比具有设备比较简单，干扰少，容易克服，测量精度高，快速、样品用量小如皿浸、灵敏等许多优点。目前可以分析的元素达七十余种，有些国家已将这一分析方法列入国家标准分析方法。
但是，我们所讲的任何一种方法都不是完美无缺的。原子吸收也是如此，例如它对于共振线处于真空紫外区域（100—2000A0、10—200mm）的元素如N、P、S、O和卤族元素还不能测定，对其它有些元素的灵敏度还不高，这必须加以重视。
（二）AAS法发展的新动向近年来，国内外都有人致力于研究激光在原子吸收光谱分析方面的应用。一是用可调谐染料激光代替空心阴极灯和无极放电灯光源；一是用激光使试样原子化。这将为微区和薄层分析提供新手段，为难溶元素（原子吸收中难溶氧化物指某些元素在火焰中生成在难离解的一氧化称如：BaO、CrO、AtO、SiO等。）的原子化提供新方法。塞曼效应（由于试样的主成份以及溶剂而引起试液的密度、粘度以及表面张力等特性的变化，致使喷雾料激光效率和原子化程度发生所造成的干扰称塞曼效应或塞曼体干扰。），空心阴极灯自吸收效应的应用，使得在很高的背景下也能顺利地进行测定。连续光源、中阶梯光栅单色器、波长调制原子吸收是70年代后期发展起来的一种背景新技术。使用电视型光电器件做为元素分析鉴定器，结合中阶梯光栅单色器和可调谐激光器代替元素空心阴极灯光源，设计出用电子计算机控制的测定多元素的原子吸收分光光度计，将为解决同时测定多元素问题开辟新的途径。电容放电脉冲加热技术，可能是根本改善原子吸收绝对分析的一种有前途的方法。高效分离技术气相色谱仪与原子吸收分析仪联用，将会使原子吸收光谱分析的面发生重大的改观。所有这些新的发展动向，都值得到起重视。
原子吸收光谱分析在我国各个领域获得迅速的发展、教学、科研各单位积极研究和推广。毫无疑义，原子吸收光谱法一定会在我国社会主义建设事业中发挥更大的作用。
第二阶段 光谱基本知识
2—1光与光谱现代仪器分析许多方法是建立在光的发射和光的吸收基础上的，因此，首先简单介绍一下光和光谱的基本知识。
在光子中我们都已经知道，光的本质是一种电磁波，我们看见和各种着色的光灯是电磁波的一种，此外紫外光、红外光、X射线、Y射线微波、无线电波也都是电磁波，它们的横波形成向空间传播，在真空中具有相同的传播速度——光速。
从广义上讲，各种电磁度灯属于光谱，按波长大小可分为：
R射线曲 0.0005—0.14nm。
X射线 1.01—0.0nm
光学光谱 100—300um
微波波谱 0.3mm—1m
（波长指两个相邻的波峰或波的直线距离）
光学光谱又可分为：
真空紫外光谱仪 100—2000 10—200nm
远紫外光谱 2000—3800 200—380nm
可见光谱 3800—7800 380—780nm
近红外光谱 7800—3微米 780—3微米注（1）
1m=103mm=106um=109nm=1010à
通常我们肉眼所观察到可见光波长如下：
红色 640.0—850.0ànm
橙色 590.0—640.0ànm
黄色 560.0—590.0ànm
绿色 490.0—560.0ànm
青色 450.0—490.0ànm
兰色 420.0—450.0ànm
紫色 400.0—420.0 nm
由此可见，光的颜色与光波长密切相关，所谓单色光就是具有确定波长（或频率）的光，所谓复合光就是具有各种波长的光。聚集在一起复合光可以通过色散元件（磁色线、棱镜、光栅等）获得具有一定波长密度的单色光。
原子吸收光谱所研究的波段在190—850nm，且主要集中在200.0—400.0nm的紫外区，这是因为大多数元素的灵敏吸收线分布在这个区域。不同的电磁波，有不同的特性。R射线是由于原子核衰变时辐射出来的光谱，也具有相当的穿透能力，R射线是原子内层电子跃过时辐射出来的光谱，也具有相当的穿透能力。紫外线、可见光和近红外光谱是由于原子外层电子跃迁所产生的辐射，这是原子光谱所研究的波段。红外光谱是分子振动光谱和转动光谱。微波和无线电波也是分子转动光谱，通常由电磁场所辐射，由此可见所谓光谱，就是按照波长顺序排列的电磁辐射。我们常见的光谱有三种类型。
（图2—2）（1）“线状光谱”是气态原子或离子发光又称原子（离子）光谱，各种元素的原子（离子），在高温下都会发射出具有特定波长的线状光谱。这是一些不连续的明亮线条。（2）“带状光谱”是被激发的气态分子发光称为分子光谱。（3）“连续光谱”是由光源在一定波长范围内，发射连续光谱辐射通常是固体或液体发光，液态或固态物体在高温下激发，会发射出具有各种波长的光连在一起，如：常见的白炽灯发射的就是连续光谱。（氢灯、氘灯、氙灯）
图光具有两重性，即被动性与粒子性。所谓光的粒子性是指光是由光量子所组成，它具有一定的能量，光具有的能量与光的频率有关：
E=hv
h
v
E
V=C
公式由h与c均为常数，故从式2—3可以看出，光子的能量越大，其频率越高，波长越智。由于有这种关系，我们就利用这种性质来分析各种物质引入发射光谱分析概念，不同结构的物质在外来能量（光、电、热），激光下会发射出波长不同的电磁波（光）。利用这一特性进行物质的定性、定量分析的方法称为发射光谱分析，它包括发射光谱分析法、火焰光度法、荧光磷光法、x射线发射法。吸收光谱分析具有不同的分子结构的各种物质对电磁辐射存在有选择性吸收的特性，而基于这一特性来进行物质的定性、定量分析称之为“吸收分光光度法或吸收光谱法“。它包括紫外可见分光分度法、红外吸收光谱法（研究红外辐射与分子振动或转动的相互作用）、原子吸收光谱法、核磁共振法、x射线吸收法（根据测量射线及透过样品及标准的x射线 强度进行分析的方法）、微波法、偏振旋光法等。
2—2原子结构与原子光谱根据光谱产生的来源不同，光谱可分为原子光谱与分子光谱。
原子光谱是由于原子外层电子能级发生变化而产生的辐射或吸收，它表现形式为线光谱，而且主要集中紫外——可见光区域，不同的物质是由不同元素的原子所组成，实验证明各种物质地一定条件下都会发射或吸收其固有的特征光谱，有些元素只辐射为数不多的原子光谱仪线（如氢原子）有些原子则辐射几条原子光谱（如铁原子），稀土元素的原子谱线更为复杂，原子光谱的复杂性反映了原子结构的复杂性。原子结构简单辐射线少，原子结构复杂，辐射线就多，我们通过测量元素的特征光谱，不但可以进行物质的定性、定量分析，而且还给我们带来原子内部结构信息（就是通过分析可以了解原子的结构），因此原子光谱是研究原子结构的重要手段。
根据原子结构理论，我们知道原子是由带子电的原子核和核外带负电的电子组成，核外电子绕原子核不继地旋转的轨道运动，同时电子也在作不规则的自旋运动，核外电子排列遵循2n2规律，n是壳层n=1、2、3……n 平时原子核带的正电荷量等于核外电子的负电荷量，原子呈中性。
根据经典量子理论的观点：
（1）原子核外围电子，只能在某些分立的轨道上绕核转动，轨道间是不存在电子的，即所谓“轨道量子化”。
（2）每一轨道相当于原子中电子的某一运动状态称“量子态”对于一个确定的量子态而言，整个原子具有确定的内部能量值——原子能级。可见，所谓原子能级，就是指原子内部那些具有确定能量的分立的量子态。
原子能级是一批可数的数目，同种原子能级相同。原子岁可能存在的所有能级按能量高低，用一系列水平线划出，就是原子能级图。
（3）在正常状态下没有外界的扰动，原子总是处于自己的最低的能量状态，（也是最稳定的状态，处于巨大基态的原子被称为基态原子。）称为基态，处于基态的原子是最稳定的，只要没有的干扰，原子既不发射光，也不吸收光。
（4）基态原子的最外层或次外层电子由于离核较远，当核要外界提供能量时，这些外层电子就会跃到更高一级轨道上去，这也是原子源激发这种状态称为激发态（exciec state）处于“激发态”原子是稳定的，在很短的瞬间（10-8秒）电子就从高能态原子返回到原始状态（E0）或其他较低的能量，（Ep）放出多余的能量这种多余的能量一般是以电磁辐射（光）的形式放出。
如图：
对于某元素的原子来说，其电子能级图是一定的，两个能级之间的能量差也是一定的。
公式：
由此可见，原子发射光或吸收光所辐射的频率（或波长）不是任意，而是取决于能级间的能量之差。由于原子结构不同，它们的能级Ep能量不同，因此不同的原子都有其特征光谱线，同一个原子也有不同的Ep和Eq故一个原子可以生产不同的谱线，能级差△E在辐射跃迁的频率（或△E）就高。波长短、能级差小辐射的频率低、波长就长。
综上所述，原子光谱的产生是原子在不同能级间跃迁的结果，这些跃迁是通过原子和次外层电子从一种运动状态改为另一种运动状态来实现的。
激发原子通过直接跃迁形式回到基态所辐射的谱线称为“共振线”，共振线一般在一条以上，从较低激发态（第一激发态）到基态直接噱跃迁所辐射的谱线，叫第一共振线，往往也是元素最灵敏线。
通常，吸收光谱产生于基态到激发态之间的跃迁。基态原子通过光吸收而到达激发态，当它回复到较低的激发态或基态而发射的光叫荧光，其中共振荧光是激发态到基态的直接跃迁。
至此我们可以把与原子光谱有关的几种光谱分析方法的原理进行简单的比较。
发射光谱分析是通过测定试样中待测元素的原子在外来能量激发下发生能级跃迁而放出的辐射的特征波长和辐射强度来进行物质定性、定量分析的一种仪器分析方法。
原子吸收光谱分析是通过测量试样中待测元素的原子蒸气对特征光谱的吸收程度来测定元素含量的一种 新的仪器分析方法。
原子荧光光谱分析是介于二者之间的，就是测量试样中待测元素的原子蒸气在特定辐射对激发下所产生的荧光发射强度来测定元素含量的一种仪器分析方法。
其三种分析方法各有特点，仪器结构原理见图视：
图
2——3 分子光谱分子光谱是由分子中电子能级及分子振动、分子转动能级的变化所产生的光谱。分子内能也是量子化的，可能存在的量子化能量就是分子能级，由于分子结构复杂性使能级结构复杂化，与原子光谱的能级组相比分子光谱的能级组合更为多样化。
对任何一个分子，其总量子化能量为电子运动、分子转动和分子振动三部分能量之和，故能级跃迁形成光谱的频率包括了这三种运动所引起辐射或吸收的频率。当分子由某一电子能级跃迁到另一电子能级时，同时伴随产生振动，转动能级变化。因此吸收光谱为线光谱，在分子为气态时，分子间相互作用弱。可以观察到这种线光谱，但在溶液中分子之间相互作用强，振动、转动能级变化得很密，因此吸收光谱形式带状光谱。
第三节 原子吸收分析的原理在第二节中，我们已经讨论原子光谱的原理，并且比较了原子发射光谱、原子吸收光谱和原子荧光光谱的工作原理和特点，下面我们再把原子吸收法同分光光度法作个比较。
自由原子在外界作用下，既能发射也能吸收其特征光谱，这种过程意味原子内能发生改变。原子吸收光谱的原理，是基于自由原子对光辐射的吸收程度，就可以推断出样品中元素的浓度，原子吸收法作为吸收光谱分析的一种，它同分光光度法有相同之处。图书3—1是分光分度法和原子吸收法原理及曲线进行比较的示意图。
由图可见，这两种吸收分析在形式上并无差异，由光波辐射强度不I0的光通过吸收池后被吸收部分能量，光强度变为I，它们都遵循朗伯—比耳吸收定律的。仪器结构均由四大部分组成：光源、吸收池、单色器和检测器，但是这两种吸收分析就其吸收机理而言，存在着本质差异，分光光度法的本质是分子吸收，而分子吸收是一种宽带吸收，带宽状几埃到几十埃，甚至更宽，所以分光光度法使用连续光源（钨丝灯、氢灯），然而，原子吸收是一种窄带吸收或人们常说的谱线吸收。吸收带宽仅有0.00xA0数量级，因此原子吸收分析法使用是锐线光源，这两吸收带宽相差上万倍。正因为吸收机理的差异不仅使它们吸收条件不一样，而且具有各自的不同的分析特点，原子吸收分析法，它具备了发射光谱分析法和分光光度法的某些特点，因而介于两者之间，对某些元素的测定有其独到之处。
3—1 基态原子数与火焰温度的关系在第二节中我们已指出，原子由于运动状态不同，原子内能可以处于不同的能级。理论研究实践证明，大量原子达到热平衡状态时，处于不同的能级的原子数目，是遵循玻尔兹曼分布规律的。即公式式中N1、N2和g1、g2分别为处于级级E1、E2状态下的原子数和统计数量E2＞E1 T是绝对温度T＞0、K是玻尔兹曼常数，为1.38×10－16尔格/度，统计权重g是某指定能级所包含的不同态的数目。一个能级是由几个分裂子能级组成，就称其为简并能级。所以，统计权重等于能级的简并度，如果能级是单一的，g=1，对于内量子数为j的分裂能级统计数差g=2j+1，令Ni=N0表示基态原子数，Ni表示激发态Ei的原子数，式3—1改成公式此式表示处于激发态原子数与基态原子数的关系，即在绝对温度T 达到热平衡时，激发态原数与基态原子数是有一定的比值。
在原子吸收分析中，火焰原子化温度随火焰类型而不同，常用几种火焰，温度一般在2000—3000K范围。因此，应用公式3—2就可计算出激发态与基态原子的比值，表面光洁度3—1给出了部分元素的激发态与基态原子的比值。
原子发射光谱分析着眼于激发态原子数Ni，而原子吸收分析则着眼于基态原子数N0就一般在讲在火焰温度范围内，大多数元素的激发态原子数和基态原子数比值Ni/N0<1%，这就是说，火焰中被解离的绝大部分原子处于基态，仅仅一些易激发的碱金属元素在温度较高时，才可望有较多的激发态原子，由于大多数元素的最强共振线波长都短于6000A0，且通常在3000K温度下原子化，所以Ni与N0相比可以忽略不计，即可以认为基态原子数目N0实际接近或等于火焰中待测元素的原子总数。其次激发态原子数目Ni随温度T以指数形式变化，这对本来就为数不多的激发态原子影响十分严重的，它降低了发射强度测定的准确度，就是说，发射光谱法受激发温度影响很大，这正是常规发射光谱分析的弱点。
基态原子N0受温度变化影响很小，尽管火焰温度发生变化，但基态原子数目实际上保持恒重。因此，采用原子吸收法往往具有较好的稳定性和较小的一干扰。这也是原子吸收法优于发射光谱法的一个地方。
虽然，比尔定律适用于作为可见和紫外分光光度法、基础的分子吸收现象、我们所讨论的原子吸收现象，但是，如何来考虑吸收问题原子吸收又有它的特殊性。
3—2 原子吸收与原子浓度的关系原子吸收与原子浓度的关系与分光光度法的基本原理相似，也符合朗伯—比耳定律公式式中I0v是频率为V的光源辐射光强度，Iv是频率为V的透射光强度，L是火焰的厚度或长度，Kv是频率为V的原子蒸气的吸收系数，Kv与L无关，而决定于吸收介质的性质和入射光辐射的频率V0。
下面，我们研究“积分吸收”与“原子浓度”的关系。由于任何一根光谱发射线或吸收线都有一定的实际宽度，而不可能成为一条理想的几何线，对于稀薄物质如气体透射光的强度与表现为一个相似于图书室3—2的频率分布，即吸收线强度是频率的函数。原子吸收法中喷入试样的火焰是个原子分散状态的体系，也属于此种情况。
图所谓积分吸收就是围绕着中心频率V0在它的半宽ΔV狭窄范围内的吸收系数积分和面积，数学表示为,根据经典的爱因斯坦理论，谱线的积分吸收与基态原子数目的关系如下：
公式式中e是电荷，m是电子质量，c是光速，f是振子强度。——能被入射激发的每个原子的电子平均数。N0v是每立方厘米中能够吸收频率 v→v+dv范围辐射的基态原子数目。
从式3—4可以看出，谱线的积分吸收与基态原子数目成正比，由于基态原子数目近似等于待测元素原子的总数N0，所以谱线的积分吸收与待测元素原子的总数成正比。
式3—4可以看出 是常数，可用k表示，故得公式显然，根据3—5，只要能准确积分出,就能精确计算N。从而得出试样中元素浓度C，因此N是正比于C，即公式
3—3 原子吸收的测量方法从式3—5可以看出，积分吸收与待测元素的浓度成正比，之间是简单的线性关系，只要确定测定了积分系数，就可以确定蒸气中的原子浓度，然而如何实现积分吸收的测量则是相当困难的。
从第二节的讨论我们知道，吸收光谱与电子能级之间的跃迁相对应的，而电子能级之间的能量差是确定的，因此吸收光子的能量是某个确定值，这就是说，吸收光谱应是线光谱。但实际观察到的吸收光谱并不是线状光谱，而是一个很窄的吸收塔带，其半宽度约0.00XA0，实际的吸收轮廓如图3—2（b）所示造成吸收线变宽的原因有：
（1）自然宽度（）
吸收线的自然宽度是和产生跃迁的能级的有限寿命相联系的，因为基态原子是稳定的，其寿命可能为无限长，因此，对在原子吸收分光光度法中，使用的共振吸收线而言，其自然宽度仅和激发态原子的有限寿命有关。
由于微粒运动规律的统计性，对全部受激原子就不能有确定 的寿命，而只能说有平均的存在时间I（即平均寿命）。激发态原子的寿命通常约为10－8秒数量级。激发态原子的平均寿命越长，谱线越窄，例如受激发射，由于激发态平均寿命长。因此，激光光谱是一种极锐的谱线，反之，激发态平均寿命越短，谱线越宽。
相应于激发态正常的平均存在时间的谱线宽度，就是谱线的自然宽度。吸收线的自然宽度通常为10－4 A0数量级，与其它变宽效应相比，可以忽略不计。
多谱勒变宽（）
从一个运动着的原子发出的光，如果运动的方向背着观察者，则在观察者看来，其频率较静止原子所发出的光的频率低，反之，如果原子向着观察者运动，则在观察者看来，其频率较静止原子所发的光频率高，这就是所谓的多谱勒效应。对于普通的原子吸收池火焰和石墨炉。气体原子处于无序热运动中，其运动的速度和方向是“杂乱无章”的相对于观察和检测谱线的方向，各原子有着不同的运动分量，使一些原子路向检测，另一些原子“背离”检测器，于是检测器接收到的是许多频率长期微有一同的光，这种运动着的气体原子的多谱勒效应便引起谱线总体的加宽和变形。
此为，多谱勒加宽。
多谱勒加宽由下式决定公式式中v0和分别为极大吸收频率和波长,R是普通气体常数,C为光速,T为吸收气体的绝对温度,是吸收原子的原子量。
由上式可以看出，多普勒变宽值吸收原子的原子量减小，原子吸收池温度升高、吸收线波长增加而使谱线增宽。
罗伦兹变宽罗伦兹变宽是吸收原子与局外气体的原子或分子相互碰撞所引起的，它与多普勒变宽一起对吸收线的形状、宽度、位置影响很大。实验表明增加外界气体压力能引起谱线变宽并使谱线的峰值发生位移，造成谱线轮廓的不对称，不同气体对谱线的变宽和位移产生的影响不同。
除了上述三个主要因素外，影响谱线变宽的因素还有共振变宽，这是同种原子相碰撞而引起的变宽，场改变宽，这是一种由外来电场或带电质碰撞而导致的变宽。叫做赛尔曼效应，同种原子的自吸收也会导致谱线变宽称为自吸变宽。
在上述各种因素中，变宽哪个因素占主导地位。要看具体情况，对于温度在1000—3000K，外界气体压力约为一个大气压时，吸收线的轮廓主要受多普勒和罗伦兹变宽影响，这两种变宽通常具有相同的数量级（0.00nm）。
由于在实际存在的各种引起谱线变宽的因素。因此，吸收塔谱线光谱不是一条线状光谱，而是很窄的一个吸收带。要测量一条宽约不0.001—0.005nm谱线的轮廓，求出它的积分吸收，要求单色器的分辨率达50万以上，这在实际应用中是困难的。
如果用一般连续光源通过单色器所得到的具有一定带宽的单色光去照原子蒸气。然后进行原子的吸收测量，这样的测量在实际上也是难以实现的，因为原子吸收光谱的半宽度很窄，但单色器分光出来的单色光其半宽度相对来说是很宽的，大约在0.2nm以上，图3—3中的线I表示吸收光谱曲线，曲线Ⅱ表示单色器分光出来的光谱。原子吸收部分是曲线Ⅰ及Ⅱ相重合部分，即图阴影面积部分。曲线Ⅱ除阴影以外的面积部分，从图中可明显看出、吸收部分仅占很小比例，λ的光强与透射光强相差很小，要把光强如此小的差别检测出来是很困难的，而且误差将很大。
图若将狭逢宽度调得非常小，单色器分光出来的单色光的半宽度可以小些，但透过的光强大大减小，以致给出的信号与仪器的噪音接近而难以准确读出。
将用什么样的方法来代替积分吸收的精确测量呢？在1955年 经过研究提出了采用峰值吸收法来代替积分吸收，由于解决了这个难题，因而，使原子吸收法在实际分析中得到了广泛的应用。前已指出，积分吸收系数表征在半宽度△V范围内吸收系数曲线kv——v所占据的面积根据式中3—5这个面积与基态原子浓度N是线性关系。我们假定不存在中心波长位移，在v0处对应着峰值吸收系数k峰，我们从图3—4看发生改变。比如分别为 △V1 △V2△V3,其中△V1＜△V2＜△V3
相应的峰值吸收系数k峰而随之改变，分别为 k1、k2、k3、并且 k1＞k2＞k3，这就是说峰值吸收系数k峰是吸收线半宽△V和积分吸收系数的函数，即公式式中的a是常数，称谱线结构因子，取决于谱线变宽因素。式3—6表明吸收线半宽度△V越小，吸收曲线两边越向中心频率v0靠近，则k峰越大，同时，（kv越大）,也越大，所以k峰与公式成正比。式3—5代入式3—6，即得到：k峰=
由此可以看出，在温度不太高而稳定的条件下，中心频率处的峰值吸收系数k峰也与火焰中待测元素的自由原子浓度成线性比例关系。因此，可用中心频率的峰值吸收的测量代替积分吸收的测量。
如果我们采用一种锐线光源（如空心阴极灯），此种光源所发射的光谱线半宽度很窄，可以做到其半宽度比原子吸收光谱的半宽度还要小些，这种单色性更好的锐线光可以充分的被原子蒸气所吸收，如图3—5中阴影所示。此时入射光强及透射光强相差较大，检测它们的差别就不困难了。这就是原子吸收光谱法中需要使用锐线光源的道理。另外，使用空心阴极灯这类锐线光源还有一个好处，就是使发射线的中心频率与吸收线中心频率恰好重合。从而有利于峰值吸收系数的测量。在原子吸收测量中。一般v0即为最强共振线频度。由于光源辐射极窄的锐线，△V是很小的。我们还假定，发射线和吸收线的轮廓都是对称型曲线，并且不存在中心波长移位。因此，可以认为，用半峰宽度△V极小的锐线，在△V0处测定的吸收系数k0应当是峰值吸收系数k峰。
公式根据式3—3和式3—T得出：
公式由于N是正比于C的,故式3—9可改成：A=KC，这就是所谓吸收公式，它反映了谱线共振吸收与元素浓度的线性关系，是原子吸收分析制作标准工作曲线的理论根据。无论是胡火焰法，还是在无火焰法的测定中，都证明有很好的实用效能，但是，我们应该记住，式3—9的导出是建立在 的峰值吸收法基础上的，在公式推导过程中是作了一些假设和规定的。首先，在导出积分吸收系数公式时，假设在热平衡状态下，没有次级光谱跃迁过程，同进认为进入吸收光路上的光密度是相同的，显然，这只是有在稀薄气体弱吸收条件下，才是近似正确的。也就是说，吸收线峰值吸收处的吸光度A，与样品中元素浓度C呈线性关系，仅仅是在样品浓度不太高时才是成立进。其次，我们的讨论，自始至终都是假定：吸收原子浓度、基态原子浓度和样品中元素浓度之间遵循着严格的线性关系。事实并不如此，由于各种化学干拢现象和其他因素的影响。吸收原子浓度、基态原子浓度和样品中元素浓度之间存在着非单调性。另外，空心阴极灯辐射共振线半宽度并不总是很窄的，有时甚至和吸收塔线宽同样数量级，还有，在大所压下工作的原子吸收池存在有吸收线碰撞变宽和中心波长位移，使读出的吸光度A，并不是峰值吸收处的值，而是偏低了，如果我们忽略了上述种种假设和规定，就会导致A—C工作，曲线的非线性引进λ为的分析误差。因此，我们在实际应用中对峰值吸收法的适用性和局限性应有一个了解，依据不同情况进行具体分析，以求很得最合理的分析结果。
第四节仪器装置
原子吸收分光光度计主要由四大部分组成：
1.光源——发射待测光源的锐线光谱。
2.原子化器——产生待测元素的原子蒸汽。
3.分光系统——分出待测元素的共振线。
4.检测系统——测量待测元素的原子蒸汽对共振辐线的吸收；包括检测器、放大器和读数装置。
一、辐射光源
在原子吸收分光光度计分析中，辐射光源的功用就是发射被测元素的特征共振辐射。对其辐射光源的基本要求是：①发射被侧元素的特征共振线②光谱纯度高，在光谱通带内无其他的干扰谱线；辐射强度足够大，就是发光强度要大；没有或者只有很小的连续背景；稳定性很好；操作和维护方便，使用寿命长。
目前，能满足上述要求、使用效果好的光源有空心阴极灯和无级放电灯亮种，其中以空心阴极灯使用最为普遍。
1．空心阴极灯
空心阴极灯的结果如图4-2所示：
空心阴极灯是一种阴极呈空心圆柱形的气体放电管。。原子吸收分析通常采用封闭型的空心阴极灯。
在空心阴极灯泡内，有一个由被测元素纯金属或合金制成的圆柱形空心阴极灯和一个钨制阴极灯。也有使用钛、锆材料做阴极的，钛、锆同时也作吸收剂，吸收灯内的气体杂质。阳极和阴极封闭在充有低压惰性气体的玻璃套内，空心阴极腔的对面是能透射所需要的辐射的光学窗口，根据需要透过的辐射波长，在370nm以下用石英窗口（它在2400?附近有一些吸收，在3700?以上，可用普通的光学玻璃窗口。阴极内径约为2毫米，这样放电的能量集中在比较小的面积上，产生更大的辐射强度。云母屏蔽的作用是阻止放电向外扩展，释放点集中于阴极腔内，环形阳极也有同样的作用。管内充有合适的载体压力，通常惰性气体的压力为几毫米汞柱。灯内气压适当，有利于放电限制在空心阴极腔内。
早期的空心阴极灯大多采用氩气，近年来商品空心阴极灯多改用氖气作载体，因为充氖气的空心阴极灯辐射的共振线更强、谱线清晰、干扰少且氖气放电呈橙红色，容易对光，但充氖气的灯由于氖气的离子半径小于氩气，容易被管壁吸附，故“气耗”较大，使用寿命略短。
空心阴极灯放电过程是一种特殊的辉光放电。辉光放电就是一种低压气体放电现象，一般1-5毫米汞柱的充气压力放电，如充气压力大于20毫米汞柱时放电电流很大称弧光放电。由于电极间施加200-500伏电压，阴极发出的电子在电场作用下被加速，向阳极运动。在阳极运动的过程中，电子不断积累能量而与载气原子实现碰撞电离，并放出二次电子，式电子浓度增加。另一方面，正离子向阴极运动，被大大加速而获得很大的能量。当正离子轰击阴极表面，使溅射出阴极材料。阴极溅射程度与气体压力、离子质量、阴极位降等因素有关。“溅射”造成阴极表面积聚大量阴极材料元素原子，产生很高的原子浓度。中性原子与电子或离子发证非弹性碰撞，而被激活发光，辐射出极其丰富的原子线，整个阴极充满着很强的光亮——弧光。
在放电过程中，在其亦参与发光，如氖气在300—370nm、氩气在400—500nm都有较强的发射光谱，因此要注意载体光谱对元素光谱的干扰。在常用的惰性气体中，氖气光谱强度较大，且随着压力变化不大，故用氖气作载气较为有利。
为了保证空心阴极灯发射的稳定性，灯电源需要采用稳压稳流措施，通常电流稳定度要求在0.1%以上。灯的供电方式可采用直流和交流两类，以交流脉冲供电方式较好。直流供电比较简便，胆管普输出效率低，稳定性较差。为了消除或沿发射直流信号干扰，直流供电方式需采用机械切光器，对灯输出的光信号进行调制，以一定频率的光脉冲通过火焰，检测器进行相敏检测。如果采用交流脉冲供电可有更高的发光效率，发光强度比直流供电往往高出上百倍，大大改善吸收线的信噪比。脉冲供电的平均电流不大，阴极温度较低，不仅延长灯的使用寿命，也有助于谱线的多普勒变宽和自吸收变宽减小。
空心阴极灯性能指标最主要的是发射响度和发射的稳定性两项，此外还有背景大小、灵敏度、使用寿命等。对带有波长扫描记过和记录仪的原子吸分光光度计可以对共振线光谱扫描，从记录仪描绘的波，比较直观地了解共振线、背景、邻近谱线发射情况，还可以记录灯发光的稳定度等。
灯的发射强度一般随工作电流增加而增加。性能优良的空心阴极灯在较小工作电流下仍有较强发光强度。不同厂家生产的灯共振辐射强度往往有很大差异。使用和搁置日久，灯的发光迁都也会下降。
灯发射的稳定度在充分预热后（30分钟），每半小时波动应小于0.5%。预热时15—30分钟，经过长达30分钟预热仍不稳定的灯是不能使用的，对于性能良好的灯点燃10分钟后便稳定下来。
等在共振线附近的背景发射可应用扫描记过进行记录。在发光稳定是有最佳灵敏度值的工作电流下，当共振线强度在记录仪器上调剂100%时，共振线波长两侧的背景强度应在1%以下。
灯的寿命一般在500—1000小时，一般的熔点、高挥发度的元素等寿命较短，如砷、铯。工作电流加大，等的寿命缩短，故只要发光强度达到要求而且稳定，灯的工作电流就宜小不宜大。空心阴极灯长期搁置不用，由于灯内残存杂质气体的 放、漏气等原因，灯的发光强度亦会下降，噪声增大，稳定度变差。长期搁置不用的灯，最好每隔2—3个月通电点燃半小时来保持灯的光谱性能。等内存在的杂质气体会使“着火”电压升高，共振线强度显著降低，“基线”稳定度变坏。并叠加有噪声信号。此时，可采用“反接去气”方法，即将灯的正负极反接，在灯的最大工作电流下工作半小时，使阳极通常接有的吸气剂（钼片或钛丝）吸去灯内残存的杂质气体，时等恢复正常工作。
原子吸收分析时每测定一种元素就要更换一个元素灯，使用不便，多元素等的出现克服了这一缺点，多元素等的阴极用两个或两个以上的合金制成，点燃时阴极同时辐射出两种或几种元素的共振线，只要更换波长，节能在一个灯上同时解决几个元素的测定。目前已能生产多种的元素灯为避免光谱干扰，多元素灯的元素组合要认真挑选。多元素灯的辐射强度、灵敏度、寿命多不如单元素灯，且光谱干扰较大，使用受到限制。（不过这是一个发展方向。）
目前国内已生产二元素灯，如上海电光器件厂的合金灯有：Mn -Cu，Ca-Mg，Hg-Ag等，北京真空仪器厂试制成功了Ag-Hg，Cd-Ag，Zn-Cu三种合金灯。现国内有三个厂家能批量生产HCl，上海光电器件厂61种、北京有色总院67种、真空仪器厂30种。
由于多普勒变宽效应，仅依靠增加工作电流来提高普通空心阴极灯的发光强度是有限的。为了提高发射强度而不增加线宽，有人制成了一种高强度的空心阴极灯。就是在普通空心阴极灯内增加一对辅助电极，放电方向横过阴极口外，使空心阴极放电溅射出来的原子与辅助电极产生的强大电子流发生更多的碰撞，从而发出较强的辐射。这种管强度可比普通空心阴极灯增强几倍而不增加线宽。采用高强度的空心阴极灯由于共振辐射增强，信噪比增大，提高了元素的检出极限，同时，这种灯的自吸收变宽相对较小，加上共振辐射强度大，因此，单色器就可选用较小缝宽，是标准工作曲线的直线性得到显著改善。这种高强度灯适用于多谱线元素如铁族元素、稀有、稀土元素和分析线在远紫外区不灵敏的元素如砷、硒等的测定。但由于高强度空心阴极灯寿命比普通的空心阴极灯短，且制造复杂，借个较昂贵，故一般元素的测定多不采用。
2．无极放电灯对于有些元素如砷、硒、镉、锡和一些贵金属，空心阴极灯的光谱特性不那么令人满意，它们或者是强度过低、光谱纯度不高、背景大或者稳定性不好、寿命短，使这些元素的测定灵敏度和精密度方面受到影响。后来，国外研制成无极放电灯弥补了空心阴极灯这一缺陷，提高了这些元素的吸收灵敏度和检测极限。无极放电灯是将某些元素的卤化物（多碘化物）抽真空密封在一个石墨玻璃管内，并充入少量惰性气体，将此玻璃管放在射频或微波炉高频电场中，开始放电借助于高火花点燃。放电管在微波作用下，首先将管内载气激发，随着放电管温度升高，使金属化合物蒸发出来。在放电过程中金属化合物被进一步解离、激发，从而辐射出金属元素共振线。
无极放电灯的共振辐射强度比空心阴极灯要高数百倍，谱线变宽很小，是一种比空心阴极灯更为理想的锐线光源。
目前，已有十多种无极放电灯投入市场，主要是蒸气压较高元素如砷、镉、锑、锡、硒、铊和锌等。对于大多数元素由于它们的蒸气压较低还难支撑无极放电灯，加上这种灯使用专用电源，所以，目前对大多数元素分析仍采用空心阴极灯作光源。
此外，蒸汽放电灯、连续光源火焰、火花、等离子体焰等其它光源亦在用用，不过这些光源性能不如空心阴极灯和无极放电灯，故使用受到限制，现人们渴望激光成为原子吸收理想的激发光源，现在研究之中。
3．氘灯氘灯在200—400nm光谱范围内呈连续的紫外辐射，具有良好的光谱特向和稳定性，是用于原子吸收分析扣除背景的较理想光源。
氘灯的外形、等电源与元素空心灯、阴极灯完全一致。与元素空心阴极灯不同的是在氘灯的灯管内充入的是氘气，而不是氖气或氩气。其阳极材料不能采用钛、钽之类的吸气材料，一般用钼、镍的金属片。阳极与阴极之间的距离较小，仅为0。3mm左右，时灯具有较低的起辉、电压和较大的电流调节范围。阴极通常用钼、吕等较激发且谱线简单的金属加工成空心阴极，在阴极腔内中心轴方向上焊有一根带螺旋的阴极针，以避免产生空心阴极效应而导致阴极体无元素辐射出干扰光谱，保证氘灯光谱的纯度。这种结构有利于放电极集中于阴极腔体中阴极针的尖端，通过灯的光窗辐射出去。时光辐射具有方向性，保证了氘灯具有较大能量。
这里首先讲一下原子化过程：
原子化就是将待测元素或其化合物转变成原子蒸气的过程。原子化过程是一个复杂的物理、化学过程。在整个原子化过程中大致可分为三个阶段：第一阶段为溶液转移阶段。溶液被雾化成细小雾珠，经部分脱溶剂后进入燃烧器。这一过程主要依附于喷雾器的性能和溶液的性质。第二阶段是蒸发阶段。这一阶段雾滴经历脱溶剂、熔融和蒸发等过程后使雾珠变成气态分子。它取决于雾珠大小、溶液性质和分子等。第三阶段为气态分子离解成原子的原子化阶段。它伴随着节理、电力、化合和还原等一系列反应。这一阶段主要决定于被测元素的化合物的解理能，同时，也与火焰温度和气雾密切相关。
二、原子化器系统原子化系统是原子吸收分光光度计的关键部件之一。它的作用是将试样中被测元素转化为参与原子吸收的基态原子。因此，要求原子化器有尽可能高的原子化效率，且稳定性好，噪音较小。原子系统分为两大类：火焰原子化系统与非火焰原子化系统。
1．火焰原子化器火焰原子化器包括喷雾器、雾化器和燃烧器三部分。根据结构不同火焰原子化器分预混合型（图4-3a）和全消耗型（图4-3b）两种。预混合型是使试样溶液、燃气和助燃气在进入火焰之前于雾化室内预先混合均匀，除去较大的雾滴后才进入燃烧器。全消耗型原子化器则是试样、燃气和助燃气同时进入火焰无预混合过程。因此，全消耗型原子化器稳定性较差，噪音较大。在实际分析工作中，多使用预混合型原子化器。
（1）喷雾器喷雾器是原子吸收分析装置的非常关键部件，其性能好坏对仪器的灵敏度和精密度影响很大。喷雾器的作用是将试样溶液雾化，雾化后的雾滴越细越易被火焰的热解作用所离解，生成基态原子的几率越高。雾化器喷出的雾滴越细，单位时间内导入火焰量越多，仪器的灵敏度就越高；喷出的雾滴越均匀，仪器的稳定性就越好。通常把雾化试样量与吸喷中试样量之比称为雾化效率。雾珠直径通常在微米数量级，直径越小，越容易被离解。目前一般仪器的雾化率在10%左右。
喷雾器的种类很多，通常是气动同心雾化器，图4-4是一种典型结构。
雾化器工作原理如下：压缩的助燃器自“空气入口”导入，高速气体自毛细管喷出，，在毛细管端口形成负压，这也叫做“射流”的卷吸作用。从而使试样经塑料毛细管吸入，倍高速气体流分散成直径很小的雾滴自毛细管端口喷出。气体流速越高，在毛细管断口形成的负压就越大。吸取的液量就越多，雾滴也就越细。雾滴直径大小除了与气体流速有关外，还与试液的表面张力有关，试液的表面张力越大，越不利于试液的物化。因此，在溶解试验选取酸类及其浓度时，必须注意到表面张力的影响。通常溶样时尽量用盐酸、硝酸或它们的混合酸，而不用磷酸和硫酸，并且试样酸度要尽量低一些。
喷雾器的毛细管及截留嘴是采用铂—铱合金耐腐蚀材料制成的，一般做成同心圆形状。雾化效率取决于毛细管喷口和截留嘴的相对位置。毛细管与截留嘴的同心度十分重要。同心度越高，获得的负压就越大，雾化效率就越高，一般要通过调试喷雾器的同心度时雾化效率达到最高。
喷雾器每分钟吸硼试样的体积（ml）称为试液的提取量。提取量要适宜，过小国大都会引起吸光度降低，试样提取量过大，雾滴直径变大，原子化效率反而降低，可通过调节塑料毛细管的直径和长度获得适当的提取量。
（2）雾化室雾化室的作用，一是进一步细化雾滴。二是使雾滴和火焰气体在这里得到充分混合和前期“脱水”。为了细化雾滴，通常采用两种办法。一是在雾化器前半部离喷嘴不远处安装一个碰撞球，另一种是在雾化室或半部分装一个扰流器（挡板）。碰撞球的大小、形状以及它和喷雾器喷口的相对位置对细化雾滴作用影响很大。一般商品仪器的碰撞球多时可调式的，不用时可完全移去。安装扰流器可有效的降低火焰的噪声。这是由于安装了扰流器可以使雾滴进一步细化，二可以阻挡大的雾滴进入火焰。商品仪器的扰流器多用钛金属制成有一定角度的5—8个叶片作组成。叶片外径与雾化室内壁距离大小要适当，距离过大，细化雾滴的效果差，距离过小，细化雾滴效果虽好，但进入火焰的雾滴量减少，吸收灵敏度降低。
雾化室存在有“记忆效应”或称“残留效应”。这是自从喷雾样品溶液转为吸喷去离子水时仪器读数返回零点或基线时间的长短。“记忆效应”小，仪器返回基线快，相反则返回基线时间长。过长的雾化室虽然对雾滴与火焰气体混合有利，胆辉石“记忆效应”增大，这不仅影响分析的速度，还会对分析结果带来干扰。特别是同时测定含量变化较大的样品时，“记忆效应”往往给的含量的测定引进误差。另外，“记忆效应”还给测定带来较大的噪声。为了降低“记忆效应”，目前商品仪器的雾化器内壁喷涂了一种叫penton（氮化聚醚的塑料，这种塑料有较好的浸水性和抗腐蚀性。另外将雾化室做成圆锥形并稍有倾斜，可让没有雾化的溶液排除雾化室，也有利于降低“记忆效应”。
（3）燃烧器：
燃烧器的作用，是通过火焰的燃烧作用使试样原子化。雾滴进入燃烧器，在火焰温度和火焰气氛作用下，经历干燥、熔融蒸发。离解，还原等复杂的物理化学变化，产生大量基态原子，以及部分激发态原子、离子、分子。因而对燃烧器的要求是：原子化度大、噪声小、火焰稳定、燃烧安全。燃烧器有多种类型，不同的火焰应选用不同的燃烧器。表4—1给出了一些常用燃器规格。
表4—1 常用燃烧器类型燃烧器
缝隙度
（宽×长）mm
使用火焰
事业允许粘度（%）
空气—乙炔燃烧器
0.5×100
0.5×100
0.7×100
0.6×100
0.5×100
0.5×100
空气—乙炔空气—氢空气—丙烷空气—煤气氩气—氢氧化亚氮丙烷
氧化亚氮炔燃烧器
0.5×50
氧化亚氮乙炔空气—乙炔
双（三）缝燃烧器
0.8×100
空气—乙炔空气—丙烷
Meker燃烧器
圆形—1孔
空气—乙炔空气—丙烷
5
5
火焰燃烧有两个重要的物理量，一个是行程速度v，另一个是燃烧速度s。行程速度v使之火焰气体自燃烧器缝口流出，在单位时间内所走的距离，也就是燃烧器口气体流速。在一定的压力量下，行程速度取决于燃烧器结构，如缝隙的宽度、长度及它的形状。缝隙小和短，行程速度大，相反则行程速度小。
燃烧速度s是指当气体关燃后，由于热传导作用，在单位时间内气体燃烧传播的距离。燃烧速度主要取决于火焰气体组成和气体的性质，以及燃烧条件。有些气体如氢—氧火焰、乙炔—氧火焰燃烧速度很快，有些气体，如空气—丙烷火焰燃烧速度则很慢。
只有当燃烧速度小于或等于行程速度时，火焰才能维持稳定燃烧，通常燃烧器的行程速度要比燃烧速度大几倍才好。当燃烧速度没大于行程速度时，就会产生“回火”爆炸。当行程速度过大时，火焰会被吹灭。
在实际分析中，要根据火焰类型来选择合适的燃烧器，万万不可疏忽大意。比如氧化氮—乙炔燃烧器可用于空气—乙炔火焰，但空气—乙炔燃烧器却不能用于氧化亚氮—乙炔火焰，它适用于粘度较大的试液测定。
燃烧器点火工作后需要经过一段时间（10—15分钟）吸光度读数才趋向稳定，这是由于空气冷却或燃烧器要经过一段时间才能建立起热平衡。采用水冷式燃烧器，可使火焰点燃后开始一段时间的测量结果重现性提高，而且还可以降低燃烧器的热噪声，但水冷式燃烧器使用不容空气冷却式方便。
2．无火焰原子化器系统火焰原子化法在元素的常规测定中得到了广泛的应用，是目前惯用的手段。但火焰法也有它的局限性，首先，雾化效率低，一般为10%左右，大部分试样没有进入火焰原子化；器刺，进入火焰的试样被气体大量的稀释，使原子化效率降低，因此火焰法的灵敏度提高受到限制。对于含量10-6克以下的元素测定就产生了困难。而且火焰要获得一个稳定的读数，样品最少也的1ml左右，使那些来源困难、数量很少的样品分析受到限制，为了提高原子化效率，人们一直在寻找比火焰法更为有效的原子化手段，直到1959年由苏联物理学家李沃夫提出了电加热的原子方法，称之为“无焰原子化法”，无火焰与火焰法相比可使仪器灵敏度提高2—3倍数量级，而且用样量为几微升到十几微升。七十年代以来，这种无焰原子化法得到了迅速的发展，应用在许多不能的超微量元素测定工作中。
在无火焰原子化装置中“高温石墨炉”是目前发展最快、使用最多的一种技术。
高温石墨炉装置包括石墨、炉体、电流三部分，工作时经历干燥—灰化—原子化—净化四个阶段，完成一次分析。在石墨管（3000℃）上开有三个孔，中间小孔用开注入试样（每次几um到几十um），位了防止石墨及石墨管氧化，需不断注入氮气、氩气等惰性气体。
高温石墨炉使试样完全蒸发气化，试样利用率几乎达到100%，原子化率高，灵敏度和检出限很高，可比火焰法高100—1000倍，绝对灵敏度可达10-12克，可检测及微量元素。而且试样用量小。当然，高温石墨炉法不如火焰法，这主要是因为它的干扰比火焰复杂，其次不及火焰法快速、简便。这种方法要求有提供大电流专用电流和快速响应的记录仪，还需在惰性气氛下操作，加入微量试样也需专门的技术。
据统计用石墨炉能分析大约50种元素，但只有其中一部分较好。一般说来火焰效果好，石墨炉亦好，有些元素如钨、锆等不能用石墨炉测定，主要原因是石墨炉内这些元素容易形成难解离的碳化物，具有极高的残留量。
（3）化学原子化装置——氢化物发生器氢化物原子化法是基于某些金属元素在酸性溶液中，能被某种还原剂还原成该元素的氢化物，并在室温的条件下能从溶液中挥发出来，然后经低温（约900℃以下）即能热解分离形成金属的基态原子，进行吸收测定。
例如砷在酸性溶液中被KBH4或NaBH4还原，反应式如下:
AsCl3+4KBH4+HCl+H2O=AsH3+KCl+4HBO3+BH2
如碲（Te）、硒（Se）、汞（Hg）均能发生上述反应，且灵敏度比火焰法高2—3数量级，操作简便，价格低廉。
4—3 分光系统
在原子吸收光谱分析仪器中，光学系统的作用就是将官员发出的光阴道病汇聚通过原子化去参与吸收，并通过单色器把被测谱线和其它谱线分开，以便进行测定。
从官员发生的元素特征谱线除含有被测元素的共振吸收线外，还有一些其它谱线和各种杂质干扰线。由于各种元素发射的谱线的复杂性，要求分光系统具有较高的分辨率和较小的波长误差及较宽的工作波段范围。而且能方便而准确地选择出所需要的谱线。
一、单色器的结构及工作原理
分光系统一般由狭缝、色散元件、准直镜、波长扫描与传动结构和波长指示等部分组成。目前，在分光系统中都采用光栅作为色散元件，这是由于从190—860nm的波长范围内，这种元件具有均匀的色散性能，同时对波长扫面能保证良好的线性关系。
采用光栅作为色散源的分光系统也称为光栅单色器。这种单色器包括艾伯特—法斯提，也称垂直对称式。却尔尼—特尔纳，也呈水平对称式，和利特罗式也称自准式。
图中G为光栅，M、M1、M2为凹面反射镜，S1S2分别为单色器的入射狭缝与出射狭缝。光源发射的光束，经原子化区后被聚焦到入射狭缝口上。由于入射狭缝在准直镜的焦平面上，所以，光束通过入射狭缝后由凹面反射镜即准直镜部分变成平行光束反射至光栅上，由光栅将入射的复合光按不同波长有规律地在空间排列成单色光谱。这样，只要转动光栅位置的角度，经聚焦镜聚焦后即可在出射狭缝上得到不同波长光谱的成像—谱线。
目前，国内外的原子吸收商品仪器多采用艾伯特—法斯特和却尔尼—特尔纳型单色器，这两种单色器入射和出射光路对生分布于一器光轴两侧，入射光线和衍射光线相对光轴是共轭的，在各种成像焦面里各种像差得到了补偿，成像质量较好，单色器波长扫描机构简单，扫描范围广，光路结构紧凑等特点。所不同的是，艾伯特—法斯提型分光系统中柱直镜和聚焦镜为一整体。凹面反射镜M具有准直镜和聚焦镜两种作用，切尔尼—特尔纳型在分光系统中，准直镜和聚焦镜在结构上分成两块凹面反射镜M1、M2独立安装调整。
二、单色器主要元件的性能、特点和要求
1．狭缝：单色器有入射狭缝和出射狭缝。入射狭缝是分光系统照进混合光的入口，是限制能量的有效光栏，出射狭缝是经分光后单色光的出口，同时也起光栏作用。单色器的入射狭缝和出射狭缝的宽度尺寸相同。狭缝宽度由连续可调合分档调节两种形式，各国所生产的原子吸收仪的单色器趋向于采用分档可调的固定宽度狭缝。
2．衍射光栅衍射光栅，简称光栅。光栅利用光的衍射和干涉现象进行分光，是决定单色器性能的主要元件。选择什么样的光栅以及光栅质量如何，对单色器的分光本领和输出能量、分辨率等都具决定性的影响。
在原子吸收仪中，目前采用的光栅基本上是平面反射光栅。这种光栅是在玻璃平面上镀铝，然后用金刚石刀在吕层上刻出许多等间隔、等宽度的平行课文而制成的，一般每毫米刻画数千调制上万条线。互相平行排列的等间隔的许多等款刻纹就构成光栅。
全息光栅：利用激光系统，按全息照相原理把明暗相间的干涉条纹记录在光敏材料上，然后经过化学处理和镀膜而制的光栅，这种观赏杂散光少，分辨率高，衍射效率高，使用光谱范围宽等。
光通过一个狭缝产生衍射想象，而通过各条狭缝的光想要产生干涉想象，所呈现的微衍射和干涉的总效果。
当一束平行复合光投射到光栅上时，每一刻文本身将产生衍射，从各个刻纹衍射束的同一方向同一波长地光速是相干光，法出多光束干涉。不同波长的衍射角是不同的，经过干涉虎将色散在不同的位置，由于光栅刻纹数目很多，使干涉组成了光栅光谱。随着光刻技术的提高，特别是近年来采用全息照相方法的光栅质量优质价格低廉。
三、单色器的性能要求：
1．波长精度：值波长读数机构在获得某一谱此案能量最大处的读书与谱线理论波长的差值，报偿精度一般为±0。5纳米之内。
2．工作波长范围：单色器的波长范围一般杂在8600—1900à，波段的宽窄主要取决于观赏的性能。且和光电倍增管的光谱灵敏度波长范围也密切相关。此外，还与检测器的光谱特性曲线有关。
3．色散率：单色器的色散率是指将不同波长的谱线分开的能力，将两林单位波长的两条谱线在焦面上分开的距离用线色散率表示。
单色器的色散率有两种表示方式。一种是角色散率dβ/dλ,另一种是线散率dI/ dλ来表示。
而习惯上用线色散率的倒数dλ/dI来表示仪器的色散能力，他的单位是纳米/mm。它表示在焦平面上一毫米宽的光谱通带所包含的已纳米为单位的波长数值。dλ/dI的值越小，仪器的线色散率越大。单色器通常用光谱纯度或光谱通带宽度作为色散的亮度。光谱通带宽度Δλ是狭缝宽度（D）与线色散率倒数（S）的乘机。
4．分辨率：亦称分辨本领，是指将波长邻近的两条谱线分辨清楚的能力。因此，对于一个单色器不仅要知道它的线色散率，而且还要知道它的分辨率。
仪器的理论分辨率是指当狭缝无限窄时，能够分辨开的最邻近的两条谱线的平均波长与波长差的比值，可用下式表示：
式中的m为光谱次级，N为光栅总刻线数，即为每毫米刻线数与光栅总宽度的乘积。光栅刻线越密，光栅宽度越大，理论分辨率就越高。理论分辨率是色散性能的最低要求。
在原子吸收仪中，通常的光栅块度一般为50mm，每毫米刻线为1200条。
4—4 检测系统原子吸收光谱仪的检测系统包括检测部分与读书部分。检测部分又分为光电转换部分（检测器）和信号放大部分（放大器）。
（1）检测器从空心阴极灯发出的特征谱线经过原子蒸汽吸收后，其辐射强度将减弱。根据辐射减弱的程度可以对试验进行定量分析。如何测定试样原子蒸汽对特征辐射吸收程度呢？在实际工作中，一般是将光信号转换成电信号再进行测量。由于光信号微弱，需要对转换后的电信号加以放大，才便于测定。常用的检测器由光电池、光电管和光电信增管。原子吸收光谱仪通常使用光电倍增管作光电检测器。
光电信管是利用二次电子发射现象放大光电流的光电管。同窗观点管事有一个阴极和一个阳极组成。它们都装在抽成真空或抽成真空后充入少量惰性气体的玻璃管内。在阴极上镀有适当的光电发射材料，如金属锑(Sb)、铯（Cs）等，当光照射到阴极上时，阴极表面发射电子，在加有电压作用下飞向阳极，因此产生光电流。
光点倍增器的工作过程当外来能量射到晶体上时就产生闪光，而闪光是光阴极电子接受电子接受能量激发到打拿极上，而在打拿极上电压比一级电压高，从而起到光电转换放大作用。
如果正高电压时，需要有一个隔直电容（隔直过交）。
光电倍增管存在有暗电流，这是影响关电信增管质量的一个问题。所谓暗电流，就是光电信增管使用了外加的高电压，在没有光投射到光阴极的情况下，也有一定的电流产生。这是由光阴极和打拿极发射出的热电子所引起的，它随温度上升而显著增加，如果将光电信增器加以冷却，可以降低暗电流。暗电流的波动是检测其噪音的一个重要成分，使用的电压增大时，噪音也显著增大。
当入射光射到半透明的广电击伤，它发射出的电子经聚焦电极后聚焦第一打拿极上，其金属表面发射的二次电子的数目比轰击它的电子数目大很多倍，从而实现了微弱信号的放大作用。由于各打拿极上都加有一定的电压，总的瓦加电压有时可达2000伏，从的一打拿极发射的电子的数目又被的二次电子发射所倍增，后面的各打拿极将相继产生倍增反大作用。直到电子被收集到阳极最后一个打拿极与阳极之间的电流经前面个个打拿极的倍增作用，其放大系数可达108。
在使用时应注意：光点增管有疲劳现象，开始工作不久灵敏度就下降，过一定时间后基本达到稳定。长时间连续使用，则灵敏度举荐降低。使用时若不小心使用过高的电压或给强光照射，则会使疲劳加重，因此，必须把信号光完全遮住并尽可能降低阳极电压，增大分压电阻以保持较低的阳极电流，以免损坏管子。
4—5 简要说一下放大器及读数装置光电信增管产生的电信号还很微弱，一般还要经过适当放大才能输入读数系统。原子吸收的读数系统有电表、数字显示和电位差计记录仪几种。目前多数采用数字显示，同时亦可用记录仪自动记录。较好的仪器还连有电传打字机、荧光屏显示、自动进样装置，有的仪器还装有微处理机进行这个程序控制及数据处理，实现了自动化操作。
我们 仪器是配有数字显示和记录仪两种任选。数字显示装置由模拟式和积分式两种形式。“模拟”式是利用经过模拟数字转换信号进行加法运算，然后以平均结果输出，一般是进行10次或100次运算后给出平均结果。“积分”式是采用一个积分运算放大器，采取不同的积分时间常（如1、2、10秒）达到平均信号的目的。积分时间愈长，测量结果精度愈高。总值，这两种方法都可以将测定结果中波动消除，提高测定的精密度。现代仪器多用积分器形式。
4—5 原子吸收分光光度计随着原子吸收分析应用日益广泛，目前，商品仪器种类繁多，性能日趋完善，既可用于吸收分析，也可进行发射测定，有的仪器还可兼作原子荧光分析。根据结构不同，原子吸收分光光度计分为单光束与双光束两大类。
一、弹光塑型由图可知：
单光束仪器光路结构简单，辐射出波损失少，对监测系统要求不高，但若光源辐射不稳定，将引起“基线漂移”，在测量过程中，除了要充分预热元素等外，还必须时刻校正基线，否则对测定结果引进系统误差。目前，国内生产的仪器多为单光束，如其中WFX—401型（沈阳分析仪器厂生产）、WFX—1C和1D型（北京第二光学仪器厂生产）。
二、双光束仪器双光束仪器采用切光器把光源发出的光交替地分成两束光，一束光通过原子化器，称为样品光束（S）；另一束光不通过原子化器成为参比光束（R）。两束光在原子化器后面回合进入分光器达到检测器。
如图所示：
光电信增管交替地接受试样和参比光束，产生于试样光束、参比光束的光强成正比的信号。
通常在切光器的同步马达的机座上装有一对光敏三极管，首2.5伏的小店住照射。切光器的圆盘转动时，小电珠光束交替的反射或透射到两个光敏三极管上产生管电流。光电流信号于试样光束或参比光束同步，同步信号时光电倍增管交替经过前置放大，分离放大后得到分离，试样信号经过对数转换，减法电路后成为与消光度成正比的信号，与偶记录器直接记录，或数字显示装置读出。由于样品光束和参比光束均由同一光源监测系统输出的信号是这两光束的信号差，因此，光源的任何漂移都将由于参比光束的作用而得到补偿，最后仍然给出一个稳定的信号输出。就是说双光束仪器由于消除了光源被动的影响，所以测量精度要比单光束仪器高，单结构比单光束复杂，价格较贵。国内生产的双光束仪器有给经分析仪器厂的GFU—201及202型，上海分析仪器厂生产301等。
4—5 干扰及其消除前面已讲过在原子吸收中，总的来说感染是较小的，这是由方法本身的所决定的。使用的锐线光源应用的是共振吸收线，吸收线的数目比发射线数目少得多。谱线相互重叠的机率较小，这是光谱干扰小的重要原因。但在实际工作中仍不可忽视干扰问题，在某些情况下，干扰甚至还是很严重的。因此，有必要了解可能产生沿桡的原因及其抑制方法。
原子吸收分析中的干扰主要有光谱干扰，物理干扰和化学干扰三种类型，现分述如下：
一、光谱干扰主要来自光源和原子化器。
（一）与光源有光的光谱干扰光源在单色器的光谱通带内存在与分析线相邻的其他谱线可能有下述两种情况：
1．与分析线相邻的是待测元素的其它谱线这种情况常见于多谱线元素，如Ni、Co、Fe、(Ni)2320A0。
2、与分析向相邻的是废待测元素的谱线。如果此谱线是该元素的非吸收线，同样会使欲测元素的灵敏度下降，产生假吸收，所以工作时应细心选用合适惰性气体、纯度较高的单元素灯，既可避免干扰。
另外一种是与光源有关的光谱干扰，是空心阴极灯中有速度的背景发射。这主要是来自灯内杂质气体或阴极上的氧化物。这是灯的质量不好及长期不用所引起的，碰到这种情况可将灯反接，用大电流空点以纯化灯内气体，对于长期不用的灯应每隔2—3个月点燃半小时。
（二）与原子化器有关的干扰这类干扰主要来自北京吸收和原子化器的发射。
（1）背景吸收（分子吸收）是来自原子化器的一种光谱干扰。它是由气态分子对光的吸收以及高浓度盐的固体颗粒对光的散射引起的。它是一种宽频带吸收。
火焰成分对光的吸收波长愈短，火焰吸收愈严重，这是由于火焰中OH、CH、CO等分子或基团吸收光源辐射的结果。这种干扰对分析结果影响不大，一般可通过零点的调节来消除，这种元素主要有As、Se、En、Cd等。
金属的卤化物、氧化物、氢化物以及部分硫酸和磷酸盐分子对光的吸收，在低温火焰中，影响较明显。碱金属的卤化物在紫外区的大部分波段均有吸收。
消除背景吸收可采用下述几种办法①可以测量与分析线邻近的非吸收线的吸收，这样就校正了背景吸收影响。
②用与试样溶液有相似组成的标准溶液来校正。
③用分离基体的办法来消除影响。
为了更方便地校正 背景的影响，近化仪器常附所谓的氘灯背景校正器和利用塞曼效应来扣除背景。
二物理干扰物理干扰是指试样在转移、蒸发过程中任何物理因素变化而引起的干扰效应。这种干扰称为物理干扰，也叫基体效应。要影响试样喷入火焰的速度、雾化效率、雾滴大小及分布情况、溶剂与固体微粒的蒸发等。这类干扰是非选择性的，亦即对试样中各种元素的影响基本上是相似的。
属于这类干扰的因素有：试液粘度，它影响试样喷入火焰的速度。表面张力，它影响雾滴的大小及分布。溶剂的蒸气压，它影响蒸发速度和凝聚损失。雾化气体压力，它影响喷入量的多少等等。上述这些因素，最终都影响进入火焰中待测元素的原子数量，因而影响吸光度的测定。显然，大量基体元素的存在，部含盐量的增加，在火焰中蒸发和离解时要消耗大量的热量，因而也可能影响原子化效率。
配制与待测试样具有相似组成的标准溶液，是消除基体干扰的常用有效的方法。若待测元素含量不太低，应用简单的稀释试液的方法可减少以至消除干扰。也可使用标准加入法来消除这种干扰。
三化学干扰化学干扰是批待测元素与其它组分之间的化学干扰作用所引起的干扰效应，它主要影响元素的原子化效率。这类干扰具有选择性，它对试样中各种元素影响是各不相同的，并随火焰强度，火焰状态和部位，其它组分的存在，雾滴的大小等条件而变化。化学干扰是原子吸收分析的主要来源。
典型的化学干扰是待测元素与共存物质作用生成难挥发的化合物质，致使参与吸收的基态原子数减少。在火焰中容易生成难挥发氯化物的元素有铝、硼、硅、钛、铍等。例如硫酸盐、磷酸盐、氧化钻对钙的干扰，是由于它们与钙可形成 难挥发化合物所致。应该指出，这种形成稳定化合物而引起干扰的大小，在很大程度上取决于火焰温度和火焰气体组成。使用高温火焰可降低这种干扰。
电离是化学干扰的又一重要形式。原子失去一个或几个电子后形成离子，不产生吸收，所以部分基基态原子的电离。会使吸收强度减弱。
由于化学干扰是一个复杂过程。因此，消除干扰应根据具体情况不同而采取相应的措施。
抑制干扰是消除干扰的理想方法。在标准溶液和试样中均加入某些试剂，常可控制化学干扰，这类试剂有如下几种：
（1）消电剂：能消除或减轻电离干扰的试剂在标准及试样中均预先加入一种更易电离的物质，使火焰中待测元素的电离平衡向生成基态原子的方向移动，从而消除电离干扰，这种物质称消电离剂。为了克服电离干扰，一方面可控制火焰温度，另一方面可加入较大量的易电离元素，如钠、钾、铷、铯等。这些易电离元素在火焰中强烈电离而消耗了能量，就抑制、减少了待测元素基态原子的电离，从而使测得结果得到改善。
（2）释放剂：加入一种过量的的金属元素，与干扰元素形成更稳定或更难挥发的化合物，从而使待测元素释放出来，这种元素就称这释放剂。例如磷酸盐干扰钙的测定，当加入La或Sr之后，La或Sr与磷酸根离子结合而 Ca释放出来，从而消除了磷酸盐对钙的干扰。
（3）保护剂：这些试剂的加入，能使待测元素不与干扰元素生成 难挥发化合物，例如为了消除磷酸盐对钙的干扰，也可以加入EDTA络合剂。此时Ca转化为EDTA—Ca络合物，后者在火焰中易原子化，这样就消除了磷酸盐干扰。同样，在铅盐溶液中加入 EDTA，可以消除磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氟离子、碘离子对测定铅的干扰。
应指出的是：使用有机络合剂是有利的，因为有机物在火焰中易于破坏，使与有机络合剂结合的金属元素能有效地原子化。
（4）缓冲剂：能使干扰影响稳定的一种物质。缓冲剂本身也是一种干扰元素。在试样与标准溶液中均加入超过缓冲量（即干扰不再变化的最低限量）的干扰元素。如在乙炔—氧化亚氮火焰测钛时，可在试样和标准溶液中均加入200ppm以上的铝，使铝对钛的干扰超于稳定。
除加入上述试剂以控制化学干扰外，还可用标准加入法控制化学干扰，这是一种简单而有效的方法。如果用这些方法都不能控制化学干扰，可考虑采用沉淀法离子交换、溶剂萃取等分离方法，将干扰组分与待测元素分离。
6—1原子吸收分析的特征浓度及精密度在定量分析研究时，一般是通过测量某种定量信号求出物质的浓度或质量，其定量信号与分析物质的浓度或质量有一定比例关系。
一、特征浓度国际纯和应用化学联合所规定的灵敏度定义，将变量C和质量q的变化与测量信号的变化之比，也就是以分析校准曲线的斜率来表示灵敏的：公式：
通常测量灵敏度与分析物质的浓度或质量有关，当分析校准曲线附合比尔定律提供线性关系，则灵敏度与分析物质浓度无关。
1）经以特征浓度表示原子吸收光谱分析中的规定的灵敏度：灵敏度分绝对与相对灵敏度。绝对灵敏度是以重量单位表示的该待测元素的最小检波测量。相对灵敏度是在给出的条件下该元素的最小检出浓度。
在原子吸收分析中规定用1%吸收所对应的分析元素的浓度称为灵敏度。或者说出有1%吸收时相应地有0.004的消光值。
灵敏度S=
这种习惯规定的灵敏度，不是从校准曲线的斜率为基础，与国际法规定的灵敏度相反。目前的特征浓度来表示原子吸收的习惯灵敏度（1%吸收所对应的浓度值）。
2）必须在吸光度档测量吸收信号，使测量信号标准化，所谓灵敏度高，就是校准曲线的斜率大。校准曲线的纵座标是仪器测量信号。如在放大器10倍，则灵敏度就提高警惕10倍，灵敏度随标尺扩大而变化/这样灵敏度就失去实际意义。为此，测量灵敏度时规定必须在吸光度档进行，不能在标尺扩大或缩小位置上进行，否则会造成错误值。
3）测定灵敏度的方法火焰原子吸收通常以相对灵敏度表示，实际是以特征浓度表示。
公式如下：
C为分析元素浓度
A为平均吸光度石墨炉原子吸收法以绝对灵敏度表示，实际是以特征量来表示。
公式：
C为分析元素的浓度ng/ml
V为取样的体积ml
A为平均吸光度对某台仪器来说，不同元素灵敏度不同。如果工作条件不同，同一元素的灵敏度也不相同，影响灵敏度的因素很多，主要有以下几方面：
（1）分析线：选择不同的分析线由于谱线的振子强度不同，灵敏度可以相差很远。
（2）光源：光源灯的工作条件选择不当，如灯电流过大，会使谱变宽，产生自吸，导致灵敏度下降。
）3）雾化系统：雾化系统的效率超高，生成的雾滴越细，导入火焰中的雾量就越多，灵敏度也就越高。
总之，为了获得较高的灵敏度，必须把仪器调到最佳状态，选择最合适的仪器参数，为了反映一台仪器的灵敏度高低，常选用几个有代表性元素进行测试，用来反映不同波段，不同火焰状态下仪器的性能。
6—2检出极限检测极限衡量原子吸收分光光度计性能优劣的另一项重要指标，它反映仪器综合仪噪比的大小。
灵敏度与检出极限是两个有联系又有区别的概念，应当严格加以区分。
如图：
某元素分别在仪A、B上测定，因信号波高相等故灵敏度相同，但检出极限都相差很大，有的甚至达10倍之多。显然，仪器B的质量在比仪器A好。灵敏度取决于信号大小，检出极限则依赖噪声大小。噪声小，仪器工作性能稳定，就可以利用较高的量扩展进行痕量分析。
所以说检出极限意味着仪器所能测定的最低浓度。就是能给出二倍标准偏差的吸收信号的元素浓度称为该元素的检出极限（有的提到用三倍标准偏差，意思是一个，但要求更高了）。
公式：
注意：标准偏差是在空白水溶液或接近空白水溶液至少连续测定10次计算出来的。
6—3精密度在原子吸收分析中，精密度是指溶液的浓度比检测极限大得多时，测量吸光度和浓度的重视性。检出很好的仪器，一般来说精密度也较好。精密度可用相对标准偏差来度量，即对测试溶液进行不少于10次的吸光度测定。计算标准差对吸光度平均值的百分数。
公式：
在实际工作中，为获得较高的精密度待测溶液的吸光度应控制在一个合适的范围内。
￡7 测定条件的选择欲建立一个原子吸收的测定方法，首先要参阅仪器说明书和有关原子吸收分析资料。初步了解待测元素的测定条件，然后根据样品的具体情况：是固体、是液体、是血液、还是土壤。通过实验逐项确定最佳的工作条件。在原子吸收分析中，工作条件的选择往往是互相关连的，有时甚至互相矛盾的，比如灯电流的选择吧，减少灯电流，使用碰撞球，可提高吸收的灵敏度，介过小电流又会使灯发射不稳定，噪声增加，碰撞球的使用也使噪声增大，这样都会引起检出极限变差。因此，灵敏度高的工作条件往往不是检出极限，精密度好的工作条件。在实际工作中，最佳工作条件的确定应当抓住主要矛盾，统筹兼顾、权衡利弊、加以解决。若样品灵敏度高的工作条件，反之，若样品中等测元素含量较高。那灵敏度就重要了，应该着重选择精密度高的工作条件。要做到这一点，操作人员具备有一定的理论知识和工作经验就是十分重要的了。
1、分析线的选择：
仪器说明书或原子吸收分析参考书上有推荐使用的元素分析线。这些分析线大多是元素最灵敏的共振吸收线，适用于低浓度元素的测定。有时，待测元素浓度较高，为了避免稀释操作，也可以选元素的次灵敏线进行测定。有时有些多谱线元素的重要灵敏线邻近有其它干扰谱线，也需另选次灵敏度线进行测定。有时有些多谱线元素的主要灵敏线邻近有其它干扰谱线，也需另选次灵敏度进行测定。
2、狭缝宽度狭缝宽度应根据待测元素和空心阴极灯的光谱特性来选择。此外，仪器的单色器和检测器性能对选择狭缝宽度也有影响。有邻近线进狭缝宽度的选择更为重要，采用较窄的狭缝宽度，可避开一此邻近谱线的干扰提高测定的灵敏度。但是狭缝宽度窄了，到达检测器的光能减弱，将会导至信噪比降低，影响测定的精密度。所以应根据不同元素来合理选择。
前已讲过，灯电流的选择要适宜，一般多选择最大工作的50—70%使用。在实际工作中，也可以用一个适当浓度的标准液通过试验制作吸光度—灯心流曲线来选用适宜的工作电流。
3、火焰类型选择原子吸收常用的火焰是空气—乙炔焰。N2O—C2H2焰，用什么火焰应根据待测元素选择适当的火焰。
下面简单介绍一下几种火焰的使用知识：燃气流量与助燃气流量比例不同，火焰的燃烧状态和特性也不同。火焰大体可分为四种状态。
①贫燃性火焰—这种火焰使用的燃气较少因而燃烧完全，火焰温度高，呈淡兰色，燃烧不很稳定，原子化区窄小，测定结果重现性较差，对空气——乙炔焰来说，其燃气与助燃气之比在1：6以上。
②化学计量性火焰，这种火焰的燃助比和它们进行化学反应当量相近，如空气—乙炔焰之比为1：4左右。
这种火焰兰色透明，层次清楚。燃烧稳定温度较高，可用于许多元素的测定。是日常分析惯用的火焰。
③发亮性火焰—火焰带黄色发亮，层次开始模糊，燃气流量增大，燃烧不完全，温度不高，带有还原性质，其燃气与助燃气之比少于1：4（空气—乙炔焰）。
④还原性火焰—燃气流量很大，火焰中充溢着大量未被燃烧的燃气，温度较低，层次模糊呈黄色光亮。有热辐射，火焰中含有大量的CN、CH、C成份，有很强的还原性产生自由原子。
使用火焰必须考虑到，火焰气体的吸收和发射现象，不同的火焰在不同波段表现不同。
在空气——乙炔焰气体波长小于2300安培的光有强烈的吸收。因此有共振吸收线在短波紫外区的元素如Cd、Zn、Pb、As、Se等应设法消除或用其它的火焰测定。
N2O—C2H2有辐射很强的分子光带。常见有三个氰带CN3350—3590安培，3740—3890安培，4100—4220安培。因此，对那些处于氰带内的共振线干扰严重，信噪比降低。
不同的无机酸和盐类在各种不同的火焰中吸收也不同。因此，在分析中要考虑到样品和标准，由于使用不同的酸度或浓度相差较大，可能带来的干扰。
乙炔是一种无色，带有大蒜味，比空气轻的可燃气体，一般分析采用钢瓶供气。也可经用电石加水反应产生。钢瓶内溶解有丙酮和活性炭。钢瓶最高可达15—18Kg/cm2，使用后压力降至5 Kg/cm2就要更换。否则瓶内的丙酮会沿炭道流进火焰，造成火焰不、噪声加大。这种噪声往往覆盖了信号。
空气—C2H2火焰是最普遍使用的火焰。它能测定三十多种元素，它的贫燃性火焰温度较高，适用于Ni、Co、金、铂等元素测定，但稳定性较差，它的富燃性火焰有很强的还原性，适用于易氧化、氧化物熔点较高的元素如Cr、Mo测定，大多数元素测定使用化学计量性的—C2H2测定，对于C2H2的管路系统禁用紫钢材料，以免发生事故。
N2O称笑气，是一种无色，带有芳香甜味，比空气重的强助燃气，也是一种麻醉剂。N2O—C2H2是一种高温火焰，能使许多难解离的金属氧化物原子化，从而使火焰法原子吸收分析元素达70余种。
在分析中多用富燃烧性火焰，这是一种呈红羽毛状兰色火焰。这种火焰噪声大、背景强、电离度高，在样液中加进大量碱金属，能减小电离干扰效应。
N2O—C2H2使用专用燃烧器，不能用空气—C2H2燃烧器代替，这种火焰极易发生回火爆炸，管道系统绝对禁油，空气压缩机要用无油隔膜泵，在燃烧过程中禁止调节喷雾器，以防回火。
N2O—C2H2火焰不能直接点燃，需首先点燃空气—C2H2焰，待火焰建立后，徐徐加大C2H2流量。然后将阀门迅速从“空气”转到N2O（流量事先调好），熄灭火时将阀门迅速从N2O转到Air。建立Air—C2H2焰后徐徐降低乙炔流量、再熄火焰。火焰燃烧过程中，燃烧器缝隙容易产生积炭，可在燃烧时用刀片及时清除，以免影响火焰稳定。
此外，还有空气——氢气焰，N2O——丙烷，由于这些火焰的特不如上述两种好，目前也很少使用。
对于以上各种火焰的点燃和熄灭必须遵守“后开先关”的原则，燃气总是后开先关。
4、喷雾器调节雾化器的质量和使用情况直接影响原子化的效率。通过精心调节雾化率，可以得到最好的测定灵敏度和检测极限。
雾化率取决于毛细管喷口与节流器端面的相对位置，以及同心度。每次调整可通过观察喷雾情况和测定吸喷标准溶液的吸光度来判断。直至出现最大吸光度固定为至，日常分析不需调整。
必须注意，任何时候绝对禁止在N2O—C2H2焰中调节喷雾器，否则发生回火事故。通常在空气—C2H2调好的雾化器也适用于其他火焰。
为了获得较高的灵敏度，还要注意调整碰撞球的最佳位置。（也是在火焰中吸喷标准溶液来判断）
试样溶液不宜带氟离子。因为会腐蚀用铂—银合金制作的毛细管和用钛制作的扰流器。工作中要防止毛细管弯折或堵塞，堵塞会引起雾化效率严重降低，堵塞可用软金属以清除。
5、燃烧器高度选择由于火焰各层燃烧情况不同，其温度也不同，基态原子在火焰分布是不均匀的，通过调节燃烧器的高度，使样品光束从基态原子浓度最高的火焰层通过，从而获得较高的灵敏度，用吸喷标准溶液的方法，上下调节燃烧器的高度位置，选取灵敏度最高的位置作为该元素合适的燃烧器高度。
第八节 分析方法
8—1原子吸收分析方法常用的定量分析方法有以下四种
（1）标准曲线法：本法与普通比色法相似，用待测元素纯试剂配制一系列不同浓度的标准溶液（一般为5—7个），仪器按预先选定的工作条件调好将标准溶液逐个喷雾，测定吸收值，绘制浓度—吸光度标准曲线。如图所示，在相同的条件下，测定试样的吸光度，然后在标准曲线上杳出与试样吸光度相对应的浓度，即是试样中待测元素的浓度。
标准曲线的形状与所用空心阴极灯的特性火焰的均匀性、单色器的分辨率有关，由于多种原因，导致标准曲线高浓度部分产生弯曲。即吸光与浓度不成线性关系。如果不保证标准溶液与试样溶液基本一致，那么标准曲线的弯曲并影响试样测定的结果。
（2）标准加入法：
当试样的基体效应对测定有影响或干扰不易消除，标准溶液配制麻烦，而分析样品数量少时可用标准加入测定，即用已知的不同浓度的几个标准溶液加入到几个相同量的待测样品溶液中去，然后一起测定，并绘制分析曲线，所绘制的直线延长。延长线在横轴上的截距表示的浓度即为待测试样中的浓度。如图形8—2所示。当待测样品浓度较低时工作曲线的线性较好，外延引起的误差较小。
（3）内标法将一定量的内标元素回到一系列浓度为已知的标准元素溶液中去，同时测定标准元素及内标元素的吸光度，绘制其吸光度比值与标准元素浓度的关系曲线，将与上述同样量的内标元素加入到待测样品溶液中去，在相同条件下测定样品溶液中待测元素和内标元素的吸光度，从其吸光度比值可在上述关系曲线上查得待测元素的浓度来。
内标法可以补偿燃气和助燃所流量、吸样速率、基体组成等腰三角形因素变动赞成的误差，从而提高了测量的精密度，多波长仪器常用内标法。
内标元素的选择是重要的，必须选择适当。内标元素应和待测元素在与基体、火焰有关的物理、化学性质上相似。
（4）浓度直读法实际上浓度直读法也是标准曲线法，性能较好的仪器备有量程扩展和曲线校直的装置，可以应用来进行浓度直读，减少制作工作曲线的麻烦，提高测定的效率。具体作法如下：
在标准曲线为直线的浓度范围内或是经过曲线校直的浓度范围内喷入空白溶液调零，喷入标准溶液转动量程旋钮使数字显示的数值与标准溶液浓度成简单的倍数关系（如把1PPm标准调到100，5PPm标准调到5 00读数），再用空白调零，反复数次，直到读数与浓度成比例为止。在浓度较高、工作曲线变宽的情况下，可同时调节量程扩展旋钮和曲率校直旋钮，使在待测溶液浓度范围内读数与浓度—相对应、成比例，然后喷入试样溶液记下读数，用标准溶液读数与对应浓度的倍数未除即为试样中待测元素的浓度。
保证在整个测量范围内有良好的直线性，保证火焰灯和火焰充分稳定，对于获得良好的重观性是主要的。同一样品可进行研究2—3次重复测定，取平均值以消除偶然误差。
§8—2分离和富集原子吸收分析灵敏度较高，可以在常用的取样重量下和有大量元素存在的情况下测定微量元素。但是对于含量很低的痕含元素（低于测定下限）或者共存的其他元素过多。化学干扰严重时则需要进行分离和富集，然后再进行原子吸收测定、分离富集的方法很多，而以萃取法应用最广泛，萃取使被测元素与复杂的基体有利于干扰的消除。
萃取时先调整溶液的酸度，加入一定量的络合剂摇匀，待络合剂与测元素以后，再加入有机溶剂把络合物从溶液中萃取分离出来。
目前应用得比较广泛的络合剂有吡咯烷二硫代氧基甲酸铵（APDC）、二乙基二硫氧基甲酸钠（DDTC）、双硫,8—羟基喹啡。其中APDC可以与溶液中30种金属元素络合，浓缩倍数达100倍或更高。用甲基异丁酮（MIBK）萃取直接喷雾进入火焰，所测得的原子吸收信号较水溶液又高压电3—5倍。APDC/ MIBK配合使用可以对天然水中ppb级微量金属元素萃取富集测定。就是说，分离富集是原子吸收分析的一个补充。
§8—3 原子吸收光谱法在农业科学上的应用随着原子吸收分析技术的发展和普及，农业试样中各种金属元素已愈来愈多采用原子吸法进行检测。在测定土壤、植物、肥料、食品、饮料和灌溉用水中营养元素和有害元素时，原子吸收法比过去习惯用的方法有很大的优越性，提高了分析的精度和速度，扩大了分析的范围，可以说，目前原子吸收分光光度计计成为现代化农业分析实验室必不可少的分析仪器之一。
对于土壤普查的大批样品，其中有些项目过去用化学方法进行测定，手续多、速度慢、往往难于进行大批量的样品的测试工作。现在采用原子吸收光谱法，在完成试样的前处理之后，测定就显得很简单了。在较短的时间骨便可以完成大批样品的分析工作。因而，可以说，也是进大规模土壤普查工作不可少的设备之一。
由于工业的发展、环境污染的日益突出、农业产品如粮食、蔬菜、水果以及饮料、牧草等也常受到污染。对人和家畜的健康造成了危害，或者由于地理分布的原因引起食物和饮水中某些种元素过多或缺乏，导致地主病的发生。如我们地区大豆对钼肥非常敏感，玉米及 对锌敏感，就是说给这些作物分别施用钼、锌肥后增产明显，并能防止一些病虫害，那么我们给作物施用多少，每年施用是否全部利用，也就是说怎样合理经济利用。我们用原子吸收可定期取样分析来达到预期的目的。
此外，粮食、饮水、饲料中有害元素的检测工作日益引起重视。对于像汞、砷、铝、铬、镉、硒、锶、铜和钼等含量很低的有害元素的测定分析，原子吸收法比起化学方法方便得多。已广泛应用在这些项目的分析工作中。近年来对农业试样中含量极微的某些元素越来越多采用无火焰原子化技术。
§8—4 农化试样的前处理方法我们知道农业化学包括三个重要分支即土壤、肥料及植物分析。除了主要元素Ca、Mg、K、Na处尤其是兴趣的还有植物生长周期中起重要作用的微量元素。如果这些元素含量不足，就会使作物枯萎或欠收；相反，过量用肥也会损害作物，因此就需要有效地进行控制。所谓微量元素是指土壤中含量很低的化学元素，这些元素的含量范围一般为百分之几到十分之几，有的则少于百分之一。主要的微量元素为Cu、Fe、Zn、Mn、Mo和B，其它元素有Co、Ni、Ce等。如今也经常研究土壤中Ae的含量，因为它对土壤的再生有重要作用。
一、试样的制备试样的溶解指将固体试样制备或溶液的过程，试样溶解对土壤、植物来说是不同的，土壤试样用熔融或用酸溶解。对土壤有效部分则用提取剂来提取，植物试样用干法或湿法灰化。
1、土壤试样的溶解
（1）熔融：碳酸钠是熔融土壤试样最常用的熔剂，操作方法取样重量0.5—1.0克，无水碳酸钠的量约为试样重量的六倍，熔融温度950℃完全熔解后在高温电炉中继续加15min，熔块溶10mlHCL，也可以再加10mlHCL460%或者稍增加HCL用量熔融应使用铂、坩、锅。
其它还有焦硫酸钾、碳酸氢钾—对氧化物熔融较为适宜，熔融进容易溅出、熔融应用铂、坩、锅。
（2）土壤中有效态微量元素的提取土壤中可给态微量元素包括土壤溶液中的离子和被土壤胶体及有机质吸附的离子。习用的方法是用一定的提取剂溶液来浸提土壤，以提取出来的部分代表植物能够吸收利用的微量元素，所用的提取剂提供了大量的和过剩的代换离子。把待测定的离子由土壤中代换出来。实际上这种化学的提取法是有局限性的。可能有非可给态微量元素进入提取溶液，所以常用栽培试验来校淮。根据植物中有关元素进入的含量和提取剂溶液中的含量加以对比，计算出二者间的相关系数判断提取剂是否适用，还应用以植物生长情况作最后的验证。
提取剂有水、盐溶液、整合剂溶液、酸等。有的提取剂溶液只适用于一个元素，有的适用于多种元素。随着仪器分析向多通道方面的发展，更希望有适用于多种形式元素的提取剂，以达到一种提取液能测试多种元素的目的。
目前常用的提取剂对酸性、中性土壤来说，有0.1NHCL、0.5NHAC0.05MEDTA较多，一般用DTPA较多。除了用垫水浸提有效态B和Tarmm溶液浸提有效钼以外Zn、Mn、Cu、Fe、Pb、Cd、Ni、As都用DTPA提取。
2、植物试样的灰化和熔解
（1）干法灰化在高温破坏有机物而后将矿质成份溶解在稀酸中。灰化在高温电炉中进行，为了避免可能发生的损失，不宜超过450℃。
（2）湿灰化指用酸消煮破坏有机物，有时则加入氧化剂与干法相比较，湿法灰化不容易损失金属元素，所需时间也较短，缺点是酸的用量较大，有的酸不易纯化。造成较高的试剂空白，对微量元素分析十分不利。湿法灰化常用的酸是硝酸、硫酸—高氯酸。一般使用两种酸，有时则使用三种酸，有时需加入过氧化氢来完成灰化。
湿法灰化与干法灰化同样适用于铜、锌、铁、锰的测定，钼可用干法灰化或用硝酸—高氯酸消煮，但由于含量较低，试样重量较大，以干法灰化为最方便。所以对于含量较低的微量元素，一般采用干法灰化较合适，硼的测定只能用干法灰化。
讲到这里我们可以说，处理样品的方法很多，所以根据样品的特点来选用适当的方法合理处理试样。
§8—5 原子吸收光谱法的特点原子吸收光谱法比发射光谱法出现晚了一个多世纪，但它是后起之秀，在短短的二十多年中就发展成为比较完善的现代分析方法，应用十分广泛，原子吸收光谱法与发射光谱等其他测试方法相比较具有如下特点。
（1）灵敏度高原子吸收光谱法的灵敏度大体同发射光谱相接近采用火焰原子化法。可测定溶液中ppm(10-4%)级杂质含量。如预先进行溶剂萃取富集，有些金属元素可测定ppb（10-7%）级杂质含量，采用非火焰原子化法，其测定的绝对灵敏度可达10-12克，因此原子吸收法适合于作物质中痕量元素的分析。若测定前经过适当在稀释处理，原子吸收光谱法也可以用来测定样品的基本成份（大量元素）。一般来说，用火焰原子吸收法测定样品中元素的浓度范围在10-4%—20%。
（2）干扰少、易于克服原子吸收法的光谱干扰、化学干扰、基体效应和温度效应都比发射光谱少得多，而且比较容易克服。如何判断有无化学干扰，除了根据一般资料介绍外，在实际分析时还可以稀释试样的方法进行干扰检查。即将浓的测定溶液稀释2——5倍，然后进行测定，如果测定结果上稀释倍数与稀释前测得的结果相同，则可以说明没有显著的干扰。
（3）测量精度高由于干扰较少，原子吸收的测定结果一般较稳定可靠。双光束仪器在适宜的工作条件下操作，测量的精密度（相对标准偏差）可在1%以下。
（4）操作简便快速多数液体样品可以不经处理直接测定，或者只需过滤简单的稀释便可测定。固体样品也只需分解成溶液加入某一适当的缓冲剂便可以测定，一般不需要分离操作。另外，原子吸收法的标准样品制备也比较简单，因此原子吸收法操作简便、容易掌握，测定的速度相对来说也比较快，如采用浓度直读方式每小时测数十个或一百多个试样。
（5）样品消耗少（试样消耗少）
火焰原子化法每测定一个样品，一般只消耗几毫升溶液。如果条件选择适当可连续测定样品溶液中好几种元素。无火焰原子化法测定一种元素通常只需几微升到几十微升的样品便于工作够。这对于不易得到的珍贵样品，如人体组织、血液、体液等各种生物样品的测定为适合。
（6）从理论上讲，所有的元素都可以用原子吸收法测定，但是由于一些元素的重要共振线位于真空紫外区域，在这里空气产生强烈的吸收，因此难于测量。另外，有一些元素在火焰中生成的化合物相当稳定，极少蒸发和离解，由于原子化率低，灵敏度不够，测不出来。采用高温火焰和无火焰原子化法，这类元素显著减少，但仍有一些元素存在原子化的困难。
目前，应用各种类型的火焰或无火焰形式，可测量元素已达六、七十种之多，几乎绝大多数金属都可以测定了。当然，不同元素的灵敏度方面还有很大差异。
在测定元素的灵敏度和含量范围合适的情况下，不管试样本身是固体的、还是液体的，是有机的、还是无机的，是多组分的、还是单组分的，都可以考虑采用原子吸收法进行测定。故原子吸收法在地质、治金、化工、建材、农业、生物、医药、食品和环境保护等许多领域都广泛的应用。
当然，原子吸收法不能完全取代其他的分析方法，它本身也存在一些不足的地方。首先，许多重要的非金属元素如碳、氮、氧、硫、磷、氟、氯等不能直接测定；其次，利用火焰原子化影响火焰稳定的因素很多，相当一部分金属元素在普通的空气——乙炔中测定灵敏度还不够高，另外，单波道仪器不能同时测定多种元素，每测定一种元素都需更换相应的元素灯，尚嫌麻烦。多波道仪器虽可同时测定几种元素，但除仪器昂贵外，工作条件较难选择。
第九节 仪器操作方法仪器的具体操作方法，因仪器的种类、型号不同而有所不同，操作者应根据仪器说明书要求操作仪器，以免发生错误，损坏仪器。为此，操作者必须反复阅读说明书，搞清仪器各种开关、按钮的名称、作用和调节方法。下面简单介绍原子吸收测定样品的操作步骤，至于每一步骤的具体操作方法可参阅仪器说明书。仪器安装完毕，逐项检查供电、供气、排气、排液是否符合要求，经检查合乎要求后方可开始操作仪器。
（1）准备好试样溶液和标准溶液，根据样品具体情况参考仪器说明书标出操作条件，选择好仪器参数。
（2）插上电源，待外接电子交流稳压器稳定后，打开主机电源。
（3）装好待测元素的空心阴极灯、打开灯电源开关，调节灯电流到额定值。
（4）将狭缝和波长调节互预定值。
（5）调节灯的位置。
（6）待灯发射稳定后，细调波长，选择吸收线。
（7）调节燃烧器位置使燃烧器缝隙正好在光轴下方并与光轴平行。
（8）打开抽风机，开动空气压缩机，调节气压的流量到预定值。
（9）打开乙炔钢瓶，调节乙炔流量计，使乙炔流量达到预定值，点火。
（10）喷入一个标准溶液，细调空气和乙炔流量，调好燃烧器高度和碰撞球位置，使光度达到最大值。
（11）喷入空白溶液，调零。然后喷入标准系列，逐个记下相应的吸光度。根据需要，调节标尺扩展和曲率校直旋钮，进行浓度直读。喷入样品溶液，记录结果。每测20个左右样品，用标准溶液校正仪器一次。
测试完毕，关上灯电源和乙炔钢瓶开关，熄灭火焰。喷入支离子水，清洗原子化器5分钟，移去离子水再吹干2分钟。最后关闭空压机电源和主机电源，把各种开关按钮复原。整理计算结果。
第十节 仪器维护与故障排除原子吸收分光光度计属于精密的光学电子仪器。需要精心操作，细心维护，才能保证仪器性能良好和正常运转。
仪器光学系统有许多透镜和反射镜，要注意防止灰尘落在镜面上，造成透光和反射效率降低。一般来说，光学系统不要随便打开，特别是光电倍增和光栅要留心保护。在仪器检修过程中，应避免灰尘和油污落在光学系统的镜面上。反射镜和光栅表面，绝对不能酒精、乙醚之类溶剂清和擦试。可用洗耳球吹气的方法把镜面的灰尘吹跑。仪器要注意防潮，若较长时间不用，要定期通电赶潮，防止镜面受潮长霉和电子元件受潮短路烧毁。
仪器经长期使用，可能出现各种故障，而这些故障往往是多变的，互相重叠的，需要细心观察，试验比较，才能找到故障的原因。观从操作使用仪器的角度，讨论一下常见的故障及其排除的方法。
（1）漂移：漂移是指读数随时间连续偏移初始值，那么漂移又分为基线漂移和吸收漂移两种。基线漂移半出自检测系统，在安装和调试新仪器时常多半出自检测系统，在安装和调试新仪器时常碰到。原因可能是，仪器经长期存放和长途运输后受潮，造成光电倍增 性能降低，色散光增强而导致基线漂移。碰到这种情况，应用红外灯通风除潮，使仪器逐渐恢复正常。任何电感应，磁感应也会引起仪器产生漂移。因此，在注意检查仪器电源按线是否正确，有无良好的单独按地。仪器的地线不能与中线共用。另外，仪器运输过程中受到振动，常使切光器与光电元件的位置变化，造成同步解调控制电路。波形异常而导致仪器产生漂移。可用阴极射线示波器检查同步解调控制电路检测点的波形，并与标准形比较，如发现异常，应仔细调整切光器与光电元件的相对位置，直至出现正常的波形为止。
除了检测系统外，元素灯发射不稳定也会引起基线漂移。灯电源和负高压电源不稳定同样会导致基线漂移，要注意检查，区别情况，加以解决。
吸收漂移是指在点燃火焰的情况下，喷入纯水或喷入样品溶液后，读数不稳定产生漂移。若仪器的基线漂移经检查不严重，而吸收漂移比较严重时，就要检查雾器的毛细管有无堵塞，可用细不锈钢丝清除。另外，废液排除的不畅通，造成喷雾室内积水，燃烧器预热时间不够，喷雾空气或乙炔压力不，刚刚吸喷过有机溶剂未彻底清洗干净，样品溶液“粘度”过大或溶液有固体悬浮物质诸因素都会引起吸收的漂移。当然，波长调偏于共振线，也会导致漂移。要逐项检查，找出原因，加以排除。
（2）零点不对零点不对是指仪器总是偏于“零位”一个数值。带自动调零的仪器，当压下调零钮，数字显示不在0.000+_0.002范围内，就要调正零位。造成零点不对，除了调零机构未调正外，还可能由于波长未调整在吸收线上，或者元素灯衰老，发射不稳定而造成。
（3）读数不稳定读数不稳定表示信号上叠加有较大的噪声，原因可能有：
a、喷雾器毛细管或塑料管堵塞。
b、喷雾器内的毛细管喷口腐蚀。
c、喷雾室内积废液。
d、喷过有机溶剂末彻底清洗干净。
e、火焰燃烧状态不正常——气流压力波动，气体档洁，乙炔钢瓶压力低于5Kg/cm，丙酮流进火焰而参与燃烧。
f、样品太粘，有悬浮物。
g、燃烧器缝隙部分堵塞，或积存有炭粒和无机盐在燃烧器缝隙上。
h、检测系统受潮不稳定，单色器未调整好，有色散光。
j、灯发射不稳，灯电源不稳定。
k、灵敏度降低。
在最佳工作条件下，如果发现大多元素的灵敏度普遍降低，这时首先应检查喷雾器是否已腐蚀，毛细管和节流咀相对位置和同心度是否变化等等。其次要检查碰撞球位置是否调好，雾化室内有无积聚废液，气源管道是否有堵塞，气体流量是否正常。
如果只是个别元素灵敏度下降，应检查共振线是否调正，元素灯是否调正。元素灯是否衰老，发光异常，谱线半宽度加大。如果主要在2300安以下紫外区域灵敏度下降显著，应检查灯和燃烧室石英窗口，聚光透镜有无污染、指痕、灰尘等。
（5）输出能量低输出能量低是指需要要高压调节，才能得到100%透射率（吸光度A=0）。
调节仪器过程中若发现输出能量比正常情况明显下降，而检查灯电流、狭缝宽度和波长选择又均符合要求时则需要注意下列情况：
a、如果是全波段内性能普遍降低，应检查光电倍增管有无衰老，负高压是否正常（用表实测一下）。
b、如果能量低与波长有关，除察看石英窗口有无污染外，应检查单色器光学系统有无变化（如振动造成的光学元件机械位置改变）。
c、波长示值错乱，波长读数与实际不符，应重新校正波长鼓轮。
（6）、工作电源故障：
仪器内装有一个变压器，可提供数种不同功率、电压的工作电源。某一工作电源供应故障可造成控制部分完全不工作。仪器的保险给烧断、整流元件击穿常会造成工作电源故障。可按仪器说明书对腾线路进行检查，找到故障所在，加以排除。
（7）空心阴极灯点不亮
a、灯已烧坏，可调换另一个灯试试。
b、灯电源故障，可按维修手册进行检查。
c、接触不良，可轻轻转动灯座，按紧插关。
d、灯的起辉电压过高或漏气。
（8）仪器操作中的紧迫处理：
仪器在工作过程中如遇停电，应迅速关闭燃气，然后再将各部分控制机构复原。若发现火焰骚动很大，这是由于燃气与助燃气流量比例不对或燃气有严重污染所致，遇到这种情况应立即关闭燃气，待处理完后再点燃火焰，操作时若嗅到乙炔的大蒜味，应立即关闭燃气，检查管道和接口处有无漏气现象。
第十一节 GFU—201型原子吸收光谱仪的结构特点它和一般国内外同类产品相比，本仪器具有以下特点：
1、仪器功能齐全，有四种工作方式的适应用户的不同要求。这些工作方式是：火焰发射、单光束吸收、双光束吸收及连续背景扣除。其中双光束吸收方式，是仪器的主要工作方式。采用火焰原子化器时，双光束方式能取得满意的分析结果。因为双光束方式能消除元素灯电源及仪器光电倍增器高压。电源电压波动的影响，大大提高了仪器的稳定性，改善了元素的检测极限。由于稳定性显著提高，很容易实现测量自动化。同时，双光束系统也大大改善了仪器的温度稳定性。当采用石墨炉原子化器时需要使用无火焰连续背景扣除方式。大家知道，被测物质在石墨管中原子化时，往往会产生严重的分子吸收干扰。单光束吸收方式是仪器的辅助工作方式。当元素灯的能量很微弱时，可采用这一方式。因此，降低了测量精度。本仪器采用了氘灯来测量分子吸收实现了背景和自动扣除，降低了分子干扰。
单光束吸收方式是仪器的辅助工作方式。当元素灯的能量很微弱时，可采用这一方式。因为此仪器测量信号具有最大能量，可显著地降低测量噪音。发射方式也是仪器的一种辅助工作方式。此时仪器可作为一台火焰分光光度计使用。仪器可测量出谱线的发射强度，从而确定被测元素的含量。仪器具有波长自动扫描系统可以对发射谱线进行连续扫描。
2、数字积分与数字显示。测量结果由四位荧光数码管进行显示。为了提高分析精度，采用了先进的数字积分技术，显示值为10次或20次或100次测量结果的平均值。这样就显著地降低了测量误差。
3、脉冲供电技术。采用了独创的脉冲供电技术。对元素与氘分别实现了由切光器控制的同步短脉冲供电。在不加大谱线波宽的基础上加大了信号电平，有效地提高了测量系统的信噪比。
4、透射反射相结合的光学系统。为了增大仪器的光电信号，在光学系统中尽量减少反射镜数量，光学系统直线排列，使仪器能充足，只需使用普通空心阴极灯就能对砷、硒等元素进行有效分析。当采用单光束方式或发射方式无火焰方式时，半透半反镜能自动地转动到光路外边减少光能损失。
5、双气路石墨炉原子化器。石墨炉采用双气路工作方式，内气路可在原子化阶段停止供气，分析灵敏度高，重现性好。石墨管采用热裂解处理，性能优良寿命延长。石墨管电源右程序控制，在原子化阶段开始后能实现控硅金导通的快速加热，快速加热时间可以选择，提高元素的分析灵敏度。
6、自动定心同心雾化器。雾化器垂直于雾化室，毛细管自动定心，雾化效率高、噪音小。毛细管由铂铱合金作成。燃烧头由纯钛制造，抗腐蚀性良好。根据火焰情况同撞击球位置可以随意调节确保最佳灵敏度以减少火焰噪音。
7、通用气路系统。火焰原子化器与石墨炉原子化器共用一个气路控制单元。有三条独立的气路系统，每路皆为自动稳流（稳压）控制。性能优异、使用方便。
8、可抽出的活动工作台。火焰原子化器与石墨炉共用一个工作台。工作台可以进行垂直、水平位移及垂直回转调节。工作台亦可抽出、清理燃烧器，更换石墨管非常方便。
9、电气测量系统稳定、可靠。采用电容放电式对数转换器，对数特性好，温度漂移小。采用伺服电机进行自动调零。安全、可靠。数字系统采用了石英晶体振荡与中规模MOS组件，性能较好。
第十二节 痕量元素的原子光谱分析
1—1痕量分析和微量分析化学是化学工艺的眼晴。非常重要。应用面极为广泛，许多工业部门都离一开它，随着现代科学技术的迅速发展，对分析工作者的任务更加艰巨，要求建立的分析方法具有灵敏度高、检出限低、精确度好、操作简便和分析速度快等特点。近年来化学分析分析具有有特点：
（1）大量开展仪器分析：仪器分析逐步取代经典的化学法分析。仪器更新快，以美国PE公司为例，自1979年生产5000型原子吸收主机附HGA500型石墨炉的来，已有4000型主机附400石墨炉、5000/zee、5000/ICP、5500/ICP、3030/ICP、6000/ICP、6500/ICP有到一年就有一种型号产品。
（2）新技术和新方法的应用：主要应用塞曼效应、激光技术、平台技术以ICP技术，使原子光谱分析技术有了较大的飞跃。
（3）计算机使用：使仪器稳定性大大提高，实现气自动分析，包括光学、电路和机械部分全自动化操作。
（4）联机使用：将不同性能的设备结在一起，进行分离、检测、数据处理。如美国具莱德公司原子荧光仪器、高强度空心阴极灯作为光源、ICP作为原子化系统微处理机进行数据处理和程序控制实现12种元素同时分析。
随着近代科学技术的飞跃发展，分析化学工作者碰到二种难度较大的分析任务。
a、痕量分析：通常指分析元素的含量在1——100PPM范围，对试样量没有什么要求。
表
b、微量分析：通常指取样量在mg级试样量对分析元素的含量没有什么要求。
表
1—2分析结果的表示分析结果是以浓度报出结果，浓度依赖于重量或体积，一般以每亩单位重量（或体积）试样中含有分析元素的量来表示。克是基本重量单位，在痕量分析中使用更小的单位：
微克 10-6克毫微克 10-9克微微克 10-12克毫升是基本体积单位，对痕量分析或微量分析使用的单位是微升1微升=10-3ml
1—3原子光谱分析技术在1996年，通常检出限是ppm指百万分之一或每ml水溶液中微克数，主要以火焰原子吸收和火焰原子荧光为主开展痕量分析。
80年代以来，检出限达ppb级,开展痕量分析的测试技术有FAES、FAAS、EAAS、ICP、AFS等新技术。
第三章 紫外与可见分光光度法第一节 可见—紫外分光光度法简介具有不同分结构的各种物质，对电磁辐射显示选择吸收的特性。正像我们在比色分析中经常见到的，有色物质的溶液对不同波长的入射光线有不同程度的吸收。
吸收分光光度法就是基于这种物质对电磁辐射的选择性吸收的特性而建立起来的分析方法，在原理上它属于分子吸收光谱分析。
可见和紫外紫外分光光度法广泛地应用于无机和有机体系的定性和定量分析。这是因为很多化合物或检衍生物在可见紫外区有吸收光谱，也由于此种方法有如下特点，例如需要的仪器设备较为简单价廉，一般具有相当好的灵敏度和选择性，分析操作易于掌握，方法便于推广。
可见和紫外吸收光谱是在电磁辐射的作用下，多原子分子的价电子发生跃迁而产生的分子吸收光谱，它又称为电子光谱。为了避免激发分解，多原子分子光谱一般不研究它们的发射光谱，而只能研究它们的吸收光谱。
在吸收过程中，物质的原子或分子吸收了入射的辐射能从基态至较高能级的激发态，吸收的能量与电磁辐射的频率成正比，符合普朗克公式。E=hv具体所讲的和前面讲到的光谱一样，在此不再重复。按波长说，可见区为750—400nmh紫外光区为400—200nm。各种物质分各有其特征的分子吸收光谱。待测物质溶液的吸光度或物质的摩尔吸光系数随投射于吸收溶液的光线波长的不同而有所变化。所谓吸收曲线或吸收光谱，即为所研究物质在光源的各波长时的透射百分率或吸光度的记录。它反映物质在不同光谱区域吸收能力的分布情况。，曲线的形状和物质的特性有关，可作为密切协作定性鉴定的根据，而在某些选定的波长下测量吸光度即可对物质进行定量分析。
通常吸收曲线的横作标表示波长λ或波数ψ或频率v0纵坐标表示透光度T，吸光度A（或消光E）或摩尔吸光系数ε或其对数。对于尚不知道分子量的物质不能使用摩尔吸光系数，习惯上把浓度C和吸收层b的单位记在A的右上和左下角来表示吸收能力。例如a1cm1％400nm的意思是浓度为1%的物质溶液对400nm波长的比吸光系数。
吸收最大的波长以λ最大表示，在可见区溶液的颜色主要是根据这个数值决定。Σ最大为最大吸收波长下的摩尔吸光系数。使用T为纵坐标的吸收曲线最低点是最大吸收，反之，使用A或ε或ε的对数论为纵坐标的吸收曲线的最高点是最大吸收。
对于比色分析和分光光度测定来说，有色化合物或吸收物质的吸收区域越窄越好，因为这样的物质在溶液中具有更明显、更纯的颜色或吸收较为特征，这种情况在分析复杂混合物时尤为有利。
测绘吸收曲线通常是使待测物质的溶液浓度不变，在不断改变入射波长的情况下，依次测量溶液在各波长下的透光度或吸光度，然后根据所得数据绘制吸收曲线。在正常情况下，选用不同的固定浓度的溶液测得的吸收曲线形状是完全一致的。若以摩尔吸光系数ε为纵坐标，则便消除了浓度的因素。图1是高锰酸钾水溶液的吸收曲线（吸收光谱）。
分光光度法较一般比色及光电比色法优越，因为它可以在相当广阔的光谱区域内反映待测物质的选择性吸收的全部，从而允许选择最合适的波长进行待测成分的测定。并可参考相关物质的吸收曲线选择合适条件。以避免干扰，对于混合物几个组分的测定常常不必加以分离。分光光度法使用的仪器—分光光度计一般使用棱镜或光栅分光，可得到波长范围很窄，近似单色光的入射光，这比采用滤光片获得的光要好的多。通常应用广泛的光电分光光度计的光电流测量装置很精细，故分光光度法较比色及光电比色法更为灵敏和准确。
第二节 可见及紫外分光光度计通常所说的紫外分光光度计可在可见和紫外光区域工作。价格低廉，应用极为广泛的是只适用于可见光区的分光光度。
一、可见及紫外分光光度计分光光度计的型号很多，按光束的数目可分单光束和双光束，按记录方式则可分为手录式和自动记录式。
目前国内应用最普遍的72型光电分光光度计，它是一种初级的光电分光光度计，专供实验室在420—700nm的可见光区作比色分析之用。
仪器包括由玻璃镜组成的单色器，高灵敏度的光点滴反射检流计，用10伏、7.5安的钙灯作为激励光源，用硒光电池作为光电转换器，在检流计的标尺上刻有透光度和吸光度的分度。就是当白色光源进入单色器后，即被棱镜色散成一个连续光谱，其中被选择的波长部分通过光狭缝后，再透过盛有溶液的比色器，直射至硒光电池上。单色光的选择是通过波长凸轮使折光镜转动一个很微小的角度来实现的。
硒光电池和高灵敏度微电计构成了一个光电流的测量电路。使用时，根据透过参比溶液和试样溶液的光线温度的关系来读出溶液的透光度或吸光度。
和72型一类的还有WFD—72型和721型这两种与72型的不同点在于采用了晶体管放大线路和电表直读的结构较为灵巧方便。
国产紫外分光光度计主要有WFD—G型和751型两种，它们都是单光束，手录式的。WFD—G型紫外可见分光光度计是采用光栅作为分光器。
现将目前应用较多的721型分光光度计光学系统介绍给大家，其光源为钨灯，波长范围为360—800nm。由光源发出的光波射到聚光透镜上，汇聚后经平面镜转90度角，反射至入射狭缝进入单色器内，入射光经过准直镜反射后成为一束平行光射向30度棱镜，色散后，由棱镜背面镀铝的膜按原路反射回来，再经准直镜反射与入光狭缝共振的出光狭缝，构杨“自准式”光路系统。由出光狭缝射出的单色光经过光程。聚光透镜后，经过吸收池并达到光电管。光电管产生的光电流经放大器放大后，推动微安表读数。
用单光束直读式议器测定，大致按下述步骤进行。首先，在检测器无光照的情况下，将仪表调整至零读数（透射率T为零，A不无穷大。这一步包括了暗电流补偿）。第二步，将参比池推入光路中，令光束通过，调节光检改变光强或调节放大器使仪表读出度（100%T，A为零）。将将待测试样推入光路，并读取A或T值。
另外，与可见部分不同的紫外部分，以751为例，它采用自准式光路，单光束非记录型。其波长范围为200—100 nm，在320—1000 nm范围内，用钨丝白炽灯作光源，在200—320 nm范围骨，以氢弧灯作光源。
其光学系统和721型基本相同，所不同的是它设两种光源，并备两个光电元件，即GD—5紫敏光电管和GD—6红敏光电管。GD—5不锑铯阴极面，对紫光灵敏，适用波长范围为200—625nm，GD—6为银氯化铯阴极面，对红光灵敏，适用于625—1000 nm。
较为近代的紫个分光光度计是双光束、自动记录式这种仪器可以自动描绘出待测物质在相当宽的波长范围内的吸收曲线，可反映出吸收曲线的细微结构。现代的紫外分光江度计的特点主要是自动化程度高。如除可自动描绘吸收曲线外，在一定波长下测量吸光度进行定量分析时，可以数字管显示测量数据，有的还可连接数字打字机直接报出分析结果。为了适合一机多用，一般紫外分光光度计均可利用特殊附件，如火焰光度、荧光、浊度、纸上色层、原子吸收、光度滴定等改装成相应的分析仪器。
第三节 紫外可见分光光度分析中的常用光谱述语
1、生色团从广义的角度而言，所谓生色团就是可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。此外，有人把生色团定义为在紫外及可见光范围内产生吸收的原子团。例如有机化合物中常见的某些官能团：羰基、硝基、双键或参键、芳环等均是典型的生色团。
2、助色团通常，助色团是指含有未共享电子（非键电子，称为n电子或p电子）的非生色团。而当它附加于某一生色团时，能使该生色团的吸收波长位置向长波方向移动且增加其最大吸收的强度。由于孤立的生色团吸收带往往位于紫外光域，在引入某些助色团时光吸收移向可见光域。故由此得名。常见的助色团按其“助色”效应的强弱可大致排列次序如下：—F＜—CH3＜CI＜—Br ＜—OH＜—OCH3＜NH2
3、反助色团这类基团与助色团的效应恰好相反。常见的反助色团的次序如下：NH+3＜SO2NH2＜—COO-＜—CN＜—COOH＜—COOCH3＜—COCH3＜—CHO＜—NO
4、红移当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波长或位置向长波方向移动，这种现象称为红移或向红。红移往往由于取代基的变更或溶剂的影响而发生。
5、蓝移当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波长或位置向短波方向移动，这种现象称为蓝移或向蓝。同样，取代基或溶剂的影响亦引起蓝移。
6、
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的摩尔吸光系数Σ最大增加，即吸收强度增加。这种现象称为浓色效应或增色效应。
7、减色效应（浅色效应）
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的摩尔吸光系数Σ最大减少，即吸收强度降低。这种现象称减色效应或浅色效应。
上述四种现象可用图表示为图第四节 温度和溶剂对电子光谱的影响一、温度的影响由于光能的激发，电子能级发生变化的同时总是伴随着分子的振动和转动能级发生变化所以与红外光谱相比较，紫外与可见吸收光谱的吸收带总是较宽。大量实验证明，温度较低时，分子的振动和转动能级跃迁以及溶质与溶剂的相互作用将减少。这样就导致分子的振动和转动，跃迁时整个谱带的贡献亦减少，以致在某些时候，吸收谱带仅呈现单一的电子跃迁。图1给出（反式1，2—二苯乙稀）在+20℃及—185℃的吸收光谱。从图看出，温度降得很低时，该混合物的吸收光谱显著不同。若温度变化较小时，则原吸收光谱的影响甚微。所以在一般分析操作中无需恒温。
二、溶剂的影响溶剂对紫外与可见吸收光谱的影响较为复杂，当从非极性溶剂改变至极性溶剂时，常导致精细结构完全消失。而吸收带更为平滑。溶剂的极性对吸收光谱的影响可从图形操作进一步看出。
在蒸气状态，由于由于间的相互作用减少到最低程度，所以紫外吸收光谱的精细结构很容易地观察到。在非极性溶剂中，由于溶质分子与溶剂分子的相互作用，精细结构则进一步消失。
溶剂的改变除了导致吸收谱带的结构发生变化外，亦影响最大吸收峰的位置。就一般而言，对π—π*跃迁，如果在极性更强的溶剂中则导致吸收峰红移。对n—π*跃迁，则导致吸收峰蓝移。
由于溶质与溶剂的相互作用对吸收光谱有显著影响，所以在紫外与可见分光光度分析中选择合适的溶剂甚为重要。对溶剂的基本要求是（1）在样品光谱区域无明显吸收（如试样溶液呈色，则应选择无色透明溶剂），它能使被测物质或有关显色产物溶解，（2）用该溶剂配制的溶液应具良好的化学及光化学稳定性。
常用极性溶剂的有95%乙醇、水和甲醇等。而非极性溶剂则是有如已烷、庚烷、环已烷三类的脂肪族烃。象乙腈和丙腈等有机氰化物是具有优良光谱透明度的惰性极性溶剂。广泛使用的对质子具有惰性的极性溶剂则是1，4—氧杂环已烷，它适用的波长范围紫端极限右至205 nm。在某些特殊情况下，无水硫酸亦可用作高透明度的溶剂。
在极低温度下，（通常可低至—190℃左右）进行分光光度的研究工作时，可采用某些混合溶剂。这些混合溶剂在温度降低时，仅变为类似玻璃的粘稠体而不致结晶。低温溶剂色指有EPA(它是由体积比为5/5/2的乙醚、异戊烷和乙醇组成的混合物)；体积比为9/1的甲醇—丙醇混合物，体积比为4/1的四氢呋喃—双（2—甲氢基乙基）醚混合物等。
第五节 定性分析定性分析的范畴首先包括某一化合物中各种原子或离子基因及其位置的检测和确定，以及各基因相互化合的状态，即结构的判断，最后则是整个化合物分子的推测和鉴定。由于这一任务的复杂性，单纯依靠某一种方法很难达到目的。常借助多种化学、物理和物理化学的方法对某一化合物进行定性分析和鉴定，以便相互补充和互为验证后，再经综合分析和判断，才能得出正确的结论。所以，在应用紫外可见光度法进行定性分析时，应将其它分析方法红外、质谱、核磁、喇曼光谱等的测定有机地结合起来。
§5—1有机化合物定性鉴定的一般规律和方法利用紫外可见分光光度法对有机化合物进行定性鉴定的主要依据则是这些化合物的吸收光谱特征。例如吸收谱线曲线形状，吸收峰数目以及各吸收峰的波长位置和相应的摩尔吸收光系数Σ值等。其中最大吸收峰波长λ最大及相应的Σ最大值是有机化合物定性鉴定的主要参数。就是说，当两种物质具有相同的成份时，它们的紫外可见吸收光谱完全等同。
由紫外可见吸收光谱可以对有机化合物是否在某些生色团和助色团提供许多重要线索（例如是否存在羰基、共扼二烯烃及多烯烃、芳烃、硝基等基团），而且可对该化合物作出初步的判断和定性鉴定。对有机化合物进行鉴定的主要步骤是：第一将样品尽可能提纯，以除去可能存在的干扰杂质。第二，在紫外可见分光光度绘出提纯样品的吸收光谱曲线，由其光谱特征根据一般规律初步判断。第三，根据对比法对该化合物进行进一步定性鉴定。第四，应用其它化学、物理和物理化学等分析方法进行对照和验证，最后作出该化合物定性鉴定的正确结论。
一、一般规律这些初步判断的规律包括：
1、如果该化合物在220—800 nm波长范围内无吸收（摩尔吸收光系数值Σ＜1），则可能是直链烷烃或环烷烃及脂肪族饱和的胺、腈、醇、醚、羧酸和烷基氟或烷基氯。而且可以断定该化合物不含直链或环状共扼体系，不含有醛基、酮基或溴和碘（饱和脂肪族化合物在200—210nm有吸收）。
2、如果该化合物在270—350nm范围内呈现一低强度的吸收带（ε=10—100），而且在约200nm异无其他吸收，该化合物就含有一简单的，非共扼的并包含有n电子的生色团。（n电子异称为p电子，是在分子未参与成键而仍处于原子轨道中的孤独电子）。此谱带往往是由n—π*跃迁所产生的R带。
3、如果在250——300nm波长范围内出现等强度的谱带（ε=100—1000），而且可能能包含有振动跃迁的精细结构，则往往说明存在一苯环。当苯环上有一个取代的共扼生色团时，吸收带具有的ε可以＞10000但某些些化合物亦可能＜1000。
4、如果在210—250 nm波长范围内有一强的吸收带，即表明该化合物含有两个共扼体系。如ε值在10000和20000之间，说明为一简单的不饱和酮或二烯。同样，在近260、300、330处有强度的吸收带，则暗示该化合物含有三个、四个或五个共扼体系存在。
5、如果该化合物呈现许多吸收带（甚至延伸至可见光区），则可能含有一长链共扼或多环芳香生色团。若化合物具有颜色，即表明在可见光区具有选择性吸收，分子中含有的共扼生色团或助色团则至少有四个，一般在五个以上（某些含氢化物。如硝基化合物、偶氮肥合物、重氮化合物、亚硝基化合物等，以及α—二酮，乙二醛和三碘甲烷例外）。
由有机化合物的吸收光谱按以上述一般规律进行初步判断，仅能缩小该化合物的归属范围。采用下述对比法才能进一步判断待鉴定的物质可能是何种化合物。
二、对比法所谓对比法，即是将样品化合物的吸收光谱特征（包括吸收曲线形状，吸收峰数目，λ最大及Σ最大等）与标准化合物的吸收光谱特征进行对照和比较，如果两者完全相同。即可以考虑样品与标准化合物可能是同一种化合物（尚需配合其他方法确证之）。如二者不同，则肯定二者不是同一种化合物。
这种对比法可以借助于前人在实验基础上总结汇编的各种有机化合物的紫外与可见标准谱图以及电子光谱多种数据进行定性鉴定。常用的工具书有：
1、有机电子光谱资料，这是一套由许多作者共同编写的大型手册性丛书。
除了利用上述有机化合物的紫外与可见标准图和有关电子光谱数据进行定性鉴定外，亦可采用一个标准样品（称为模型化合物），将其吸收光谱与未知样品的吸收光谱进行比较，如两种谱图的特征完全相同，亦能作为定性鉴定的依据。
对比法可以定性鉴定许多合成的和天然的有机化合物。例如VA 的鉴定就是一个典型的例子.VA与三氯化锑作用,在氯仿介质中形成蓝色化合溶液.这一蓝色化合物溶液。这一蓝色溶液在可见区呈现两个较强的吸收峰，其λ最大分别为585及620nm。此外，还有一弱吸收峰（λ最大695nm）。而淡水鱼肝油的相应产物则主要呈现695nm吸收峰，未见出现620nm吸收峰。这就说明存在两种不同的VA，即A1和A2，实验证明 VA 1和A2的紫外吸收光谱完全不同。
VA 2λ最大为287nmΣ为2200及λ最大351nm、Σ为4100
由于VA 2较 A1多了一枚共扼的双键，故波长的吸收带产生红移。将人工合成的VA样品与天然的 VA 2的紫外吸收光谱相比较见图：两者光谱完全一致，即可判断该合成样可能为维生素A2，如前所述，单依靠紫外与可见吸收光谱一种方法就作出某一有机化合物的定性鉴定和结构判断的结论则是轻率的，必须与其他物理的或物理化学的方法相结合起来。
第六节 定量分析
§6—1紫外可见光光度法对样品组份进行定量分析有更重要和广泛的用途。通常使用下列三种方法：
第一种是利用待测物质A本身在某一波长有吸收而进行测定。
第二种方法，如待测物质A本身无吸收，可加入某一试剂R（称为“显色剂”），使其转化成为在紫外或可见光区具有吸收的络合物或化合物R—A而进行测定。当R—A在可见光区吸收而显色时，该试剂称为“显色剂”
第三种方法为间接法，如待测物质A本身无吸收，可利用某一络合物或化合物R—B在紫外或可见光区某一波长有吸收，而在其加入A以夺取R—B中的组分B，通过R—B的吸收减弱而间接测定待测定的组分A。
利用上述三种方法进行定量分析的依据均是光吸收定律。
§6—2 定量分析的基本方法
1、单一分的测定如果待测定的是某一单色组分，则可根据具体情况选择使用下述各种不同方法。
（1）绝对法根据比耳定律，（公式）倘若液池厚度b和待测化合物的摩尔吸收光系数值Σ为已知的，则可以从分光光度计测得的吸光度A代入该式求出待测物质的浓度。即（公式）通常，某化合物的摩尔吸收光系数Σ可以从有关手册中查到，这种方法称为绝对法。
（2）、直接比较法这种方法是采用一已知浓度CS的待测化合物的标准溶液，测量其吸光度AS。然后测量待测未知液的吸光度AX，根据比耳定律计算出待测未知液的浓度CX，所以，这种方法称为直接比较法，有时又称为计算法。
因为（公式）
（3）、加入法这种方法是先测量浓度为CX的待测液的吸光度AX，然后在此待测液中加入浓度为C的标准溶液，再测量其吸光度AX+△。根据比耳定律应有：公式用加入法进行定量分析时，亦可采用直线外推作图法求出待测溶液的浓度CX，图中，横坐标为浓度C，纵坐标为吸光度A，将D、E两点连线并延长，在横坐标轴上的截距AB即为对应于待测浓度CX。
（4）、工作曲线法
2、多组分同时测定
§6—3 定量分析的实验技术、条件和测量误差一、定量分析的实验技术和条件紫外可见分析法的灵敏度和准确度与实验技术和条件有密切的关系。在探索建立一个新的分光光度分析方法或改进原有的分光光度分析方法时，亦需反复试验选择最佳实验条件和技术。下面就有关定量分析的重要实验技术和条件进行讨论。
1、PH的影响无论是在紫外或可见区，介质酸度对待测物质的测定均有显著的影响。它主要表现在：直接影响吸收物质本身的吸收光谱，导致显色剂浓度、颜色以及被测离子化合态及其与显色课剂生成的络化物组成的改变，从而间接影响有色络合物的吸收光谱等。
例如，苯酚在中性水溶液中的E和B带的吸收波长分别为211nm
（ε为6200）和270 nm （ε为1450），但在碱性水溶液中，由于生成苯酚盐阴盐离子E带和B带的吸收波长相应改变成236 nm（ε为4900） 和287 nm （ε为2600）。
苯酚的水溶液由于PH的增高导致吸收光谱“红移”
酸度的改变不少情况下亦可影响被测离子与显色剂生成的有色络合物的组成。熟知的磺基水杨酸与铁（Ⅲ）的络合反应。当介质为PH2—3时，铁（Ⅲ）与水杨酸生成紫红色的络阳离子（），其络合物组成比为了1：1；为PH4—7时，则生成橙色的络阳离子（），络合物组成比为了2：1；为PH8—10时，则生成黄色的络阴离子（）。由此可见，用磺基水杨测铁（Ⅲ）时，控制适宜的酸度是十分重要的。
在紫外可见分光光度法定量分析中，为了选择确定最适宜酸度，考虑到酸度值是最主要的影响因素。可用单因素试验法，常用的方法是：将具有不同PH值但含有同一量的被测物质的一系列溶液，于分光光度计上测量其相应吸光度值，然后以吸光度对溶液的PH或酸度作用，得一酸度曲线。该曲线中吸光度值最大且保持不变的区间（人时称为坪台区）所对应的PH值范围即为待测物质分光光度测定的最适宜酸度。如PH值与其它实验条件之间有复杂的交互影响，则宜可用正交法等因素方法试验。
2、溶剂的影响和选择我们已经讨论过溶剂对电子吸收光谱的影响，而且提出如何选择合适溶剂的基本要求。如果待测物质显色测定，应尽量采用水作为溶剂以求简便，并防止分析人员长期使用某些有机溶剂而有中毒现象。如水相介质测定达不到分析目的时，（例如灵敏度差、干扰无法消除等）。则应考虑使用有机溶剂或某一取一分光光度法。
3、温度的影响温度变化不太大时，对紫外可见吸收光谱影响甚微，故在定量分析中通常不恒温。倘若我们利用显色反应速度可可能有较大影响，故需控制适宜温度使反应进行完全，而且也必须考虑在该温度一待测物质、显色剂及有色络合物的稳定性。一般来说，显色反应多在常温下完成。对于速度较慢的显色反应宜选择较高温度以缩短发色时间。
4、吸光度值的时间稳定性除前所显色时间测定有影响外，有色化合物放置时，其吸光度值亦可能发生变化。即在可见光区测定的物质，其颜色可能发生改变（褪色或转变成为其他颜色）。导致这种情况产生的原因甚多，如空气中氯化物及其他微量杂质的作用，光化学分解。
空气中微生物的作用，有色化合物溶液中各种试剂的离解及挥发等等。因此，必须在有色化合物甚为稳定的时间内尽快测定吸收度。
有色化合物稳定的时间范围按下列方法确定：在加入显色剂后，连续测量和记录该溶液的吸收度值。并以吸光度值对时间作用给出“时间曲线”。该曲线的坪台区所对应的时间区间即为该有色化合物稳定的时间范围。吸光度的测定应在此时间范围内尽完成。
5、显色剂用量的影响如果利用显色剂将被测离子转化成为有色化合物进行分光光度测定。这时显色剂用量的多少将对显色反应产生显著影响。
公式M+R=MR
根据具体情况的不同，显色剂用量需适当控制。一般分为下述几种情况。
第一，如果有色化合物的稳定度大，只需加入稍过量的显色剂。
第二，如果有色化合物的稳定度较小，则需加入显著过量的显色剂。
第三，若显色剂能与被测离子生成组成不同的一系列络合物，需严格控制显色剂的用量。
第四，如果显色剂在分析测定的波长亦有较显著吸收，其用量尤需严格控制。
6、干扰的消除方法进行紫外可见分光光度定量分析时，可能遇到杂质的干扰。为消除干扰，可利用多种方法。这些方法可分为两类：一类是不分离杂质的情况下消除干扰；另一类是分离杂质消除干扰。一般情况下，尽可能采用第一类方法，当第一类方法不能完全解决时，才使用第二类方法。亦可将两类消除的方法同时并用。
（1）不分离杂质消除干扰的方法
a,利用掩蔽剂掩蔽剂的作用在于能与待测休系中干扰杂质进行络合（或整合）反应，从而使干扰杂质在待测溶液中降低至允许浓度。这样待测物质的紫外及可见吸收光谱不会受影响，保证了定量分析顺利进行。对掩蔽剂的要求是，不与待测物质反应；掩蔽剂及掩蔽剂与干扰杂质所生成的络合物对待测物质的测定无干扰。掩蔽剂的种类很多如EDTA、基水杨酸、柠檬酸盐等许多。
b、改变干扰元素的价态这种消除干扰的方法是利用氧化剂或还原剂使得干扰元素的价态发生改变，使其不影响待测物质的光度测定。
例如，用铬天青S光度测定铝（Ⅲ）时，铁（Ⅲ）有干扰，可加入抚环血酸使其还原为铁（Ⅲ）而消除。
c、选择适当吸收波长消除干扰若干扰物质A在440—450 nm有最大吸收，待测物质B在580—600 nm有最大吸收。我们即可在580—600 nm光度测定B，因此波长杂质A无干扰。这种方法仅适用杂质和待测物质的吸收峰相距较大的情况下。若吸收曲线重叠较多，还必须用掩蔽剂或化学分离方法，然后再测定。
d、利用参比溶液消除某些共存离子的干扰例如，用铬天青S测定A时C和镍（Ⅱ）有干扰，为消除干扰，可取二份一定量的试样溶液，于第一份溶液中先加入少量NHF，使A生成AF络离子，然后分别在第一份和第二份溶液加入完全相同的显色剂及其他试剂，以前者作为参比溶液测定后者的吸光度，这样就消除了铬（Ⅲ）和镍的干扰。
e、除了上述几种方法外，在某些情况亦可利用控制介质酸度、显色温度、显色时间、显色剂用量等消除干扰。
（2）分离杂质消除干扰的方法在许多情况下不将杂质与待测组分进行分离,则不能消除干扰,以致无法进行分析,这些分离方法包括：
a,有机溶液萃取这种方法是利用与水不相混溶的有机溶剂萃取分离干扰组分。其结果是：干扰组分进入有机相，而被测组分留在水相。分离后即可在水相进行分光光度测定。常用8—羟基喹啡，它与其说0余种金属元素进行有机萃取的整合物。
b、沉淀和其沉淀分离
c、离子交换分离分光光度分析中的离子交换分离主要用于阳、阴离子的分离，及性质相近元素的分离，亦可用于痕量元素的富集。
第四章 红外光谱分析法第一节 红外光谱分析法原理一、概述
1、红外吸收光谱红外吸收光谱是,当以红外照射分子时，由于红外光光量子能量的大小与分子的振动能级和转动能级大小相当，故能引起分子的振动能级和转动能级。跃迁而产生红外吸收光谱，简称红外光谱。因此红外光谱是物质分子的振动光谱。
由于红外光谱与物质分子结构之间存在着密切的关系，因此红外光谱被广泛地应用于物质结构鉴定及官能团分析。同时，物质对红外的吸光度与物质浓度间的关系也符合比耳吸收定律，因此红外光谱也被利用来作定量分析。
2、红外光谱区的划分在电磁波谱上红外光谱介于可见光和微波光区之间，波长范围为0.8—1000 um，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光谱分为以下三个区：
（1）近红外区（0.8—2.5um）近红外区的吸收带主要是由低能电子跃迁，含氢原子团如O—H、N—H、C—H等的伸缩振动的倍频吸收等产生。近红外光谱可靠研究过渡金属离子化合物，也适用于水、醇、苯高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。
（2）中红外区（2.5—50um）绝大多数有机化合物无机离子的基频吸收带出现在该区，由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析，同时，中红外光谱仪也最成熟、简单，而且已积累该区大量的数据资料，因此，这是应用极为广泛的光谱区，通常所称红外光谱主要是指中红外光谱法，以2—15 um区为重点。
（3）远红外区（50—100um）该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动能级跃迁，振动一转动跃迁。液体和固体中双原子的伸缩振动、骨架振动及晶体中的晶格振动能级跃迁所引起。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。但是由于该项光谱区能量很弱、目前应用较少。
3、红外光谱分析法的特点不是所有分子的任何振动都能产生红外光谱，只有在振动的周期内发生分子偶极矩变化时才能产生红外光谱，即正负电荷中心不重合的分子才能产生红外光谱，有红外吸收的称为红外活性，相反，则称为非红外活性。因此红外光谱分析法主要研究在振动中伴随着分子偶极矩变化的化合物。而正负电荷中心重合的分子如氖、氩等单原子分子或如氧、氢等同原子分子则不能产生红外光谱。但除了此以外，几乎所有机化合物在红外光区均有吸收。而紫外及可见光谱分析法只能用于研究不饱和有机物，主要是具有共扼体系的有机物。
除了光异构体、某些高分子量的高聚物及仅在分子量上有微小差异的化合物外，凡是具有不同结构的两个化合物，一定不含有相同的红外光谱，因此红外光谱分析法是鉴定化合物和测定结构的最有用的方法之一。
红外光谱分析法具有速度快、样品用量少和不破坏样品等特点。但用于定量测定时灵敏度较低，并且待测样品必须严格地纯化。因此在定量上远不及紫外和可见光谱分析法应用广泛。
由于红外光谱来源于分子中原子团的振动和转动能级的跃迁，而多原子分子的振动和转动的形式是多种多样的，因此红外光谱不是很简单的吸收线，而是很多个大大小小的谱带，如图4—2
在紫外和可见光谱分析法中，谱线图习惯以波长（nm）为横坐标，以吸光度为纵坐标。而在红外光谱分析法中，红外谱图习惯以波数（cm-1）或辅以波长（um）为横坐标，以透光率（T%）为纵坐标。如图4—2。波数的含意是每天厘米长度上光波的周期数，用cm-1表示：
公式中红外所重点研究的波长2——15 um谱区则相当于波数5000——660 cm-1，纵坐标的透光率标度自下而上由0——100%。随官能团吸收强度的增加透光率降低，曲线下移，吸收减小时曲线上移，形成“倒挂”的吸收峰。
二、红外光谱的产生
1、分振动的形式红外光谱是分子的振动、转动光谱，因此红外光谱吸收峰的位置和强弱主要决定于分子中各基团（原子团）的振动方式，为了研究方便，常将基团的振动形式作如下分类（以有机物中常见的—CH2—和 —CH3基团的振动形式为例说明,参见图4—1）。
表
2、几个基本概念
（1）基频峰与泛频峰，红外光谱从吸峰的频率与基本振动频率的关系可分为基频峰与泛频峰。
基团的方程式：
基频峰：分子吸收一定频率的红外光后，振动能级由基态跃迁至第一激发态时，所产生的吸收峰称为基频峰。
泛频峰：分子吸收一定频率的红外光后，振动能级由基态跃迁至第二激发态或第三激发态时，所产生的吸收峰称为泛频峰。
基频峰一般为较强的而泛频峰一般较弱，但泛频峰的存在增加了光谱的复杂性也增加了物质的光谱的特征性。
（2）特征峰与相关峰特征峰：能代表某基团的存在并有较高强度的吸收峰称为特征峰，所对应的频率称为特征频率。
相关峰：由同一基团的不同振动形式所产生的一组应同时存在的峰称为相关峰。在中红外区，多数基团都有一组相关峰。如羧基的相关峰包括羰基伸缩、羟基伸缩、碳氢伸缩、羟基面内弯曲五个振动吸收峰，这五个峰之间互称为相关峰。
特征可用以鉴定官能团的存在，但通常不能由单一特征峰肯定官能团聚存在，而必须用一组相关峰来鉴别一个官能团的存在，至少必须找到主要相关峰才能认定官能团的存在。
三、红外光谱的特征吸收峰及其与分子结构的关系物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰均与分子中各基团的振动形式相对应，具有很强的吸收规律，实验表明，组成分子的各种基团，如O—H、N—H、C—H、C≡C、C＝C、C＝O等都有自已特征吸收峰，分子的其它部分对其影响较小。
为便于辨认特征吸收峰所代表的基团，常将红外谱图分为基团区和指纹区。
1、基团区（4000—1300 cm-1）
这是因为基团的的特征吸收峰多出现在该区内，吸收峰较强而稀疏，特征明显，因此它是鉴定基团工作最有价值的区域，皮区又分为三个波段。
（1）4000—2500 cm-1为含氢原子基团X—H伸缩振动区（X为O、N、C等原子）。该区有峰则说明在含氢原子的基团存在，如：
O—H：3700——3200 cm-1
C O O——H：3600——2500 cm-1
N—H：3500——3300 cm-1
C—H：3300——3000 cm-1
3000——2900 cm-1
（2）2500——2000 cm-1为参键和累积双键伸缩伸缩振动，主要包括：
参键：—C≡C —,—C≡N—
累积双键：—C＝C＝O—,—C＝C＝C—
以及：S—H、Si—H,P—H,B—H等基团的伸缩振动也出现在这个区域。
（3）2000—1500 cm-1为双键伸缩振动区，这一区域出现吸收峰则表示有含双键的化合物存在，如：
2、指纹区（1300—600 cm-1）
指纹区除单键的伸缩振动外，还有弯曲振动产生的复杂光谱，这些振动受分子结构的影响大，有些吸收峰不易确定哪个基团的特征吸收峰，不像基团区的吸收峰有很强的代表某个基团的特征性。但各种不同种不同的化合物都具有它特殊的指纹区红外光谱。带有相同基团的化合物在基团区可能有类似的光谱，但除极个别情况外，绝无可能两个不同的化合物有相同的指纹区光谱。
指纹区的吸收峰是由于C—C、C—O、C—F、C—CL、C—S、C—P、P—O等单键的伸缩振动或弯曲振动所引起。
3、红外光谱举例
1）图4—2为正已烷的红外光谱，其中（1）号峰为C—H伸缩振动峰（2）号峰为CH2剪式振动峰（3）号峰为CH3弯曲振动峰（4）号峰为CH2摇摆振动峰。
2）图4—3已稀的（1）号峰为＝CH2的伸缩振动峰（3670 cm-1），（2）号峰为C＝C伸缩振动峰（1637 cm-1），（3）号峰和（4）号峰为＝C—H的面外弯曲振动峰，表现出两个峰：992cm-1t和993cm-1红外光谱其中呈峰为C≡C伸缩振动峰。
3）图4—4为苯的红外光谱，其中（1）号峰为＝CH2的伸缩振动峰（3030 cm-1），（2）号峰为苯坏C＝C伸缩振动峰（1613—1471 cm-1），（3）号峰为C—H面内弯曲振动峰（1100—1000 cm-1）。
第二节 定性定量分析方法红外光谱的应用是多面的，它不仅用于分子结构的基础研究，如确定分子的空间构型，求出化学键的力常数，键长和键角等。而且广泛应用于化合物的定性、定量分析和化学反应机理的研究等。其中应用广泛的还是未知化合物的结构鉴定。
一、定性分析
1、已知物及其纯度的定性鉴定利用红外光谱分析法可以很简单地完成此项工作。通常在得到样品的红外谱图后，与纯物质的标准谱图进行对照，如果两张谱图各吸收峰的位置和形状完全相同、峰的相对强度一样，则可以认为样品是该种化合物。相反，如果两张谱图面貌不一样，或峰位不同，则说明两者不是同一物质，或样品含杂质。
2、未知物结构的测定测定未知物的结构，是红外光谱分析法定性分析的一个重要应用。其工作步骤如下：
（1）收集样品的有关资料和数据，在解析谱图前，必须对样品有透彻的了解，例如样品的纯度、外观、来源、样品的元素分析结果及分子量、沸点熔点等，这样可提供线索大大有助于分析。
（2）确定未知物的不饱和度，化合物的不饱和度（化合物多重键及环的数目）可用下式计算（不饱和数规定双键和苯环各为1，参键为2）：
公式：
式中：n4为分子式中四价原子数，如C；n3为分子式中三价原子数，如N；n1为分子式中一价原子数，如H、X。
（3）图谱解析：一般而论来说，图谱解析应“先看基团区，后看指纹区”，先在基团区搜寻特征峰，再根据指纹区的情况确认基团的存在。
例：已知某化合物分子式为C8H14，红外光谱如图4——5，试推断其结构。
不饱和度为2，可能为两个双键；或一个参键；或一双键和一苯环。
（2）图谱解析：由于在1650cm-1区无较强吸收峰，因此可初步排除双键的存在，因此也可排除本环的存在，只可能为参键。
在3300 cm-1有强吸收峰，可能为O—H或N—H或C—H峰，但分子式看不含氧和氮，所以只能为C—H基峰，且其中C原子为不饱和≡C—H（吸收峰大于3000 cm-1波数），为满足不饱和度为2，可能有参键C≡C存在，且为端基：≡C—H。
由2100 cm-1和625 cm-1峰可证明有参键伸缩振动和 面外弯曲振动，进一步证实有 存在。
由2900—3000 cm-1峰，说明有饱和的C—H存在。
由1370 cm-1峰，证明有甲基存在。
由1470 cm-1峰，证明有亚甲基，再根据720 cm-1峰证明至少有四个亚甲基相连。
根据以上解析及化合物的分子式，可确定该化合物为辛炔—1
CH3—（CH2）5≡C—H
3、标准图谱进行定性分析时，对于能获得相应纯品的化合物，可通过两者图谱对照即可。对于没有已知纯品化合物，则需与标准图谱对照。常见的标准图谱如美国的萨特勒标准红外光谱集、英国的分子光谱文献、美国的APL红外光谱资料等。
随着计算机技术的日新月异，现代红外光谱仪器多配置微型计算机，计算机内常存有常见的几十万种化合物的标准红外谱图。仪器测得待测物质的红外谱图后可自动进行检索，在几分钟内即可找出相同谱图的化合物。
二、定量分析由于红外光谱的谱带较多，选择余地大，所以能较方方便地进行定量分析，但与紫外及可见光谱分析法比较，红外光谱法的灵敏度较低，尚不适于微量组分的测定。
红外光谱分析法定量分析的依据与紫外可见光谱分析法一样，也是基于比耳定律。红外光谱法能定量测定气体、液体和固体样品。定量计算也是采用第二章第二节“光谱分析法定量分析”中介绍的方法。
三、红外光谱分析样品的制备要获得一张高质量的红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有适当的样品制备方法。气态、液态和固态矿样品均可测定红外光谱，但以固体样品最为方便。
对样品的主要要求是：
（1）必须事先将样品提纯至98%以上，以避免杂质的一无所获，取得纯真的红外光谱。
（2）样品应不含水分。因为水中的羟基对红外光有较强的吸收。
（3）所有溶剂必须对红外光无吸收现象，以免干扰。常用的如四氯甲烷（适用于4000—1350 cm-1）、二硫化碳（适用于1350—600 cm-1）等。不得使用水做溶剂。
1、气体样品天般都充入如图所示的气体吸收池中，气体吸收池的池体用玻璃制造，带有两个充气活塞。两端的透光窗则只用可透过红外光的氯化钠或溴化钾晶体制造（玻璃对红外光有较强烈的吸收）。充气时，先通过活塞将比色池内抽真空，然后再通过活塞充入样品气。
2、液体样品液体样品常用夹片、涂片法和液体池法。
（1）夹片法：该法适用于不易挥发的液体样品，方法简易。做法是将液体样品滴在一片空白的溴化钾上，再盖上另一片溴化钾片，夹紧后即可用于测量。
（2）涂片法：粘度较大的液体样品可直接涂在一片空白的溴化钾片上，成一薄层，即可测量。
（3）液体池法：将液体样品用适当溶剂溶解后装入专用的液体吸收池中测量。该池的池体用玻璃制造，两端的透光窗用无红外干扰的氯化钠或溴化钾盐片制造。该法特别适于定量分析。也适用于红外吸收很强、用夹片法不能得到满意谱图的样品的定性分析。该法是分析液体样品最常用的方法。
3、固体样品固体样品的制备，除可用液体池法外，还常用压片法、糊剂法及薄膜法。
（1）压片法：压片法是分析固体样品最常用的方法。它是研成粉末后，与一定量粉末状的载体混合，用高压压成透明、很硬的样品片，然后测定其红外光谱。常用的载体是光谱纯的经干燥的溴化钾粉末，溴化钾在4000—400 cm-1的整个中红外波段均无吸收，是很理想的红外材料。为保持样品及载体的干燥，整个操作均应在红外灯下进行。以压制直径为13mm的片子为例：取200目光谱纯、干燥的溴化钾粉末200g，与1—2mg样品粉末混合、研均，装入压片模具，置压力机下，边抽气边施加压力，一般在8000kg/cm2压强之下保持10min。去掉压力后，即得13mm直径、1mm厚的透明的溴化钾样品片。
（2）糊剂法：糊剂法是将样品研细后与少量悬浮剂混合，调成糊剂，取适量用夹片法测量。常用悬浮剂如液体石蜡（适用于400—1300 cm-1）全氟代烃（适用于1300—400 cm-1）。
做法是：取固体样品10mg研细，滴加几滴液体石蜡或全氟代烃等，研成糊剂，即可用夹片测量。
（3）薄膜法：该法主要用于高分子化合物的测量。将样品热压成膜，或用易挥发的溶剂溶解，涂于空白溴化钾片上，或倒在玻璃板上，待溶液挥发掉后，样品则遗留在溴化钾片上形成薄膜。将膜插入光路即可测量。
制成的待测量样品薄膜或压片，均应保存在干燥中，以免引入水分，干扰分析。
第三节 红外分光光度计目前，红外分光光度计主要有两大类型：色散型红外分光光度计和傅里叶变换红外分光光度计。后者被称为第三代红外分光光度计，宏观世界在扫描速度、波数精度、波数范围、分辨率、灵敏度及检出限等各方面性能都大大优于前者，已逐渐取代前者，成为现代红外分光光度计的主流仪器。下面对它们分别作一简单介绍。
一、色散型红外分光光度计由于红外分光光度计与紫外和可见分光光度计共属测量吸收光谱的仪器，因此，前者与后者也有相似的结构，也是由光源、单色器、样品池、检测器及记录仪等五大部分组成。只是每个组成部分所使用的材料和器件不同。另外，在光路安排上，紫外和可见光分光光度计的样品池设在单色器之后，样品只受到测量用的单色光的照射，这是因为紫外光的光量子能量较大，为避免光源的强紫外光引起样品受光分解的缘故。而红外光光量子能量较低即使样品受光源的复合光照也不易发生化学反应，而样品如果太靠近检测器可能其热辐射会增加检测器的背景信号，因此红外分光光度计的样品池放在单色器之前，色散型红外分光光度计的组成顺序为：光源、样品池、单色器、检测器及记录仪。
红外分光光度计的光源应能发出高强度的连续红外光。常用的有硅棒和能斯特灯。
（1）硅碳楱：将直径约5m、长约50mm的碳化棒用电压大电流加热至1300℃，即可发出波数连续的红外光。硅碳棒光源构造简单、价格便宜、操作方便、表面发光均匀、使用波长范围较宽，但发光强度较低。
（2）能斯特灯：是用习化锆、氧化钍及氧化钇等难熔氧化物烧结成 的长约30mm、直径2mm的细棒。这种氧化物具有负电阻温度系数，在室温下它是非导电体，温度高时电阻下降。因此能斯特灯发光前需由辅助加热器预热，达到800℃左右时，才能自已导电加热、热至1500℃左右时，即发出连续红外光。这种灯的优点是发光强度高，约为硅碳棒的二倍，发光稳定性好。缺点是机械强度差，易断裂，经常开关也会缩短它的寿命。
2、样品池红外分光光度计的样品池种类较多，有气体样品池（如图4—7）和液体样品池。液体样品池又有固定样品池和可拆卸样品池。密封池有0.05、0.1、0.5、1.0mm等几种不同光程可供选用，可拆卸样品池则通过在两个透光窗之间夹以不同厚度的垫片来调节光程。
红外光谱分析法有点麻烦的地方是仪器中各透光部件如样品池、棱镜等材料，目前人们找到的适用于红外光的透光材料多多为氯化钠、溴化钾等盐的晶体，它们很易吸潮，使用和保存均需严格防潮、防水。
3、单色器红外分光光度计的单色器的构造与紫外及可见分光光度计相似，也是由入射狭缝、准直镜、色散元件（棱镜或光栅）以及聚光镜、出射狭缝组成（图3—5），只是其中各透光材料（如棱镜等）也改用氯化钠、溴化钾等盐晶体制造。
4、检测器紫外和可见分光光度计的检测器是根据紫外和可见光的光量子能量较高、具有光电效应的原理设计的。红外光光量子能量代谢较低，没有光电效应，因此红外检测器是根据红外光的热效应设计的。
光栅型红外分光光度计常驻机构用的检测器是高真空热电偶，宏观世界是根据热电偶的两端点在温度不同时则发生温差电动势的原理，让红外光照射电偶的一端，使之发热功当量，而另一端还是冷的，因此两端产生温差电势，将两端通过升压变压器的初级绕组，则次级就会有输出信号，该信号与红外光谱强度成正比。为避免因空气对流使热电偶冷、热端之间发生热交换而减少其间的温差，热电偶是密封在高真空的玻璃器内，其透光窗也是用盐晶制造。
热偶检测器响应速度较慢，灵敏度也较低。
5、色散型红外分光光度计的光路双光束红外分光光度计是目前使用最广的光栅型红外分光光度计，其光路见图4—7。光束通过减光器f,d是分光镜，由马达的带动以恒速旋转，交替地将样品光束反射和让参比光束透过，将它们合入一兴路交替进入单色器入射狭缝g。减光器f是一块梳状挡板，宏观世界插入光路的深浅确定了参比光束的衰减程度。当样品吸收与减光器对光束的衰减程度不同时，两束光的强度则不相等，它们交替地进入单色器并最终到检测器后，检测器则产生一交流信号，其强度正比于两束的强度差。该信号经放大、整流后，驱动伺服电机n带动减光器移动，调整光器插入参比光束的深浅，最终使减光器对参比光束的衰减与样品对样品光束的吸收程度相同。这时检测器不输出交流信号，伺服电机减光器也停止运动，如此减光器总是根据样品对光束的吸收程度，同睡地调整其插入参比光束的深度，于是，减光器插入光束的深度即反映了样品的吸光度，令记录仪的记录笔与减光器同步移动，则可记录下样品的吸光度。
双光束仪器可以抵消空气中二氧化碳及水等的强吸收及其它不稳定因素的影响，基线平稳。
二、傅里叶变换红外分光光度计傅里叶变换红外分光光度计的结构和原理与光栅型红外分光光度计有很大区别。它是由光源、干涉仪、样品池、检测器、电子计算机、记录仪等部分组成，如图4—8所示。
光源—干涉仪—样品池—检测器—电子计算机—记录仪
图4—8傅里叶变换红外分光光度计
1、干涉仪与计算机傅里叶变换红外分光光度计与色散型红外分光光度计的主要区别在于干涉和电子计算机两部分。傅里叶红外分光光度计的典型光路图4—9。
由光源发出的多波长红外光由入射镜准直后进入干涉仪的分束器，其中一半光被分不束器反射互达固定镜，另一半光透过分束器到达动镜。从动镜和定镜反射回来的两束光在分束器重新汇合进入光路，发出干涉现象，当两束光的光程差（由于动镜和定镜距分束器的距离不等）为λ/2的偶数倍时，则两束光相互干涉叠加，相干光的强度有极小值。连续地匀速移动干涉中动镜的位置，干涉仪可将入射的单色光调整成下弦波，该正弦波即为入射单色光的干涉图，如图4—10。
干涉图曲线实际上是干涉光强度I对光程差△S的函数图，记为I（△S）—△S。
但是，傅里叶变换红外分光光度计的光源不是单色光，而是覆盖了中红外波段的复合光，因此，干涉仪所得到干涉图实为所含各单色光正弦曲线的叠加。图4—11中a为单波长光的干涉图，b为双波长光的干涉图，c为全波段中红外光的干涉图，图中横轴为光程差，横轴中间为光程差等于零的位置，此时因所有波长的光均相干加强，因此有光强度最大值。经干涉仪调制的复合能量束通过样品室产生选择吸收。未被吸收的红外光则到达检测器。检测器收到的能量根据动镜的精确位置而数字化，通过计算机从检测器上收集的测量数据产生与动镜位置相关的干涉图。
干涉图函数I（△S）是光强I随光程差△S变化的函数I（△S），但因为动镜是匀速移动的，因此I（△S）也是光强随时间变化的函数I（t），称时域函数f（t）。而人们所习惯的光谱图是光强I随波长（或频率）变化的函数I（λ）或I（v），称频域函数f（v），如何将干涉仪所得到的时域函数f（t）变为人们所熟悉的频域函数f（v），办法就是通过傅里叶积分变换：
f（v）=
由干涉图自动经由计算机进行快速傅里叶变换即得到红外光谱，如图4—11中d。
2、检测器傅里叶红外分光光度计用热释电检测器，它是以氘化三甘酸酯为热敏元件（DTGS），DTGS在温度变化程度的变化很大，在其两端放上电极形成一电容器，当极化程度变化时，在电极感应的电荷可通过阻抗较低的外电路形成电流，作为输出信号，或通过阻抗较大的外电路形成电压，作为输出信号。这种检测器响应速度较热电偶快，可用于傅里叶变换红外分光光度计。
3、光源和样品池傅里叶变换红外分光光度计的光源和样品池与光栅红外分光光度计相同。
傅里叶变换红外分光光度庄去掉了单色器，增加了干涉和计算机。简述傅里叶红外分光光度计的工作原理：即用干涉将光源的红外光分为两束后，再以不同的光程差重新组合，形成干涉图。干涉图是光强度相对光程差的函数，即光强对时间的函数，用计算机将此函数进行傅里叶变换，即是普通的光谱图—光强对光频率的函数。
4、傅里叶变换红外分光光度计的优点
（1）扫描速度快：其扫描速度决定于动镜的移动速度，动镜可高速移动，使扫描速度达0.1s/次。
（2）灵敏度高：因光路中不用狭缝，因此光强度大，灵敏度高。
（3）波数精度高：波数精度高决定于对动镜移动距离确定，而高精度的激光测距可使波数精度达0.01cm-1。
（4）波数分辨率高：波数分辨率高决定于动镜的移动距离。移动距离越大，分辨率越高，目前常可达0.04cm-1，而光栅红外仅可达成协2—3 cm-1。
（5）傅里叶变换红外分光光度计必须配以高高大容量的计算机，因此可采用多次扫描的信号自动叠加来放大较小的信号。也可自动进行图谱的检索、贮存等。
实 验粮谷中石油烃污染的测定一、方法原理索氏提取器，减压蒸馏装置，浓缩器，分液漏斗，红外分光光度计。
石油醚（30℃—45℃），四氯化钾，中性色谱氧化铝，标准油样20号重柴油或15号机油。
三、步骤
1、样品提取与皂化：称取磨碎的过0.25mm筛孔的样品50g，置索氏提取器渗滤筒中，渗滤筒的出液口事先用玻璃棉堵住，再加入150ml石油醚。接收瓶中加40g氢氧化钾和80ml乙醇，置52—55℃水浴中提取皂化7小时。移全部皂化液于分液漏斗中，用蒸馏水洗三次（50ml×3）。静置分层后弃去水层。
2、净化：将上层石油醚提取过予湿（用石油醚）的氧化铝柱，并用30ml石油醚分三次淋洗柱，收集流出液，浓缩至干，供红外测定。
3、测定
（1）标准曲线绘制：称取0.1g15号机油，用四氯化碳溶解，定容至100ml。从中吸取0.1、0.2、0.4、0.8ml至10ml容量瓶中，用四氯化碳定容得10、20、40、80ug/ml的标准液。测定其在3.4um的吸光值，绘制标准曲线。
（2）样测定：将浓缩残渣用5ml四氯化碳溶解，并以四氯化碳为参比液，在红外分光光度计上测定3.4um处的吸光值，在标准曲线上查出相应含量。
思考题
1、下列波长分别在电磁辐射的什么区域？1cm,0.8um,10um,100nm,10nm,0.1nm.
2、什么叫红外线？什么叫红外光谱？红外光谱有什么用途？
3、试述红外光谱的形成过程及其发生条件？
4、举例说明什么叫基频峰？什么叫泛频峰？
5、双原子分子有几种振动形式？
6、傅里叶变换红外光谱仪有何优点？
7、简述傅里叶变换红外光谱仪的组成？
第五章 分子荧光光谱法一、荧光及荧光的类型荧光概念提出较早，一般所谓荧光，是指波长在可见光范围内的荧光。当某种物质被某种能量较高的光（例如紫外光）照射后，这种物质能立即发射出各种颜色及不同强度的可见光。但是当入射线停止照射时，这种光线也立即消失，此种光线称做荧光。物质发射荧光时，所辐射的能量比从入射光所吸收的能量较小。能发出荧光的物质称为荧光物质，用来照射物质使之发出荧光的光称为激发光。不同的物质所发出的荧光的波长不同，所需要的激发光的波长也不同，这个特性可用来鉴别物质进行定性分析。同一种物质在一定条件下所发出的荧光强度与浓度有关，据此可进行物质的定量分析。这种利用物质的荧光特征进行定性定量分析的方法称为荧光光谱法，所用仪器有荧光计和荧光分光光度计。
根据所用激发光及所发出荧光波长的不同，荧光可分为X光荧光、紫外光荧光、可见光荧光和红外光荧光等。若按照比较发射出的荧光波长与其所用的激发光波长的长短来分类，荧光又可分为共振荧光、斯托克斯荧光和反射托克斯荧光。共振荧光指的是当物质的分子或原子受到一定波长的强光照射时，则在它吸收特征波长后，其中某些电子被激发到高能态的能级，随后从高能态能级直接辐射跃迁至基态时发出的荧光，此时发射波长（λf即荧光波长）与其吸收波长（λ0即激发波长）相同。如果电子从高能级辐射跃迁至基态的过程中，曾经过较低能态的能级，并将部分能量用于非辐射跃迁（图5—1中以虚线表示），则此辐射跃迁将发射出波长大于其吸收波长的所谓斯托克斯荧光。此外，在物质分子或原子中的电子在被光激发的过程中如伴有热助激发，则它由高能态跃迁到基态时，将发射出波长小于其吸收波长的所谓反斯托克斯荧光。
分光荧光主要是斯托克斯荧光，其激发光为紫外光，所发射的荧光多数处于近紫外和可见光区：原子荧光主要是共振荧光，其激发光波长与分子荧光相仿。目前，研究和利用比较多的是分子荧光分析。
二、分子荧光分析的特点和应用概况分子荧光法的最主要优点之一是具有很高的检出能力，其检出限一般比紫外、可见吸收法低二至四个数量级，在0.1—0.001ug/ml之间。这是因为在荧光分析中，可以采用高强度的光淅和高灵敏度的荧光检测系统，从而大大地提高了它的分析灵敏度。而在分子吸收光谱法中，由于是测量入射光和透射光的比率，因而采取提高光源强度的办法不能提高其分析灵敏度。分子荧光法的选择性也比分子吸收光谱法好，由于多种分子在紫外、可见光区都能产生吸收，但是其中只有一部分分子能再发射荧光（或磷光），因此分子荧光法的固有干扰少。此外分子荧光法具有实验方法简单、试剂用量少、取样容易等优点。但由于影响荧光测定的因素较多，不少物质不发生荧光，只有有限数量的化合物能产生荧光，因而荧光分析的应用不如分子吸收光谱法那样广泛。
能发生分子荧光的无机物很少，因此一些元素需与某些有试剂作用生成有荧光的配合物进行间接测定。在有机化合物中，脂肪族化合物的分子结构简单，能产产生荧光的为数不多。芳香族化合物因有共轭的不饱和体系，容易吸收光能，其中结构庞大而复杂的化合物，在紫外光照射下大多能产生荧光，并且采用某些有机试剂与弱荧光的芳香族化合物作用，可得到强荧光物质。因此对于胺类、抗菌素、维生素、氨基酸、蛋白扫、酶等许多具有荧光性质的物质和临床分析中，荧光法具有独特的用途，而荧光探剂（指能与不产生荧光的生物大分子相结合起来的能产生荧光的小分子）的采用，可以提供极为重要垢仓生物学信息。由于分子荧光法具有很高的灵敏度和选择性，因此它尤其适于生物体组份的分析研究，有可能在生物组织中不经分离而直接测定。它还用于研究酶的动力学和机理。
5—2 基本原理一、分子荧光与分子磷光的产生当分子吸收辐射能后，就可能被激发至第一激发态的各个振动能级，这种激发态分子在溶液中与溶剂分子碰撞，以热形式失去其振动能并非辐射跃迁至第一电子激发杭的最低振动能级，然后辐射跃迁至电子基态的各个振动能级。其能级跃迁过程如图5—2所示。
由于在溶液中非辐射跃迁的几率大，因此分子的波长通常都大于其激发光（即吸收光）波长 。所以分子荧光主要为stokes荧光。从图5—2可知只有对应于基态和激发态的两个最低振动能级之间跃迁才产生共振荧光，即共振荧光占的比重很小。
由图资料5—2可以看出，某些物质的分子将所吸收的紫外光辐射能经非辐射跃迁到第一电子激发态的最低能级之后，再次非辐射跃迁至中间的亚稳态稍作停留，然后再以辐射形式跃迁至电子基态的各个能级，同时放出相应能量的分子磷光，最后以非辐射形式回到基态的最低振动能级。
荧光和磷光的区别，在于其激发态分子由激发枋返回基态时所经途径不同。由于磷光物质吸收塔辐射能并经非辐射跃迁到第一激发态的最低点能级后，再次非辐射跃迁到亚稳态，因此磷光的能量比荧光小，波长较长。从激发到发光，产生磷光所需时间（10-4—10s）比荧光所需时间（10-8—10-14s）长，的以往往当激发光源关闭后，还可看到磷光的存在。
分子荧光和分子磷光统称为光致发光，在分析化学中统称为分子发光分析。在实际应用中荧光分析比磷光分析的应用广。
二、激发光谱与荧光光谱如果改变激发光的波长，并在荧光最强的波长处测量荧光强度的变化，以激发光的波长为横座标，荧光强度为纵座标图，便可得到荧光物质的激发光谱。激发光谱实质上就是荧光物质的吸收光谱。如果保持激发光的波长和强度不变，测量不同波长处荧光的强度分布，将荧光的波长为横座标，荧光强度为纵座标作图便于工作得到荧光的物质的荧炮炮谱或称发射光谱（二次发射）。分子荧光光谱和分子吸收光谱一样都是分子内部能级结构的特征反映。但是分子吸收光谱反映的是第一电子激发态中各个振动能级结构情况，而分子荧光光谱反映的是电子基态中各个振动能级结构情况。由于分子的第一电子工业激发态的能级结构通常与基态相似，所以吸收光谱和荧光光谱往往互为镜像。如图5—3所示，硫酸奎宁的荧光光谱与其吸收光谱基本相似，但是荧光光谱要比它的吸收光谱少一些短波长的峰。这是由于荧光物质的分子即使吸收了较高的辐射能而被激发到更高的电子激发态，激发态分子仍将以多种非辐射跃迁形式过渡到第一电子工业激发枋的最低振动能级，然后才辐射跃迁到电子基态任一能级，同时发射出荧光，所以荧光光谱比吸收光谱简单一些且与分子是否被激发至更高激发态无关。例如硫酸奎宁的吸收塔光谱有二个峰，而它的荧光光谱只有一个峰。
三、分子发光与分子结构的关系分子能产生荧光或磷光，首先要求分子结构能吸收塔紫外和可见辐射。通常，分子吸收辐射的能力愈强，则产生的荧光或磷光也愈强。能强烈发光的分子几乎都是通过π—π吸收跃迁而到达电子激发态的。绝大多数能产生荧光的化合物均含有芳香环或杂环，并且一般含的环越多荧光越强。同时任何有利于提高π电子共轭程度的结构变化，都能提高荧光效率（荧光效率即为发射荧光的量子数与吸收激发光的量子数之比）。例如：色氨酸与苯丙氨酸相比增加了一个吲哚环，体系中π电子共轭度增大，使得色氨酸的荧光强度比苯丙氨酸约大200倍。可见物质的碳原子骨架是关键，只有那些具有共轭双键，尤其是具有刚性、平面和多环结构的分子才有利于发光。分子的共平面性越大，其有效的π电子离域性也越大，也就是π电子共轭度越大，分子的荧光效率也将越大。另外，芳香环上进行不同基团的取代对物质的荧光强度有很大影响。有的取代基（属于给电子基）可加强物质的荧光强度，如：—OH、—OR、—NH2、—NHR、—NR2、—CN、—OCH3、OC2H5等。有的取代基（属于吸电子工业基）可可抑制甚至破坏物质荧光的产生，如：—COOH、—NO2、—N=N—、—NO、—SH、—F、—CL、—I、—Br等，能能抑制甚至破坏物质荧光产生的物质称为荧光熄灭剂。将一个高原子序数的原子引入到π电子体系中去常驻机构常增强磷光而减弱荧光。有的取代基由于同π电子体系相互作用小，对分子发光影响也很小，如：——SO3H、—NH3+和烷基等。
表5—1表明取代基对苯的荧光的影响。苯环上报代基能使最大吸收波长发生位移，并使荧光峰位也发生相应的改变。此外，取代基也往往会影响荧光效率。
表5—1 取代基对苯的荧光的影响
化合物
化学式
荧光波长（nm）
荧光相对强度
苯
C6H6
270—312
10
甲苯
C6H5CH3
270—320
17
丙苯
C6H5C3H7
270—320
17
氟苯
C6H5F
270—320
10
氯苯
C6H5CL
275—345
7
溴苯
C6H5Br
290—380
5
碘苯
C6H5I
—
0
酚
C6H5OH
285—365
18
酚离子
C6H5O
310—400
10
苯甲醚
C6H5OCH
285—345
20
苯胺
C6H5NH
310—405
20
苯胺离子
C6H5NH3+
—
0
苯甲酸
C6H5COOH
310—390
3
苄腈
C6H5CN
280—360
20
硝基苯
C6H5NO
—
0
能产生分子荧光的无机物，主要有碱金属和碱土金属的某些卤化物、某些稀土元素的离子、铀酰化合物、铅和一价铊离子氯化物等。能与金属离子形成荧光配合物的有机配位体，其绝大多数也是芳香族化合物，而且最常驻机构见的是芳得环上含有两个可以与金属离子形成 整合物的官能团，如：=C=O、—OH、—SN、—NH2等。
四、荧光强度与溶液中分析研究物浓度的关系荥光物质吸收紫外辐射能后才发射击队荧光，因此溶液的荧乐强度与该溶液的吸收强度成正比，即：
F=βα=β（ I0 — I ）
式中β是与荧光效率有关的常数。根据光的吸收定律，式（5—1）可以写成公式：
在溶液浓度很低时，εcl的值也很小，当εcl小于0.05时，上式中的指数项展成级数并取其首项得：
公式：
可见荧光强度与荧光效率,激发光强度极限及溶液的吸光度成正比。在实验条件固定时，荧光强度与溶液的浓度成正比，即
F=KC
此式公适用于低浓度的情况，此时荧光强度与溶液浓度关系曲线为一直线。
当溶液浓度较大（即它的吸光度A大于0.05）时，荧光强度极限与溶液溶度的线性关系将弯向尝试轴，在极限的情况下，式（5—2）中指数项趋于零，此时荧光强度为一怀荧光物质浓度无关的常数；继续增大浓度，荧光强度将随着浓度的增大而减小（即分析校正曲线斜率出现负值），如图书资料—4所示。产生这种偏离的原因主要是内滤效应和荧光猝灭效应所致。所谓内滤效应是指样品浓度过大时使荧光在样品池中分布均匀及荧光在未射出样品池之前就被溶液中分布的荧光物质所吸收（自吸收）而引起荧光强度随浓度增大而下降的现象，浓度越大，这种现象越显著。荧光猝灭效应是由于被激发的荧光分子之间的碰撞或者是芝光分子与溶剂（包括其他成分）间的碰撞使之能量减少或失去而引起的荧乐强度大大下降以致消失的现象。溶解在溶液中的氧气使荧炮猝灭效应加剧，其他的顺磁性物质也有类似的作用。
五、荧光分析方法
（一）定性分析不同分子结构的各种荧光物质具有不同的激发光谱（即吸收光谱）和荧光光谱，因此可利用其特征激发波长和特征发射波长作为定性依据。进行定性分析时，将未知样品与已知标准物质在相贩测试条件下测定其激发光谱和发射光谱，然后加以比较，鉴定是否为同一物质。有时需改变溶剂后再比较它们的光谱图，如二者一致，即为同一物质。
（二）定量分析
1、直接比较法设Cx、Cs分别为试样和标准溶液的浓度，Fx、Fs和F/x、F/s分别为试样、标样的荧光强度和试样、标样的本底荧光强度，因为公式
直接比较法简单快速，宏观世界要求被除数测样品浓度与其相应的荧光强度必须处于线性范围内。
2、工作曲线法先配一系列不同浓度的标准溶液并分别测定其荧光强度，然后将减去试剂空白荧光强度的标准溶液光强度与其相应浓度作图，即得其工作曲线，如图书资料—5所示，则根据试液空白荧光强度，在此曲线上即可找到试液的浓度。同时根据工作曲线的线性情况，可确定试液的最高浓度范围（如曲线b所示）
3、标准加入法设Cx、Cs分别为试样和标样的浓度，Fx、F/x分别试样和试样本底的荧光强度，则公式采用标准加入法，由于试样和标样的荧光强度是相同体系中测定的，因此可消除试样中某些杂质荧光的干扰。
5—3 仪器和实验技术一、荧光分析仪器荧光分析仪器主要分为荧光分光光度计，前者指激发光为固定波长（不能进行波长扫描）的一些荧光分析仪，例如一些液相色谱仪的固定波长荧光检测器即属此类，另外，一些特殊特殊用途的荧光分析仪，如赤霉菌含量测定仪也属于荧光计，这类仪器的单色器是采用滤光片，检测器采用光电管。荧光分光光度计的结构与一般分光光度计有相似之处，都有光源、单色器、样品室、检测器、显示记录仪表及相应的电子系统（图5—6）。但一般分光光度计是以透射率的测量为基础，因此只要一个单色器及检测器对着入射光照的方向；而荧光分光光度计是检测荧光信号，需避开激发光的影响，因此检测器与入射的激发光应有一定角度，通常为直角。为了能分别测定激发光谱与荧光发射击队光谱，荧光分光溶解度计应具备两个单色器，即激发光单色器与荧光发射光单色器。为了提高检测灵敏度，激发光源的强度通常比较高，检测器的灵敏度也较高。
图5—6 荧光分光光度计工作原理示意图荧光分析用的光源，对于激发光波长固定的荧光可用非连续的线光源，如汞灯为光源配合适当的滤片选取光谱中的某一谱线为激发光。对于较为通用的紫外可见荧光分光光度计则采用发射击队紫外可见光波段的连续光谱的光源，通用性较好的荧光分光光度计大多采用氙灯，它属气体放电光源，可在紫外—可见光区提供连续光，但它的稳定性较差。
由于荧光分光光度计可分别测出样品的激发光谱及荧光发射光谱，因此需要两个可独立进行波长扫描的单色器，色散元件一般采用光栅。
样品池常用长、宽为了cm的石英吸收池，由于检测器是在与激发光成90度角方向进行测量,所以吸收池必须四面透明，清洗与握执样品池时应注意任何一面均不能污染。此外某些石英本身可能发出少量荧光，必须避免使用这种石英样品池。
荧光分光光度计的检测器，通常采用光电倍增管将光信号转变为电信号。为了在降低入射激发光光强的条件下提高检测灵敏度，检测器的灵敏度应比较高。
用于测量荧光的仪器种类很多，有的仪器只能用于荧光定量分析，如上海分析仪器三厂生产的960型号荧光分光光度计，它具有微机控制、键盘操作、数字显示、绘图仪输出、发射波长动扫描、自动调零、自动扣除本底等功能。有的荧光分光光度计还带有专门的光谱校正装置，从而得到物质的真实的激发光谱与荧光发射光谱，如日立MPF—4荧光分光光度计就是利用激发电位器、发射电位器及校正器，在波长扫描时改变放大器的增益，由此校正检测器、光源及单色器的光谱特征。
二、实验技术
（一）荧光分析实验方法分子荧光光谱法作为定量分析可分为直接测定法和间接测定法。
1、直接测定法是利用荧光物质自身发射的荧炮来直接进行测定的方法。例如，色氨酸有很强的天然荧光，用287nm激发波长，348nm的发射波长，在PH=11的碱性条件下可直接测定其含量，灵敏度可达0.003μg/ml。
2、间接测定法由于具有较强的自身荧光的物质种类不多，所以直接测定法的应用有限，而更多的场合是使用间接测定法。间接测定法用于测定那些本身的荧光很弱或根本不发荧光的物质，常用的有荧光衍生物法和荧光猝灭法等。
（1）荧光衍生物法：荧光衍生物法是利用某些称为荧光探针的试剂，使其与非荧炮物质进行等量结合，形成能发出较强荧光的衍生物（配合物），通常测定衍生物的荧光间接测定了原物质的含量。例如：维生素B1没有荧光，但用硫胺素在碱性高铁氰化钾溶液中可被氧化成一种蓝色的荧光化合物—硫色素。在没有其他荧光物干扰时，溶液的荧光强度与硫色素浓度成正比，激发光波长385nm，荧光发射波长 为435nm。
（2）荧光猝灭法：某些特虽然本身不能发荧光，了不能与其他试剂产生荧光衍生物，但它们使另一种荧光物质的荧光强度降低，从而可以利用这种荧光强度降低的程度来测定待测物质的含量，这种方法称为荧光猝灭法。
（二）荧光分析的干扰因素由于荧光分析法有较高的灵敏度，因此也容易受各种干扰而影响分析的重现性，在实验中应特别引起注意。
1、溶剂的影响
（1）选择适宜的溶剂：在配制样品溶液时，所用试剂不应在紫外光范围有光吸收，如苯、丙酮、酚等，就不宜在紫外光范围内使用。对于多数荧光物质，其荧光强度随溶剂极性增大而增强。但是少数溶剂，如碘乙烷、四溴化碳等含有重原子的溶剂会使荧光强度减弱。水是最常用的溶剂。另外应注意同一荧光物质在不同溶剂中荧光光谱的形状和强度也有显著的不同。如硫酸奎宁在硫酸中有荧光而在盐酸中无荧光。
（2）溶剂应有足够的纯度：溶剂中杂质会干扰待测样品的荧光，或使其增强，或使其减弱，影响定量准确性。所有溶剂必须进行重蒸纯化处理，当达到其最低本底荧光强度时帮能使用。如：乙醇可加氢氧化钾蒸馏；正丁酸、正庚烷、二氯乙烯、乙醚等可用0.1mol/Lhclt 0.1mol/lNaOH洗后再用水洗；水应用二重或三重蒸馏水。
2、实验用具的影响润滑油有很强的荧光，注意使用分液漏斗等带活塞的器具时，活塞上不要徐油。橡皮塞和软木塞也是荧光污染源。使用时应包锡纸。洗涤剂有时也有很强的荧光，重铬酸钾也有紫外吸收，因此在满打满算器皿时应冲洗干净，然后再用半浓硝酸煮沸后漂洗，再在蒸馏水中煮沸。
3、温度的影响温度对溶液的荧光性质有显著影响，一般来说，溶液的荧光强度随温度的降低而增强。这是因为温度降低时介质粘度增大，荧光物质的分子与溶剂的分子及荧物质分子之间的碰撞机会减少，从而使非辐射跃迁能耗降低所致。所以荧光分析一定要保持样品环境温度的稳定。
4、PH的影响：溶液PH值的变化对荧光物质的荧光强度和波长有显著影响。这是因为大多数芳香性荧光物质都带有酸或碱基团，它们对PH的变化很敏感。例如本酚可视为弱酸，它在酸性溶液中以分子形式存在，呈现荧光，但在碱性溶液中则以七酸阴离子形式存在而不发荧光。又如苯胺在PH=7—12的溶液中发出蓝色荧光，而在PH小于2或大于13的溶液中都不发生荧光。所以在荧光分析中严格保持溶液的PH值十分重要，有时需用适当的缓冲溶液控制溶液的PH值。
5、光分解荧光物质大多对光很不稳定，特别是在稀溶液中，在自然光或强激发光源照射下，光敏感物质的光分解很明显。在荧光测量期间时间稍长荧光计数就会慢慢下降，甚至荧光峰位也发生位移电流。因此在测定光敏物质时，最好使用弱光源，在样品有多个激发波长时尽量使用波长较长的低能量激发乐。在测量时要注意及时关闭光闸，尽量缩短测定时间。在制样过程中应尽量避免光照，尽量在暗室操作或将样品包以黑纸。
6、荧光猝灭荧光溶液浓度过大时，常发生荧光自猝灭现象，使荧光强度与试样浓度的关系曲线向下弯曲而失去线性关系，因此在配制样品溶液时，应使被测溶液的浓度在其工作的曲线的线性范围内，以保证测量的准确性。
（三）荧光分光光度计仪器参数的选择荧光光谱法与其他光谱法的区别之一是它的分析条件有较多的选择余地。了解这些分析条件的作用和它们的相互关系，可指导最佳分析条件的选择。
1、激发光单色器和发射光单色器狭缝宽度的选择仪器的狭缝宽度通常有两种表示方法，一种是用狭缝实际宽度表示（又称通带），单位为mm，另一种是用谱带波长范围表示，单位是nm。如日立850荧光分光光度计是用后者表示，可供选择的范围是0——20nm。一般来说狭缝宽度较大时，透过光强度较大，灵敏度较高，但分辨率较低；而狭缝宽度较小时，透过光强度较小，灵敏度较低，但分辨率较高。一般在定性分析时选用较小的狭缝宽度，作定量分析时选择较大的狭缝宽度。在作激发光谱扫描时为得到激发光谱细节，同时兼顾荧光强度，可选择较小的激发侧狭缝宽度和较大的发射侧狭缝宽度；同理，在作发射光谱扫描时则选择较大的激发侧狭缝宽度。在分析一些易光分解的物质时，为减弱光分解作用，可选择较小的激发侧狭缝和较大的发射狭缝。
2、光电倍增管电压光电倍增管电压较高时，灵敏度较高，但同时暗电流和噪音也增加，而且光电倍增管寿命降低。所以在灵敏度足够时应尽量选择较低的电压。仅在确需高灵敏度时才选用高电压，且必须在规定允许范围内。日立850荧光分光光度计的光电倍增管电压有低、中、高三档可供选择。
3、响应速度响应速度是指仪器检测系统输出信号达到输入信号最大值的98%时所需的时间。响应速度快时，可得到精细谱线结构，但谱线杂峰较多，用于需要高分辨率的场合。响应速度慢时，杂峰少，噪音低，谱线平滑，但分辨率较低，适用于不需高分辨率的场合。例如日立850荥光分光光度计的响应速度有0.5s、2s和6s三档可选。
4、滤光片的选择滤光片在荧光计中作单色器用，在荧光分光光计中是用以滤除不需要的杂散光。日立850荧光分光光度计装有五种用于不同波长的短截止滤光片，作为发射滤光片，其截止波长分别为290、310、350、390和430nm。使用时应注意选择其截止波长比所使用的波长短的滤光片。
（四）荧光强度的测量方法对样品的荧光强度测定时，为消除或降低样品强度不稳定造成的测量误差，通常是测定样品对荧光基准物质的相对荧光强度，其作法是选用荧光强度稳定，荧光波长与样品的荧光波长相近的基准物质溶液为测量时的相对标准，例如在荧义计上先将基准物质溶液的荧光强度调至100%（或80%、60%、50%等），然后以此作为测量试样、标样和空白液的相对常用的荧光基准物质和硫酸奎宁溶液（用0.05mol/L 硫酸配制），宏观世界的最大吸收波长为250nm、最大荧光波长为416nm；荧光素钠溶液（用0.1mol/l氢氧化钠配制），其最大吸收波长和最大荧光波长分别为490nm和515nm。
5—4 原子荧光分析简介原子荧光分析是通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能源激发下产生的荧光强，来求得待测元素含量的一种原子光谱分析法。它实际上是在分子荧光分析法和原子吸收光谱分析法的基础上发展起来的一种利用光能激发的原子发射光谱分析。它所用的仪器部件基本上和原子吸收分光光度计一样，所不同的是原子荧光分光辉灿烂度计中必须使用高强度空心阴极灯或高频无极放电等锐线强光源。而它的仪器结构基本上和分子荧光分析用的荧光计一样，即光源、原子化器、单色器和检测器等不在一直线上，而排成直角形，以得消除透射光对荧光测量的干扰。如图5—7所示。其工作原理如下：试液通过火焰原子化器（或无火焰原子化器）后成为原子蒸气，则在强光源发出的光辐射照射到原子蒸气时，待测元素原子吸收其特征波长的光能后由基态激发到高能态，随后由高能直接返回到基态时，发射出波长与其吸收波长（即激发波长）相同的共振荧光。或者由高能态返回基态过程中，经过辐射形式或非辐射形式而到达较低能态，而后再以非辐射或辐射形式回到基态。则就发射出波长大于其吸收波长的荧光。由单色器分离出试样元素产生的荧光。并经检测器转变成电信号后放大和读数。图中斩光器用于对光源进行调制，以消除火焰发射的干扰。
对大多数元素来说，由气态原子产生的共振荧光最强，因此它在原子荧光分析中最为常用。各种元素原子所发射的荧光波长是不同的，它表示了该元素的特征。并且在激发光源强度和原子化条件恒定的情况下，原子荧光的发射强度与该元素的含量丰正比关系。这是原子荧光分析法的定性与定量依据。但在实际应用中主要作定量分析。
图5—7 原子荧光分光光计计示意图原子荧光法的原子化方法和消除各种干扰等方法与原子吸收法相同，但是在作用原理上它属于一种以光激发的原子发射光谱法，因此在某些方面兼有原子吸收法和原子发射法的优点。由于气态原子只有在受激发而吸收光能之后才能自发发射它的原子荧光，因此原子荧光谱线仅限于那些强度高的共振线，其谱线数目比原子吸收线少，经原子发射线更加少得多。从而受到谱线干扰也就少，所以原子荧光法的最大优点是干扰少，灵敏度高。对于锌、钙、镁等元素具有很高的灵敏度，原子荧光法的检出限与石墨炉原子吸收法相仿，在1.0ng/ml以下，但对Nb、Ta、Zr、Hf、稀土等难原子化的元素，其检出限较差，甚至无法检出。
思考与练习题
1、试述荧光的种类及其特点。
2、为何分子荧光法的灵敏度比分子吸收法的高？
3、何谓磷光？它与荧光的主要区别是什么？
4、分子的吸收光谱与荧光光谱有何异同点？为什么？
5、何谓荧光物质和荧光熄灭剂？其分子结构有何特点？
6、有哪些荧光定量分析方法？各有何特点？
7、试比较紫氏上分光光度计与荧江我光度计的异同点？
8、样品溶液的浓度、溶剂极性、PH值以及温度等因素，对样品物质的荧光强度各有何影响？
9、在进行荧光强度测定时，荧光基准物质溶液的作用是什么？如何选择合适的荧光基准物质溶液？
10、1.00g的谷物制品试样，用酸提取处理，以分离出核黄素及少量无关杂质。加入少量高锰酸钾将核黄素氧化，过量的高锰酸钾有过氧化氢除去。将此溶液移入50ml容量瓶，稀释至该度。取出25ml放入试样液槽中以测量荧光强度，荧光计先用硫酸奎宁将读数调整到该度100处。测得试样溶液的荧光读数为6.0格。将少量固体连二亚硫酸钠加入试样液槽中，使氧化态核黄素重新转化为核黄素，这时荧光计读数为55格。将此溶液弃去。在同一液槽中重新注入24ml被氧化的核黄素溶液，以及1ml核黄素标准溶液。标准溶液每毫升含核黄素0.500μg 。这一溶液的读数为92格，计算每克试样中核黄素含量（以μg/g表示）。