2019年原子吸收和原子熒光光譜法

第四章原子吸收和原子熒光光譜法教學(xué)內(nèi)容原子吸收光譜法的發(fā)展概況、分析流程及特點原子吸收光譜的產(chǎn)生原子吸收光譜法的基本原理（吸收定律、譜線寬度、積分吸收和蜂值吸收原理及測量）原子吸收分光光度計（基本組件及工作流程、光源、原子化系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)）測量條件的選擇分析方法、靈敏度和檢測限干擾效應(yīng)及消除原子熒光光譜法間接（基本原理、儀器、應(yīng)用）重點與難點原子吸收與分子吸收在原理上，測量方法上、儀器上的異同點原子譜線的寬度概念及變寬原因積分吸收和峰值吸收的概念、表達式及測量條件空心陰極燈、原子化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原料及特點干擾及消除教學(xué)要求較好掌握原子吸收與分子吸收在原理、測量方法、儀器及應(yīng)用上的異同掌握峰值吸收原理及其測量應(yīng)具備的必要條件深刻離解原子譜線變寬的因素掌握空心陰極燈的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點較深入比較非火焰及火焰原子化器的結(jié)構(gòu)、工作流程及優(yōu)缺點1掌握分析法及熟練相關(guān)運算基本了解工作條件的選擇、干擾及消除了解原子熒光光譜法的基本原理、儀器、應(yīng)用及特點四.學(xué)時安排 6學(xué)時第一節(jié)基本原理蒸氣狀態(tài)對原子在其原是基于被測元素基態(tài)子原吸收光譜法吸收進行元素定量分輻射的析的方法。子共振基態(tài)原子吸收其共振輻射，外層電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而.產(chǎn)生原子吸收光譜。原子吸收光譜位于光譜的紫外區(qū)和可見區(qū)。在通常的原子吸收測定條件下，原子蒸氣中基態(tài)原子數(shù)近似等于總原子數(shù)。在原子蒸氣中（包括被測元素原子），可能會有基態(tài)與激發(fā)態(tài)存在。根據(jù)熱力學(xué)的原理，在一定溫度下達到熱平衡時，基態(tài)與激發(fā)態(tài)的原子數(shù)的比例遵循Boltzman分布定律。N/N=g/gexp（-E/kT）.0.0.N與N分別為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的原子數(shù)；g/g為激發(fā)態(tài)與基°。..態(tài)的統(tǒng)計權(quán)重，它表示能級的簡并度；T為熱力學(xué)溫度；k為Boltzman常數(shù)；E為激發(fā)能。.從上式可知，溫度越高，N/N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，吸收線波長越長，N/N值越大。盡管如此變化，但是01在原子吸收光譜中，原子化溫度一般小于3000K，大多數(shù)元素的最以下，激發(fā)-3絕大部分在10態(tài)/60共振線都低于0nm，NN值強0.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?；鶓B(tài)原子數(shù)N可以近似等于總原子數(shù)N。0一、原子吸收光譜輪廓原子吸收光譜線有相當窄的頻率或波長范圍，即有一定寬度。2一束不同頻率強度為I的平行光通過厚度為l的原子蒸氣，一0部分光被吸收，透過光的強度I服從吸收定律？ I=Iexp（-kl）皿 式中k是基態(tài)原子對頻率為?的光的吸收系數(shù)。不同元素原子，吸收不同頻率的光，透過光強度對吸收光頻率作圖，由圖可知，在頻率？處透過光強度最小，即吸收最大。若將吸收系數(shù)對頻率作0中的譜線原子吸收原子吸收線輪廓以線圖，所得曲線為吸收輪廓。心頻率中心波長半寬度表征。中心頻率由原（或子能級決）和定。半寬度是中心頻率位置，吸收系數(shù)極大值一半處，譜線輪廓上兩點之間頻率或波長的距離。譜線具有一定的寬度，主要有兩方面的因素:一類是由原子性質(zhì)所決定的，例如，自然寬度；另一類是外界影響所引起的，例如，熱變寬、碰撞變寬等。1，自然寬度沒有外界影響，譜線仍有一定的寬度稱為自然寬度。它與激發(fā)態(tài)原子的平均壽命有關(guān)，平均壽命越長，譜線寬度越窄。不同譜、nm數(shù)量10級。度，多數(shù)情-5況下約為線有不同的自然寬2,多普勒變寬由于輻射原子處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài)，因此，輻射原子可以看作運動的波源。這一不規(guī)則的熱運動與觀測器兩者間形成相對位移運動，從而發(fā)生多普勒效應(yīng)，使譜線變寬。這種譜線的所謂多普勒變寬，是由于熱運動產(chǎn)生的，所以又稱為熱變寬，一般可達3nm，是譜線變寬的主要因素。103,壓力變寬-3由于輻射原子與其它粒子（分子、原子、離子和電子等）間的相互作用而產(chǎn)生的譜線變寬，統(tǒng)稱為壓力變寬。壓力變寬通常隨壓力增大而增大。在壓力變寬中，凡是同種粒子碰撞引起的變寬叫Holtzmark（赫3爾茲馬克）變寬；凡是由異種粒子引起的變寬叫Lorentz（羅倫茲）變寬。此外，在外電場或磁場作用下，能引起能級的分裂，從而導(dǎo)致譜線變寬，這種變寬稱為場致變寬。4，自吸變寬由自吸現(xiàn)象而引起的譜線變寬稱為自吸變寬?？招年帢O燈發(fā)射的共振線被燈內(nèi)同種基態(tài)原子所吸收產(chǎn)生自吸現(xiàn)象，從而使譜線變寬。燈電流越大，自吸變寬越嚴重。二、原子吸收光譜的測量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)表達式為：2?/mcN?=?e /Kd 皈式中e為電子電荷；m為電子質(zhì)量；c為光速；N為單位體積內(nèi)基態(tài)0原子數(shù)；f振子強度，即能被入射輻射激發(fā)的每個原子的平均電子數(shù)，它正比于原子對特定波長輻射的吸收幾率。這是原子吸收光譜分析法的重要理論依據(jù)。若能測定積分吸收，則可求出原子濃度。但是，測定譜線寬mm的積分吸-3收，需要分10辨率非常高的色散儀器。僅度為2,峰值吸收目前，一般采用測量峰值吸收系數(shù)的方法代替測量積分吸收系數(shù)的方法。如果采用發(fā)射線半寬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，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，就能測出峰值吸收系數(shù)。在一般原子吸收測量條件下，原子吸收輪廓取決于Doppler（熱變寬）寬度，通過運算可得峰值吸收系數(shù)：41/22?/mcN（ln2/?）e? K=2/A? 00D可以看出，峰值吸收系數(shù)與原子濃度成正比，只要能測出K就可0得出N。03,銳線光源銳線光源是發(fā)射線半寬度遠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，光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線的中心頻率一致。這時發(fā)射線的輪廓可看作一個很窄的矩形，即峰值吸收系數(shù)K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K即可測出一定的原子濃度。04,實際測量在實際工作中，對于原子吸收值的測量，是以一定光強的單色光I通過原子蒸氣，然后測出被吸收后的光強I，此一吸收過程符0合朗伯-比耳定律，即KNLe I=I 0式中K為吸收系數(shù)，N為自由原子總數(shù)（基態(tài)原子數(shù)），L為吸收層厚度。吸光度A可用下式表示A=lgI/I=2.303KNL0在實際分析過程中，當實驗條件一定時，N正比于待測元素的濃度。第二節(jié)儀器原子吸收光譜儀又稱原子吸收分光光度計，由光源、原子化器、單色器和檢測器等四部分組成。一、 光源光源的作用是發(fā)射被測元素的特征共振輻射。對光源的基本要求：發(fā)射的共振輻射的半寬度要明顯小于吸收線的半寬度；輻射5的強度大；輻射光強穩(wěn)定，使用壽命長等?？招年帢O燈是符合上述要求的理想光源，應(yīng)用最廣?？招年帢O燈是由玻璃管制成的封閉著低壓氣體的放電管。主要是由一個陽極和一個空心陰極組成。陰極為空心圓柱形，由待測元素的高純金屬和合金直接制成，貴重金屬以其箔襯在陰極內(nèi)壁。陽極為鎢棒，上面裝有鈦絲或鉭片作為吸氣劑。燈的光窗材料根據(jù) 所發(fā)射的共振線波長而定，在可見波段用硬質(zhì)玻璃，在紫外波段用石英玻璃。制作時先抽成真空，然后再充入壓強約為267?1333Pa的少量氖或氬等惰性氣體，其作用是載帶電流、使陰極產(chǎn)生濺射及激發(fā)原子發(fā)射特征的銳線光譜。由于受宇宙射線等外界電離源的作用，空心陰極燈中總是存在極少量的帶電粒子。當極間加上300?500V電壓后，管內(nèi)氣體中存在著的、極少量陽離子向陰極運動，并轟擊陰極表面，使陰極表面的電子獲得外加能量而逸出。逸出的電子在電場作用下，向陽極作加速運動，在運動過程中與充氣原子發(fā)生非彈性碰撞，產(chǎn)生能量交換，使惰性氣體原子電離產(chǎn)生二次電子和正離子。在電場作用下，這些質(zhì)量較重、速度較快的正離子向陰極運動并轟擊陰極表面，不但使陰極表面的電子被擊出，而且還使陰極表面的原子獲得能量從晶格能的束縛中逸出而進入空間，這種現(xiàn)象稱為陰極的“濺射”?！盀R射”出來的陰極元素的原子，在陰極區(qū)再與電子、惰性氣體原子、離子等相互碰撞，而獲得能量被激發(fā)發(fā)射陰極物質(zhì)的線光譜?？諛O陰極燈發(fā)射的光譜，主要是陰極元素的光譜。若陰極物質(zhì)只含一種元素，則制成的是單元素燈。若陰極物質(zhì)含多種元素，則可制成多元素燈。多元素燈的發(fā)光強度一般都較單元素燈弱?？諛O陰極燈的發(fā)光強度與工作電流有關(guān)。使用燈電流過小，放電不穩(wěn)定；燈電流過大，濺射作用增強，原子蒸氣密度增大，譜6線變寬，甚至引起自吸，導(dǎo)致測定靈敏度降低，燈壽命縮短。因此在實際工作中應(yīng)選擇合適的工作電流?？諛O陰極燈是性能優(yōu)良的銳線光源。由于元素可以在空極陰極中多次濺射和被激發(fā)，氣態(tài)原子平均停留時間較長，激發(fā)效率較高，因而發(fā)射的譜線強度較大；由于采用的工作電流一般只有幾毫安或幾十毫安，燈內(nèi)溫度較低，因此熱變寬很?。挥捎跓魞?nèi)充氣壓力很低，激發(fā)原子與不同氣體原子碰撞而引起的壓力變寬可忽略不計；由于陰極附近的蒸氣相金屬原子密度較小，同種原子碰撞而引起的共振變寬也很?。淮送?，由于蒸氣相原子密度低、溫度低、自吸變寬幾乎不存在。因此，使用空極陰極燈可以得到強度大、譜線很窄的待測元素的特征共振線。二、 原子化器原子化器的功能是提供能量，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”。對原子化器的基本要求：必須具有足夠高的原子化效率；必須具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)形；操作簡單及低的干擾水平等。常用的原子化器有火焰原子化器和非火焰原子化器。（一）火焰原子化器火焰原子化法中，常用的是預(yù)混合型原子化器（教材P.132），它是由霧化器、霧化室和燃燒器三部分組成。用火焰使試樣原子化是目前廣泛應(yīng)用的一種方式。它是將液體試樣經(jīng)噴霧器形成霧粒，這些霧粒在霧化室中與氣體（燃氣與助燃氣）均勻混合，除去大液滴后，再進入燃燒器形成火焰。此時，試液在火焰中產(chǎn)生原子蒸氣。1，霧化器（噴霧器）噴霧器是火焰原子化器中的重要不部件。它的作用是將試液變成細霧。霧粒越細、越多，在火焰中生成的基態(tài)自由原子就越多。.目前，應(yīng)用最廣的是氣動同心型噴霧器。噴霧器噴出的霧滴碰到玻璃球上，可產(chǎn)生進一步細化作用。生成的霧滴粒度和試液的吸入率，.7影響測定的精密度和化學(xué)干擾的大小。目前，噴霧器多采用不銹鋼、聚四氟乙烯或玻璃等制成。霧化室霧化室的作用主要是除大霧滴，并使燃氣和助燃氣充分混 合，以便在燃燒時得到穩(wěn)定的火焰。其中的擾流器可使霧滴變細，同時可以阻擋大的霧滴進入火焰。一般的噴霧裝置的霧化效率為5?15%。燃燒器試液的細霧滴進入燃燒器，在火焰中經(jīng)過干燥、熔化、蒸發(fā)和離解等過程后，產(chǎn)生大量的基態(tài)自由原子及少量的激發(fā)態(tài)原子、離子和分子。通常要求燃燒器的原子化程度高、火焰穩(wěn)定、吸收光程長、噪聲小等。燃燒器有單縫和三縫兩種。燃燒器的縫長和縫寬，應(yīng)根據(jù)所用燃料確定。目前，單縫燃燒器應(yīng)用最廣。單縫燃燒器產(chǎn)生的火焰較窄，使部分光束在火焰周圍通過而未能被吸收，從而使測量靈敏度降低。采用三縫燃燒器，由于縫寬較大，產(chǎn)生的原子蒸氣能將光源發(fā)出的光束完全包圍，外側(cè)縫隙還可以起到屏蔽火焰作用，并避免來自大氣的污染物。因此，三縫燃燒器比單縫燃燒器穩(wěn)定。燃燒器多為不不銹鋼制造。燃燒器的高度應(yīng)能上下調(diào)節(jié)，以便選取適宜的火焰部位測量。為了改變吸收光程，擴大測量濃度范圍，燃燒器可旋轉(zhuǎn)一定角度?；鹧娴幕咎匦裕?）燃燒速度傳播的速度點燒可燃混合氣其它由 燃燒速度是指著火點向它影響火焰的安全操作和燃燒的穩(wěn)定性。要使火焰穩(wěn)定，可燃混合氣體的供應(yīng)速度應(yīng)大于燃燒速度。但供氣速度過大，會使火焰離開燃燒器，變得不穩(wěn)定，甚至吹滅火焰；供氣速度過小，將會引起回火。火焰溫度8不同類型的火焰，其溫度不同(教材P.133)?；鹧娴娜細夂椭細獗壤椿鹧嫒細夂椭細獗壤牟煌?，可將火焰分為三類：化學(xué) 計量火焰、富燃火焰和貧燃火焰。 化學(xué)計量火焰 由于燃氣與助燃氣之比與化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系相近，又稱其為中性火焰。此火焰溫度高、穩(wěn)定、干擾小、背景低。富燃火焰 燃氣大于化學(xué)計量的火焰。又稱還原性火焰?；鹧娉庶S色，層次模糊，溫度稍低，火焰的還原性較強，適合于易形成難離解氧化物元素的測定。貧燃火焰 又稱氧化性火焰，即助燃比大于化學(xué)計量的火焰。氧化性較強，火焰呈藍色，溫度較低，適于易離解、易電離元素的原子化，如堿金屬等。選擇適宜的火焰條件是一項重要的工作，可根據(jù)試樣的具體情況，通過實驗或查閱有關(guān)的文獻確定。一般地，選擇火焰的溫度應(yīng)使待測元素恰能分解成基態(tài)自由原子為宜。若溫度過高，會增加原子電離或激發(fā)，而使基態(tài)自由原子減少，導(dǎo)致分析靈敏度降低。選擇火焰時，還應(yīng)考慮火焰本身對光的吸收。烴類火焰在短波區(qū)有較大的吸收，而氫火焰的透射性能則好得多。對于分析線位于短波區(qū)的元素的測定，在選擇火焰時應(yīng)考慮火焰透射性能的影響。乙炔-空氣火焰是原子吸收測定中最常用的火焰，該火焰 燃燒穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，噪聲低，溫度高，對大多數(shù)元素有足夠高的靈敏度，但它在短波紫外區(qū)有較大的吸收。氫-空氣火焰是氧化性火焰，燃燒速度較乙煥-空氣火焰高，但溫度較低，優(yōu)點是背景發(fā)射較弱，透射性能好。乙炔-一氧化二氮火焰的優(yōu)點是火焰溫度高，而燃燒速度并不快，適用于難原子化元素的測定，用它可測定70多種元素。9非火焰原子化器非火焰原子化器常用的是石墨爐原子化器。石墨爐原子化法的過程是將試樣注入石墨管中間位置，用大電流通過石墨管以產(chǎn)生高達2000?3000°C的高溫使試樣經(jīng)過干燥、蒸發(fā)和原子化。與火焰原子化法相比，石墨爐原子化法具有如下特點：a，靈敏度高、檢測限低因為試樣直接注入石墨管內(nèi)，樣品幾乎全部蒸發(fā)并參與吸收。試樣原子化是在惰性氣體保護下，還原性氣的石墨管內(nèi)進行的，有利于難熔氧化物的分解和自由原子的形成，自由原子在石墨管內(nèi)平S5。?對靈敏度達101，間長因此管內(nèi)自-12-15由原子密度高，絕均滯留時克。b，用樣量少通常固體樣品為0.1?10毫克，液體試樣為5?50微升。因此石墨爐原子化特別適用于微量樣品的分析，但由于非特征背景吸收的限制，取樣量少，相對靈敏度低，樣品不均勻性的影響比較嚴重，方法精密度比火焰原子化法差，通常約為25%。C,試樣直接注入原子化器，從而減少溶液一些物理性質(zhì)對測定的影響，也可直接分析固體樣品。d，排除了火焰原子化法中存在的火焰組份與被測組份之間的相互作用，減少了由此引起的化學(xué)干擾。e，可以測定共振吸收線位于真空紫外區(qū)的非金屬元素I、P、S等。f，石墨爐原子化法所用設(shè)備比較復(fù)雜，成本比較高。但石墨爐原子化器在工作中比火焰原子化系統(tǒng)安全。g，石墨爐產(chǎn)生的總能量比火焰小，因此基體干擾較嚴重，測量的精密度比火焰原子化法差。商品儀器的石墨爐結(jié)構(gòu)多樣，但實際上用得最多的是Massmann（馬斯曼）爐的HGA系列和Varin-Trchtron（瓦里安-特克特朗）公司生產(chǎn)的CRA系列。石墨爐的基本結(jié)構(gòu)包括：石墨管（杯）、爐體（保護氣系統(tǒng)）、 10電源等三部分組成。工作是經(jīng)歷干燥、灰化、原子化和凈化等四個 階段，即完成一次分析過程。爐體石墨爐爐體的設(shè)計、改進是分析學(xué)者主攻的對象。因為爐體的結(jié)構(gòu)與待測元素原子化狀態(tài)密切相關(guān)。HGA系列石墨爐：爐體中包括有一根長28mm，直徑為8mm的石墨管，管中央開有一向上小孔，直徑為2mm，是液體試樣的進樣口及保護氣體的出氣口，進樣時用精密微量注射器注入，每次幾微升到20微升或50微升以下，固體試樣從石英窗（可卸式）一側(cè)，用專門的加樣器加進石墨管中央，每根石墨管可使用約50?200次。石墨管兩端的電極接到一個低壓、大電流的電源上，這一電源可以給出3.6千瓦功率于管壁處。爐體周圍有一金屬套管作為冷卻水循環(huán)用。因為在完成一個樣品的原子化器需要迅速冷卻至室溫。惰性氣體（氬氣）通過管的末端流進石墨管，再從樣品入口處逸出。這一氣流保證了在灰化階段所生成的基體組份的蒸氣出來而產(chǎn)生強的背景信號。石墨管兩端的可卸石英窗可以防止空氣進入，為了避免石墨管氧化，在金屬套管左上方另通入惰性氣體使它在石墨管的周圍（在金屬套管內(nèi)）流動，保護石墨管。爐體的結(jié)構(gòu)對石墨爐原子分析法的性能有重要的影響，因此要求：接觸良好石墨管（杯）與爐座間接觸應(yīng)十分吻合，而且要有彈性伸縮，以適應(yīng)石墨管熱脹伸縮的位置。惰性氣體保護為防止石墨的高溫氧化作用，減少記憶效應(yīng)，保護已熱解的原子蒸氣不在被氧化，可及時排泄分析過程中的煙霧，因此在石墨爐加熱過程中（除原子化階段內(nèi)內(nèi)氣路停氣之外）需要有足量（1~2升/分）的惰性氣體作保護。通常使用的惰性氣體主要是氬氣。氮氣亦可以，但對某些元素測定其背景值增大，而且靈敏度不如用氬氣高。11石墨爐的氣路分為外氣路和內(nèi)氣路且單獨控制方式，外氣路用于保護整個爐體內(nèi)腔的石墨部件，是連續(xù)進氣的。內(nèi)氣路從石墨管兩端進氣，由加樣孔出氣，并設(shè)置可控制氣體流量和停氣等程序。水冷保護石墨爐在2?4秒內(nèi)，可使溫度上升到3000?C，有些稀土元素，甚至要更高的溫度。但爐體表面溫度不能超過60-80?C。因此，整個爐體有水冷卻保護裝置，如水溫為200?C時，水的流量1~2升/分，爐子切斷電源停止加熱，在20~30秒內(nèi)，即可冷卻到室溫。水冷和氣體保護都設(shè)有“報警”裝置。如果水或氣體流量不足，或突然斷水、斷氣，即發(fā)出“報警”信號，自動切斷電源。石墨爐電源石墨爐電源是一種低壓（8?12V）大電流（300?600A）而穩(wěn)定的交流電源。設(shè)有能自動完成干燥、灰化、原子化、凈化階段的操作程序。石墨管溫度取決于流過的電流強度。石墨管在使用過程中，石墨管本身的電阻和接觸電阻會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致石墨管溫度的變化。因此電路結(jié)構(gòu)應(yīng)有“穩(wěn)流”裝置。石墨管普通石墨管（GT）與熱解石墨管（PGT）目前商品石墨爐主要使用普通石墨管和熱解石墨管，普通石墨管升華點低（3200?C），易氧化，使用溫度必須低于2700?C，因此長期以來，HGA系列石墨爐使用溫度限在2700?C以下。熱解石墨管（PGT）是在普通石墨管中通入甲烷蒸氣（10%甲烷與90%氬氣混合）在低壓下熱解，使熱解石墨（碳）沉積在石墨管（棒）上，沉積不斷進行，結(jié)果在石墨管壁上沉積一層致密堅硬的熱解石墨。熱解石墨具有很好的耐氧化性能，升華溫度高，可達3700-6cm/1度氣其石熱，試滲好性致C?。密能不透液對解墨滲速是0s。12熱解石墨還具有良好的惰性，因而不易與高溫元素（如V、Ti、Mo等）形成碳化物而影響原子化。熱解石墨具有較好的機械強度，使用壽命明顯地優(yōu)于普通石墨管。（三）低溫原子化法低溫原子化法又稱化學(xué)原子化法，其原子化溫度為室溫至攝氏數(shù)百度。常用的有汞低溫原子化法及氫化法。（1） 汞低溫原子化法汞在室溫下，有一定的蒸氣壓，沸點為357?C。只要對試樣進行化學(xué)預(yù)處理還原出汞原子，由載氣（Ar或N）將汞蒸氣送入2吸收池內(nèi)測定。（2）氫化物原子化法 一適用于Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se和Te等元素。在一定的酸度下，將被測元素還原成極易揮發(fā)與分解的氫化物，如AsH、3SnH、BiH等。這些氫化物經(jīng)載氣送入石英管后，進行原子化與34測定。三、 單色器單色器由入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成。色散元件一般為光柵。單色器可將被測元素的共振吸收線與鄰近譜線分開。四、 檢測器原子吸收光譜法中檢測器通常使用光電倍增管。光電倍增管的工作電源應(yīng)有較高的穩(wěn)定性。如工作電壓過高、照射的光過強或光照時間過長，都會引起疲勞效應(yīng)。五、 儀器的類型原子吸收分光光度計：按光束分為單光束與雙光束型原子吸收分光光度計；按調(diào)制方法分為直流與交流型原子吸收分光光度計；按波道分為單道、雙道和多道型原子吸收分光光度計。13第三節(jié)干擾及消除方法原子吸收光譜法的主要十擾有物理十擾、化學(xué)十擾、電離干擾、光譜干擾和背景干擾等。一、 物理干擾試液與標準溶液物理性質(zhì)有差異 物理干擾是指而產(chǎn)生的干擾。如粘度、表面張力或溶液的密度等的變化，影響樣品的霧化和氣溶膠到達火焰?zhèn)魉偷纫鹪游諒姸鹊淖兓鸬母蓴_。消除辦法：配制與被測試樣組成相近的標準溶液或采用標準加入法。若試樣溶液的濃度高，還可采用稀釋法。二、 化學(xué)干擾被測元素原子與共存組份發(fā)生化于由學(xué)反應(yīng)生化學(xué)干擾是 成穩(wěn)定的化合物，影響被測元素的原子化，而引起的干擾。消除化學(xué)干擾的方法：（1） 選擇合適的原子化方法提高原子化溫度，減小化學(xué)干擾。使用高溫火焰或提高石墨爐原子化溫度，可使難離解的化合物分解。采用還原性強的火焰與石墨爐原子化法，可使難離解的氧化物還原、分解。（2） 加入釋放劑釋放劑的作用是釋放劑與干擾物質(zhì)能生成比被測元素更穩(wěn)定.的化合物，使被測元素釋放出來。例如，磷酸根干擾鈣的測定，可在試液中加入鑭、鍶鹽，鑭、鍶與磷酸根首先生成比鈣更穩(wěn)定的磷酸鹽，就相當于把鈣釋放出來。（3） 加入保護劑保護劑作用是它可與被測元素生成易分解的或更穩(wěn)定的配合14物，防止被測元素與干擾組份生成難離解的化合物。保護劑一般是有機配合劑。例如，EDTA、8-羥基哇啉。（4）加入基體改進劑對于石墨爐原子化法，在試樣中加入基體改進劑，使其在干燥或灰化階段與試樣發(fā)生化學(xué)變化，其結(jié)果可以增加基體的揮發(fā)性或改變被測元素的揮發(fā)性，以消除干擾。三、 電離干擾在高溫條件下，原子會電離，使基態(tài)原子數(shù)減少，吸光度下降，這種干擾稱為電離干擾。 消除電離干擾的方法是加入過量的消電離劑。消電離劑是比 被測元素電離電位低的元素，相同條件下消電離劑首先電離，產(chǎn)生大量的電子，抑制被測元素的電離。例如，測鈣時可加入過量的KCl溶液消除電離干擾。鈣的電離電位為6.1eV，鉀的電離電位為4.3eV。由于K電離產(chǎn)生大量電子，使鈣離子得到電子而生成原子。四、 光譜干擾（1） 吸收線重疊共存元素吸收線與被測元素分析線波長很接近時，兩譜線重疊或部分重疊，會使結(jié)果偏高。（2） 光譜通帶內(nèi)存在的非吸收線非吸收線可能是被測元素的其它共振線與非共振線，也可能是光源中雜質(zhì)的譜線。一般通過減小狹縫寬度與燈電流或另選譜線消除非吸收線干擾。（3） 原子化器內(nèi)直流發(fā)射干擾五、 背景干擾背景干擾也是一種光譜干擾。分子吸收與光散射是形成光譜背景的主要因素。15分子吸收與光散射分子吸收是指在原子化過程中生成的分子對輻射的吸收。分子吸收是帶狀光譜，會在一定的波長范圍內(nèi)形成干擾。例如，堿金屬鹵化物在紫外區(qū)有吸收；不同的無機酸會產(chǎn)生不同的影響，在波長小于250nm時，HSO和HPO有很強的吸收4243帶，而HNO和HCl的吸收很小。因此，原子吸收光譜分析中多用3HNO和HCl配制溶液。3光散射是指原子化過程中產(chǎn)生的微小的固體顆粒使光發(fā)生散射，造成透過光減小，吸收值增加。背景校正方法一般采用儀器校正背景方法，有鄰近非共振線、連續(xù)光源、Zeeman效應(yīng)等校正方法。（1）鄰近非共振線校正法背景吸收是寬帶吸收。分析線測量是原子吸收與背景吸收的總吸光度A，A在分析線鄰近選一條非共振線，非共振線不會產(chǎn)生TT共振吸收，此時測出的吸收為背景吸收A。兩次測量吸光度相減，B所得吸光度值即為扣除背景后的原子吸收吸光度值A(chǔ)。A=A+Abt A=A-A=kcbt 本法適用于分析線附近背景吸收變化不大的情況，否則準確度較差。BT（2）連續(xù)光源背景校正法目前原子吸收分光光度計上一般都配有連續(xù)光源自動扣除背景裝備。連續(xù)光源用氘燈在紫外區(qū)；碘鎢燈、氙燈在可見區(qū)扣除背景。氘燈產(chǎn)生的連續(xù)光譜進入單色器狹縫，通常比原子吸收線寬度大一百倍左右。氘燈對原子吸收的信號為空心陰極燈原子信號的0.5%以下。由此，可以認為氘燈測出的主要是背景吸收信號，16空心陰極燈測的是原子吸收和背景信號，二者相減得原子吸收值。氘燈校正法已廣泛應(yīng)用于商品原子吸收光譜儀器中，氘燈校正的波長和原子吸收波長相同，校正效果顯然比非共振線法好。氘燈校正背景是商品儀器使用最普通的技術(shù)，為了提高背景扣除能力，從電路和光路設(shè)計上都有許多改進，自動化程度越來越高。此法的缺點在于氘燈是一種氣體放電燈，而空極陰極燈屬于空極陰極濺射放電燈。兩者放電性質(zhì)不同，能量分布不同，光斑大小不同，再加上不易使兩個燈的光斑完全重疊。急劇的原子化，又引起石墨爐中原子和分子濃度在時間和空間上分布不均勻，因而造成背景扣除的誤差。（3）Zeeman效應(yīng)背景校正法Zeeman效應(yīng)是指在磁場作用下簡并的譜線發(fā)生分裂的現(xiàn)象。Zeeman效應(yīng)分為正常Zeeman效應(yīng)和反常Zeeman效應(yīng)。在正常Zeeman效應(yīng)中，每條譜線分裂為三條分線，中間一條?組分，其稱為?頻率磁場的影響；其它兩條為?組分，其頻率不受與磁場強度成正比。在反常Zeeman效應(yīng)中，每條譜線分裂為三條分線或更多條分線，這是由譜線本身的性質(zhì)所決定的。反常Zeeman效應(yīng)是原子譜線分裂的普遍現(xiàn)象，而正常Zeeman效應(yīng)僅僅是假定電子自旋動量矩為零，原子只有軌道動量矩時所有的特殊現(xiàn)象。利用塞曼效應(yīng)校正背景的方法可分為兩大類：光源調(diào)制法和吸收線調(diào)制法由于施加磁場的方式不同，每一類又可分為若干小類。①光源調(diào)制法這種方法是將磁場加在光源上，使共振發(fā)射線發(fā)生塞曼分裂。此法亦分為:光束方向平行于磁場的方法（？?旋轉(zhuǎn)檢偏器調(diào)制法）這一方法又稱為同位素位移塞曼原子吸收法，是在同位素光17源上施加一個永久磁場，使光源發(fā)射線發(fā)生塞曼分裂。經(jīng)磁場分裂，光線偏振相同的兩直1/4延遲板變?yōu)橄辔徊粓A后的??偏振光，用 組一中之，讓??組分?+與？-組分分開式再用旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)檢偏器將線收離吸組分位于遠作為測量光束，另一收分位于共振吸線中心，。光束，作為參比中心位置）制法檢偏器調(diào)方式（？、？?旋轉(zhuǎn)光束方向垂直于磁場的???、線分裂為場，光源共振發(fā)射 在光源上施加一個永久磁背氣和樣原子蒸蒸氣時?組分為試組分，三組分同時通過試樣原子直互垂??兩相轉(zhuǎn)檢偏器將?、收景吸，？?組分僅為背景吸收。用旋景了背到校正檢測系統(tǒng)，即得振直線偏化組分分開，交替地送到的號。吸收信的試樣原子制法收線調(diào)②吸效曼發(fā)生塞場，使吸收線磁類方法是在原子化器上施加 這。應(yīng)式調(diào)制方與p偏振交替p?，直光束垂，其方向與化器上施加一個永久磁場此法是在原子???，于磁場方向組分，？組分平行分使吸收線裂為？、？+和？- 偏，其振光后變成偏源發(fā)射線通過檢偏器組分垂直于磁場方向。光方磁場刻垂直于為p光束，另一時一振化方向時刻平行于磁場方向向分方線p成磁場方向的發(fā)射。吸為p光束收線？組分與平行于向？吸子的是原性，因此測得，吸收由于背景吸收沒有方向一致，產(chǎn)生。景吸收收和背？收線，因與吸通p成分過原子蒸氣時向當垂直于磁場方的光束?背因為吸收，但收，與背景產(chǎn)生不分組偏振方向不同，產(chǎn)生原子吸，束比光，p為參束關(guān)線偏振方向無。以p為測量光發(fā)景吸收與射？。度吸光”校背景正后的“凈經(jīng)差測所得信號，則為過式制方場吸收線磁調(diào)原對磁，器子于）直束與方場變一交磁（向光垂置原化用場 18子化過程中的原子吸收線進行調(diào)制。無磁場（H=0）時，原子吸收線不發(fā)生Zeeman分裂，有磁場（H=H）時，原子吸收線分裂為?XMA和？？組分。在光路中放置一個偏光元件，只允許光源輻射光中與磁場方向垂直的偏振光成分通過。在H=0時，與通常原子吸收一樣，測量原子吸收和背景吸收；在H=H時，原子吸收線發(fā)生ZeemanXAM分裂，其?組分與光源輻射的偏振光波長一致，但偏振方向正交，故不發(fā)生吸收，此時測量的為背景吸收。兩者之差為校正了背景的凈吸收信號。第四節(jié)分析方法一、測量條件的選擇分析線通常選擇元素的共振線作為分析線。在分析被測元素濃度較高試樣時，可選用靈敏度較低的非共振線作為分析線。狹縫寬度狹縫寬度影響光譜通帶與檢測器接收輻射的能量。狹縫寬度的選擇要能使吸收線與鄰近干擾線分開。當有干擾線進入光譜通帶內(nèi)時，吸光度值將立即減小。不引起吸光度減小的最大狹縫寬度為 應(yīng)選擇的合適的狹縫寬。原子吸收分析中，譜線重疊的幾率較小，因此，可以使用較寬的狹縫，以增加光強與降低檢出限。在實驗中，也要考慮被測元素譜線復(fù)雜程度，堿金屬、堿土金屬譜線簡單，可選擇較大的狹縫寬度;過度元素與稀土元素等譜線比較復(fù)雜，要選擇較小的狹縫寬度。3.燈電流空心陰極燈的發(fā)射特性取決于工作電流。燈電流過小，放電 不穩(wěn)定，光輸出的強度??；燈電流過大，發(fā)射譜線變寬，導(dǎo)致靈敏19度下降，燈壽命縮短。選擇燈電流時，應(yīng)在保持穩(wěn)定和有合適的光強輸出的情況下，盡量選用較低的工作電流。一般商品的空極陰極 燈都標有允許使用的最大電流與可使用的電流范圍，通常選用最大電流的1/2?2/3為工作電流。實際工作中，最合適的電流應(yīng)通過實驗確定?？諛O陰極燈使用前一般須預(yù)熱10?30min。原子化條件火焰原子化法火焰的選擇與調(diào)節(jié)是影響原子化效率的重要因素。對于低溫、中溫火焰，適合的元素可使用乙炔-空氣火焰；在火焰中易生成難離解的化合物及難溶氧化物的元素，宜用乙炔-氧化亞氮高溫火焰；分析線在220nm以下的元素，可選用氫氣-空氣火焰?；鹧骖愋瓦x定以后，須調(diào)節(jié)燃氣與助燃氣比例，以得到所需特點的火焰。易生成難離解氧化物的元素，用富燃火焰；氧化物不穩(wěn)定的元素，宜用化學(xué)計量火焰或貧燃火焰。合適的燃助比應(yīng)通過實驗確定。燃燒器高度是控制光源光束通過火焰區(qū)域的。由于在火焰區(qū)內(nèi)，自由原子的空間分布不均勻，隨火焰條件而變化。因此必須調(diào)節(jié)燃燒器的高度，使測量光束從自由原子濃度大的區(qū)域內(nèi)通過，可以得到較高的靈敏度。石墨爐原子化法石墨爐原子化法要合理選擇干燥、灰化、原子化及凈化等階段的溫度和時間。干燥一般在105?125°C的條件下進行?；一x擇能除去試樣中基體與其它組分而被測元素不損失，的情況下，盡可能高的溫度。原子化溫度選擇可達到原子吸收最大吸光度值的最低溫度。凈化或稱清除階段，溫度應(yīng)高于原子化溫度，時間僅為3?5s，20以便消除試樣的殘留物產(chǎn)生的記憶效應(yīng)。是預(yù)處理中待測元素無損失的情況下可采用的最高預(yù)處理溫度(即最佳灰化溫度)；表示定量原子化的最低溫度。表示原子出現(xiàn)的溫度；表示最適宜的原子化溫度。進樣量進樣量過小，信號太弱；過大，在火焰原子化法中，對火焰會產(chǎn)生冷卻效應(yīng)；在石墨爐原子化法中，會使除殘產(chǎn)生困難。在實際工作中，通過實驗測定吸光度值與進樣量的變化，選擇合適的進樣量。二、分析方法校準曲線法配制一組含有不同濃度被測元素的標準溶液，在與試樣測定完全相同的條件下，按濃度由低到高的順序測定吸光度值。繪制吸光度對濃度的校準曲線。測定試樣的吸光度，雜校準曲線上用內(nèi)插法求出被測元素的含量。標準加入法分取幾份相同量的被測試液，分別加入不同量的被測元素的標準溶液，其中一份不加被測元素的標準溶液，最后稀釋至相同體，然后分2C、3C別測0的積，使加入標準溶液濃度為，c、SSS定它們的吸光度，繪制吸光度對濃度的校

準曲線，再將該曲線外推至與濃度軸相交。交點至坐標原點的距離Cx即是被測元素經(jīng)稀釋后的濃度。第五節(jié)靈敏度與檢出限一、靈敏度21靈敏度S的定義是分析標準函數(shù)X=f（c）的一次導(dǎo)數(shù)S=dx/dc。1.特征濃度在原子吸收光度法中，習(xí)慣于用1%吸收靈敏度。特征濃度定—義為能產(chǎn)生1%吸收（即吸光度值為0.0044）信號時所對應(yīng)的被測元 素的濃度。3）?g.cmX0.0044/A（ C=CX0 C表示待測元素的濃度；A為多次測量的吸光度值。X2.特征質(zhì)量石墨爐原子吸收法常用絕對量表示，特征質(zhì)量的計算公式為m=0.0044/S=0.0044m/A?S（Pg或ng）0式中m為分析物質(zhì)量，單位為Pg或ng,A?S為峰面積積分吸光度。特征濃度或特征質(zhì)量越小越好。二、檢出限（D.L.）檢出限的定義為：以特定的分析方法，以適當?shù)闹眯潘奖?檢出的最低濃度或最小量?！贗UPAC的規(guī)定中，對各種光學(xué)分析法，可測量的最小分析信號以下式確定：X=X+KS0.式中X是用空白溶液按同樣分析方法多次測量的平均值。S是空白溶液平多次測量的標準偏差;K是置信水平?jīng)Q定的系數(shù)。0 可測量的最小分析信號為空白溶液多次測量平均值與3倍空白溶液測量的標準偏差之和，它所對應(yīng)的被測元素濃度即為檢出限D(zhuǎn).L.。D.L.=X-X/SD.L.=X-X/S=KS/S22D.L.=3S/S0mni0均平第六節(jié)原子熒光光譜法原子在輻射能激發(fā)以下發(fā)射的熒光強度熒 原子光光譜法是進行定量分析的發(fā)射光譜分析法。原子熒光光譜法從機理看來屬于發(fā)射光譜分析，但所用儀器及操作技術(shù)與原子吸收光譜法相近，故在本章學(xué)習(xí)。一、基本原理

（一） 原子熒光光譜的產(chǎn)生氣態(tài)自由原子吸收光源的特征輻射后，原子的外層電子躍遷到較高能級，然后又躍遷返回基態(tài)或較低能級，同時發(fā)射出與原激發(fā)輻射波長相同或不同的輻射即為原子熒光。原子熒光屬光致發(fā)光，也是二次發(fā)光。當激發(fā)光源停止照射后，再發(fā)射過程立即停止。（二） 原子熒光的類型原子熒光可分為共振熒光、非共振熒光與敏化熒光等三種類型。共振熒光氣態(tài)自由原子吸收共振線被激發(fā)后，再發(fā)射出與原激發(fā)輻射波長相同的輻射即為共振熒光。它的特點是激發(fā)線與熒光線的高低能級相同，其產(chǎn)生過程如圖A；若原子受激發(fā)處于亞穩(wěn)態(tài)，再吸收輻射進一步激發(fā)，然后再發(fā)射相同波長的共振熒光，此種原子熒光稱為熱助共振熒光，。非共振熒光當熒光與激發(fā)光的波長不相同時，產(chǎn)生非共振熒光。非共振.熒光又分為直躍線熒光、階躍線熒光和anti-Stokes熒光。（1）直躍線熒光 激發(fā)態(tài)原子躍遷回至高于基態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)時所發(fā)射的熒光稱為直躍線熒光。由于熒光能級間隔小于激發(fā)線的能線間隔，所以熒光的波長大于激發(fā)線的波長。如果熒光線激發(fā)能23大于熒光能，即熒光線的波長大于激發(fā)線的波長稱為Stokes熒光。 直躍線熒光為熒光eskes熒光。Stok反之，稱為anti-Sto（2）階躍線熒光階躍線熒光有兩種情況，正常階躍線熒光為被光照激發(fā)的原子，以非輻射形式去激發(fā)返回到較低能級，再以輻射形式返回基態(tài)而發(fā)射的熒光（A）。其熒光波長大于激發(fā)線波長。熱助階躍線熒光為被光致激發(fā)的原子，躍遷至中間能級，又 發(fā)生熱激發(fā)至高能級，然后返回至低能級發(fā)射的熒光（B）。（3）anti-Stokes熒光當自由原子躍遷至某一能級，其獲得的能量一部分是由光源激發(fā)能供給，另一部分是熱能供給，然后返回低能級所發(fā)射的熒光為anti-Stokes熒光。其熒光能大于激發(fā)能，熒光波長小于激發(fā)線波長。（3）敏化熒光個原子受光激發(fā)的原子與另一種原子碰撞時，把激發(fā)能傳遞給另一—使其激發(fā)，后者在以輻射形式去激發(fā)而發(fā)射熒光即為敏化熒光。個原子（三）熒光強度共振熒光，熒光強度I正比于基態(tài)原子對某一頻率激發(fā)光的吸f.收強度I。 I=?If式中?為熒光量子效率，它表