仪器分析-第七章原子吸收光谱-zcq.ppt
一、流程一、流程general process二、光源二、光源light sources 三、原子化装置三、原子化装置device of atomization四、单色器四、单色器Monochromators五、检测器五、检测器 detector第三节第三节 原子吸收原子吸收光谱仪器光谱仪器atomic absorption spectrometer 2022/11/20原子吸收光谱仪（原子吸收光谱仪（1）2022/11/20原子吸收光谱仪（原子吸收光谱仪（2）2022/11/20原子吸收光谱仪（原子吸收光谱仪（3）2022/11/20原子吸收光谱仪（原子吸收光谱仪（4）2022/11/20原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪2022/11/20一、流程一、流程1.特点特点(1)(1)采用锐线光源采用锐线光源(2)(2)样品样品(原子化系统原子化系统)在单色器之前在单色器之前(3)(3)原子化系统原子化系统2022/11/202.2.原子吸收中的原子发射现象原子吸收中的原子发射现象 在原子化过程中，基态原子对同频率辐射产生吸收,但也有激发态原子发射谱线,对测量将产生一定干扰。消消除除干干扰扰措措施施：将发射光调制成一定频率；检测器只接受该频率的光信号；原子化过程发射的非调频光信号不被检测；2022/11/20二、光源二、光源 作用：作用：提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。要求：要求：（1 1）发射待测元素的共振线）发射待测元素的共振线,且为且为锐线锐线;（2 2）辐射光强度大辐射光强度大;（3 3）稳定性好、寿命长。）稳定性好、寿命长。（动画动画）1.空心阴极灯结构：空心阴极灯结构：2022/11/202.2.空心阴极灯的原理空心阴极灯的原理正正离离子子具具有有很很大大的的能能量量,当当 动动能能 晶晶格格能能,使使阴阴极极表表面面金金属属原原子子溅溅射射出出来来No，溅溅射射出出来来的的金金属属原原子子再再与与电电子子、惰惰性性气气体原子及离子发生撞碰而被激发体原子及离子发生撞碰而被激发 Nj ；施加适当电压时，阴极放出电施加适当电压时，阴极放出电子子,电子将从空心阴极内壁流向电子将从空心阴极内壁流向阳极；阳极；电子被两极间所加电压加速电子被两极间所加电压加速,与充入的惰性气体碰撞而使之电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；离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击；于是阴极内辉光中便出现了于是阴极内辉光中便出现了阴极物质阴极物质和内充惰性气体的光谱和内充惰性气体的光谱 特征光谱特征光谱。2022/11/20缺点：缺点：每测一种元素需更换相应的灯。每测一种元素需更换相应的灯。一般不做定性分析一般不做定性分析.影响谱线性质的因素影响谱线性质的因素:谱线波长谱线波长:取决于取决于 阴极材料，可制成相应空心阴极灯阴极材料，可制成相应空心阴极灯.谱线宽度谱线宽度:取决于取决于载气压力载气压力和和灯电流灯电流 谱线强度谱线强度:取决于取决于载气种类载气种类、灯电流灯电流、供电方式供电方式 背景背景:取决于取决于内充气体内充气体和和杂质气体杂质气体 稳定性稳定性:预热预热 1520min 稳定稳定 寿命寿命:用久之后用久之后,灯内气体压强下降灯内气体压强下降,阴极物质溅射减少阴极物质溅射减少,共共 振线强度下降振线强度下降,灵敏度降低灵敏度降低.3.空心阴极灯的光谱特性和影响因素空心阴极灯的光谱特性和影响因素特性特性:辐射光强度大，谱线窄，光强稳定，背景小辐射光强度大，谱线窄，光强稳定，背景小.2022/11/20三、原子化系统三、原子化系统1.1.作用作用 提供能量,使试液干燥、蒸发、原子化，将试样中待测组分转变成 N0 。2022/11/202.2.原子化方法原子化方法火焰原子化器火焰原子化器无火焰原子化器无火焰原子化器电热高温石墨炉电热高温石墨炉2022/11/203.3.火焰原子化装置火焰原子化装置结构：结构：雾化器、雾化器、雾化室、雾化室、燃烧器、火焰燃烧器、火焰 （动画动画）（1）雾化器）雾化器作用：引入试液并使之雾化作用：引入试液并使之雾化2022/11/20雾雾化化室室2022/11/20（2）雾化室）雾化室作用作用:使试样进一步细小、均匀使试样进一步细小、均匀。使燃气、助燃气和细小的雾滴充分均匀使燃气、助燃气和细小的雾滴充分均匀气溶胶气溶胶起起“缓和缓和”混合气压的作用，使火焰稳定。混合气压的作用，使火焰稳定。要求要求:雾滴颗粒细小，粒径均匀；雾滴颗粒细小，粒径均匀；雾化量大，雾化效率高；雾化量大，雾化效率高；2022/11/20（3）燃烧器）燃烧器作用：作用：产生火焰并使试样蒸发和原子化的装置。产生火焰并使试样蒸发和原子化的装置。类型：类型：燃烧器由不燃烧器由不锈钢材料制成，耐锈钢材料制成，耐腐蚀、耐高温。腐蚀、耐高温。单缝燃烧器应用单缝燃烧器应用最广，燃烧器的高最广，燃烧器的高度可上下调节，以度可上下调节，以便选择适宜的火焰便选择适宜的火焰原子化区。原子化区。2022/11/20（4 4）火焰）火焰（a）保保证证待待测测元元素素充充分分离离解解为为基基态态原原子子的的前前提提下下，尽尽量量采采用用 低温火焰；低温火焰；（b）火焰温度越高，产生的火焰温度越高，产生的 Nj 越多；越多；（c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型。火焰温度取决于燃气与助燃气类型。试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，解离等过程产生基试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，解离等过程产生基态原子态原子 No火焰温度如何选择火焰温度如何选择？2022/11/20 火焰类型：火焰类型：化学计量火焰化学计量火焰：（正常焰、中性焰）温度高、干扰少、稳定、背景低；富燃火焰富燃火焰：（还原性火焰）助燃气少、燃气增多，燃烧不完全，适合易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr、稀土等。贫燃火焰贫燃火焰（氧化性气氛）助燃气过量、燃烧完全，火焰温度低适用于易解离元素。如：碱金属测定2022/11/20试液经过雾化、干燥、气化、解离，成为基态原子蒸气，即 MX(1)脱溶 MX(s)气化 MX(g)原子化 Mo(g)+Xo(g)Mo(g)可能进一步被激发和电离，即 M(g)Mo(g)M(g)+e在乙炔空气焰燃烧中，存在着OH、C、CO、CH等气态分解产物，某些金属元素的 No 易形成难解离的氧化物(MO)或氢氧化物(MOH)，使 No 减少，并且这些 MO 和 MOH 分子可能被激发，形成分子光谱干扰，即 Mo(g)十O MO(g)MO(g)Mo(g)+OH MOH(g)MOH(g)小结：小结：试液在火焰原子化过程中，往往伴随着一系列反应。No 被激发、电离或者形成氧化物、氢氧化物等副反应，不仅使 No 减少，方法灵敏度降低，而且会产生各种干扰。火焰原子化过程火焰原子化过程2022/11/20常用空气常用空气乙炔最高温度乙炔最高温度 2600K 能测能测35种元素。种元素。2022/11/20火焰种类及对光的吸收：火焰种类及对光的吸收：选择火焰时，还应考虑火焰本身对光的吸收。根据待测元素的共振线，选择不同的火焰，可避开干扰：例：例：Z Zn n的共振线的共振线2 218.918.9nmnm由图可见，采用空气-乙炔火焰时，火焰产生吸收，而选氢-空气火焰则较好；空空气气-乙乙炔炔火火焰焰：最最常常用用；可可测定测定3030多种元素；多种元素；N N2 2O O-乙乙炔炔火火焰焰：火火焰焰温温度度高高，可测定的增加到可测定的增加到7070多种。多种。2022/11/204.4.石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置（1）结构）结构:（加热电源、石墨管、炉体）（加热电源、石墨管、炉体）外气路中Ar气沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中Ar气由管两端流向管中心并流出，用来保护 No 不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽及残渣。（动画动画）2022/11/20（2）原子化过程）原子化过程原原子子化化过过程程干干燥燥、灰灰化化、原原子子化化、除除残残四四个个阶阶段段，待待测测元元素素在在高温下生成高温下生成 No。2022/11/201干燥干燥：通小电流升至100，进行干燥,除去溶剂和水分 2灰化灰化:100800，除去基体和有机物，时间10 20s3原子化原子化:18003000，时间5 10s,试样解离为 No 4除残除残:25003200，5 10s，除基体残留物,除记忆效应。优优点点：原子化程度高，试 样 用 量 少（1-100L），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，速度慢，装置复杂（动画动画）2022/11/205.5.其他原子化方法其他原子化方法（1）低温原子化方法）低温原子化方法 主要是氢化物原子化方法，原子化温度 700900C；主要应用于主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素 原理原理：在酸性介质中，与强还原剂 NaBH4 生成气态氢化物 AsCl3+4NaBH4+HCl+8H2O=AsH3+4NaCl+4HBO2+13H2送入原子化器中检测。特点特点：原子化温度低；灵敏度高（对砷、硒可达10-9 g/L）；基体干扰和化学干扰小；2022/11/20（2 2）冷原子化法）冷原子化法主要应用于主要应用于：各种试样中Hg元素的测量；原原理理：将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺完全还原为金属汞后，用气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体测量管中进行吸光度测量。特点特点：常温测量；灵敏度、准确度较高（可达10-8 g/L汞）；2022/11/20四、分光系统四、分光系统（3）光光谱谱通通带带（W）：指指单单色色器器出出射射光光束束波波长长区区间间的的宽宽度度。当倒色散率（当倒色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定来确定1.作用作用 将待测元素的共振线与邻近线分开。将待测元素的共振线与邻近线分开。2.组件组件 入射狭缝、色散元件（光栅）、凹面镜、出射狭缝入射狭缝、色散元件（光栅）、凹面镜、出射狭缝（1）倒线色散率倒线色散率（D）：（2）分辨率分辨率（R）：）：仪器分开相邻两条谱线的能力。仪器分开相邻两条谱线的能力。3.单色器性能参数单色器性能参数W=D S2022/11/20五、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。2.2.放放大大器器：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：新仪器配置：原子吸收计算机工作站六、仪器类型六、仪器类型1.按光束：按光束：单光束、双光束2.按光束的调制方式：按光束的调制方式：直流、交流3.按波道数：按波道数：单波道、多波道2022/11/20
