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1814年,德国物理学家夫琅和费在研究太阳光谱时发现了一个重要现象。当白光通过棱镜分散后,在连续的彩色光谱中出现了数百条神秘的暗线。这些暗线的出现是因为太阳大气中的原子吸收了特定波长的光线。这一划时代的发现为原子吸收光谱学的诞生奠定了坚实的基础,开启了人类利用光谱分析物质成分的新纪元。
1860年代,德国物理学家基尔霍夫和化学家本生通过大量实验,建立了发射光谱和吸收光谱之间的重要关系。他们发现每种元素都具有特征的吸收线,这是由于原子中的电子在不同能级间发生跃迁时吸收特定能量的光子造成的。当电子从低能级跃迁到高能级时,会吸收相应频率的光。Beer-Lambert定律进一步建立了吸光度与物质浓度的定量关系,为原子吸收光谱的定量分析奠定了坚实的理论基础。
1955年,澳大利亚科学家沃尔什取得了原子吸收光谱技术的重大突破,发明了现代原子吸收光谱仪。火焰原子化技术是这一突破的核心,它将液体样品通过雾化器变成细小液滴,然后在高温火焰中被分解为自由原子。这些原子能够吸收特定波长的光,产生特征吸收信号。相比传统的发射光谱法,原子吸收光谱法具有干扰更少、选择性更好、检测限更低的显著优势,为分析化学开辟了新的发展道路。
1970年代,苏联科学家利沃夫发明了石墨炉原子化技术,这是原子吸收光谱发展史上的又一重大突破。石墨炉原子化器采用电加热方式,工作过程包括四个精确控制的温度阶段:首先是干燥阶段去除溶剂,然后是灰化阶段分解有机物,接着是原子化阶段产生自由原子,最后是清洗阶段清除残留物。相比火焰原子化法,石墨炉技术具有检测限更低、样品用量更少的显著优势,特别适合痕量元素分析,将检测能力提升到纳克级别。
进入现代,原子吸收光谱技术取得了飞跃式发展。除了传统的火焰和石墨炉原子化技术,还发展出氢化物发生技术、冷蒸气技术等特殊原子化方法,大大扩展了可检测元素的范围。现代仪器具有高度自动化的特点,检测限已达到皮克级别,并能实现多元素同时测定。从1814年夫琅和费发现太阳光谱暗线,到现代智能化的原子吸收光谱仪,这项技术已广泛应用于环境监测、食品安全、临床检验和地质勘探等众多领域,成为现代分析化学不可或缺的重要工具。