原子吸收光譜實驗

原子吸收光譜實驗第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五實驗1原子吸收光譜實驗一、原子吸收光譜法基本原理二、原子吸收分光光度計結構三、實驗技術和分析方法四、干擾效應及其消除方法五、儀器操作方法第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

1.1原理

原子吸收光譜法是基于從光源發(fā)出的待測元素的特征譜線（銳線光源），通過一定厚度的原子蒸氣時，被待測元素基態(tài)原子吸收，輻射的減弱程度（吸光度）與原子蒸氣中待測元素的基態(tài)原子數N0的關系遵循朗伯-比爾定律：一、原子吸收光譜法原理而試樣中待測元素濃度c與蒸氣中基態(tài)原子總數N0有確定關系，因此在確定實驗條件下，吸光度與試樣中待測元素濃度呈線性關系：這就是原子吸收光譜法進行定量分析的基本公式第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

相似之處不同之處吸收機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190~900nm光源單色光吸收池檢測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→檢測器原子吸收光譜銳線光源原子化器單色器檢測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→檢測器1.2原子吸收光譜與紫外吸收光譜比較第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五二、原子吸收分光光度計結構原子吸收分光光度計主要組成：

（1）銳線光源

（2）原子化器

（3）分光系統(tǒng)

（4）檢測系統(tǒng)第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五2.1光源發(fā)射被測元素的特征共振輻射。光源應滿足以下要求：（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）輻射的強度大（3）輻射光穩(wěn)定，使用壽命長。目前廣泛應用的光源是空心陰極燈光源的作用：第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五（1）結構如圖所示：空心陰極燈第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五（2）作用原理施加適當電壓時，電子將從空心陰極內壁流向陽極，與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產生正電荷，其在電場作用下，向陰極內壁猛烈轟擊;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)，于是陰極內輝光中便出現了陰極物質和內充惰性氣體的光譜。（3）用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈空心陰極燈的輻射強度與燈的工作電流有關（4）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的燈。第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

2.2.1作用

將試樣中待測元素變成基態(tài)原子蒸氣

2.2.2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原子化裝置第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五（1）結構:由霧化器和燃燒器兩部分組成2.2.1火焰原子化器第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五按燃助比的不同，可將火焰分為三類：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，適用于堿土金屬測定（2）作用使待測物質分解為基態(tài)自由原子。

（3）火焰類型分類第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五（4）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，產生的熱激發(fā)態(tài)原子越多，對測定不利（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。第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五2.2.2石墨爐原子化器（1）結構第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

外氣路中氬氣沿石墨管外壁流動，冷卻保護石墨管；內氣路中氬氣體由管兩端流向管中心，從中心孔流出，用來保護原子不被氧化，同時排除干燥和灰化過程中產生的蒸汽。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，檢測限10-12g/L。缺點：精密度較差，測定速度慢，操作不夠簡便，裝置復雜。第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

四個階段：干燥、灰化（去除基體）、原子化、凈化（去除殘渣），待測元素在高溫下生成基態(tài)原子。（2）原子化過程第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五2.3單色器2.3.1作用

將待測元素的共振線與鄰近線分開。2.3.2組件

色散元件（棱鏡、光柵），凹凸鏡、狹縫等。2.3.3單色器性能參數（1）線色散率（D）：兩條譜線間的距離與波長差的比值ΔX/Δλ。實際工作中常用其倒數Δλ/ΔX第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

（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λ/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。當倒色散率（D）一定時，可通過選擇狹縫寬度（S）來確定：W=DS第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五2.4檢測器

主要由檢測器、放大器、對數變換器、顯示記錄裝置組成。1.檢測器---將單色器分出的光信號變成電信號。如：光電池、光電倍增管、光敏晶體管等。2.放大器---將光電倍增管輸出的較弱信號，經電子線路進一步放大。3.對數變換器---光強度與吸光度之間的轉換。4.顯示、記錄第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五2.5儀器類型1.單光束型有一個單色器、一個檢測器，只能同時測定一種元素。該儀器結構簡單、靈敏度高，滿足日常分析工作。缺點：不能消除光源波動而導致的基線漂移。2.雙光束型

光源輻射被旋轉斬光器分為兩束光，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系統(tǒng)，得參比訊號和試樣訊號，并得到得到其比值，可消除光源的漂移。第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

特點：靈敏度高，火焰原子吸收（0.xμg/mL），石墨爐原子吸收（0.00xμg/mL），選擇性好，準確度高，操作簡便，分析速度快。應用：用于冶金、地質、機械、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生和環(huán)境保護等部門。2.6原子吸收光譜法的特點和應用第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五三實驗技術和分析方法3.1、測定條件的選擇3.2、定量分析方法3.3、靈敏度、特征濃度和檢出限第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五3.1、測定條件的選擇

1、分析線一般選待測元素的共振線作為分析線，測量高濃度時，也可選次靈敏線

2、峽縫寬度無鄰近干擾線（如測堿及堿土金屬）時，選較大的通帶，反之（如測過渡及稀土金屬），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。第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五4、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、進樣量在實際工作中，應測定吸光度隨進樣量的變化，使用達到最滿意的吸光度進樣量。第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五3.2、定量分析方法

3.2.1、標準曲線法1、標準曲線的制作用純的試劑配制一組濃度合適的標準溶液，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火焰，分別測定其吸光度A，以A為縱坐標，以c為橫坐標，繪制A--c標準曲線。在相同條件下，噴入被測試液，測定其吸光度，在標準曲線上，求出試樣的待測元素的含量和濃度。第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

（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寬度

（4）電離效應標準曲線彎曲的原因第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五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物的標準溶液（C0），定容后濃度依次CXCX+C0

，CX+2C0

，CX+3CO

，CX+4C0……

分別測得吸光度為：AX，A1，A2，A3，A4……。以A對濃度c做圖得一直線，圖中cX點即待測溶液濃度。3.2.2標準加入法第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五3.3、靈敏度、特征濃度和檢出限

1、靈敏度（S）——指在一定濃度時，測定值（吸光度）的增量（ΔA）與相應的待測元素濃度（或質量）的增量（Δc或Δm）的比值：

Sc=ΔA/Δc

或

Sm

=ΔA/Δm

2、特征濃度——指對應于1%凈吸收（IT-IS）/IT=1/100的待測物濃度（cc），或對應與0.0044吸光度的待測元素濃度.

cc=0.0044Δc/ΔA

單位：μg(mol·1%)-1

3、特征質量

mc=0.0044Δm/ΔA

單位：g(mol·1%)-1第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

3、檢出限在適當置信度下，能檢測出的待測元素的最小濃度或最小量。用空白溶液，經若干次（10-20次）重復測定所得吸光度的標準偏差的3倍求得。(1)火焰法

cDL=3Sb/Sc單位：μgml-1

(2)石墨爐法

mDL=3Sb/Sm

Sb：標準偏差

S3c（Sm）：待測元素的靈敏度，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量。第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五四、干擾效應及其消除

4.1化學干擾化學干擾指待測元素與其它組分之間的化學作用所引起的干擾效應。主要影響到待測元素的原子化效率，是主要干擾源。

（1）待測元素與其共存物質作用生成難揮發(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、硫酸鹽、硅酸鹽與鋁生成難揮發(fā)物。（2）待測離子發(fā)生電離反應，生成離子，不產生吸收，總吸收強度減弱，電離電位≤6eV的元素易發(fā)生電離，火焰溫度越高，干擾越嚴重，（如堿及堿土元素）。第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期五

通過在標準溶液和試液中加入某種光譜化學緩沖劑來抑制或減少化學干擾：（1）釋放劑—與干擾元素生成更穩(wěn)定化合物使待測元素釋放出來。

例：鍶和鑭可有效消除磷酸根對鈣的干擾。（2）保護劑—與待測元素形成穩(wěn)定的絡合物，防止干擾物質與其作用。

例：加入EDTA生成EDTA-Ca，避免磷酸根與鈣作用。（3）飽和劑—加入足夠的干擾元素，使干擾趨于穩(wěn)定。

例：用N2O—C2H2火焰測鈦時，在試樣和標準溶液中加入300mgL-1以上的鋁鹽，使鋁對鈦的干擾趨于穩(wěn)定。（4）電離緩沖劑—加入大量易電離的一種緩沖劑以抑制待測元素的電離。

例：加入足量的銫鹽，抑制K、