儀器分析-原子吸收光譜法

1、光學(xué)分析法光學(xué)分析法 原子吸收原子吸收 光譜法光譜法點擊按鈕進行選擇點擊按鈕進行選擇 進入原子吸收光譜分析進入原子吸收光譜分析方法之前，先了解一下方法之前，先了解一下“光光學(xué)分析學(xué)分析”的概念吧。若已經(jīng)的概念吧。若已經(jīng)去過，請直接進入分析方法。去過，請直接進入分析方法。 儀器結(jié)構(gòu)儀器結(jié)構(gòu)原子吸收光譜法原子吸收光譜法光學(xué)分析法光學(xué)分析法 Optical Analysis 光學(xué)分析法是根據(jù)物質(zhì)發(fā)射、吸收電磁輻射或電磁輻射與光學(xué)分析法是根據(jù)物質(zhì)發(fā)射、吸收電磁輻射或電磁輻射與物質(zhì)間相互作用而建立起來的一類分析方法。電磁輻射與物質(zhì)物質(zhì)間相互作用而建立起來的一類分析方法。電磁輻射與物質(zhì)相互作用的方式有發(fā)射

2、、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍相互作用的方式有發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。射、偏振等。 電磁輻射（電磁波）按其波長可分為不同的區(qū)域，包括從電磁輻射（電磁波）按其波長可分為不同的區(qū)域，包括從射線到無線電波的所有電磁波譜范圍。所有這些波長區(qū)域，在射線到無線電波的所有電磁波譜范圍。所有這些波長區(qū)域，在光學(xué)分析中都涉及，因而光學(xué)分析的方法是很多的。光學(xué)分析中都涉及，因而光學(xué)分析的方法是很多的。 射射線線x射射線線紫紫外外光光紅紅外外光光微微波波無無線線電電波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 見見

3、光光 光學(xué)分析法分為光學(xué)分析法分為光譜法光譜法和和非光譜法非光譜法兩類。兩類。 光譜法光譜法是電磁波與物質(zhì)作時，引起分子或原子內(nèi)部量子化能級躍遷而是電磁波與物質(zhì)作時，引起分子或原子內(nèi)部量子化能級躍遷而產(chǎn)生發(fā)射、吸收、散射或熒光，通過檢測這些光譜的特征波長和強度來產(chǎn)生發(fā)射、吸收、散射或熒光，通過檢測這些光譜的特征波長和強度來進行定性定量分析。這類方法包括：原子吸收、原子發(fā)射、原子熒光、進行定性定量分析。這類方法包括：原子吸收、原子發(fā)射、原子熒光、紫外可見、紅外光譜、分子熒光、分子磷光、核磁共振等等。紫外可見、紅外光譜、分子熒光、分子磷光、核磁共振等等。 非光譜法非光譜法則是通過測量電磁波與物質(zhì)作

4、用時，電磁波的某些其他性質(zhì)，則是通過測量電磁波與物質(zhì)作用時，電磁波的某些其他性質(zhì)，如反射、折射、散射、干涉、衍射和偏振等變化而建立。這類方法有折如反射、折射、散射、干涉、衍射和偏振等變化而建立。這類方法有折射法、干涉法、散射濁度法、旋光法、圓二向色性法、射法、干涉法、散射濁度法、旋光法、圓二向色性法、X X射線衍射法和電射線衍射法和電子衍射法等。子衍射法等。光學(xué)分析方法分類光學(xué)分析方法分類光譜分析法光譜分析法 按照電磁輻射與物質(zhì)相互作用形式的不同，按照電磁輻射與物質(zhì)相互作用形式的不同，可分為發(fā)射、吸收和熒光及拉曼光譜?？煞譃榘l(fā)射、吸收和熒光及拉曼光譜。發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法 吸收光譜法吸收光譜法

5、拉曼光譜法拉曼光譜法Emission SpectroscopyAbsorptionSpectroscopyRaman Spectroscopy熒光光譜法熒光光譜法FluorescenceSpectroscopy 吸收光譜法吸收光譜法 當(dāng)輻射光通過固體、液體或氣體樣品中的一個透明層時，樣當(dāng)輻射光通過固體、液體或氣體樣品中的一個透明層時，樣品的粒子品的粒子(分子、原于或離子分子、原于或離子)會選擇性地吸收某種頻率的輻射能，會選擇性地吸收某種頻率的輻射能，從低能態(tài)從低能態(tài)M(基態(tài)基態(tài))躍遷至高能態(tài)躍遷至高能態(tài)M*(激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài))，這種現(xiàn)象稱為輻射的，這種現(xiàn)象稱為輻射的吸收。通常表示為：吸收。通常表示

6、為：M十十hv M* 為了使吸收現(xiàn)象發(fā)生，電磁輻射的能量必須與吸收粒子的基為了使吸收現(xiàn)象發(fā)生，電磁輻射的能量必須與吸收粒子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)的能級差相當(dāng)。由于各種粒子的結(jié)構(gòu)不同，造成能級態(tài)與激發(fā)態(tài)的能級差相當(dāng)。由于各種粒子的結(jié)構(gòu)不同，造成能級差不盡相同，根據(jù)普朗克關(guān)系式：差不盡相同，根據(jù)普朗克關(guān)系式：E=hc/ 所以各種粒子吸收線的波長或頻率不同。因此對吸收線波所以各種粒子吸收線的波長或頻率不同。因此對吸收線波長及強度的研究，可以提供樣品的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)及含量的信息。長及強度的研究，可以提供樣品的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)及含量的信息。 根據(jù)吸收光譜所在的光譜區(qū)域及吸收粒子的差別，主要可分根據(jù)吸收光譜所在的光譜區(qū)域及

7、吸收粒子的差別，主要可分為：紫外為：紫外可見吸收光譜法、原子吸收光譜法及紅外光譜法，此可見吸收光譜法、原子吸收光譜法及紅外光譜法，此外還有核磁共振波譜法及外還有核磁共振波譜法及X X射線吸收光譜法。射線吸收光譜法。 各類吸收光譜法的主要特點各類吸收光譜法的主要特點 方法名稱方法名稱 輻射能輻射能 作用物質(zhì)作用物質(zhì) 檢測信號檢測信號紫外、可見分光光度法紫外、可見分光光度法紫外、可見光紫外、可見光分子外層的電子分子外層的電子吸收后的紫外、可見光吸收后的紫外、可見光原子吸收光譜法原子吸收光譜法紫外、可見光紫外、可見光氣態(tài)原子外層的電子氣態(tài)原子外層的電子吸收后的紫外、可見光吸收后的紫外、可見光紅外光譜

8、法紅外光譜法紅外光（紅外光（1.52.5）分子的振動分子的振動吸收后的紅外光吸收后的紅外光X射線吸收光譜法射線吸收光譜法X射線射線放射性同位素輻射放射性同位素輻射z1O的重元素的重元素原子的內(nèi)層電子原子的內(nèi)層電子吸收后的吸收后的X射線射線穆斯堡爾光譜法穆斯堡爾光譜法射線射線原子核原子核吸收后的吸收后的射線射線激光吸收光譜法激光吸收光譜法激光激光分子分子(溶液溶液)吸收吸收核磁共振波譜法核磁共振波譜法射頻（射頻（0.1100MHz）原子核磁量子原子核磁量子有機化合物分子的質(zhì)子有機化合物分子的質(zhì)子吸收吸收 當(dāng)粒子當(dāng)粒子( (分子、原子或離子分子、原子或離子) )吸收能量后，從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)，吸

9、收能量后，從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)，處于高能態(tài)的粒子是不穩(wěn)定的，在短暫的時間內(nèi)處于高能態(tài)的粒子是不穩(wěn)定的，在短暫的時間內(nèi)( (約約10-8s) )，又從高能態(tài)，又從高能態(tài)返回低能態(tài)或基態(tài)，在此過程中，將吸收的能量釋放出來，若以光的形返回低能態(tài)或基態(tài)，在此過程中，將吸收的能量釋放出來，若以光的形式釋放能量，則得到發(fā)射光譜。通常表示為：式釋放能量，則得到發(fā)射光譜。通常表示為：M* M十十hv 由于各種元素的原子結(jié)構(gòu)或化合物的分子結(jié)構(gòu)不同，造成能級差不由于各種元素的原子結(jié)構(gòu)或化合物的分子結(jié)構(gòu)不同，造成能級差不同發(fā)射光譜的特征波長也各不相同。同發(fā)射光譜的特征波長也各不相同。 根據(jù)發(fā)射光譜所在的光譜區(qū)和激發(fā)

10、方法的不同以及待測物質(zhì)粒子的根據(jù)發(fā)射光譜所在的光譜區(qū)和激發(fā)方法的不同以及待測物質(zhì)粒子的差別主要可分為：原子發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法及分子熒光光譜差別主要可分為：原子發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法及分子熒光光譜法，此外還有法，此外還有X X射線熒光分析法、磷光光譜法及化學(xué)發(fā)光分析法等。射線熒光分析法、磷光光譜法及化學(xué)發(fā)光分析法等。 發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法各類發(fā)射光譜法的主要特點各類發(fā)射光譜法的主要特點 方法名稱方法名稱 激發(fā)方式激發(fā)方式作用物質(zhì)或機理作用物質(zhì)或機理 檢測信號檢測信號原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法電弧、火花、等離子炬等電弧、火花、等離子炬等氣態(tài)原子的外層電子氣態(tài)原子的外層電子紫外、可見光

11、紫外、可見光原子熒光光譜法原子熒光光譜法高強度紫外、可見光高強度紫外、可見光氣態(tài)原子的外層電子氣態(tài)原子的外層電子原子熒光原子熒光分子熒光光譜法分子熒光光譜法紫外、可見光紫外、可見光分子分子熒光（紫外、可見光）熒光（紫外、可見光）分子磷光光譜法分子磷光光譜法紫外、可見光紫外、可見光分子分子磷光（紫外、可見光）磷光（紫外、可見光）化學(xué)發(fā)光法化學(xué)發(fā)光法化學(xué)能化學(xué)能分子分子可見光可見光X射線熒光分析射線熒光分析X射線（射線（0.012.5nm）原子內(nèi)層電子的逐出，外層能級電子躍原子內(nèi)層電子的逐出，外層能級電子躍入空位（電子躍遷）入空位（電子躍遷）特征特征X射線（射線（X射線熒光）射線熒光）拉曼散射光譜

12、法拉曼散射光譜法 當(dāng)用單色光照射到透明樣品時，大部分光按照原來方當(dāng)用單色光照射到透明樣品時，大部分光按照原來方向透射，而一小部分光則按照不同的角度散射開來，這種向透射，而一小部分光則按照不同的角度散射開來，這種現(xiàn)象稱為光的散射。如果由于輻射與待測物質(zhì)分子相互作現(xiàn)象稱為光的散射。如果由于輻射與待測物質(zhì)分子相互作用時發(fā)生能量交換、引起分子振動能級的變化并有輻射能用時發(fā)生能量交換、引起分子振動能級的變化并有輻射能量的增加或減小，因而產(chǎn)生與入射光波長不同的散射光，量的增加或減小，因而產(chǎn)生與入射光波長不同的散射光，這種散射稱為拉曼散射。根據(jù)拉曼散射光譜而建立起來的這種散射稱為拉曼散射。根據(jù)拉曼散射光譜而

13、建立起來的分析方法稱為拉曼光譜法。分析方法稱為拉曼光譜法。熒光光譜法熒光光譜法 當(dāng)一種吸收物質(zhì)吸收電磁輻射后躍遷到高能態(tài)，它的當(dāng)一種吸收物質(zhì)吸收電磁輻射后躍遷到高能態(tài)，它的壽命約為壽命約為10-1010-9秒，在一般情況下，受光激發(fā)的粒子預(yù)秒，在一般情況下，受光激發(fā)的粒子預(yù)系統(tǒng)中的其它粒子有一系列碰撞并將激發(fā)能轉(zhuǎn)化位熱，此系統(tǒng)中的其它粒子有一系列碰撞并將激發(fā)能轉(zhuǎn)化位熱，此為為無輻射躍遷無輻射躍遷。某些情況下，被電磁輻射激發(fā)到高激發(fā)態(tài)。某些情況下，被電磁輻射激發(fā)到高激發(fā)態(tài)的粒子很快通過碰撞失去振動能到達(dá)第一電子激發(fā)態(tài)的最的粒子很快通過碰撞失去振動能到達(dá)第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動能級，然后發(fā)射電磁輻

14、射。低振動能級，然后發(fā)射電磁輻射。 通過光激發(fā)物質(zhì)再發(fā)光的現(xiàn)象為通過光激發(fā)物質(zhì)再發(fā)光的現(xiàn)象為熒光熒光。由此方式得到。由此方式得到的光譜為的光譜為熒光光譜熒光光譜。 熒光是一種光致發(fā)光現(xiàn)象。熒光是一種光致發(fā)光現(xiàn)象。光譜法的儀器光譜法的儀器 盡管各種光譜法所依據(jù)的原理盡管各種光譜法所依據(jù)的原理不同但它們均包含不同但它們均包含3個主要過程：個主要過程：光源提供能量；能量與待測物質(zhì)發(fā)生光源提供能量；能量與待測物質(zhì)發(fā)生相互作用；檢測相互作用時產(chǎn)生的信相互作用；檢測相互作用時產(chǎn)生的信號。因此，各類光譜法所用儀器的基號。因此，各類光譜法所用儀器的基本部件大致相同，但部件的結(jié)構(gòu)、布本部件大致相同，但部件的結(jié)構(gòu)

15、、布局及光路稍有不同。局及光路稍有不同。三種光譜儀結(jié)構(gòu)示意如圖，由三種光譜儀結(jié)構(gòu)示意如圖，由5部分部分組成（組成（1）光源（）光源（2）單色器（）單色器（3）樣）樣品池（品池（4）檢測器（）檢測器（5）信號顯示和記）信號顯示和記錄系統(tǒng)錄系統(tǒng)。a 發(fā)射光譜儀發(fā)射光譜儀 b 吸收光譜儀吸收光譜儀 c 熒光和散射光譜儀熒光和散射光譜儀 原子吸收光譜分析原子吸收光譜分析Atomic Absorption Spectrophotometry 原子吸收光譜分析是二十世紀(jì)五十年代提出，六十年代得到發(fā)展原子吸收光譜分析是二十世紀(jì)五十年代提出，六十年代得到發(fā)展的一種儀器分析方法，其工作原理：由待測元素的空心陰極

16、燈發(fā)出一的一種儀器分析方法，其工作原理：由待測元素的空心陰極燈發(fā)出一定強度、波長的特征譜線的光，穿過含有待測元素基態(tài)原子蒸氣時，定強度、波長的特征譜線的光，穿過含有待測元素基態(tài)原子蒸氣時，其中部分光被吸收，根據(jù)該特征譜線被吸收的程度，即可測得式樣中其中部分光被吸收，根據(jù)該特征譜線被吸收的程度，即可測得式樣中待測元素的含量。又稱為原子吸收分光光度法。待測元素的含量。又稱為原子吸收分光光度法。 該方法，獨特的優(yōu)點：譜線簡單，譜線重疊引起的光譜干擾較??；該方法，獨特的優(yōu)點：譜線簡單，譜線重疊引起的光譜干擾較小；吸收強度受原子化器溫度變化的影響比發(fā)射強度小，因而精密度和準(zhǔn)吸收強度受原子化器溫度變化的影

17、響比發(fā)射強度小，因而精密度和準(zhǔn)確度高；分析速度快，操作簡便，受操作人員熟練程度的影響小。其確度高；分析速度快，操作簡便，受操作人員熟練程度的影響小。其不足之處是測定不同元素時，需要更換相應(yīng)的元素的空心陰極燈，給不足之處是測定不同元素時，需要更換相應(yīng)的元素的空心陰極燈，給試樣中多元素的同時測定帶來不便。試樣中多元素的同時測定帶來不便。定量分析方法定量分析方法 樣品對特征譜線的光的吸收程度與待測元樣品對特征譜線的光的吸收程度與待測元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比，根據(jù)此原理可進行定素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比，根據(jù)此原理可進行定量分析。量分析。 定量分析時常用的方法有：定量分析時常用的方法有： 標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法和和

18、標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法:配制一組合適濃度的配制一組合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測定其吸光度。標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測定其吸光度。以測得的吸光度為縱坐標(biāo)，元素以測得的吸光度為縱坐標(biāo)，元素的濃度為橫坐標(biāo)，繪制的濃度為橫坐標(biāo)，繪制A-C標(biāo)準(zhǔn)曲標(biāo)準(zhǔn)曲線。在相同的實驗條件下，測定線。在相同的實驗條件下，測定樣品試樣溶液的吸光度，根據(jù)測樣品試樣溶液的吸光度，根據(jù)測得的吸光度從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出樣得的吸光度從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出樣品中待測元素的含量。品中待測元素的含量。CA標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法法標(biāo)準(zhǔn)加入法法:取兩份相同體取兩份相同體積的含試

19、樣濃度為積的含試樣濃度為Cx的試樣的試樣溶液溶液,分別加入不同量的標(biāo)準(zhǔn)分別加入不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度分別為溶液，其濃度分別為C1、C2，然后分別測出然后分別測出C1 和和C2 溶液的溶液的吸光度吸光度A1、A2，作圖并外推可，作圖并外推可得到試樣溶液的濃度得到試樣溶液的濃度Cx 。C2C1A2A1Cx原子吸收光譜儀的基本構(gòu)造原子吸收光譜儀的基本構(gòu)造 光源光源根據(jù)原子化的不同，分為火焰根據(jù)原子化的不同，分為火焰原子吸收光譜儀和石墨爐原子吸收光譜儀和石墨爐原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀 單色器單色器檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)顯示裝置顯示裝置原子化系統(tǒng)原子化系統(tǒng)光源光源儀器主要部件儀器主要部件光源光源：作用是輻射待測元素的特征光譜線，以供測量之用。：作用是輻射待測元素的特征光譜線，以供測量之用。 要求：銳線光譜。輻射強度要大，穩(wěn)定性要高，背景要小。要求：銳線光譜。輻射強度要大，穩(wěn)定性要高，背景要小。 廣泛使用的是廣泛使用的是空心陰極燈空心陰極燈由被測元素的純金屬或合金制由被測元素的純金屬或合金制成的圓柱型空心陰極和一個高熔點金屬制成的陽極組成。成的圓柱型空心陰極和一個高熔點金屬制成的陽極組成。原子化器原子化器：提供能量，使被測元素化合物離解成原子蒸氣。：提供能量，使被測元素化合物離解成原子蒸氣。 有兩種類型：火焰