原子吸收光譜法演示文稿

原子吸收光譜法演示文稿*當前第1頁\共有39頁\編于星期三\21點*優(yōu)選原子吸收光譜法當前第2頁\共有39頁\編于星期三\21點二、原子吸收光譜的產(chǎn)生

formationofAAS1.原子吸收光譜的產(chǎn)生

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-可見區(qū)。當前第3頁\共有39頁\編于星期三\21點在原子蒸氣中，可能會有基態(tài)與激發(fā)態(tài)存在。在一定溫度下達到熱平衡時，基態(tài)與激發(fā)態(tài)原子數(shù)的比例遵循Boltzman分布定律。

Ni/N0=gi/g0exp(-Ei/kT)Ni與N0

分別為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的原子數(shù)；T為熱力學溫度；

k為Boltzman常數(shù)；Ei為激發(fā)能；gi/g0為能級的簡并度。2.基態(tài)原子數(shù)與激發(fā)態(tài)原子數(shù)的關(guān)系當前第4頁\共有39頁\編于星期三\21點

Ni/N0=gi/g0exp(-Ei/kT)

可見，溫度越高，Ni/N0值越大，即激發(fā)態(tài)原子數(shù)隨溫度升高而增加；在相同的溫度條件下，激發(fā)能越小，Ni/N0值越大。在原子吸收光譜中，Ni/N0值絕大部分在10-3以下，即激發(fā)態(tài)和基態(tài)原子數(shù)之比小于千分之一。因此，基態(tài)原子數(shù)N0可以近似等于總原子數(shù)N（方法靈敏度高的原因所在）。當前第5頁\共有39頁\編于星期三\21點三、譜線的輪廓與譜線變寬原子結(jié)構(gòu)較分子結(jié)構(gòu)簡單，理論上應產(chǎn)生線狀光譜吸收線。實際上用特征吸收頻率輻射光照射時，獲得一峰形吸收(具有一定寬度)。表征吸收線輪廓(峰)的參數(shù)：

中心頻率0(峰值頻率)：最大吸收系數(shù)對應的頻率；

中心波長：λ(nm)

半寬度：Δ1/2或Δλ1/2當前第6頁\共有39頁\編于星期三\21點吸收峰變寬原因

（1）自然寬度譜線本身具有一定的寬度，約為10-5nm數(shù)量級。（2）多普勒變寬（熱變寬）Δ

D，可達10-3nm數(shù)量級

多普勒效應：一個運動著的原子發(fā)出的光，如果運動方向離開觀察者（接受器），則在觀察者看來，其頻率較靜止原子所發(fā)的頻率低，反之，則高。當前第7頁\共有39頁\編于星期三\21點（3）壓力變寬（勞倫茲變寬，赫魯茲馬克變寬）Δ

L

由于原子相互碰撞使能量發(fā)生稍微變化。

勞倫茲（Lorentz）變寬：

待測原子和其他原子碰撞。隨原子區(qū)壓力增加而增大。赫魯茲馬克（Holtsmark）變寬（共振變寬）：

同種原子碰撞。濃度高時起作用，在原子吸收中可忽略（4）自吸變寬影響較?。唬?）場致變寬影響較??；

在一般分析條件下以多普勒變寬ΔVD為主。當前第8頁\共有39頁\編于星期三\21點四、原子吸收光譜的測量（積分吸收和峰值吸收）1.積分吸收

如果將公式左邊求出，即譜線下所圍面積測量出（積分吸收），即可得到單位體積原子蒸氣中吸收輻射的基態(tài)原子數(shù)N0，即可求出原子濃度。

這是一種絕對測量方法，但現(xiàn)在的分光裝置無法實現(xiàn)。(△λ=10-3，若λ取600nm，單色器分辨率R=λ/△λ=6×105

)

解決辦法：提供銳線光源，測定峰值吸收！當前第9頁\共有39頁\編于星期三\21點2.銳線光源

在原子吸收分析中需要使用銳線光源，測量譜線的峰值吸收，銳線光源需要滿足的條件：

（1）光源的發(fā)射線與吸收線的ν0一致。（2）發(fā)射線的Δν1/2小于吸收線的Δν1/2。提供銳線光源的方法:空心陰極燈當前第10頁\共有39頁\編于星期三\21點3.峰值吸收

采用銳線光源進行測量，則Δνe<Δνa

，由圖可見，在發(fā)射線寬度范圍內(nèi)，Kν可近似認為不變，并近似等于峰值時的吸收系數(shù)K0當前第11頁\共有39頁\編于星期三\21點峰值吸收在原子吸收中，譜線變寬主要受多普勒效應影響，則：

上式的前提條件：（1）Δνe<Δνa

；（2）輻射線與吸收線的中心頻率一致。當前第12頁\共有39頁\編于星期三\21點五、定量基礎

峰值吸收系數(shù)：當使用銳線光源時：

A=k

N0

b

N0∝N∝c（N0：基態(tài)原子數(shù)，N：總原子數(shù)，c待測元素濃度）

所以：A=lg(I0/I)=K'c當前第13頁\共有39頁\編于星期三\21點一、流程generalprocess二、光源lightsources

三、原子化器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atomicabsorptionspectrometerandmainparts當前第14頁\共有39頁\編于星期三\21點原子吸收儀器（1）當前第15頁\共有39頁\編于星期三\21點原子吸收儀器（2）當前第16頁\共有39頁\編于星期三\21點一、流程1.AAS的特點(1)采用銳線光源(2)單色器在火焰與檢測器之間(3)有原子化系統(tǒng)點擊上圖播放當前第17頁\共有39頁\編于星期三\21點二、光源1.作用

提供待測元素的特征光譜。獲得較高的靈敏度和準確度。光源應滿足如下要求；（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)如圖所示當前第18頁\共有39頁\編于星期三\21點3.空心陰極燈的工作原理

“陰極濺射”效應。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈?？招年帢O燈的輻射強度與燈的工作電流有關(guān)。

優(yōu)點：輻射光強度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。缺點：每測一種元素需更換相應的燈。當前第19頁\共有39頁\編于星期三\21點三、原子化器1.作用

將試樣中離子轉(zhuǎn)變成原子蒸氣。2.原子化方法（1）火焰法（2）非火焰法—石墨爐當前第20頁\共有39頁\編于星期三\21點3.火焰原子化裝置預混合型火焰原子化器分為霧化器、預混合室和縫式燃燒器3個部分。優(yōu)點：重現(xiàn)性好；燃燒器吸收光程長，有足夠的靈敏度；干擾少等。缺點：霧化效率較低（10~15％）。當前第21頁\共有39頁\編于星期三\21點火焰原

子

化

器

詳細結(jié)構(gòu)當前第22頁\共有39頁\編于星期三\21點火焰

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）保證待測元素充分解離為基態(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30多種元素。當前第23頁\共有39頁\編于星期三\21點火焰類型：化學計量火焰：溫度高，干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。

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：火焰溫度低，氧化性氣氛，適用于堿金屬測定。當前第24頁\共有39頁\編于星期三\21點當前第25頁\共有39頁\編于星期三\21點火焰種類及對光的吸收：選擇火焰時，還應考慮火焰本身對光的吸收。根據(jù)待測元素的共振線，選擇不同的火焰，可避開干擾：

例：As的共振線193.7nm由圖可見，采用空氣-乙炔火焰時，火焰產(chǎn)生吸收；而選氫-空氣火焰則較好；空氣-乙炔火焰：最常用；可測定30多種元素；N2O-乙炔火焰：火焰溫度高，可測定70多種元素。當前第26頁\共有39頁\編于星期三\21點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)生的蒸氣。當前第27頁\共有39頁\編于星期三\21點（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。當前第28頁\共有39頁\編于星期三\21點（3）石墨爐的優(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：精密度差，測定速度慢，操作不夠簡便，裝置復雜。5.其他原子化方法（不做要求）（1）低溫原子化方法（2）冷原子化法當前第29頁\共有39頁\編于星期三\21點四、單色器1.作用將待測元素的共振線與鄰近線分開。2.組件色散元件(棱鏡、光柵),凹凸鏡、狹縫等。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：光電倍增管等。2.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6.2.4干擾及其消除

（P140-142不做要求）當前第30頁\共有39頁\編于星期三\21點一、特征參數(shù)featureparameters二、分析條件選擇choiceofanalyticalcondition三、定量分析方法methodofquantitativeanalysis四、應用applications第三節(jié)

分析條件的選擇與應用choiceofanalyticalconditionandapplication當前第31頁\共有39頁\編于星期三\21點一、特征參數(shù)1.靈敏度(1)靈敏度（S）——指在一定濃度時，測定值（吸光度）的增量（dA）與相應的待測元素濃度（或質(zhì)量）的增量（dc或dm）的比值：

S=dA/dc

或

S=dA/dm

可見，S即為分析校準曲線的斜率。當前第32頁\共有39頁\編于星期三\21點(2)特征濃度（火焰原子吸收法）

------指對應1%凈吸收信號（即吸光度為0.0044

）時待測物的濃度（c0，單位：μgm1-1

）.

c0=0.0044cx/A＝0.0044/S(3)特征質(zhì)量（非火焰原子吸收法）（m0，單位：ng或pg）

m0=0.0044mx/A＝0.0044/S

可見，特征濃度（質(zhì)量）越小，方法越靈敏！當前第33頁\共有39頁\編于星期三\21點2.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(jīng)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（單位：ng或pg）

SB：標準偏差

Sc（Sm）：待測元素的靈敏度，即工作曲線的斜率。當前第34頁\共有39頁\編于星期三\21點二、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．光譜通帶（可調(diào)節(jié)狹縫寬度改變）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。當前第35頁\共有39頁\編于星期三\21點二、測定條件的選擇3．空心陰極燈電流在保證有穩(wěn)定和足夠的輻射光通量的情況下，盡量選較低的電流（最大電流的1/2~2/3為工作電流）。4．火焰依據(jù)不同試樣元素選擇不同火焰類型。5．觀測高度調(diào)節(jié)觀測高度（燃燒器高度），可使光束通過自由原子濃度最大的火焰區(qū)，靈敏度高，觀測穩(wěn)定性好。當前第36頁\共有39頁\編于星期三\21點三、定量分析方法1.標準曲線法

配制一系列不同濃度的標準試樣，由低到高依次分析，將獲得的吸光度A數(shù)據(jù)對應于濃度作標準曲線，在相同