原子吸收光譜儀基本知識和主要部件教材

1、2022-5-8主講人：楊曉鋒主講人：楊曉鋒 2013年年5月于北京月于北京原子吸收光譜儀基本知識和主要部件原子吸收光譜儀基本知識和主要部件2022-5-8原子吸收光譜基本知識（原子吸收光譜基本知識（AAS）lAtomic Absorption Spectrometry 是一種通是一種通過過測量氣態(tài)原子對光輻射的吸收測量氣態(tài)原子對光輻射的吸收從而測定微量從而測定微量物質(zhì)的方法。物質(zhì)的方法。 2022-5-8原子吸收儀器原子吸收儀器(主機(jī)）主機(jī)）2022-5-8原子吸收儀器（附件）原子吸收儀器（附件）2022-5-8原子吸收儀器（附件）原子吸收儀器（附件）2022-5-8基本原理基本原理l電子從

2、基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收譜線-共振吸收線(也簡稱共振線)。此激發(fā)態(tài)的躍遷又最容易發(fā)生。因此是最靈敏的譜線。 l樣品轉(zhuǎn)化為原子蒸氣后，絕大部分處于基態(tài)，光源發(fā)射的共振發(fā)射線通過原子蒸氣，其入射光強(qiáng)度為I0，產(chǎn)生共振吸收，透射光的強(qiáng)度I與電磁輻射通過原子蒸氣的厚度（即火焰的寬度）L的關(guān)系(同有色溶液吸收電磁輻射的情況完全類似)服從吸收定律:KL0IIe2022-5-8四、單色器四、單色器monochromators五、檢測器五、檢測器 detector一、流程一、流程general process二、光源二、光源light sources 三、原子化裝置三、原子化裝置device of a

3、tomization2022-5-8AAS主要部件：主要部件：l1光源- 發(fā)射被測元素的共振輻射。要求銳線光源，輻射強(qiáng)度大，穩(wěn)定性高，背景小等。最廣泛用的是空心陰極燈。l2原子化器-提供能量使樣品干燥、蒸發(fā)并原子化?；鹧嬖踊妙A(yù)混合型原子化器；非火焰原子化用石墨爐原子化器。l3單色器- 由狹縫、反射鏡和色散元件(光柵)組成。將被測元素的共振吸收線與鄰近譜線分開。l4檢測器-(光電倍增管)將光信號轉(zhuǎn)化成電信號。2022-5-8一、流程一、流程2022-5-8原子吸收中的原子發(fā)射現(xiàn)象原子吸收中的原子發(fā)射現(xiàn)象 在原子化過程中，原子受到輻射躍遷到激發(fā)態(tài)后，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將再躍遷至基態(tài)，故既存在原子

4、吸收，也有原子發(fā)射。但返回釋放出的能量可能有多種形式，產(chǎn)生的輻射也不在一個方向上，但對測量仍將產(chǎn)生一定干擾。消除干擾的措施：消除干擾的措施： 將發(fā)射的光調(diào)制成一定頻率；檢測器只接受該頻率的光信號； 原子化過程發(fā)射的非調(diào)頻干擾信號不被檢測；2022-5-8二、光源二、光源1.1.作用作用 提供待測元素的特征光譜。獲得較高的靈敏度和準(zhǔn)確度。提供待測元素的特征光譜。獲得較高的靈敏度和準(zhǔn)確度。 光源應(yīng)滿足如下要求；光源應(yīng)滿足如下要求；（1 1）能發(fā)射待測元素的共振線；）能發(fā)射待測元素的共振線；（2 2）能發(fā)射銳線）能發(fā)射銳線( (銳線光源是發(fā)射線半寬度遠(yuǎn)小于吸收線半銳線光源是發(fā)射線半寬度遠(yuǎn)小于吸收線半

5、寬度的光源。銳線光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸寬度的光源。銳線光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線中心頻率一致收線中心頻率一致)。 ；（3 3）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好。）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好。2.2.空心陰極燈空心陰極燈：結(jié)構(gòu)如圖所示（動畫動畫）2022-5-83.3.空心陰極燈的原理空心陰極燈的原理 施加適當(dāng)電壓時，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，其在電場作用下，向陰極內(nèi)壁猛烈轟擊; 使陰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。 用不

6、同待測元素作陰極材料，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)。 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)：（1 1）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。（2 2）每測一種元素需更換相應(yīng)的燈。）每測一種元素需更換相應(yīng)的燈。2022-5-8三、原子化系統(tǒng)三、原子化系統(tǒng)1.1.作用作用 將試樣中離子轉(zhuǎn)變成原子蒸氣。2022-5-82.2.原子化方法原子化方法 火焰法火焰法 無火焰法無火焰法電熱高溫石墨管，激光電熱高溫石墨管，激光2022-5-83.3.火焰原子化裝置火焰原子化裝置 霧化器和燃燒器。霧化器和燃燒器。 （1 1）霧化器）霧化器 結(jié)構(gòu)如圖所示 主要

7、缺點(diǎn)：霧化效率低主要缺點(diǎn)：霧化效率低。2022-5-8（2 2）火焰）火焰 試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解等過程產(chǎn)生大試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解等過程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。量基態(tài)原子。 火焰溫度的選擇火焰溫度的選擇： （a a）保證待測元素充分離解為基態(tài)原子的前提下，盡量采保證待測元素充分離解為基態(tài)原子的前提下，盡量采用低溫火焰；用低溫火焰； （b b）火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多；火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多； （c c）火焰溫度取決于燃?xì)馀c助燃?xì)忸愋?，常用空氣火焰溫度取決于燃?xì)馀c助燃?xì)忸愋?，常用空氣乙炔乙炔最高溫度最高溫?6002600K K能測能測3535種

8、元素。種元素。2022-5-8 火焰類型：火焰類型： 化學(xué)計量火焰化學(xué)計量火焰： 溫度高，干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。富燃火焰：富燃火焰： 還原性火焰，燃燒不完全，測定較易形成難熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。 貧燃火焰：貧燃火焰： 火焰溫度低，氧化性氣氛，適用于堿金屬測定。2022-5-82022-5-84.4.石墨爐原子化裝置石墨爐原子化裝置（1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 如圖所示： 外氣路中Ar氣體沿石墨管外壁流動，冷卻保護(hù)石墨管；內(nèi)氣路中Ar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，同時排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽。2022-5-8（2）原子化過程）原子化過程原子化過程分為原子化

9、過程分為干燥干燥、灰化灰化（去除基體）、（去除基體）、原子化原子化、凈化凈化（去除殘渣）去除殘渣） 四個階段四個階段，待測元素在，待測元素在高溫下生成基態(tài)原子高溫下生成基態(tài)原子。（動畫動畫）2022-5-8石墨管：石墨管：2022-5-8石墨管剖視圖：石墨管剖視圖：2022-5-8（3）優(yōu)缺點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：原子化程度高，試樣用量少（1-100L），可測固體及粘稠試樣，靈敏度高，檢測極限10-12 g/L。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：精密度差，測定速度慢，操作不夠簡便，裝置復(fù)雜。2022-5-8四、單色器四、單色器 1.1.作用作用 將待測元素的共振線與鄰近線分開。 2.2.組件組件 色散元件（棱鏡、

10、光柵），凹凸鏡、狹縫等。 3. 3.單色器性能參數(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差的比值X/。實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與其波長差的比值/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)稱波長處的輻射范圍。當(dāng)?shù)股⒙剩―）一定時，可通過選擇狹縫寬度（S）來確定： W=DS2022-5-8五、檢測系統(tǒng)五、檢測系統(tǒng)主要由檢測器、放大器、對數(shù)變換器、顯示記錄裝置組成。1.1.檢測器檢測器- 將單色器分出的光信號轉(zhuǎn)變成電信號。2.2.放大器放大器-將光電倍增管輸出的較弱信號，經(jīng)電子線路進(jìn)一步放大。如：光電池、光電倍增管、光敏晶體管等。 分光后的光照射到光敏陰極K上，轟擊出的 光電 子又射向光敏陰極