大學(xué)儀器分析教學(xué)課件(原子吸收光譜儀主要部件)解析

一、流程generalprocess二、光源lightsources

三、原子化裝置deviceofatomization四、單色器monochromators五、檢測器

detector第二節(jié)

原子吸收光譜儀及主要部件第六章

原子吸收光譜分析法atomicabsorptionspectrometerandmainpartsatomicabsorptionspectrometry,AAS2022/12/13一、流程第二節(jié)

原子吸收光譜儀及主要部件第六章

原子吸收光1原子吸收儀器（1）2022/12/13原子吸收儀器（1）2022/12/11原子吸收儀器（2）2022/12/13原子吸收儀器（2）2022/12/11原子吸收儀器（3）2022/12/13原子吸收儀器（3）2022/12/11一、流程特點1.采用待測元素的銳線光源2.單色器在火焰與檢測器之間3.原子化系統(tǒng)2022/12/13一、流程特點2022/12/114.采用調(diào)制光源

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)，故既存在原子吸收，也有原子發(fā)射。因此會有因原子化器中原子發(fā)射而產(chǎn)生的直流電信號的干擾。為了區(qū)分光源（經(jīng)原子吸收減弱后的光源輻射）和火焰發(fā)射的輻射（發(fā)射背景）。進行光源的電源調(diào)制。消除干擾的措施：

將光源與檢測器的電源進行同步調(diào)制，用285Hz或400Hz的方波脈沖供電。檢測器只接受該頻率的脈沖光信號；

原子化過程發(fā)射的直流干擾信號不被檢測；2022/12/134.采用調(diào)制光源在原子化過程中，原子受到輻射躍遷到激二、光源1.作用

提供待測元素的特征光譜。為獲得較高的靈敏度和準確度光源應(yīng)滿足如下要求；（1）能發(fā)射待測元素的共振線；（2）能發(fā)射銳線；（3）輻射光強度大，穩(wěn)定性好。2.空心陰極燈：結(jié)構(gòu)如圖所示（動畫）2022/12/13二、光源1.作用（動畫）2022/12/112022/12/132022/12/113.空心陰極燈的原理

施加適當電壓時，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。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空心陰極燈?？招年帢O燈的輻射強度與燈的工作電流有關(guān)。優(yōu)缺點：（1）輻射光強度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。（2）每測一種元素需更換相應(yīng)的燈。（動畫）2022/12/133.空心陰極燈的原理施加適當電壓時，電子將從空心陰極內(nèi)三、原子化系統(tǒng)1.作用

將試樣中待測元素轉(zhuǎn)變成原子蒸氣。（動畫）2022/12/13三、原子化系統(tǒng)1.作用（動畫）2022/12/112.原子化方法

火焰法：預(yù)混合型原子化器無火焰法—電熱高溫石墨管（動畫）2022/12/132.原子化方法火焰法：預(yù)混合型原子化器（動畫）2022/13.火焰原子化裝置

——霧化器和燃燒器。（1）霧化器結(jié)構(gòu)如圖所示主要缺點：霧化效率低。（動畫）2022/12/133.火焰原子化裝置——霧化器和燃燒器。主要缺（2）燃燒器

它的作用是產(chǎn)生火焰，使進入火焰的試樣氣溶膠蒸發(fā)和原子化。燃燒器是用不銹鋼材料制成，耐腐蝕、耐高溫。燃燒器所用的噴燈有“孔型”和“長縫型”兩種。預(yù)混合型燃燒器中，一般采用吸收光程較長的長縫型噴燈。噴燈的縫長和縫寬隨火焰而不同，空氣－乙炔焰：0.5mm×100mm;氧化亞氮－乙炔焰：0.5mm×50mm;燃燒器的高度可以上下調(diào)節(jié)，以便選擇適宜的火焰原子化區(qū)域。2022/12/13（2）燃燒器它的作用是產(chǎn)生火焰，使進入原

子

化

器2022/12/13原

子

化

器2022/12/11（3）火焰

試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解（還原）等過程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。

火焰溫度的選擇：

（a）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；（b）火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多；（c）火焰溫度取決于燃氣與助燃氣類型，常用空氣—乙炔最高溫度2600K能測35種元素。2022/12/13（3）火焰試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解（還原

火焰類型：化學(xué)計量火焰(燃助比與化學(xué)計量比相近）：

中性火焰，溫度高，干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。富燃火焰（燃氣量大)：

還原性火焰，燃燒不完全，溫度稍低，測定較易形成難熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。

貧燃火焰(助燃氣量大）：

火焰溫度低，氧化性氣氛，適用于堿金屬測定。2022/12/13火焰類型：化學(xué)計量火焰(燃助比與化學(xué)計量比相近）：富燃火4.石墨爐原子化裝置（1）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，用來保護原子不被氧化，同時排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽。（動畫）2022/12/134.石墨爐原子化裝置（1）結(jié)構(gòu)如圖所示：（動畫）202（2）原子化過程原子化過程分為干燥、灰化（去除基體）、原子化、凈化（去除殘渣）四個階段，待測元素在高溫下生成基態(tài)原子。（動畫）2022/12/13（2）原子化過程原子化過程分為干燥、灰化（去除基體）、原子化（3）優(yōu)缺點

優(yōu)點：原子化程度高，試樣用量少（1-100μL），可測固體及粘稠試樣，靈敏度高，檢測極限10-12g/L。

缺點：重現(xiàn)性差，測定速度慢，操作不夠簡便，裝置復(fù)雜。2022/12/13（3）優(yōu)缺點優(yōu)點：原子化程度高，試樣用量少（1-15.其他原子化方法（1）低溫原子化方法

主要是氫化物原子化方法，原子化溫度700~900゜C

；

主要應(yīng)用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素

原理：在酸性介質(zhì)中，與強還原劑硼氫化鈉反應(yīng)生成氣態(tài)氫化物。例AsCl3+4NaBH4+HCl+8H2O=AsH3

↑+4NaCl+4HBO2+13H2

將待測試樣在專門的氫化物生成器中產(chǎn)生氫化物，送入原子化器中檢測，氫化物易分解，原子化溫度低。

特點：原子化溫度低；靈敏度高（對砷、硒可達10-9g）；

基體干擾和化學(xué)干擾?。?022/12/135.其他原子化方法（1）低溫原子化方法2022/12/11（2）冷原子化法

主要應(yīng)用于：各種試樣中Hg元素的測量；

原理：將試樣中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺完全還原為金屬汞后，用氣流將汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體測量管中進行吸光度測量。

特點：常溫測量；靈敏度、準確度較高（可達10-8g汞）；

2022/12/13（2）冷原子化法主要應(yīng)用于：各種試樣中Hg四、單色器

1.作用將待測元素的共振線與鄰近譜線分開。

2.組件色散元件（棱鏡、光柵），凹凸鏡、狹縫等。3.單色器性能參數(shù)（1）倒線色散率（D）

兩條譜線間的距離與波長差的比值Δl/Δλ為線色散率。實際工作中常用其倒數(shù)Δλ/Δl（2）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/Δλ表示。（3）通帶寬度（W）

指通過單色器出射狹縫的某標稱波長處的輻射范圍。當?shù)咕€色散率（D）一定時，可通過選擇狹縫寬度（S）來確定：W=DS2022/12/13四、單色器1.作用將待測元素的共振線與鄰近譜線分開五、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.檢測器--------將單色器分出的光信號轉(zhuǎn)變成電信號。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1，轟擊出更多的光電子，依次倍增，在最后放出的光電子比最初多到106倍以上，最大電流可達10μA，電流經(jīng)負載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘査腿敕糯笃鳌?.放大器------將光電倍增管輸出的較弱信號，經(jīng)電子線路進一步放大。

3.對數(shù)變換器------光強度與吸光度之間的轉(zhuǎn)換。

4.顯示、記錄新儀器配置：原子吸收計算機工作站2022/12/13五、檢測系統(tǒng)主要由檢測器、放大器、對數(shù)變換器、顯示記錄裝置組內(nèi)容選擇：第一節(jié)原子吸收光譜分析基本原理basicprincipleofAtomicabsorptionspectroscopy第二節(jié)原子吸收分光光度儀atomicabsorptionspectrometer第三節(jié)干擾與抑制interferencesandelimination第四節(jié)操作條件選擇與應(yīng)用choiceofoperatingconditionandapplication第五節(jié)原子熒光光譜分析法atomicfluorescencespectrometry,AFE結(jié)束2022/12/13內(nèi)容選擇：第一節(jié)原子吸收光譜分析基本原理結(jié)束2022/12一、流程generalprocess二、光源lightsources

三、原子化裝置deviceofatomization四、單色器monochromators五、檢測器

detector第二節(jié)

原子吸收光譜儀及主要部件第六章

原子吸收光譜分析法atomicabsorptionspectrometerandmainpartsatomicabsorptionspectrometry,AAS2022/12/13一、流程第二節(jié)

原子吸收光譜儀及主要部件第六章

原子吸收光25原子吸收儀器（1）2022/12/13原子吸收儀器（1）2022/12/11原子吸收儀器（2）2022/12/13原子吸收儀器（2）2022/12/11原子吸收儀器（3）2022/12/13原子吸收儀器（3）2022/12/11一、流程特點1.采用待測元素的銳線光源2.單色器在火焰與檢測器之間3.原子化系統(tǒng)2022/12/13一、流程特點2022/12/114.采用調(diào)制光源

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)，故既存在原子吸收，也有原子發(fā)射。因此會有因原子化器中原子發(fā)射而產(chǎn)生的直流電信號的干擾。為了區(qū)分光源（經(jīng)原子吸收減弱后的光源輻射）和火焰發(fā)射的輻射（發(fā)射背景）。進行光源的電源調(diào)制。消除干擾的措施：

將光源與檢測器的電源進行同步調(diào)制，用285Hz或400Hz的方波脈沖供電。檢測器只接受該頻率的脈沖光信號；

原子化過程發(fā)射的直流干擾信號不被檢測；2022/12/134.采用調(diào)制光源在原子化過程中，原子受到輻射躍遷到激二、光源1.作用

提供待測元素的特征光譜。為獲得較高的靈敏度和準確度光源應(yīng)滿足如下要求；（1）能發(fā)射待測元素的共振線；（2）能發(fā)射銳線；（3）輻射光強度大，穩(wěn)定性好。2.空心陰極燈：結(jié)構(gòu)如圖所示（動畫）2022/12/13二、光源1.作用（動畫）2022/12/112022/12/132022/12/113.空心陰極燈的原理

施加適當電壓時，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。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空心陰極燈?？招年帢O燈的輻射強度與燈的工作電流有關(guān)。優(yōu)缺點：（1）輻射光強度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。（2）每測一種元素需更換相應(yīng)的燈。（動畫）2022/12/133.空心陰極燈的原理施加適當電壓時，電子將從空心陰極內(nèi)三、原子化系統(tǒng)1.作用

將試樣中待測元素轉(zhuǎn)變成原子蒸氣。（動畫）2022/12/13三、原子化系統(tǒng)1.作用（動畫）2022/12/112.原子化方法

火焰法：預(yù)混合型原子化器無火焰法—電熱高溫石墨管（動畫）2022/12/132.原子化方法火焰法：預(yù)混合型原子化器（動畫）2022/13.火焰原子化裝置

——霧化器和燃燒器。（1）霧化器結(jié)構(gòu)如圖所示主要缺點：霧化效率低。（動畫）2022/12/133.火焰原子化裝置——霧化器和燃燒器。主要缺（2）燃燒器

它的作用是產(chǎn)生火焰，使進入火焰的試樣氣溶膠蒸發(fā)和原子化。燃燒器是用不銹鋼材料制成，耐腐蝕、耐高溫。燃燒器所用的噴燈有“孔型”和“長縫型”兩種。預(yù)混合型燃燒器中，一般采用吸收光程較長的長縫型噴燈。噴燈的縫長和縫寬隨火焰而不同，空氣－乙炔焰：0.5mm×100mm;氧化亞氮－乙炔焰：0.5mm×50mm;燃燒器的高度可以上下調(diào)節(jié)，以便選擇適宜的火焰原子化區(qū)域。2022/12/13（2）燃燒器它的作用是產(chǎn)生火焰，使進入原

子

化

器2022/12/13原

子

化

器2022/12/11（3）火焰

試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解（還原）等過程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。

火焰溫度的選擇：

（a）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；（b）火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多；（c）火焰溫度取決于燃氣與助燃氣類型，常用空氣—乙炔最高溫度2600K能測35種元素。2022/12/13（3）火焰試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解（還原

火焰類型：化學(xué)計量火焰(燃助比與化學(xué)計量比相近）：

中性火焰，溫度高，干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。富燃火焰（燃氣量大)：

還原性火焰，燃燒不完全，溫度稍低，測定較易形成難熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。

貧燃火焰(助燃氣量大）：

火焰溫度低，氧化性氣氛，適用于堿金屬測定。2022/12/13火焰類型：化學(xué)計量火焰(燃助比與化學(xué)計量比相近）：富燃火4.石墨爐原子化裝置（1）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，用來保護原子不被氧化，同時排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽。（動畫）2022/12/134.石墨爐原子化裝置（1）結(jié)構(gòu)如圖所示：（動畫）202（2）原子化過程原子化過程分為干燥、灰化（去除基體）、原子化、凈化（去除殘渣）四個階段，待測元素在高溫下生成基態(tài)原子。（動畫）2022/12/13（2）原子化過程原子化過程分為干燥、灰化（去除基體）、原子化（3）優(yōu)缺點

優(yōu)點：原子化程度高，試樣用量少（1-100μL），可測固體及粘稠試樣，靈敏度高，檢測極限10-12g/L。

缺點：重現(xiàn)性差，測定速度慢，操作不夠簡便，裝置復(fù)雜。2022/12/13（3）優(yōu)缺點優(yōu)點：原子化程度高，試樣用量少（1-15.其他原子化方法（1）低溫原子化方法

主要是氫化物原子化方法，原子化溫度700~900゜C

；

主要應(yīng)用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素

原理：在酸性介質(zhì)中，與強還原劑硼氫化鈉反應(yīng)生成氣態(tài)氫化物。例AsCl3+4NaBH4+HCl+8H2O=AsH3

↑+4NaCl+4HBO2+13H2

將待測試樣在專門的氫化物生成器中產(chǎn)生氫化物，送入原子化器中檢測，氫化物易分解，原子化溫度低。

特點：原子化溫度低；靈敏度高（對砷、硒可達10-9g）；

基體干擾和化學(xué)干擾?。?022/12/135.其他原子化方法（1）低溫原子化方法2022/12/11（2）冷原子化法

主要應(yīng)用于：各種試樣中Hg元素的測量；

原理：將試樣中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺完全還原為金屬汞后，用氣流將汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體測量管中進行吸光度測量。

特點：常溫測量；靈敏度、準確度較高（可達10-8g汞）；

2022/12/13（2）冷原子化法主要應(yīng)用于：各種試樣中Hg四、單色器

1.作用將待測元素的共振線與鄰近譜線分開。

2.組件色散元件（棱鏡、光柵），凹凸鏡、狹縫等。3.單色器性能參數(shù)（1）倒線色散率（D）

兩條譜線間的距離與波長差的比值Δl/Δλ為線色散率。實際工作