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【原创】<闲聊原子吸收和质谱仪器的数学物理基础>2-3

zhangxuanzhong

2010/05/24

原子吸收光谱（AAS）

(3)
那让我们来计算一下原子吸收的环境中,到底有多少比例的基态原子吧.

首先,2500K等于2500-273摄氏度.
其次,10000K的温度,大约是1个电子伏特的能量.
原子吸收在2500K附近,我们来计算一下2500K的环境里原子的热运动的能量大概是多少呢?

温度和原子能量之间的关系是E=kT(假设原子具有2个自由度),其中小k是一个常数,称为玻尔兹曼常数.

通过简单计算,就可以算出温度2500度的时候,原子大约具有1/4个电子伏特的热运动能量。原子吸收在2500K附近的高温的情景下发生, 在石墨炉或者火焰中,化合物被原子化以后,有相当一部分原子是处于基态的。大约有超过99%的原子是处于最低的能级——这起源于2个能级之间的能量差一般远远大于1/4个电子伏特的能量。原子的2个能级之间的能量差，等于第一章里所说的它们之间所对应的光子的能量。我们可以做一个简单的估计，波长为500nm的光子，它的能量是普朗克常数乘上这个波长所对应的光的频率，计算结果大概是2个电子伏特。

在原子化的环境中，处于其他能级的原子数目和处于基态的原子数目的比值，满足一个负指数型的分布——类似于上一节中骰子和的出现次数分布一样，这个负指数型的分布也是非常重要的，被称为玻尔兹曼分布。
2ev / 1/4ev = 8

N-i/N-0 =exp（-{E-i-E-0}/KT）=exp（-8）

这是一个很小很小非常接近于零的数。也就是说，处于激发态的原子数，比起处于基态的原子数，这个比值是非常接近0。

这就是玻尔兹曼分布给出的解释，也就是为什么在原子吸收过程中，大多数原子都采取共振吸收的原因。
附带地说，空气分子的密度随着高度的变化也是满足玻尔兹曼分布的——在这个时候，能量体现为气体分子的重力势能。这个分布也就是大气压强随着高度的变化规律。我们知道，在西藏，水在80多度的时候就沸腾了，这就是因为大气压强随着高度也是负指数变化的。在一些自动进样器的设计中，要提取毫升级的液体，就可能需要考虑到不同高度的大气压对自动进样器的影响。这个我们暂时不讲。

原子吸收的高温给了基态原子的存在创造了生活的环境。在这个环境中，最重要的影响技术指标的物理量是基态原子的空间密度。

精
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初学者&九点虎

第1楼2010/05/26

玻尔兹曼分布大学时候学过，都还给老师了

0

用心飞

第2楼2010/05/27

楼主继续，精彩纷呈。

0

wccd

第3楼2010/05/29

应助达人

现在中国的四大发明早已被人家先进的科学技术所替代，我真不知我们还有什么可值得骄傲的东西。
如果某一天有那位中国科学家在自然科学领域，创造一个以中国XXX命名的xxxxx分布或定律，并获得诺贝尔XXXX奖，那才是我们国人骄傲。

0

123zhaohouchao

第4楼2010/05/30

现在中国的四大发明早已被人家先进的科学技术所替代，我真不知我们还有什么可值得骄傲的东西

0

wawaxin

第5楼2010/05/31

学习了

0

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