《原子吸收》PPT课件.ppt

第四章第四章 原子吸收分光原子吸收分光光度分析法光度分析法一、共振线一、共振线二、基态原子数与原二、基态原子数与原 子化温度子化温度三、定量基础三、定量基础第一节 基本原理 原子吸收分光光度法是基于蒸气相中被测元素的基态原子对原子共振辐射的吸收来测定式样中该元素含量的一种方法。MgCl2(雾粒)MgCl2(干气溶胶)MgCl2(g)Mg(g)+2Cl(g)脱水脱水热分解热分解气化气化 第一节 基本原理 原子吸收分光光度法的优点l灵敏度高l选择性和重现性好l精密度高l测量范围广，可测定七十多种元素可测定七十多种元素 (1)(1)头发中微量元素的测定头发中微量元素的测定头发中微量元素的测定头发中微量元素的测定微量元素与健康关微量元素与健康关微量元素与健康关微量元素与健康关系；系；系；系；(2)(2)水中微量元素的测定水中微量元素的测定水中微量元素的测定水中微量元素的测定环境中重金属污染分环境中重金属污染分环境中重金属污染分环境中重金属污染分布规律；布规律；布规律；布规律；(3)(3)水果、蔬菜中微量元素测定；水果、蔬菜中微量元素测定；水果、蔬菜中微量元素测定；水果、蔬菜中微量元素测定；(4)(4)矿物、合金及各种材料中微量元素的测定；矿物、合金及各种材料中微量元素的测定；矿物、合金及各种材料中微量元素的测定；矿物、合金及各种材料中微量元素的测定；(5)(5)各种生物试样中微量元素的测定。各种生物试样中微量元素的测定。各种生物试样中微量元素的测定。各种生物试样中微量元素的测定。应用应用l原子吸收光谱电子从 基态 激发态1.为吸收能量，进入激发态，产生原子吸收光谱。2.为释放能量，回到基态，产生原子发射光谱。12原子光谱的发射和吸收示意图原子光谱的发射和吸收示意图基态能级基态能级第一激发态能级第一激发态能级 较高激发态能级较高激发态能级原子吸收线（共振线）原子吸收线（共振线）共振发射线共振发射线 E0 E1 E2 E3En原子光谱的发射和吸收示意图原子光谱的发射和吸收示意图原子吸收光谱的特点l原子光谱是分布于紫外-可见光区的线状光谱。l原子吸收光谱比原子发射光谱简单。l不同的元素具有不同的原子吸收光谱。共振线c共振线 原子在两个能态之间的跃迁伴随着能级的发射和吸原子在两个能态之间的跃迁伴随着能级的发射和吸收，最收，最 外层电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收线称为共振吸收线（简称共振线resonance line）。各种元素的原子结构和外层电子排布不同，各种元素的原子结构和外层电子排布不同，基态基态基态基态第一激发态第一激发态第一激发态第一激发态:跃迁吸收能量不同跃迁吸收能量不同跃迁吸收能量不同跃迁吸收能量不同具有特征性。具有特征性。具有特征性。具有特征性。各种元素的基态各种元素的基态第一激发态第一激发态最易发生，吸收最强，最易发生，吸收最强，最易发生，吸收最强，最易发生，吸收最强，最灵敏线。最灵敏线。最灵敏线。最灵敏线。共振线共振线共振线共振线是元素的特征谱线，也是元素的灵敏线是元素的特征谱线，也是元素的灵敏线是元素的特征谱线，也是元素的灵敏线是元素的特征谱线，也是元素的灵敏线共振线共振线吸收峰形状吸收峰形状 原原子子结结构构较较分分子子结结构构简简单单，理理论论上上应应产产生生线线状状光谱吸收线。光谱吸收线。实实际际上上用用特特征征吸吸收收频频率率左左右右范范围围的的辐辐射射光光照照射射时时，获获得得一一峰峰形形吸吸收收（具具有一定宽度）。有一定宽度）。由：由：I It t=I=I0 0e e-Kvb-Kvb ，透射透射光强度光强度 I It t和吸收系数及和吸收系数及辐射频率有关。辐射频率有关。以以K Kv v与与 作图：作图：表征吸收线轮廓（峰）的参数：表征吸收线轮廓（峰）的参数：中心频率中心频率 O（峰值频率）；峰值频率）；最大吸收系数对应的频率或最大吸收系数对应的频率或波长；波长；中心波长：中心波长：(nm)半宽度：半宽度：O吸收峰变宽原因：吸收峰变宽原因：照射光具有一定的宽度。照射光具有一定的宽度。多普勒变宽（温度变宽）多普勒变宽（温度变宽）Vo 多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽（碰撞变宽）劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽（碰撞变宽）VL 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。劳伦兹变宽：劳伦兹变宽：待测原子和其他原子碰撞。待测原子和其他原子碰撞。赫鲁兹马克变宽：赫鲁兹马克变宽：同种原子碰撞。同种原子碰撞。在一般分析条件下在一般分析条件下Vo为主为主。积分吸收和峰值吸收积分吸收和峰值吸收 nm。而原子吸收线的半宽度：10-3nm。如图所示：若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0.5%。灵敏度极差 若将原子蒸气吸收的全部能量，即谱线下所围面积测量出（积分吸收）。则是一种绝对测量方法，现在的分光装置无法实现。锐线光源锐线光源 在原子吸收分析中需要使用锐线光源。在原子吸收分析中需要使用锐线光源。何为锐线光源？何为锐线光源？（1）光源的发射线与吸收线的）光源的发射线与吸收线的V0一致。一致。（2）发射线的）发射线的V1/2小于吸收线的小于吸收线的 V1/2。空心阴极灯空心阴极灯:可发射可发射锐线光源。锐线光源。二、基态原子数与原子化温度二、基态原子数与原子化温度 原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与共振线吸收之间的关系来测定的。需要考虑原子化过程中，原子蒸气中基态原子与待测元素原子总数之间的定量关系。为什么？为什么？热力学平衡时热力学平衡时：上式中Pj和PO分别为激发态和基态的统计权重，激发态原子数Nj与基态原子数No之比较小，1%。可以用基态原子数代表待测元素的原子总数。公式右边除温度T外，都是常数。T 一定，比值一定。三、定量基础三、定量基础 f 振子强度，常数。峰值吸收系数：当使用锐线光源时，可用当使用锐线光源时，可用K0代替代替Kv，则：A=k N0 b；N0 Nc（N0激发态原子数，N基态原子数，c 待测元素浓度）所以：所以：A=lg(IO/I)=K c内容选择：内容选择：第一节第一节 基本原理基本原理第二节第二节 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪第三节第三节 测定条件选择与定量分析方法测定条件选择与定量分析方法第四节第四节 干扰及其消除干扰及其消除结束结束第四章第四章 原子吸收分光原子吸收分光光度分析法光度分析法一、流程一、流程二、光源二、光源三、原子化系统三、原子化系统四、单色器四、单色器五、检测系统五、检测系统第二节 原子吸收光谱仪及主要部件原子吸收仪器（原子吸收仪器（1）原子吸收仪器（原子吸收仪器（2）原子吸收仪器（原子吸收仪器（3）原子吸收仪器（原子吸收仪器（4）原子吸收光谱仪主要部件原子吸收光谱仪主要部件 原原子子吸吸收收分分光光光光度度计计与与紫紫外外可可见见分分光光光光度度计计在仪器结构上的不同点：在仪器结构上的不同点：（1 1）采用锐线光源。）采用锐线光源。（2 2）分光系统在火焰与检测器之间。）分光系统在火焰与检测器之间。一、流程一、流程二、光源二、光源 提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。光源应满足如下要求；（1 1）能发射待测元素的共振线；）能发射待测元素的共振线；（2 2）能发射锐线；）能发射锐线；（3 3）辐射光强度大，）辐射光强度大，稳定性好。稳定性好。结构如图所示 施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极;与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击;使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。优缺点：优缺点：（1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。（2）每测一种元素需更换相应的灯。三、原子化系统三、原子化系统 将试样中离子转变成原子蒸气。火焰法 无火焰法电热高温石墨管，激光。雾化器和燃烧器。(1)雾化器：结构如图所示：主要缺点：雾化效率低主要缺点：雾化效率低。（动画）（动画）（2 2）火焰）火焰 试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。火焰温度的选择火焰温度的选择：（a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰；（b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；（c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气乙炔，最高温度2600K能测35种元素。火焰类型：火焰类型：化学计量火焰化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富富燃燃火火焰焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。贫燃火焰贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。（1）结构）结构，如图所示：外气路中Ar气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中Ar气体由管两端流向管中心，从中心孔流出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。缺缺点点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。（2）原子化过程）原子化过程原原子子化化过过程程：四个阶段，干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（去除残渣），待测元素在高温下生成基态原子。（3）优缺点）优缺点优优点点：原子化程度高，试样用量少（1100L），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测限10-12 g/L。缺点：缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。四、单色器四、单色器 将待测元素的共振线与邻近线分开。色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。（1）线线色色散散率率（D）：两条谱线间的距离与波长差的比值X/。实际工作中常用其倒数/X （2）分分辨辨率率：仪器分开相邻两条谱线的能力。用该两条谱线的平均波长与其波长差的比值/表示。（3）通通带带宽宽度度（W）：指通过单色器出射狭缝的某标称波长处的辐射范围。当倒色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定：W=D S五、检测系统五、检测系统 主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。1.1.检测器检测器-将单色器分出的光信号转变成电信号。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的 光电 子又射向光敏阴极1，轰击出更多的光电子，依次倍增，在最后放出的光电子 比最初多到106倍以上，最大电流可达 10A，电流经负载电阻转变为电压信号送入放大器。-将光电倍增管输出的较弱信号，经电子线路进一步放大。3.3.对数变换器对数变换器-光强度与吸光度之间的转换。4.4.显示、记录显示、记录第四章第四章 原子吸收分光原子吸收分光光度分析法光度分析法一、光谱干扰一、光谱干扰二、物理干扰二、物理干扰三、化学干扰三、化学干扰第三节 干扰及其抑制一、光谱干扰一、光谱干扰 待测元素的共振线与干扰物质谱线分离不完全，这类干扰主要来自光源和原子化装置，主要有以下几种：可以通过调小狭缝的方法来抑制这种干扰。换用纯度较高的单元素灯减小干扰。用较小通带或更换灯二、物理干扰二、物理干扰 试样在转移、蒸发过程中物理因素变化引起的干扰效应，主要影响试样喷入火焰的速度、雾化效率、雾滴大小等。可通过控制试液与标准溶液的组成尽量一致的方法来消除。三、化学干扰三、化学干扰 指待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应。主要影响到待测元素的原子化效率，是主要干扰源。1.1.化学干扰的类型化学干扰的类型（1）待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子减少。例：a、钴、硅、硼、钛、铍在火焰中易生成难熔化合物 b、硫酸盐、硅酸盐与铝生成难挥发物。（2）待测离子发生电离反应，生成离子，不产生吸收，总吸收强度减弱，电离电位6eV的元素易发生电离，火焰温度越高，干扰越严重，（如碱及碱土元素）。通过在标准溶液和试液中加入某种光谱化学缓冲剂来抑制或减少化学干扰：（1 1）释释放放剂剂与与干干扰扰元元素素生生成成更更稳稳定定化化合合物物使使待待测测元元素素释释放出来。放出来。例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。（2 2）保保护护剂剂与与待待测测元元素素形形成成稳稳定定的的络络合合物物，防防止止干干扰扰物物质与其作用。质与其作用。例：加入EDTA生成EDTA-Ca，避免磷酸根与钙作用。（3）饱和剂饱和剂加入足够的干扰元素，使干扰趋于稳定。加入足够的干扰元素，使干扰趋于稳定。例：用N2OC2H2火焰测钛时，在试样和标准溶液中加入300mgL-1以上的铝盐，使铝对钛的干扰趋于稳定。（4）电电离离缓缓冲冲剂剂加加入入大大量量易易电电离离的的一一种种缓缓冲冲剂剂以以抑抑制制待待测元素的电离。测元素的电离。例：加入足量的铯盐，抑制K、Na的电离。第四章第四章 原子吸收分光原子吸收分光光度分析法光度分析法一、一、分析条件的选择分析条件的选择二、二、定量分析方法定量分析方法第四节 分析条件的选择与定量分析方法一、一、分析条件的选择分析条件的选择1.1.灵敏度灵敏度(1)灵灵敏敏度度（S）指在一定浓度时，测定值（吸光度）的增量（A）与相应的待测元素浓度（或质量）的增量（c或m）的比值：Sc=A/c 或 Sm=A/m(2)特特征征浓浓度度指对应与1%净吸收（IT-IS）/IT=1/100的待测物浓度（cc），或对应与0.0044吸光度的待测元素浓度.ccc/A 单位：g(mol 1%)-1 (3)特征质量特征质量 mcm/A 单位：g (mol 1%)-1 在适当置信度下，能检测出的待测元素的最小浓度或最小量。用接近于空白的溶液，经若干次（10-20次）重复测定所得吸光度的标准偏差的3倍求得。(1)火焰法火焰法 cDL=3Sb/Sc 单位：gml-1 (2)石墨炉法石墨炉法 mDL=3Sb/Sm Sb：标准偏差 Sc（Sm）：待测元素的灵敏度，即工作曲线的斜率。(1)(1)分析线分析线 一般选待测元素的共振线作为分析线，测量高浓度时，也可选次灵敏线(2)(2)通带（调节狭缝宽度）通带（调节狭缝宽度）无邻近干扰线（如测碱及碱土金属）时，选较大的通带，反之（如测过渡及稀土金属），宜选较小通带。(3)(3)空心阴极灯电流空心阴极灯电流 在保证有稳定和足够的辐射光通量的情况下，尽量选较低的电流。(4)(4)火焰火焰 依据不同试样元素选择不同火焰类型。(5)(5)观测高度观测高度 调节观测高度（燃烧器高度），可使元素通过自由原子浓度最大的火焰区，灵敏度高，观测稳定性好。二、二、定量分析方法定量分析方法 （略）（略）取取若若干干份份体体积积相相同同的的试试液液（cX），依依次次按按比比例例加加入入不不同量的待测物的标准溶液（同量的待测物的标准溶液（cO），），定容后浓度依次为：定容后浓度依次为：cX，cX+cO，cX+2cO，cX+3cO，cX+4 cO 分别测得吸光度为：分别测得吸光度为：AX，A1，A2，A3，A4。以以A对对浓浓度度c 做做图图得得一一直直线线，图图中中cX点点即即待待测测溶溶液浓度。液浓度。