原子吸收光譜實(shí)驗(yàn)

1、原子吸收光譜實(shí)驗(yàn)原子吸收光譜實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件教學(xué)課件（一）儀器基本原理（一）儀器基本原理制作：徐制作：徐 強(qiáng)強(qiáng)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 原子吸收光譜實(shí)驗(yàn)原子吸收光譜實(shí)驗(yàn)一一 、 原子吸收光譜法基本原理原子吸收光譜法基本原理二二 、 原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)三三 、 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析方法實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析方法四四 、 干擾效應(yīng)及其消除方法干擾效應(yīng)及其消除方法五五 、 儀器操作方法儀器操作方法 1.1 原理原理 原子吸收光譜法是基于從光源發(fā)出的待測(cè)元素的特征譜線（銳線光源），通過一定厚度的原子蒸氣時(shí)，被待測(cè)元素基態(tài)原子吸收，輻射的減弱程度（吸光度）與原子蒸氣中待測(cè)元

2、素的基態(tài)原子數(shù)N0的關(guān)系遵循朗伯-比爾定律：LNKIIA00logKcLA 一、原子吸收光譜法原理一、原子吸收光譜法原理 而試樣中待測(cè)元素濃度c與蒸氣中基態(tài)原子總數(shù)N0有確定關(guān)系，因此在確定實(shí)驗(yàn)條件下，吸光度與試樣中待測(cè)元素濃度呈線性關(guān)系：這就是原子吸收光譜法進(jìn)行定量分析的基本公式 相似之處相似之處不同之處不同之處吸收機(jī)理光源儀器分布紫外可見光譜均屬于吸收光譜的范圍工作波段190900nm光源單色光吸收池檢測(cè)器分子吸收帶狀譜線連續(xù)光源（鎢燈、氘燈）光源 單色器吸收池檢測(cè)器原子吸收光譜銳線光源原子化器單色器檢測(cè)器原子吸收線狀光譜銳線光源（空心陰極燈）銳線光源原子化器單色器檢測(cè)器1.2 原子吸收光

3、譜與紫外吸收光譜比較原子吸收光譜與紫外吸收光譜比較二、原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)二、原子吸收分光光度計(jì)結(jié)構(gòu) 原子吸收分光光度計(jì)主要組成： （1） 銳線光源 （2） 原子化器 （3） 分光系統(tǒng) （4） 檢測(cè)系統(tǒng)2.1 光源光源發(fā)射被測(cè)元素的特征共振輻射。 光源應(yīng)滿足以下要求： （1）發(fā)射的共振輻射的半寬度 要明顯小于吸收線的半寬度 （2）輻射的強(qiáng)度大 （3）輻射光穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。 目前廣泛應(yīng)用的光源是空心陰極燈光源的作用：（1）結(jié)構(gòu)如圖所示： 空心陰極燈（2）作用原理 施加適當(dāng)電壓時(shí)，電子將從空心陰極內(nèi)壁流向陽極，與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產(chǎn)生正電荷，其在電場(chǎng)作用下，向陰極內(nèi)壁猛烈轟擊;使陰

4、極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，于是陰極內(nèi)輝光中便出現(xiàn)了陰極物質(zhì)和內(nèi)充惰性氣體的光譜。（3）用不同待測(cè)元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空心陰極燈 空心陰極燈的輻射強(qiáng)度與燈的工作電流有關(guān)（4）優(yōu)缺點(diǎn) 輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換 每測(cè)一種元素需更換相應(yīng)的燈。 2.2.1 作用作用 將試樣中待測(cè)元素變成基態(tài)原子蒸氣 2.2.2 原子化器類型原子化器類型 A. 火焰原子化器 B. 石墨爐原子化器 C. 氫化物原子化器2.2 原子化裝置原子化裝置（1）結(jié)構(gòu): 由霧化器和燃燒器兩部分組成2.2.1 火焰原子化器火焰原子化器 按燃助比的不同，可

5、將火焰分為三類： 正常焰：焰助比為1 4，溫度高，干擾少，穩(wěn)定， 背景低，常用。 富燃焰：焰助比大于1 3，還原性火焰，燃燒不完 全，測(cè)定較易形成難熔氧化物的元素Mo、 Cr、稀土等 貧燃焰：焰助比小于1 6，火焰溫度較高，氧化性 氣氛，適用于堿土金屬測(cè)定（2）作用 使待測(cè)物質(zhì)分解為基態(tài)自由原子。 （3）火焰類型分類（4）火焰溫度的選擇： （a）保證待測(cè)元素充分離解為基態(tài)原子的前提下，盡 量采用低溫火焰； （b）火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多，對(duì) 測(cè)定不利 （c）火焰溫度取決于燃?xì)馀c助燃?xì)忸愋?，常用?氣乙炔，最高溫度2600K，能測(cè)35種元素。2.2.2 石墨爐原子化器石墨爐原子化器（

6、1）結(jié)構(gòu) 外氣路中氬氣沿石墨管外壁流動(dòng)，冷卻保護(hù)石墨管；內(nèi)氣路中氬氣體由管兩端流向管中心，從中心孔流出，用來保護(hù)原子不被氧化，同時(shí)排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：原子化程度高，試樣用量少（1100L），可測(cè)固 體及 粘稠試樣，靈敏度高，檢測(cè)限10-12 g/L。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：精密度較差，測(cè)定速度慢，操作不夠簡(jiǎn)便，裝置復(fù) 雜。 四個(gè)階段：干燥、灰化（去除基體）、原子化、凈化 （去除殘?jiān)?，待測(cè)元素在高溫下生成基態(tài)原子。（2）原子化過程2.3 單色器單色器2.3.1 作用作用 將待測(cè)元素的共振線與鄰近線分開。2.3.2 組件組件 色散元件（棱鏡、光柵），凹凸鏡、狹縫等。2.3.3 單色

7、器性能參數(shù)單色器性能參數(shù)（1）線色散率線色散率（D）：兩條譜線間的距離與波長(zhǎng)差的比值X/。實(shí)際工作中常用其倒數(shù) /X （2）分辨率分辨率：儀器分開相鄰兩條譜線的能力。用該兩條譜線的平均波長(zhǎng)與其波長(zhǎng)差的比值/表示。（3）通帶寬度通帶寬度（W）：指通過單色器出射狹縫的某標(biāo)稱波長(zhǎng)處的輻射范圍。當(dāng)?shù)股⒙剩―）一定時(shí)，可通過選擇狹縫寬度（S）來確定： W=D S2.4 檢測(cè)器檢測(cè)器 主要由檢測(cè)器、放大器、對(duì)數(shù)變換器、顯示記錄裝 置組成。1. 檢測(cè)器檢測(cè)器-將單色器分出的光信號(hào)變成電信號(hào)。 如：光電池、光電倍增管、光敏晶體管等。2. 放大器放大器-將光電倍增管輸出的較弱信號(hào)，經(jīng)電 子線路進(jìn)一步放大。3.

8、 對(duì)數(shù)變換器對(duì)數(shù)變換器-光強(qiáng)度與吸光度之間的轉(zhuǎn)換。4. 顯示、記錄顯示、記錄2.5 儀器類型儀器類型1. 單光束型單光束型 有一個(gè)單色器、一個(gè)檢測(cè)器，只能同時(shí)測(cè)定一種元素。該儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，滿足日常分析工作。 缺點(diǎn)：不能消除光源波動(dòng)而導(dǎo)致的基線漂移。2.雙光束型雙光束型 光源輻射被旋轉(zhuǎn)斬光器分為兩束光，試樣光束通過火焰，參比光束不通過火焰，然后用半透半反射鏡將試樣光束及參比光束交替通過單色器而投射至檢測(cè)系統(tǒng)，得參比訊號(hào)和試樣訊號(hào)，并得到得到其比值，可消除光源的漂移。 特點(diǎn)：靈敏度高，火焰原子吸收（特點(diǎn)：靈敏度高，火焰原子吸收（0.x g/mL），石），石墨爐原子吸收（墨爐原子吸收（0.

9、00 x g/mL），選擇性好，準(zhǔn)確度高，），選擇性好，準(zhǔn)確度高，操作簡(jiǎn)便，分析速度快。操作簡(jiǎn)便，分析速度快。 應(yīng)用：用于冶金、地質(zhì)、機(jī)械、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生和環(huán)應(yīng)用：用于冶金、地質(zhì)、機(jī)械、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等部門。境保護(hù)等部門。2.6 原子吸收光譜法的特點(diǎn)和應(yīng)用原子吸收光譜法的特點(diǎn)和應(yīng)用三三 實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析方法實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析方法3.1、測(cè)定條件的選擇、測(cè)定條件的選擇3.2、定量分析方法、定量分析方法3.3、靈敏度、特征濃度和、靈敏度、特征濃度和 檢出限檢出限3.1、測(cè)定條件的選擇、測(cè)定條件的選擇 1、分析線 一般選待測(cè)元素的共振線作為分析線，測(cè)量高濃度時(shí)，也可選次靈敏線 2、峽縫寬度 無鄰

10、近干擾線（如測(cè)堿及堿土金屬）時(shí)，選較大的通帶，反之（如測(cè)過渡及稀土金屬），宜選較小通帶。 3、空心陰極燈的工作電流 在保證有穩(wěn)定和足夠的輻射光通量的情況下，盡量選較低的電流。4、原子化條件的選擇 火焰類型是影響原子化效率的的主要因素。依據(jù)不同試樣元素選擇不同火焰類型。 低、中溫元素，使用乙炔空氣火焰； 高溫元素，使用乙炔氧化亞氮高溫火焰。5、進(jìn)樣量 在實(shí)際工作中，應(yīng)測(cè)定吸光度隨進(jìn)樣量的變化，使用達(dá)到最滿意的吸光度進(jìn)樣量。3.2、定量分析方法、定量分析方法3.2.1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法1、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 用純的試劑配制一組濃度合適的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用試劑空白溶液做參比，在選擇的條件下，由低濃度到高濃度依次噴入

11、火焰，分別測(cè)定其吸光度A，以A為縱坐標(biāo)，以c為橫坐標(biāo)，繪制A-c 標(biāo)準(zhǔn)曲線。在相同條件下，噴入被測(cè)試液，測(cè)定其吸光度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上，求出試樣的待測(cè)元素的含量和濃度。 （1）非吸收線的影響 （2）共振變寬的影響 （3）發(fā)射線與吸收線的相對(duì)寬度 （4）電離效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線彎曲的原因標(biāo)準(zhǔn)曲線彎曲的原因 取若干份體積相同的試液（CX），依次按比例加入不同量的待測(cè)物的標(biāo)準(zhǔn)溶液（C0），定容后濃度依次CX CX +C0 ， CX +2C0 ， CX +3CO ， CX+4C0 分別測(cè)得吸光度為： AX ，A1，A2，A3，A4。以A對(duì)濃度c 做圖得一直線，圖中cX點(diǎn)即待測(cè)溶液濃度。3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加

12、入法3.3、靈敏度、特征濃度和檢出限、靈敏度、特征濃度和檢出限 1、靈敏度（、靈敏度（S）指在一定濃度時(shí)，測(cè)定值（吸光度） 的增量（A）與相應(yīng)的待測(cè)元素濃度（或質(zhì)量）的增量（c或m）的比值： Sc = A/c 或 Sm =A/m 2、特征濃度、特征濃度指對(duì)應(yīng)于1%凈吸收（IT-IS）/IT=1/100的待測(cè)物濃度（cc），或?qū)?yīng)與0.0044吸光度的待測(cè)元素濃度. cc=0.0044c/A 單位： g(mol 1%)-1 3、特征質(zhì)量特征質(zhì)量 mc=0.0044m/A 單位： g (mol 1%)-1 3、檢出限、檢出限 在適當(dāng)置信度下，能檢測(cè)出的待測(cè)元素的最小濃度或最小量。用空白溶液，經(jīng)若干

13、次（10-20次）重復(fù)測(cè)定所得吸光度的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍求得。 (1)火焰法火焰法 cDL=3Sb/Sc 單位：gml-1 (2)石墨爐法石墨爐法 mDL=3Sb/Sm Sb：標(biāo)準(zhǔn)偏差 S3c（Sm）：待測(cè)元素的靈敏度，即工作曲線的斜率。它表示能被儀器檢出的元素的最低濃度或最低質(zhì)量。四、四、 干擾效應(yīng)及其消除干擾效應(yīng)及其消除4.1 化學(xué)干擾 化學(xué)干擾化學(xué)干擾指待測(cè)元素與其它組分之間的化學(xué)作用所引起的干擾效應(yīng)。主要影響到待測(cè)元素的原子化效率，是主要干擾源。 （1） 待測(cè)元素與其共存物質(zhì)作用生成難揮發(fā)的化合物，致使參與吸收的基態(tài)原子減少。 例：a、鈷、硅、硼、鈦、鈹在火焰中易生成難熔化合物。 b、硫酸

14、鹽、硅酸鹽與鋁生成難揮發(fā)物。（2）待測(cè)離子發(fā)生電離反應(yīng)，生成離子，不產(chǎn)生吸收，總）待測(cè)離子發(fā)生電離反應(yīng)，生成離子，不產(chǎn)生吸收，總吸收強(qiáng)度減弱，電離電位吸收強(qiáng)度減弱，電離電位6eV的元素易發(fā)生電離，火焰溫的元素易發(fā)生電離，火焰溫度越高，干擾越嚴(yán)重，（如堿及堿土元素）。度越高，干擾越嚴(yán)重，（如堿及堿土元素）。 通過在標(biāo)準(zhǔn)溶液和試液中加入某種光譜化學(xué)緩沖劑來抑制或減少化學(xué)干擾：（1）釋放劑釋放劑與干擾元素生成更穩(wěn)定化合物使待測(cè)元素釋放出來。 例：鍶和鑭可有效消除磷酸根對(duì)鈣的干擾。例：鍶和鑭可有效消除磷酸根對(duì)鈣的干擾。（2）保護(hù)劑保護(hù)劑與待測(cè)元素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，防止干擾物質(zhì)與其作用。 例：加入例：加

15、入EDTA生成生成EDTA-Ca，避免磷酸根與鈣作用。，避免磷酸根與鈣作用。（3）飽和劑飽和劑加入足夠的干擾元素，使干擾趨于穩(wěn)定。 例：用例：用N2OC2H2火焰測(cè)鈦時(shí)，在試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液中加火焰測(cè)鈦時(shí)，在試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入入300mgL-1以上的鋁鹽，使鋁對(duì)鈦的干擾趨于穩(wěn)定。以上的鋁鹽，使鋁對(duì)鈦的干擾趨于穩(wěn)定。（4）電離緩沖劑電離緩沖劑加入大量易電離的一種緩沖劑以抑制待測(cè)元素的電離。 例：加入足量的銫鹽，抑制例：加入足量的銫鹽，抑制K、Na的電離。的電離。 化學(xué)干擾的抑制化學(xué)干擾的抑制（2）某些易電離的元素在火焰中易發(fā)生電離，使參與原子吸收的基態(tài)原子減少，引起原子吸收信號(hào)降低，這就稱為電離干擾，是化學(xué)干擾的一種重要形式。 消除方法：一般采取在試液中加入更易電離的元素，有效地抑制待測(cè)元素的電離，這種試劑稱消電離劑。例：加入足量的銫鹽，抑制K、Na的電離。 消電離劑是在火焰中能夠提供大量電子，又不會(huì)在所用波長(zhǎng)發(fā)生吸收的易電離的元素。 試樣在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)過程中物理因