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【原创】《闲聊原子吸收和质谱仪器的数学物理基础》3-3

zhangxuanzhong

2010/05/31

原子吸收光谱（AAS）

（3）
基态原子吸收了光以后，还是要辐射出光来，这叫受激辐射。如果基态原子吸收了光以后，能量被激发到高能级，而不再辐射出光子来，那么这种光吃不拉的行为将导致系统处于一个非平衡的状态，也就是说，最后所有的基态原子都被激发了，高能级的原子数目多于低能级的原子数目，这个就好象一个金字塔是倒立放着，是非常不稳定的状态——这就是一般激光器的工作原理。

但很明显，在我们的原子吸收仪器中，人们似乎只看到光被吸收了，而没有看到光是如何被吐出来的。这里面有一定的理论模糊性，大多数学者认为，光被吸收以后，回吐出来的光是杂乱无章的，在方向上没有被聚焦，所以，这些杂乱的光，可能也构成了一定程度上的杂散光。另外一个必须考虑的无论在石墨炉还是在火焰的原子化系统中，原子处于一个气流的环境中，这个气流会吹走原子，细节和质谱仪器中的很多情景是类似的，这是后话。

根据爱因斯坦对光的受激吸收的工作，我们可以知道，原子对光的吸收在一个平衡过程中（实际上看杨福家的《原子物理学》，可以知道对非平衡情况也是对的），被吸收掉光的功率P_{absorb}正比于参与吸收的基态原子数N：
P_{absorb}=B\rho(\lambda)N

其中B是表征原子吸收的爱因斯坦B系数，对于特定的原子，这是一个与原子吸收仪器结构没有关系的物理常数，而\rho(\lambda)是表示照射在分析体积上
的光谱的功率谱密度，这个参数由光源和光学镜片等参数决定，对原子化仪器来说，只要机械结构是稳定，也是一个波动很小的近似常数。所以，唯一可以变化的物理参数是N，也就是分析体积内参与吸收的基态原子的个数。

透射光功率是}
P_{t}=P_{0}-P_{absorb}=P_{0}(1-\frac{P_{absorb}}{P_{0}})=P_{0}(1-\frac{B\rho(\lambda)N}{P_{0}})

这就是原子吸收的透射光的微观表达式。

对照我们熟悉的比尔定律那个宏观表达式：

P_{t}=P_{0}\exp(-KLC)=P_{0}(1-KLC+\cdots)

最后一步用到了低浓度时候的泰勒展开。

这样，我们就得到了一个微观和宏观的对偶表达式

KLC=\frac{B\rho(\lambda)N}{P_{0}}
因此，原子化器主要的任务之一是提高基态原子数目N，因为分析体积是一定的，是一个常数，所以，相当于努力提高原子的密度函数。

精
该帖子已被管理者-初学者&九点虎设置为精华，下面是奖励记录：加20积分,加5声望

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hsteel

第1楼2010/05/31

我一直在跟踪你的大作

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zhangxuanzhong

第2楼2010/06/01

谢谢有什么问题就讨论
hsteel(hsteel) 发表:我一直在跟踪你的大作

0

06sheng1314

第3楼2010/06/01

你写的非常形象,深入浅出,很容易懂,对于我这个初学者非常有用!

0

夕阳

第4楼2010/06/01

应助达人

完了吗？还有下文吗？

0

zhangxuanzhong

第5楼2010/06/01

还有很多很多不过还没有写出来呵呵
夕阳(anping) 发表:完了吗？还有下文吗？

0

仪问

第6楼2010/06/01

有水平,好象在看故事,非常精彩!

0

fztest

第8楼2010/06/03

有水平,好象在看故事,非常精彩!

0

fztest

第10楼2010/06/03

有水平,好象在看故事,非常精彩!

0

xyshark

第12楼2010/08/03

很精彩，文笔不错，引人入胜。期待后续！！！

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