最新原子吸收光课件ppt课件.ppt
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1、原子吸收光课件原子吸收光课件第一阶段原子吸收现象的发现与解释第一阶段原子吸收现象的发现与解释 l早在早在1802年,伍朗斯顿年,伍朗斯顿(W.H.Wollaston)在)在研究太阳连续光谱时,就发现了太阳连续光谱中出现的研究太阳连续光谱时,就发现了太阳连续光谱中出现的暗线。暗线。1817年,夫琅禾费,再次发现了这些暗线,由年,夫琅禾费,再次发现了这些暗线,由于当时尚不了解产生这些暗线的原因,于是就将这些暗于当时尚不了解产生这些暗线的原因,于是就将这些暗线称为夫琅禾费线。线称为夫琅禾费线。太阳太阳光光暗线概述概述区别:区别:在可见、紫外分光光度法中,吸在可见、紫外分光光度法中,吸光物质是溶液中被
2、测物质的光物质是溶液中被测物质的分子或离子分子或离子对光的选择吸收,原子吸收光谱法吸光对光的选择吸收,原子吸收光谱法吸光物质是待测元素的物质是待测元素的基态原子基态原子对光的选择对光的选择吸收,这种光是由待测元素制成的空心吸收,这种光是由待测元素制成的空心阴极灯阴极灯( (称元素灯称元素灯) )作光源。作光源。概述概述 原子吸收光谱原子吸收光谱(atomic absorption spectrometry AAS ):当有辐射通过自由当有辐射通过自由原子蒸气,且入射辐射的频率等于原子原子蒸气,且入射辐射的频率等于原子中的中的电子由基态跃迁到较高能态(一般电子由基态跃迁到较高能态(一般情况下都是
3、第一激发态)所需要的能量情况下都是第一激发态)所需要的能量频率时,频率时,原子就要从辐射场中吸收能量,原子就要从辐射场中吸收能量,产生共振吸收,电子由基态跃迁到激发产生共振吸收,电子由基态跃迁到激发态,同时伴随着原子吸收光谱的产生。态,同时伴随着原子吸收光谱的产生。 原子吸收光谱与原子结构原子吸收光谱与原子结构 l由于原子能级是量子化的,因此,在所有由于原子能级是量子化的,因此,在所有的情况下,的情况下,原子对辐射的吸收都是有选择原子对辐射的吸收都是有选择性的。性的。由于各元素的原子结构和外层电子由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同,元素从基态跃迁至第一激发的排布不同,元素从基态跃迁至第一
4、激发态时吸收的能量不同,因而态时吸收的能量不同,因而各元素的共振各元素的共振吸收线具有不同的特征。吸收线具有不同的特征。 原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。见区。 (1) 检出限低,检出限低,10-1010-14g;(2) 准确度高,准确度高,1%5%;(3) 选择性高,一般情况下共存元素不干扰;选择性高,一般情况下共存元素不干扰;(4) 分析速度快,应用广,可测定分析速度快,应用广,可测定70多个元素。多个元素。特点:特点:局限性:局限性:测不同的元素需不同的元测不同的元素需不同的元素灯,不能同时测多元素,素灯,不能同时测多元素,难熔元难熔元素、非金属元素
5、测定困难。素、非金属元素测定困难。概述概述原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理 从光源发射出具有待测元素特征从光源发射出具有待测元素特征谱线的光,通过试样蒸气时,被蒸气谱线的光,通过试样蒸气时,被蒸气中待测元素的中待测元素的基态原子基态原子所吸收,所吸收,吸收吸收的程度与被测元素的含量成正比的程度与被测元素的含量成正比。故。故可根据测得的吸光度,求得试样中被可根据测得的吸光度,求得试样中被测元素的含量。测元素的含量。原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理原子吸收分光光度计仪器结构图原子吸收分光光度计仪器结构图 共振线共振线l共振线基本概念共振线基本概念 电子从基态跃迁到能量最低的
6、激发态,电子从基态跃迁到能量最低的激发态,为共振跃迁,所产生的谱线称为共振吸收为共振跃迁,所产生的谱线称为共振吸收线;线;当电子从第一激发态跃回基态时,则当电子从第一激发态跃回基态时,则发射出同样频率的谱线,称为共振发射线。发射出同样频率的谱线,称为共振发射线。对大多数元素来说,共振线是指元素所有对大多数元素来说,共振线是指元素所有谱线中最灵敏的线。谱线中最灵敏的线。 特征谱线l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。不同元素的原子从基态激发至第一激发态不同元素的原子从基态激发至第一激发态(或由第一激发态跃回基态)时,吸收(或由第一激发态跃回基态)时,吸收(
7、或发射)的能量不同,因此各种元素的(或发射)的能量不同,因此各种元素的共振线各有不同,称之为共振线各有不同,称之为特征谱线特征谱线。b. 原子吸收原子吸收hM+hM* (吸收吸收)基态基态第一激发态第一激发态第二激发态第二激发态第三激发态第三激发态基态基态第一激发态第一激发态h M* M+h(发射发射)a. 原子发射原子发射第二激发态第二激发态第三激发态第三激发态l1共振发射线:共振发射线: 电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频定频 率的光,它再跃迁回基态时,则发射出同样频率的光率的光,它再跃迁回基态时,则发射出同样频率的光(谱线谱线),这种
8、谱线称为共振发射线这种谱线称为共振发射线 。l2共振吸收线:共振吸收线: 电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线称为共振吸收线 。l3共振线:共振线: 共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。 对大多数对大多数元素来说,共振线也是元素最灵敏的谱线。元素来说,共振线也是元素最灵敏的谱线。定量分析的依据定量分析的依据 基态原子对共振线的吸收程度与基态原子对共振线的吸收程度与蒸气中基态原子的数目和原子蒸气厚蒸气中基态原子的数目和原子蒸气厚度的关系,在一定的条件下,服从度的关系,在一定的条件下,服从朗朗伯比
9、耳定律:伯比耳定律: 00lgIAKN LI光光 源源 提供待测元素的特征光谱。获得较高的提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求;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,稳定性好。)辐射光强度大,稳定性好。光光 源源 空心阴极灯空心阴极灯 由一个钨丝作阳极,空心阴极由待测元素的高纯金由一个钨丝作阳极,空心阴极由待测元素的高纯金属或合金制成。接通电源发射出待测元素的特征谱线。属或合金制成。接通电源发射出待测元素的特征谱线。l 施加适当电压时,电子将从
10、空心阴极内施加适当电压时,电子将从空心阴极内l壁流向阳极壁流向阳极; ;与充入的惰性气体碰撞而使与充入的惰性气体碰撞而使l之电离,产生正电荷,其在电场作用下之电离,产生正电荷,其在电场作用下,向阴极内壁猛烈轰击,向阴极内壁猛烈轰击; ;使阴极表面的金属使阴极表面的金属l原子溅射出来,溅射出来的金属原子再原子溅射出来,溅射出来的金属原子再l与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰l而被激发,于是阴极内辉光中便出现了而被激发,于是阴极内辉光中便出现了l阴极物质和内充惰性气体的光谱阴极物质和内充惰性气体的光谱光光 源源 空心阴极灯的原理空心阴极灯的原理 优缺点:优缺点:(
11、1)辐射光强度大,稳定,谱线窄,灯容易更换。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。每测一种元素需更换相应的灯。用不同待测元素作阴极材料,可制成相应空用不同待测元素作阴极材料,可制成相应空心阴极灯心阴极灯; ;空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。流有关。光光 源源 空心阴极灯的原理空心阴极灯的原理原子化器原子化器 将试液中的待测元素转变成基态原子蒸气将试液中的待测元素转变成基态原子蒸气MX(试液试液)蒸发蒸发MX(气态气态)热解热解M 0(基态原子基态原子)+X(气态气态)激发激发激发激发M 1(激发态原子激发态原子)Mn+
12、(离子离子)+ne-(电子电子)原子化器原子化器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(石墨炉原子化器石墨炉原子化器)分分火焰原子化装置火焰原子化装置 雾化器和燃烧器雾化器和燃烧器主要缺点:雾化效率低主要缺点:雾化效率低 雾化器和燃烧器雾化器和燃烧器 图图4-29 4-29 同心雾化器示意图同心雾化器示意图 图图4-30 4-30 燃烧器示意图燃烧器示意图 提高雾化效率提高雾化效率 火焰火焰: :试样雾滴在火焰中,经蒸发,干燥,试样雾滴在火焰中,经蒸发,干燥,离解(还原)离解(还原)等过程产生大量基态原子。等过程产生大量基态原子。 火焰的三种状态火焰的三种状态l化学计量火焰化学计
13、量火焰( (中性火焰中性火焰) ):燃烧气和助燃气比燃烧气和助燃气比例按化学反应计量关系,例按化学反应计量关系,最常用的火焰最常用的火焰,分析,分析碱金属除外的元素。碱金属除外的元素。l富燃火焰富燃火焰( (还原性火焰还原性火焰) ): 燃烧气和助燃气比例大于化学反应计量关燃烧气和助燃气比例大于化学反应计量关系,火焰中大量的半分解产物,有较强的还原系,火焰中大量的半分解产物,有较强的还原性。分析易形成难熔氧化物的元素,如性。分析易形成难熔氧化物的元素,如MoMo稀土稀土元素。元素。l贫燃火焰贫燃火焰( (氧化性火焰氧化性火焰) ): 燃烧气和助燃气比例小于化学反应计量关燃烧气和助燃气比例小于化
14、学反应计量关系,火焰温度较低。分析碱金属元素。系,火焰温度较低。分析碱金属元素。空气空气- -乙炔火焰:乙炔火焰:最常用最常用, ,可测定可测定30多种元素;多种元素;N2O-乙炔火焰:火焰温度高乙炔火焰:火焰温度高, ,可测定的增加到可测定的增加到70多种。多种。其他其他温度:温度:C C2 2H H2 2空气空气 23002300 N N2 2OCOC2 2H H2 2 2900 2900 火焰火焰 种类种类石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置 外气路中外气路中Ar气体沿石墨管外壁流气体沿石墨管外壁流动,冷却保护石墨管;内气路中动,冷却保护石墨管;内气路中Ar气体气体由管两端流向管中心,从中心
15、孔流出,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。和灰化过程中产生的蒸汽。 原子化过程分为原子化过程分为干燥干燥、灰化灰化(去除基体)、(去除基体)、原子化原子化、净化净化( (去除残渣)四个阶段,待测元去除残渣)四个阶段,待测元素在高温下生成基态原子。素在高温下生成基态原子。石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置 优点:优点:原子化程度高,试样用量少原子化程度高,试样用量少(1-100L),),可测固体及粘稠试样,可测固体及粘稠试样,灵敏度高,检测极限灵敏度高,检测极限10-12 g/L。 缺点:缺点:精密度差,测
16、定速度慢,操作精密度差,测定速度慢,操作不够简便,装置复杂。不够简便,装置复杂。石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置 石墨炉原子化法的特点石墨炉原子化法的特点 优点:优点:a. 试样原子化是在惰性气体保护下,愈强还原性的石墨介质试样原子化是在惰性气体保护下,愈强还原性的石墨介质中进行的,有利于易形成难熔氧化物的元素的原子化。中进行的,有利于易形成难熔氧化物的元素的原子化。 b. 取样量少。取样量少。c. 试样全部蒸发,原子在测定区的平均滞留时间长,几乎全试样全部蒸发,原子在测定区的平均滞留时间长,几乎全部样品参与光吸收,绝对灵敏度高。部样品参与光吸收,绝对灵敏度高。10-910-13g。一般比火。
17、一般比火焰原子化法提高几个数量级。焰原子化法提高几个数量级。d. 测定结果受样品组成的影响小。测定结果受样品组成的影响小。f. 化学干扰小。化学干扰小。 缺点:缺点:a. 精密度较火焰法差(记忆效应),相对偏差约为精密度较火焰法差(记忆效应),相对偏差约为412%(加样量少)。(加样量少)。b. 有背景吸收(共存化合物分子吸收),往往需要扣背景。有背景吸收(共存化合物分子吸收),往往需要扣背景。石墨炉原子化法的工作原理是什么?与火焰原子石墨炉原子化法的工作原理是什么?与火焰原子化法相比较,有什么优缺点?化法相比较,有什么优缺点?l石墨炉原子化器是将一个石墨管固定在两个电石墨炉原子化器是将一个石
18、墨管固定在两个电极之间而制成的极之间而制成的,在惰性气体保护下以大电流通在惰性气体保护下以大电流通过石墨管过石墨管,将石墨管加热至高温而使样品原子化将石墨管加热至高温而使样品原子化. 与火焰原子化相比与火焰原子化相比,在石墨炉原子化器中在石墨炉原子化器中,试样试样几乎可以全部原子化几乎可以全部原子化,因而测定灵敏度高因而测定灵敏度高.对于易对于易形成难熔氧化物的元素形成难熔氧化物的元素,以及试样含量很低或试以及试样含量很低或试样量很少时非常适用样量很少时非常适用.缺点缺点:共存化合物的干扰大共存化合物的干扰大,由于由于取样量少取样量少,所以进所以进样量及注入管内位置的变动会引起误差样量及注入管
19、内位置的变动会引起误差,因而因而重重现性较差现性较差.单色器单色器作用:作用:将待测元素的吸收线与邻近线将待测元素的吸收线与邻近线分开分开组件组件:色散元件色散元件( (棱镜、光栅棱镜、光栅) ),凹,凹凸镜、狭缝等凸镜、狭缝等检测系统检测系统作用作用: : 将待测元素光信号转换为电信号,将待测元素光信号转换为电信号,经放大数据处理显示结果。经放大数据处理显示结果。组件组件: : 检测器、放大器、对数变换器、显检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置。示记录装置。检测条件选择检测条件选择l分析线:分析线: 通常选择待测元素的共振线作为分析线,通常选择待测元素的共振线作为分析线,测量较高浓度时可
20、选用次灵敏线。测量较高浓度时可选用次灵敏线。共振线在远共振线在远紫外区紫外区(200 nm(200 nm以下以下) ),因火焰有明显吸收,不,因火焰有明显吸收,不宜选作分析线。宜选作分析线。l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强度的情况在保证有稳定和足够的辐射光强度的情况下,尽量选用较低的灯电流,以延长空心阴极下,尽量选用较低的灯电流,以延长空心阴极灯的寿命。灯的寿命。l狭缝宽度:狭缝宽度: 无邻近干扰线时,可选择较宽的狭无邻近干扰线时,可选择较宽的狭缝,如测定缝,如测定K K、NaNa;若有邻近线干扰时,;若有邻近线干扰时,则选择较小的狭缝,如测定则选择较小的狭缝,
21、如测定CaCa、MgMg、FeFe。l火焰火焰 根据待测元素原子化从易到难的顺根据待测元素原子化从易到难的顺序,依次选择序,依次选择低温、中温和高温火焰。低温、中温和高温火焰。 CrCr、MoMo、W W、V V、AlAl等在火焰中易生等在火焰中易生成难离解的氧化物,宜用富燃火焰。成难离解的氧化物,宜用富燃火焰。 另一些元素如另一些元素如K K、NaNa等在火焰中易于等在火焰中易于电离,则宜选用贫燃火焰电离,则宜选用贫燃火焰l观测高度观测高度 调节燃烧头高度,调节燃烧头高度,使来自空心阴极使来自空心阴极灯的光束通过自由原子浓度最大的火焰区,灯的光束通过自由原子浓度最大的火焰区,此时灵敏度高,测
22、量稳定性好。此时灵敏度高,测量稳定性好。定量分析结果的计算定量分析结果的计算标准曲线法标准曲线法标准加入法标准加入法内标法内标法计算法计算法作图法作图法浓度直读法浓度直读法内标标准曲线法内标标准曲线法内标计算法内标计算法 配制一组合适的标准溶液,由低浓度配制一组合适的标准溶液,由低浓度到高浓度依次喷入火焰,将获得的吸光度到高浓度依次喷入火焰,将获得的吸光度A数据对应于浓度数据对应于浓度c作标准曲线,在相同条作标准曲线,在相同条件下测定试样的吸光度件下测定试样的吸光度A,在标准曲线上,在标准曲线上求出对应的浓度值。或由标准试样数据获求出对应的浓度值。或由标准试样数据获得线性方程,将试样的吸光度得
23、线性方程,将试样的吸光度A A数据代入数据代入计算。计算。 标准曲线法标准曲线法注意:注意:在高浓度时,标准曲线易发生弯曲。在高浓度时,标准曲线易发生弯曲。 标准曲线法标准曲线法标准加入法标准加入法计算法计算法: :设容量瓶设容量瓶A,待测元素浓度,待测元素浓度Cx,吸光,吸光度度Ax;容量瓶;容量瓶B,待测元素浓度为,待测元素浓度为(Cx+Cs),吸光度为,吸光度为Ax+s,可求得被测,可求得被测试液元素的浓度为试液元素的浓度为: :xxsx+sxAccAA作图作图法法: :设同体积容量瓶编号设同体积容量瓶编号标准加入法标准加入法 A BC D 试液试液+ +标准溶液浓度标准溶液浓度 cx
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