原子吸收光度計(jì)

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原子吸收光譜分析

AtomicAbsorptionSpectrometry(AAS)

第二節(jié)原子吸收光譜儀2024/4/52一、原子吸收分析流程光路

二、儀器部件與結(jié)構(gòu)1.光源1.作用：提供待測(cè)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：（1）能發(fā)射待測(cè)元素的共振線；（2）能發(fā)射銳線；（3）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好。2.空心陰極燈：結(jié)構(gòu)如圖所示1.光源什么是““連續(xù)光源”和“銳線光源”最常用的連續(xù)光源是家里的白熾燈，一般波長(zhǎng)范圍較寬：從300nm到紅外區(qū)相對(duì)來(lái)說(shuō)，線光源是不連續(xù)的。如黃色的街燈，燈里有鈉鹽的蒸氣。它發(fā)出兩個(gè)不連續(xù)的波長(zhǎng)：589.0和589.6nm空心陰極燈（HollowCathodeLamp）設(shè)計(jì)CutrAALaecmpSp底座GradedSeal石英玻璃窗密封的Pyrex玻璃陽(yáng)極陰極Getter燈安裝定位凸連接電源燈元素碼連接處空心陰極管安裝位置空心陰極燈空心陰極燈的原理施加適當(dāng)電壓時(shí)，電子將從空心陰極內(nèi)壁流向陽(yáng)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(chǎng)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(lái)，濺射出來(lái)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)，當(dāng)激發(fā)態(tài)原子返回基態(tài)時(shí)，輻射出特征頻率的銳線光譜?？招年帢O燈的原理空心陰極燈的特點(diǎn)：陰極材料純度要高。用不同待測(cè)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(qiáng)度與燈的工作電流有關(guān)。

優(yōu)缺點(diǎn)：（1）輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。（2）每測(cè)一種元素需更換相應(yīng)的燈。（1）工作電流大，發(fā)光強(qiáng)度增加，但會(huì)使譜線變寬，燈內(nèi)自吸收增加，使銳線強(qiáng)度下降，背景增加。還會(huì)加快惰性氣體消耗，縮短燈壽命。（2）工作電流小，發(fā)光強(qiáng)度弱，穩(wěn)定性差，信噪比下降。空心陰極燈的使用注意事項(xiàng)1、預(yù)熱20-30min2、點(diǎn)燃后先判斷燈是否正常工作。P1673、長(zhǎng)期不用不時(shí)，應(yīng)定期點(diǎn)燃1h。4、輕拿輕放，冷卻后才可以移動(dòng)。5、保持潔凈，測(cè)量過(guò)程中能打開(kāi)燈室蓋。2、原子化系統(tǒng)作用：將試樣中的被測(cè)元素轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子蒸氣，

使其對(duì)光源發(fā)出的特征光譜產(chǎn)生吸收。分類：火焰原子化法、石墨爐原子化法、化學(xué)原子

化法（一）火焰原子化法2、原子化系統(tǒng)（一）火焰原子化法主要組成部分：霧化器霧化室燃燒器2、原子化系統(tǒng)（一）火焰原子化法1、霧化器：將試液霧化過(guò)程：利用一定壓力的助燃?xì)飧咚倭鬟^(guò)時(shí)在噴嘴處產(chǎn)生的負(fù)壓，將試液沿毛細(xì)管吸入并由噴嘴噴出，同時(shí)被高速氣流分散成為小霧滴，在撞擊球的碰撞下霧滴進(jìn)一步細(xì)化。霧化效率影響因素：霧化器的尺寸、試樣溶液黏度、助燃?xì)鈮毫?、溫度霧化效率：10%2、原子化系統(tǒng)（一）火焰原子化法2、霧化室（預(yù)混合室）使一定數(shù)量的大霧滴沉降、凝聚并從廢液口排出；使小霧滴與燃?xì)?、助燃?xì)獬浞只靹蛐纬蓺馊苣z；使混合氣更均勻，氣壓更穩(wěn)定。2、原子化系統(tǒng)3.燃燒頭作用：產(chǎn)生火焰，使試樣干燥、熔化、蒸發(fā)和解離（還原），產(chǎn)生大量基態(tài)原子。要求：原子化程度高、火焰穩(wěn)定、吸收光程長(zhǎng)、噪聲小。2、原子化系統(tǒng)3.燃燒頭結(jié)構(gòu)：一般使用不銹鋼制成，長(zhǎng)縫型燃燒器?？諝庖胰不鹧嬉话憧p長(zhǎng)100-200mm，縫寬0.5-0.7mm乙炔-氧化亞氮火焰一般縫長(zhǎng)50mm，縫寬0.5mm。2、原子化系統(tǒng)火焰結(jié)構(gòu)：預(yù)熱區(qū)：氣體預(yù)熱到點(diǎn)火溫度，而開(kāi)始燃燒—無(wú)用區(qū)。第一反應(yīng)區(qū)：燃料氣體進(jìn)行著復(fù)雜的反應(yīng)，但燃燒不完全溫度未達(dá)到最高點(diǎn)—易原子化的堿金屬元素的分析。中間薄層區(qū)：燃燒完全、溫度很高—原子吸收的主要分析用區(qū)。第二反應(yīng)區(qū)：反應(yīng)充分，被離解的基態(tài)原子又開(kāi)始在這一焰區(qū)形成化合物，溫度開(kāi)始下降——無(wú)用區(qū)。2、原子化系統(tǒng)常用火焰：1）空氣—乙炔火焰乙炔：無(wú)色、大蒜臭味、比空氣輕特點(diǎn)：最高溫度~2300°C，對(duì)入﹤230nm的波長(zhǎng)有較強(qiáng)的吸收2）笑氣—乙炔火焰笑氣（N2O）：無(wú)色、芳香甜味，比空氣重，是一種麻醉劑。特點(diǎn)：最高溫度可大于3200°C，且火焰具有很強(qiáng)的還原性，但發(fā)射背景強(qiáng)、噪聲大、電離度高。應(yīng)用：適合于難離解、易形成穩(wěn)定金屬氧化物元素的分析。3）空氣—?dú)錃饣鹧嫣攸c(diǎn)：溫度較低~2000°C；背景小，對(duì)短波吸收較小。應(yīng)用：適合于易電離金屬元素及吸收線小于230nm的元素的分析。2、原子化系統(tǒng)火焰燃?xì)馀c助燃?xì)獗壤?空氣-乙炔)：1）貧燃火焰：助燃?xì)饬看?，火焰溫度低，氧化性較強(qiáng)，適用于堿金屬元素測(cè)定。2）化學(xué)計(jì)量火焰：燃助比與化學(xué)計(jì)量比(1:4)相近，火焰溫度高，干擾少，穩(wěn)定，常用。3）富燃火焰：燃料氣量大，火焰溫度稍低，還原性較強(qiáng)，測(cè)定較易形成難熔氧化物的元素Mo、Cr、稀土等。2、原子化系統(tǒng)(二)石墨爐原子化法（GFAAS）2、原子化系統(tǒng)石墨爐原子化法包括電源、保護(hù)系統(tǒng)和石墨管三部分。電源：10~25V，500A。用于產(chǎn)生高溫。保護(hù)系統(tǒng)：保護(hù)氣、冷卻水保護(hù)氣（Ar）分成兩路管外氣—防止空氣進(jìn)入，保護(hù)石墨管不被氧化、燒蝕。管內(nèi)氣—流經(jīng)石墨管兩端及加樣口，可排出空氣并驅(qū)除加熱初始階段樣品產(chǎn)生的蒸汽冷卻水——金屬爐體周圍通水，以保護(hù)爐體。石墨管：多采用石墨爐平臺(tái)技術(shù)。2、原子化系統(tǒng)2024/4/525石墨爐原子化器工作流程2024/4/526石墨爐原子化器工作原理2024/4/527原子化過(guò)程：四個(gè)階段，干燥、灰化（去除基體）、原子化、凈化（去除殘?jiān)?，待測(cè)元素在高溫下生成基態(tài)原子。1.干燥(二)石墨爐原子化法目的：蒸發(fā)除去溶劑。溫度：稍高于溶劑的沸點(diǎn)。2.灰化目的：除去易揮發(fā)的基體和有機(jī)物，減少分子吸收。溫度：在保證被測(cè)元素不損失的前提下，盡量選擇較高的灰化溫度以減少灰化時(shí)間（300-500°C）2、原子化系統(tǒng)3.原子化目的：使待測(cè)元素成為基態(tài)原子。溫度：1500~3000℃。4.凈化目的：高溫除去管內(nèi)殘?jiān)２僮鳎和Ｖ馆d氣，以延長(zhǎng)基態(tài)原子在石墨管中的停留時(shí)間，提高分析的靈敏度。參數(shù)：原子化溫度和時(shí)間(二)石墨爐原子化法2、原子化系統(tǒng)步驟目的溫度(℃)時(shí)間(s)干燥除去溶劑～溶劑沸點(diǎn)10～30灰化除去基體條件實(shí)驗(yàn)10～30原子化生成基態(tài)原子手冊(cè)3～5凈化消除記憶≥原子化溫度2～3(二)石墨爐原子化法2、原子化系統(tǒng)石墨爐原子化過(guò)程2024/4/531干燥（Dry）灰化（Ash）原子化（Atomize）溫度時(shí)間高溫灼燒CleanOut冷卻CoolDown將樣品加入到石墨管中2024/4/532干燥過(guò)程2024/4/533固體沉積物氣流小液滴t溶劑低于溶劑沸點(diǎn)干燥(80-200oC)溶劑蒸發(fā)，在石墨管內(nèi)留下一層薄膜揮發(fā)階段2024/4/534氣流分解剩下的殘留物固體沉積物基體(煙)在一個(gè)較高溫度(350-1600oC)將基體趕走但一定不能損失分析物剩下難熔的化合物如氧化物原子化階段2024/4/535原子云分解殘留物氣流停止石墨爐被快速加熱(1000o-2000oC/sec)殘留物揮發(fā)，在光路中成為基態(tài)原子云(1800-3000oC)石墨爐

2024/4/536原子化灰化干燥時(shí)間溫度保護(hù)氣體熱解石墨涂層原子云擴(kuò)散2024/4/537原子云x從進(jìn)樣口擴(kuò)散原子不能滲透到熱解涂層壁里邊

在光路系統(tǒng)中停留較長(zhǎng)時(shí)間

增加了靈敏度特點(diǎn)比較1.火焰原子化法2.石墨爐原子化法1)精密度高1)精密度低3)不能直接分析固體試樣3)可分析固體試樣2)靈敏度高，原子化效率可達(dá)90%。2)靈敏度低，原子化效率一般為10%。5)重現(xiàn)性好。5)重現(xiàn)性差。6)裝置簡(jiǎn)單、快速。6)裝置復(fù)雜、速度慢。4)基體干擾小，化學(xué)干擾大。4)基體干擾大,化學(xué)干擾小。2、原子化系統(tǒng)1.應(yīng)用：測(cè)定As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、Se、Te等元素。(三)氫化物原子化法2.原理：在酸性介質(zhì)中，與強(qiáng)還原劑NaBH4(KBH4)反應(yīng)生成易解離的氣態(tài)氫化物，送入原子化器中檢測(cè)。3.特點(diǎn)：原子化溫度低、

靈敏度高，避免基體干擾。AsCl3+4NaBH4+HCl+8H2O=AsH3+4NaCl+4HBO2+13H22、原子化系統(tǒng)（略）3、單色器

1.作用：將待測(cè)元素的共振線與鄰近線分開(kāi)。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）線色散率（D）：兩條譜線間的距離與波長(zhǎng)差的比值ΔX/Δλ。實(shí)際工作中常用其倒數(shù)Δλ/ΔX

（2）分辨率：儀器分開(kāi)相鄰兩條譜線的能力。用該兩條譜線的平均波長(zhǎng)與其波長(zhǎng)差的比值λ/Δλ表示。

（3）通帶寬度（W）：指通過(guò)單色器出射狹縫的某標(biāo)稱波長(zhǎng)處的輻射范圍。當(dāng)?shù)股⒙剩―）一定時(shí)，可通過(guò)選擇狹縫寬度（S）來(lái)確定：W=D

S4、檢測(cè)系統(tǒng)主要由檢測(cè)器、放大器、對(duì)數(shù)變換器、顯示記錄裝置組成。1.檢測(cè)器--------將單色器分出的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。如：光電池、光電倍增管、光敏晶體管等。光電倍增管的結(jié)構(gòu)和原理如圖所示，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