剖析原子吸收光譜法
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原子吸收光譜法：被測元素基態原子在蒸汽狀態下，外層電子由基態躍遷至激發態，然后對光源發出的原子特征波長光輻射進行吸收，從而引起特征波長光輻射的透射光強度減弱。原子吸收光譜法是基于此建立起的元素定量分析的方法，它是測定痕量和超痕量元素的有效方法之一。
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棱鏡實驗
1666年，愛思考的牛頓先生發現，太陽光經過棱鏡后被分成了華麗麗的彩色光帶，他把這條光帶稱為光譜。
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Fraunhofer線實驗
1802年，Wollaston發現了光譜中的黑線，但沒給出科學的解釋。
William Hyde Wollaston（1766-1828）
1814年，愛觀察的Fraunhofer再次觀察到了太陽光譜中的黑線，他在小黑屋內將一塊火石玻璃棱鏡放置在經緯儀前，讓太陽光通過小縫投射到棱鏡上，用經緯儀上的望遠鏡觀察光譜時看到了很多條黑度不等的黑線密集在光譜上（這大概就是傳說中五彩斑斕的黑）。
這些暗線條數超過700條，Fraunhofer對它們作了粗略的測量，并列成譜圖，后來這些線稱為Fraunhofer線。
Joseph von Fraunhofer（1787-1826）
其中有兩條最強的緊靠在一起的黑線，用字母D予以標記。他測定未分辨的D線的平均波長為588.7nm，與現在的精確值589.2nm已經非常接近。
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Kirchhoff和Bunsen的實驗
真正對原子吸收光譜的產生做出透徹解釋的是后來的Bunsen和Kirchhoff。
Robert Bunsen (1811-1899) & Gustav Robert Kirchhoff (1825-1887)
他們進行的鈉光譜中譜線自蝕的實驗，是歷史上用原子吸收光譜進行定性分析的第一個例證。
上：金屬鹽被加熱后，觀察到不同顏色的發射線
下：光束通過加熱的金屬鹽后，觀察到Fraunhofer吸收線
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原子結構
原子由原子核和核外電子組成。原子核是原子的中心體，由質子和中子構成，帶正電。電子帶負電，總的負電荷數與原子核的正電荷數相等。電子沿核外的圓形或橢圓形軌道圍繞著原子核運動，同時又有自旋運動。
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原子躍遷和能級圖
電子由于具有不同的能量，就按照各自不同的軌道圍繞原子核運轉，即能量不同的電子處于不同的相應等級。
電子從基態躍遷到能量最低的激發態(稱為第一激發態)時要吸收一定頻率的光，這種譜線稱為共振吸收線；當它再躍遷回基態時，則發射出同樣頻率的光(譜線)，這種譜線稱為共振發射線(它們都簡稱共振線)。
如圖所示，在氫原子能級圖中，氫原子從各個較高能級躍遷至同一較低能級時，會發出一系列光譜線，形成譜線系，分別稱為賴曼線系，巴耳末線系，帕邢線系等。
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原子躍遷和激發
基態原子吸收一定頻率的輻射能量，外層電子由基態躍遷到第一激發態或者更高激發態，產生共振吸收線，生成原子吸收光譜。
圖中氫原子的電子可以通過吸收不同頻率的輻射能量在各個能級間躍遷。
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朗伯-比爾定律
一束強度為I0的光通過厚度為b的原子蒸氣，部分光被吸收，部分光被透過，透射光的強度Iν服從朗伯-比爾定律(Lambert-Beer law)，吸光度A=log(I0/Iν)=kbc
如圖所示，厚度變大時，透射光強度變弱，吸光度變大。
當濃度變大時，透射光強度也變弱，吸光度變大。
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原子吸收光譜的譜線輪廓
原子結構簡單，理論上應產生線狀光譜吸收線，但實際上用強度為I0的不同頻率輻射光照射時，獲得的是峰形吸收，所得曲線為吸收線輪廓。
原子吸收光譜線占據著相當窄的頻率范圍，有一定的寬度，通常用吸收線的中心頻率或中心波長與吸收線的半寬度來表示吸收線輪廓特征。
上圖中，左邊是透射光強度和光的頻率的關系，右邊是與之對應Kv與ν的關系。
吸收系數Kv是基態原子對頻率為ν的光的輻射吸收系數，它隨光源的輻射頻率ν而改變，這是由于物質的原子對不同頻率的光的吸收不同。
中心頻率ν0指最大吸收系數對應的頻率，由原子能級決定。
半寬度Δν0是指吸收系數極大值一半處，譜線輪廓上兩點之間頻率（波長）的距離，大約在10-3到10-2nm之間。
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積分吸收測量法
在吸收線輪廓內，以吸收系數對頻率積分稱為積分吸收，積分得的結果是吸收線輪廓內的總面積，它表示原子蒸氣吸收的全部能量。
這是一種絕對測量方法，理論上，積分吸收與原子蒸氣中吸收輻射的基態原子數成正比，若能測得積分吸收，就能求出原子濃度，但吸收線半寬度僅為10-3nm，現在的分光裝置無法實現。
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峰值吸收測量法
吸收線中心頻率處的吸收系數Kn為峰值吸收系數，簡稱峰值吸收。
1955年Walsh提出在溫度不太高的穩定火焰條件下，峰值吸收與火焰中被測元素的基態原子濃度也成正比，因此可用峰值吸收代替積分吸收。前提是采用銳線光源，即發射線半寬度比吸收線半寬度小得多的光源（例如空心陰極燈），并且發射線的中心與吸收線中心一致。
下圖所示為峰值吸收測量的過程：
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原子吸收光譜儀結構示意圖
原子吸收光譜儀器由光源、原子化系統、分光系統、檢測系統和數據處理系統5個基本部分與必要的附屬裝置組成。
光源發射含有被分析元素特征波長的光，也就是被測元素的特征共振輻射。
原子化系統提供能量，使試樣干燥、蒸發和原子化。
分光系統將待分析元素的共振吸收線與其它譜線分開。
檢測器（通常是光電倍增管）準確地將光強測出，轉換成電信號。
數據處理系統進行光強度與吸光度之間的轉換。
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空心陰極燈的結構原理
空心陰極燈的主要組成部分是陰極和陽極。
陰極是用被測元素或含有被測元素的材料做成的圓筒形空心陰極。
陽極是鎢、鈦或鋯棒，固定在管座上。
云母屏蔽的作用是阻止放電向外擴展，使放電集中在陰極腔內。
管前端的光學窗口是石英玻璃或硼硅玻璃。
空心陰極燈放電是一種特殊形式的低壓輝光放電：
（1）當電壓施加到兩個電極上時，兩極之間會產生放電，電子將從空心陰極內壁流向陽極；
（2）在運動過程中，高能電子與惰性氣體碰撞而使之電離，產生正離子；
（3）在電場作用下，帶正電荷的惰性氣體離子向陰極內壁猛烈轟擊，使陰極表面的金屬原子濺射出來；
（4）濺射出來的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及離子發生撞碰而被激發；
（5）被激發的金屬原子返回基態時就發射出相應元素的特征共振輻射。
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無極放電燈的結構原理
無極放電燈和空心陰極燈一樣，是用于原子吸收光譜分析的一種銳線光源。
無極放電燈沒有電極，不是由電極提供能量，它依靠射頻（RF）作用于低壓惰性氣體并使之電離，高速帶電離子撞擊金屬原子產生銳線。
（1）在石英管泡或玻璃管內，放入幾毫克被測元素純金屬、金屬鹵化物或金屬元素與元素碘的混合物，管內充有幾百Pa的惰性氣體；
（2）將放電管放在射頻發生器的線圈內，用高頻火花引發放電；
（3）隨著放電的進行，管內溫度升高，使金屬蒸發或鹵化物蒸發和解離；
（4）同時放電管內的惰性氣體原子受到激發；
（5）被激發的惰性氣體原子與被測元素的原子碰撞，使被測元素原子激發；
（6）當被激發的元素原子返回基態時發射出特征共振輻射。
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火焰原子化器的結構原理
火焰原子化器由噴霧器、霧化室和燃燒器組成。
噴霧器是火焰原子化器中的關鍵部件，其作用是將試樣霧化成直徑為微米級的氣溶膠。
通常噴霧器的前端會裝一個撞擊球或擾流器（或者兩個都裝），氣溶膠撞擊在上面時，會進一步細化為粒徑更小，更均勻的氣溶膠，使氣溶膠能在火焰內有效地原子化，而且使火焰燃燒更穩定。
霧化室使燃氣、助燃氣和氣溶膠充分混勻，并且使粒度大的氣溶膠凝聚成更大的液珠沿室壁流入泄液管排走，使進入火焰的氣溶膠粒徑更均勻，以減少其進入火焰時引起的擾動。
燃燒器產生火焰，使進入火焰的試樣氣溶膠脫溶、蒸發和原子化。
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石墨爐原子化器的結構原理
石墨爐原子化器由電源、石墨管爐、保護氣系統、冷卻系統等四部分組成。
石墨管爐：在石墨管內放置一個放樣品的石墨片，當管溫度迅速升高時，樣品因不直接受熱，因此原子化時間相應推遲。
保護氣系統：外氣路中Ar氣體沿石墨管外壁流動，保護石墨管在加熱過程中不被燒蝕；內氣路中Ar氣體由石墨管兩端流向管中心，并從中心孔流出，可排出空氣，保護原子不被氧化，同時除去干燥和灰化階段產生的蒸汽。
冷卻系統：周圍爐體通冷卻水，以保護爐體。
原子化過程如下：
干燥：去除溶劑，防樣品濺射；
灰化：使基體和有機物盡量揮發除去；
原子化：待測物化合物分解為基態原子，此時停止通Ar，延長原子停留時間，提高靈敏度；
凈化：樣品測定完成，高溫去殘渣，凈化石墨管，以消除記憶效應。
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分光系統的原理
分光系統指單色器，由入口和出口狹縫、準直鏡、色散元件、聚焦鏡組成。
入口狹縫用于限制雜散光進入單色器，準直鏡將入射光束變為平行光束后進入色散元件。色散元件是關鍵部件，作用是將復合光分解成單色光，一般為光柵。聚焦鏡將出自色散元件的光聚焦于出口狹縫。出口狹縫用于限制通帶寬度。
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光電倍增管的原理
光電倍增管是光子轉換器的一種光電檢測器，是一種將微弱光信號轉換為電信號的真空器件。
由光電陰極、聚焦電極、電子倍增管（打拿極）、陽極和真空管(外殼)等組成。
（1）當光子撞擊真空管內的光電陰極時，光電陰極產生光電子發射；
（2）這些光電子被聚集電極聚集后引向倍增極(也稱打拿極)，撞擊倍增極產生次級電子；
（3）次級電子再撞擊下一級倍增極，使發射的電子數再次得到倍增，每經過一級倍增極，產生的電子數依次倍增一次。經過9～14級倍增極，電子數倍增到106，最高可達到109；
（4）已倍增的電子流由陽極收集，作為輸出電流。輸出的陽極電流與入射光強度及光電倍增管的增益成正比。
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單光束光學系統
原子吸收光譜儀器有單光束和雙光束儀器之分，其外光路相應地也有單光束與雙光束光學系統。
單光束儀器的外光路，光路簡單結構緊湊，無需分束，光能量損失小，有利于減少光電倍增管的散粒噪聲，提高儀器的信噪比，但存在光能量波動引起的儀器基線漂移。
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雙光束光學系統
雙光束儀器的外光路將光源光束通過切光器分為樣品光束和參比光束，經調制后交替地進入分光系統，一路（參比光束）直接到檢測器，一路（樣品光束）通過火焰后再到檢測器，檢測器對兩光束進行比較測量，輸出兩光束的強度差。
雙光束系統能消除光源波動和檢測器不穩定引起的基線漂移，提高儀器的穩定性，再現性增強。但由于分束，光源發射的特征輻射有一半分為參比光束，不參與吸收過程，光能量損失嚴重。