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第十章第十章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子光谱法原子光谱法根据原子外层电子跃迁所产生根据原子外层电子跃迁所产生 光谱进行分析的方法。光谱进行分析的方法。原子吸收光谱法原子吸收光谱法基于测量试样产生的原子蒸气中基态原子对待测元素特征谱线的基于测量试样产生的原子蒸气中基态原子对待测元素特征谱线的吸收，从而定量测定化学元素的方法。吸收，从而定量测定化学元素的方法。原子光谱法原子光谱法原子发射光谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法原子荧光光谱法一、概述一、概述图图10-1 10-1 原子吸收分析示意图原子吸收分析示意图原子吸收法特点原子吸收法特点（1 1）灵敏度高。）灵敏度高。（3 3）测定范围广。）测定范围广。（2 2）选择性好，准确度高。）选择性好，准确度高。（4 4）操作简便，分析速度快。）操作简便，分析速度快。二、原子吸收光谱法基本原理二、原子吸收光谱法基本原理1.1.原子的能级与跃迁原子的能级与跃迁 基态基态第一激发态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。吸收一定频率的辐射能量。产生共振吸收线（简称共振线）产生共振吸收线（简称共振线）吸收光谱吸收光谱 激发态激发态基态基态 发射出一定频率的辐射。发射出一定频率的辐射。产生共振产生共振发射发射线（也简称共振线）线（也简称共振线）发射光谱发射光谱2.2.元素的特征谱线元素的特征谱线 1 1）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具有特征性。具有特征性。2 2）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，最灵敏线。特征谱线。最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。3 3）利用特征谱线可以进行定量分析。）利用特征谱线可以进行定量分析。3 3、原子吸收光谱法的定量依据、原子吸收光谱法的定量依据吸光度与试样中基态原子数目关系：吸光度与试样中基态原子数目关系：原子蒸气原子蒸气bI0Iv图图10-2 原子吸收示意图原子吸收示意图吸光度与试样中待测元素的浓度关系：吸光度与试样中待测元素的浓度关系：常数常数基态原子数基态原子数在一定实验条在一定实验条件下为常数件下为常数三、原子吸收光谱仪三、原子吸收光谱仪1、锐线光源发射出待测元素的特征光谱线；、锐线光源发射出待测元素的特征光谱线；2、通过原子化器，被火焰中待测元素的基态原子吸收；、通过原子化器，被火焰中待测元素的基态原子吸收；3、进入单色器，进行分光；、进入单色器，进行分光；4、由检测器转化为电信号，经放大后，由读数系统读出。、由检测器转化为电信号，经放大后，由读数系统读出。图图10-6 火焰原子吸收光谱示意图火焰原子吸收光谱示意图光源光源原子化系统原子化系统分光系统分光系统检测系统检测系统光源光源空心阴极灯空心阴极灯作用作用：提供待测元素的特征光谱。提供待测元素的特征光谱。图图10-7 空心阴极灯示意图空心阴极灯示意图 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，发射出阴极物质的共振线。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。原子化系统原子化系统1.1.作用：将试样中离子转变成原子蒸气。作用：将试样中离子转变成原子蒸气。2.2.原子化方法：原子化方法：火焰法，无火焰法（电热高温石墨管）火焰法，无火焰法（电热高温石墨管）3.3.火焰原子化装置火焰原子化装置由于助燃气和燃气高速通过，在喷嘴口形成负压区；由于助燃气和燃气高速通过，在喷嘴口形成负压区；将试液沿毛细管吸入，被高速气流分散成雾滴；将试液沿毛细管吸入，被高速气流分散成雾滴；喷出的雾滴碰撞在撞击球上，进一步雾化成细雾。喷出的雾滴碰撞在撞击球上，进一步雾化成细雾。（1 1）雾化器雾化器图图10-10 10-10 燃烧器结构示意图燃烧器结构示意图作用：形成火焰，作用：形成火焰，使进入火焰的试样使进入火焰的试样微粒原子化。微粒原子化。试液雾化后进入试液雾化后进入雾室，与燃气在室雾室，与燃气在室内充分混合；内充分混合；较大的雾滴凝结较大的雾滴凝结在壁上形成液珠，在壁上形成液珠，从废液管排出，细从废液管排出，细的雾滴进入火焰中。的雾滴进入火焰中。（2 2）燃烧器）燃烧器 作作用用：提提供供一一定定的的能能量量，使使试试样样的的雾雾滴滴蒸蒸发发、干干燥燥，离离解解（还还原）产生大量基态原子。原）产生大量基态原子。火焰温度的选择：火焰温度的选择：（a 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低温火焰；温火焰；（b b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；（c c）火火焰焰温温度度取取决决于于燃燃气气与与助助燃燃气气类类型型，常常用用空空气气乙乙炔炔，最最高温度高温度2600K2600K能测能测3535种元素。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。温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富富燃燃火火焰焰：还还原原性性火火焰焰，燃燃烧烧不不完完全全，测测定定较较易易形形成成难难熔熔氧氧化化物物的元素的元素MoMo、CrCr稀土等。稀土等。贫燃火焰：贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定（3 3）火焰）火焰4 4、非火焰原子化装置、非火焰原子化装置（1 1）石墨原子化器石墨原子化器 由由电电源源、炉炉体体和和石石墨墨管管组组成成。电电源源提提供供原原子子化化能能量量，通通电电后后管管内内温温度度达达2000-30002000-3000，使使石墨管中的石墨管中的试样蒸发和原子化。试样蒸发和原子化。图图10-11 石墨炉原子化器示意图石墨炉原子化器示意图外外气气路路中中ArAr沿沿石石墨墨管管外外壁壁流流动动，冷冷却保护石墨管；却保护石墨管；内内气气路路中中ArAr由由管管两两端端流流向向管管中中心心，从从中中心心孔孔流流出出，用用来来保保护护原原子子不不被被氧氧化化，同同时时排排除除干干燥燥和和灰灰化化过过程程中中产产生生的蒸汽。的蒸汽。（2 2）原子化过程）原子化过程原子化过程：原子化过程：干干燥燥、灰灰化化（去去除除基基体体）、原原子子化化、净净化化（去去除除残残渣渣）四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。（3 3）两种原子化方法的优缺点）两种原子化方法的优缺点优优点点：石石墨墨炉炉法法原原子子化化效效率率高高，试试样样用用量量少少（1-100L1-100L），可可测测固固体体及及粘粘稠稠试试样样，灵灵敏敏度高，检测极限度高，检测极限1010-12-12 g/Lg/L。缺点：缺点：石墨炉法精密度差，测定速度慢，操石墨炉法精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。作不够简便，装置复杂。分光系统分光系统作用作用：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。组组件件：色色散散元元件件（棱棱镜镜、光光栅栅），凹凹凸凸镜镜、狭狭缝等。缝等。检测系统检测系统检测器：检测器：将单色器分出的光信号转变成电信号。将单色器分出的光信号转变成电信号。放放大大器器：将将光光电电倍倍增增管管输输出出的的较较弱弱信信号号，经经电电子子线线路路进进一步放大。一步放大。对数变换器：对数变换器：光强度与吸光度之间的转换。光强度与吸光度之间的转换。显示、记录系统显示、记录系统图图10-12 10-12 单光束原子吸收光谱仪结构原理图单光束原子吸收光谱仪结构原理图空心阴极灯发出待测元素特征谱线；空心阴极灯发出待测元素特征谱线；经待测元素的原子蒸气吸收后，未被吸收部分进入单经待测元素的原子蒸气吸收后，未被吸收部分进入单色器；色器；经分光后，照射到检测器，光信号经转换、放大，在经分光后，照射到检测器，光信号经转换、放大，在读数装置上显示出来。读数装置上显示出来。四、定量分析方法四、定量分析方法（一）标准曲线法（一）标准曲线法适用条件：共存组分间互不干扰的试样。适用条件：共存组分间互不干扰的试样。C1C2C3A1A2A30CAAxCx（二二）标标准准加加入入法法（适适用用于于基基体体复复杂杂，对对测测定定有有干干扰的情况）扰的情况）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同量的待测物的标准溶液量的待测物的标准溶液，定容后浓度依次为：定容后浓度依次为：cX，cX+c1，cX+c2，cX+c3，cX+c4 分别测得吸光度为分别测得吸光度为：AX，A1，A2，A3，A4。以以A A对对加加入入的的被被测测元元素素浓浓度度c c做做图图得得一一直直线线，图图中中cX点点即即待测溶液浓度。待测溶液浓度。C1C2C3A1A2A30CAAxC4A4Cx