火焰原子吸收光譜法測(cè)定銅含量

1、火焰原子吸收光譜法測(cè)定銅含量一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握原子吸收光譜法的基本原理；2、了解原子吸收分光光度計(jì)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理； 3、掌握用火焰法定量測(cè)定元素含量的方法二、實(shí)驗(yàn)儀器TAS-986原子吸收分光光度計(jì) 計(jì)算機(jī)及其軟件銅標(biāo)準(zhǔn)液 容量瓶 取液槍 燒杯等 該儀器主要包括：微型計(jì)算機(jī)和原子吸收分光光度計(jì)主機(jī)。主機(jī)是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。儀器可分別實(shí)現(xiàn)火焰法測(cè)量和石墨爐法測(cè)量。由于兩種測(cè)量方式有區(qū)別，因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中詳細(xì)介紹。空心陰極燈原子化器單色儀檢測(cè)器原子化系統(tǒng)霧化器樣品液廢液切光器助燃?xì)馊細(xì)鈭D1 原子吸收分光光度計(jì)主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖各部分的主要功能：

2、（1）空心陰極燈：發(fā)射待測(cè)元素的特征光譜。（2）原子化系統(tǒng)：提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。入射光束在這里被基態(tài)原子吸收，因此也可把它視為“吸收池”。（3）分光系統(tǒng)：將待測(cè)元素的共振線與鄰近譜線分開。（4）檢測(cè)系統(tǒng)：包括光電元件和記錄系統(tǒng)，前者可用光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，后者可用檢流計(jì)和記錄儀來進(jìn)行記錄，再利用電腦直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。三、實(shí)驗(yàn)原理1、基本原理利用空心陰極元素?zé)艄庠窗l(fā)出的特征輻射光，為火焰原子化器產(chǎn)生的樣品蒸氣中的待測(cè)元素基態(tài)原子所吸收，通過測(cè)定特征輻射光被吸收的大小，來計(jì)算出待測(cè)元素的含量。當(dāng)有輻射通過自由原子（如鎂、銅原子）蒸氣，且入射輻射的頻率等于原子中的電子由基

3、態(tài)躍遷到較高能態(tài)所需要的能量頻率時(shí)，原子就要從輻射場(chǎng)中吸收能量，產(chǎn)生吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時(shí)伴隨著原子吸收光譜的產(chǎn)生。（如鎂原子吸收，銅原子吸收的光），能量與頻率的關(guān)系為： （1）共振吸收線：電子從基態(tài)躍遷到能量最低的激發(fā)態(tài)（第一激發(fā)態(tài)）為共振躍遷,所產(chǎn)生的譜線。共振發(fā)射線：當(dāng)電子從第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí),則發(fā)射出同樣頻率的譜線（如圖2所示）特征譜線：各種元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布不同,不同元素的原子從基態(tài)第一激發(fā)態(tài)時(shí),吸收和發(fā)射的能量不同,其共振線不同,各有其特征性。I0IL原子蒸氣共振吸收基態(tài)激發(fā)態(tài)共振發(fā)射圖2 原子能級(jí)躍遷圖 圖3 原子蒸氣吸收?qǐng)D在原子蒸氣中（包括被測(cè)元素原子

4、），可能會(huì)有基態(tài)與激發(fā)態(tài)存在。根據(jù)熱力學(xué)的原理，在一定溫度下達(dá)到熱平衡時(shí)，基態(tài)與激發(fā)態(tài)的原子數(shù)的比例遵循分布定律。 （2）與分別為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的原子數(shù)；為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重，它表示能級(jí)的簡(jiǎn)并度；為熱力學(xué)溫度；為常數(shù)；為激發(fā)能。從上式可知，溫度越高，值越大，即激發(fā)態(tài)原子數(shù)隨溫度升高而增加，而且按指數(shù)關(guān)系變化；在相同的溫度條件下，激發(fā)能越小，吸收線波長(zhǎng)越長(zhǎng)，值越大。盡管如此變化，但是在原子吸收光譜中，原子化溫度一般小于3000K，大多數(shù)元素的最強(qiáng)共振線都低于600 nm，值絕大部分在以下，激發(fā)態(tài)和基態(tài)原子數(shù)之比小于千分之一，激發(fā)態(tài)原子數(shù)可以忽略。因此。在通常的原子吸收測(cè)定條件下，原子蒸氣中基態(tài)

5、原子數(shù)近似等于總原子數(shù)?；鶓B(tài)原子數(shù)可以近似等于總原子數(shù)。若將入射強(qiáng)度為的不同頻率的光通過原子蒸氣，吸收后其透過光的強(qiáng)度與原子蒸汽的厚度L的關(guān)系，服從朗伯定律，如圖3所示。 （3）其中為基態(tài)原子對(duì)頻率為的光的吸收系數(shù)。為吸收層厚度。由于物質(zhì)對(duì)不同頻率的入射光的吸收具有選擇性，因而透過光的強(qiáng)度將隨著入射光的頻率而變化其中表明原子蒸氣在處有吸收(如圖4-a所示)。若將吸收系數(shù)對(duì)頻率作圖，所得曲線為吸收線輪廓（如圖4-b所示）。原子吸收線輪廓以原子吸收譜線的中心頻率（或中心波長(zhǎng)）和半寬度表征。中心頻率由原子能級(jí)決定。半寬度是中心頻率位置，吸收系數(shù)極大值一半處，譜線輪廓上兩點(diǎn)之間頻率或波長(zhǎng)的距離。圖4

6、吸收輪廓線2、吸收系數(shù)的測(cè)定（1）積分吸收在吸收線輪廓內(nèi)，吸收系數(shù)的積分稱為積分吸收系數(shù)，簡(jiǎn)稱為積分吸收，它表示吸收的全部能量。從理論上可以得出，積分吸收與原子蒸氣中吸收輻射的原子數(shù)成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （4）其中：為電子電荷；為電子質(zhì)量；為光速； 為單位體積的基態(tài)原子數(shù)； 振子強(qiáng)度，即能被入射輻射激發(fā)的每個(gè)原子的平均電子數(shù)（一定條件下，一定元素，可看作是定值）。這是原子吸收光譜分析法的重要理論依據(jù)。若能測(cè)定積分吸收，則可求出原子濃度。但是，測(cè)定譜線寬度僅為的積分吸收，需要分辨率非常高的色散儀器。（2）峰值吸收目前，一般采用測(cè)量峰值吸收系數(shù)的方法代替測(cè)量積分吸收系數(shù)的方法。如果采用發(fā)射線半寬

7、度比吸收線半寬度小得多的銳線光源，并且發(fā)射線的中心與吸收線中心一致，如圖5所示。這樣就不需要用高分辨率的單色器，而只要將其與其它譜線分離，就能測(cè)出峰值吸收系數(shù)。在一般原子吸收測(cè)量條件下，原子吸收輪廓取決于寬度（由于原子在空間作做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起的，又稱熱變寬）。 (5)- 譜線中心頻率； - 熱力學(xué)溫度；-相對(duì)原子質(zhì)量通過運(yùn)算可得峰值吸收系數(shù)： （6）可以看出，峰值吸收系數(shù)與原子濃度成正比，只要能測(cè)出 就可得出。AC吸收線In 0n發(fā)射線圖5 發(fā)射線與吸收線 圖6 校準(zhǔn)曲線圖（3）銳線光源銳線光源是發(fā)射線半寬度遠(yuǎn)小于吸收線半寬度的光源，如空心陰極燈。在使用銳線光源時(shí)，光源發(fā)射

8、線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線的中心頻率一致。這時(shí)發(fā)射線的輪廓可看作一個(gè)很窄的矩形，即峰值吸收系數(shù)在此輪廓內(nèi)不隨頻率而改變，吸收只限于發(fā)射線輪廓內(nèi)。這樣，一定的即可測(cè)出一定的原子濃度。利用峰值吸收系數(shù)來代替積分吸收系數(shù)的條件：a、光譜源發(fā)射線的中心頻率與吸收線中心頻率一致（波長(zhǎng)應(yīng)是待測(cè)元素的特征譜線）；b、發(fā)射譜線的半寬度必須比吸收線的半寬度小得多（光源應(yīng)發(fā)出銳線光譜）。在實(shí)際測(cè)量過程中，有一個(gè)非常重要的參量為吸光度，用表示： （7）在實(shí)際分析過程中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，正比于待測(cè)元素的濃度。3、分析方法校準(zhǔn)曲線法配制一組含有不同濃度被測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在與試樣測(cè)定完全相同的條件下，按濃度由低

9、到高的順序測(cè)定吸光度值。繪制吸光度對(duì)濃度的校準(zhǔn)曲線（如圖6所示）。測(cè)定試樣的吸光度，在校準(zhǔn)曲線上用內(nèi)插法求出被測(cè)元素的含量。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（以銅元素的測(cè)定為例）1、確定待測(cè)樣品需要檢測(cè)的元素（銅元素），配制銅元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，準(zhǔn)備相應(yīng)元素?zé)簟?、檢查乙炔氣瓶是否能夠維持正常使用，打開水路，條件不齊備測(cè)試不能繼續(xù)進(jìn)行。3、儀器初始化開啟計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入Windows操作系統(tǒng)，雙擊桌面上AAWin圖標(biāo)，啟動(dòng)儀器分析測(cè)試程序。此時(shí)計(jì)算機(jī)進(jìn)入以下界面（如圖7所示），接下來，將彈出進(jìn)行模式對(duì)話框，如圖9所示，在運(yùn)行模式下拉框中選擇聯(lián)機(jī)，點(diǎn)擊確定按鈕，儀器進(jìn)入初始化階段圖7 開啟界面 圖8 初始化界面初始

10、化成功的標(biāo)記為“”，否則標(biāo)記為“×”，如果有一項(xiàng)失敗，則系統(tǒng)的初始化沒有成功。3、選擇元素?zé)舫跏蓟晒?，系統(tǒng)將出現(xiàn)元素?zé)暨x擇窗口，此窗口提供對(duì)元素?zé)艏霸叵嚓P(guān)參數(shù)的設(shè)置。通過以下界面（如圖9所示）選擇工作燈的位置及類型。圖9 元素?zé)暨x擇界面4、元素參數(shù)的設(shè)定（默認(rèn)的測(cè)量方式為火焰法）元素選擇完畢后，將出現(xiàn)元素參數(shù)設(shè)定界面（如圖10所示），調(diào)整完畢后，點(diǎn)擊“下一步”，將會(huì)對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，然后再對(duì)選定元素?zé)舻奶卣鞑ㄩL(zhǎng)進(jìn)行尋峰操作，在下拉菜單中選擇元素的特征波長(zhǎng)，單擊“尋峰”，即可進(jìn)入尋峰畫面（如圖11），圖10 元素參數(shù)設(shè)定界面 圖11 尋峰畫面 完成尋峰后，即進(jìn)入系統(tǒng)測(cè)試狀態(tài)（如圖1

11、2所示）。5、樣品參數(shù)設(shè)定選擇主菜單“設(shè)置”“樣品設(shè)置向?qū)А保ɑ騿螕艄ぞ甙粹o“”），即可打開樣品設(shè)置向?qū)?，依次點(diǎn)擊“下一步”分別對(duì)樣品進(jìn)行設(shè)置（如圖13）。圖12 系統(tǒng)測(cè)試界面 圖13 樣品設(shè)置界面6、火焰法測(cè)量（1）選擇主菜單“儀器”“點(diǎn)火”（或單擊工具按鈕“”）將火焰點(diǎn)燃。（2）選擇主菜單“測(cè)量”“開始”（或單擊工具按鈕“”）即可打開測(cè)量窗口，測(cè)量譜圖中將開始繪制測(cè)量曲線。（4）單擊測(cè)量窗口“開始”按鈕進(jìn)行采樣。（在測(cè)量參數(shù)中可以設(shè)置測(cè)量方式手動(dòng)或自動(dòng)）。依次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品和未知樣品進(jìn)行采樣，樣品與樣品之間噴入空白樣品，單擊“校零”按鈕進(jìn)行校零。采樣結(jié)束后，系統(tǒng)回將測(cè)量結(jié)果顯示在測(cè)量窗口中，并

12、在第三次重復(fù)采樣時(shí)，開始顯示SD和RSD值。測(cè)量窗口中除了顯示吸光度外，還顯示“AA”值與“BG”(背景)值，同時(shí)在測(cè)量譜圖中出現(xiàn)AA曲線和吸光度曲線。（5）當(dāng)完成了全部樣品的測(cè)量，即可關(guān)閉測(cè)量窗口。如需要保存測(cè)量結(jié)果，可單擊主菜單“文件”“保存”（或單擊工具按鈕“”）即可。如需要打印測(cè)量數(shù)據(jù)，可單擊“文件”“打印數(shù)據(jù)” 或單擊工具按鈕“”即可。3、石墨爐法測(cè)量（選作）（1）初始化過程及參數(shù)設(shè)定過程完成后，點(diǎn)擊主菜單“儀器”“測(cè)量方法”，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇“石墨爐”即可，系統(tǒng)將自動(dòng)完成從“火焰法”向“石墨爐”的轉(zhuǎn)換。（注意：在轉(zhuǎn)換之前，應(yīng)將隔板拿開，以免損壞石墨爐。）（2）如果是第一次測(cè)量，需要對(duì)加熱程序進(jìn)行設(shè)置。（包括對(duì)溫度保持時(shí)間原子化器參數(shù)內(nèi)氣流量）完成后點(diǎn)擊“確定”。（3）選擇主菜單“測(cè)量”“開始”，系統(tǒng)將進(jìn)入測(cè)量窗口。（4）用微量進(jìn)樣器將樣品準(zhǔn)確加入到石墨管中，單擊“開始”，系統(tǒng)開始對(duì)石墨爐加熱。此時(shí)測(cè)量曲線出現(xiàn)在譜圖中，并在測(cè)量窗口中顯示當(dāng)前的石墨爐溫度、加熱步以及單步的倒計(jì)時(shí)。（5）測(cè)量完畢后，將彈出冷卻倒計(jì)時(shí)窗口，顯示石墨爐冷卻時(shí)間。此時(shí)，不能進(jìn)行其它操作，必須等到冷卻結(jié)束，