原子吸收分光光度计的使用ppt课件.ppt
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1、 原子吸收光谱分析是上世纪五十年代以后发原子吸收光谱分析是上世纪五十年代以后发展起来的一种利用原子吸收光谱进行定性定量分展起来的一种利用原子吸收光谱进行定性定量分析的仪器分析技术。因其灵敏度高、特异性好、析的仪器分析技术。因其灵敏度高、特异性好、准确度高、分析范围广和简便快速而获得了飞速准确度高、分析范围广和简便快速而获得了飞速发展,现已成为一种较为成熟的仪器分析技术,发展,现已成为一种较为成熟的仪器分析技术,被广泛用于地质、冶金、环保、食品、农业、工被广泛用于地质、冶金、环保、食品、农业、工业和卫生防疫和疾病控制等部门进行金属和类金业和卫生防疫和疾病控制等部门进行金属和类金属元素等的定量分析
2、。这种仪器来测定食品、水、属元素等的定量分析。这种仪器来测定食品、水、化妆品、生物材料、土壤等样品中的铜、化妆品、生物材料、土壤等样品中的铜、 铁、锌、铁、锌、钙、镁、锰、铅等约钙、镁、锰、铅等约70种元素。种元素。原理及结构原理及结构 样品蒸气中被测元素的基态原子对同种元样品蒸气中被测元素的基态原子对同种元素原子发射的特征波长的光波具有吸收作素原子发射的特征波长的光波具有吸收作用,这种现象叫做原子吸收。利用这一现用,这种现象叫做原子吸收。利用这一现象对金属元素进行定量分析的方法叫做原象对金属元素进行定量分析的方法叫做原子吸收分光光度法。蒸气中基态原子对光子吸收分光光度法。蒸气中基态原子对光吸
3、收的程度是和蒸气中基态原子的密度吸收的程度是和蒸气中基态原子的密度(N)及光通过基态原子的光程长度及光通过基态原子的光程长度(L)成正比,成正比,如果固定光程长度如果固定光程长度(L),并保持其它测试,并保持其它测试条件不变,那么吸光条件不变,那么吸光度度A就只和蒸气相中待测金属的基态原子就只和蒸气相中待测金属的基态原子浓度浓度(C)成正比,即:成正比,即:A KC;这就是原;这就是原子吸收分光光度法进行定量分析的理论依子吸收分光光度法进行定量分析的理论依据。根据原子化方式不同,原子吸收分光据。根据原子化方式不同,原子吸收分光光度法分为火焰原子吸收分光光度法、石光度法分为火焰原子吸收分光光度法
4、、石墨炉原子吸收分光光度法和氢化物发生原墨炉原子吸收分光光度法和氢化物发生原子吸收分光光度法。图子吸收分光光度法。图1是火焰原子吸收是火焰原子吸收分光光度法的原理示意图。分光光度法的原理示意图。 原子吸收分光光度计的基本结构如图原子吸收分光光度计的基本结构如图2 2所示。一般由锐线所示。一般由锐线光源、原子化系统、单色器(分光系统)、检测器及数据光源、原子化系统、单色器(分光系统)、检测器及数据处理显示系统组成。处理显示系统组成。图图2 2 原子吸收分光光度计的结构示意图原子吸收分光光度计的结构示意图下面简单介绍各部分的作用。下面简单介绍各部分的作用。1.1.1 光源光源 锐线光源是用来发射原
5、子吸收特锐线光源是用来发射原子吸收特征谱线的,可用空心阴极灯、无极放电灯发射征谱线的,可用空心阴极灯、无极放电灯发射锐线光源,而以空心阴极灯最为常用。锐线光源,而以空心阴极灯最为常用。 图图3是空心阴极灯构造图。空心阴极灯是是空心阴极灯构造图。空心阴极灯是一种辐射强度大而稳定的锐线光源,为低压辉一种辐射强度大而稳定的锐线光源,为低压辉光放电。现有单元素灯、多元素灯和高强度灯。光放电。现有单元素灯、多元素灯和高强度灯。灯的质量可由发射强度、背景强度、稳定性、灯的质量可由发射强度、背景强度、稳定性、噪声及寿命来评价。噪声及寿命来评价。 空心阴极灯强度依赖于灯电流。对一个性空心阴极灯强度依赖于灯电流
6、。对一个性能好的灯来说,应该在较小的灯电流下,有较能好的灯来说,应该在较小的灯电流下,有较大的发光强度。大的发光强度。图3 空心阴极灯构造图1.1.2 原子化系统原子化系统 原子化系统可分为火焰原原子化系统可分为火焰原子化系统、石墨炉原子化系统和氢化物发生子化系统、石墨炉原子化系统和氢化物发生原子化系统。原子化系统。1.1.2.1火焰原子吸收法:通过火焰来进行原火焰原子吸收法:通过火焰来进行原子化,常用有空气子化,常用有空气/乙炔焰、笑气乙炔焰、笑气/乙炔焰、乙炔焰、空气空气/甲烷气等。用于测定钾、钠、钙、镁、甲烷气等。用于测定钾、钠、钙、镁、锌、铜、铁、锰、铅、银等,灵敏度相对较锌、铜、铁、
7、锰、铅、银等,灵敏度相对较低,通过缝管、在线流动注射富集、固相微低,通过缝管、在线流动注射富集、固相微萃取等技术可更进一步提高灵敏度。该法操萃取等技术可更进一步提高灵敏度。该法操作简便,测定快速。图作简便,测定快速。图4为火焰原子化示意为火焰原子化示意图。图。图4 火焰原子化示意图1.1.2.2 石墨炉原子吸收法:通过加热石石墨炉原子吸收法:通过加热石墨管来进行原子化,常用有传统纵向加墨管来进行原子化,常用有传统纵向加热和现代的横向加热两种方式。用于铅、热和现代的横向加热两种方式。用于铅、镉、银、铝、钡、钒、镍、钼、锑等。镉、银、铝、钡、钒、镍、钼、锑等。该法灵敏度高,操作相对复杂一些。图该法
8、灵敏度高,操作相对复杂一些。图5是石墨炉原子示意图。是石墨炉原子示意图。图5 石墨炉原子示意图1.1.2.3氢化物发生原子吸收法:氢化物发生原子吸收法: 通过一些元通过一些元素在一定条件下与还原剂形成气态的自由原素在一定条件下与还原剂形成气态的自由原子或氢化物或易挥发的气态化合物与介质分子或氢化物或易挥发的气态化合物与介质分离,然后导入石英管原子化器进行原子化。离,然后导入石英管原子化器进行原子化。可用于砷、硒、汞、铅、镉、锑、锡、铊、可用于砷、硒、汞、铅、镉、锑、锡、铊、铍等测定。该法灵敏度高,干扰少,由于现铍等测定。该法灵敏度高,干扰少,由于现在有原子荧光光度计,一般不再需要氢化物在有原子
9、荧光光度计,一般不再需要氢化物原子化装置。原子化装置。1.1.3 单色器单色器 即分光系统。分光系统的作即分光系统。分光系统的作用是将欲测的吸收线于其它谱线分开。原用是将欲测的吸收线于其它谱线分开。原子吸收所用的吸收线是锐线光源发出的共子吸收所用的吸收线是锐线光源发出的共振线,谱线比较简单,因此对仪器的色散振线,谱线比较简单,因此对仪器的色散能力、能力、 分辨力要求较低。谱线结构简单分辨力要求较低。谱线结构简单的元素如的元素如K、Na,可用滤光片作为单色器,可用滤光片作为单色器,一般元素可用棱镜或光栅分光,现在的仪一般元素可用棱镜或光栅分光,现在的仪器以光栅为多。原子吸收光谱仪对分光器器以光栅
10、为多。原子吸收光谱仪对分光器的分辨率要求不高,曾以能分辨开镍三线的分辨率要求不高,曾以能分辨开镍三线Ni230.003,Ni 231.603,Ni231.096nm为标为标准,后采用准,后采用Mn279.5和和Mn279.8nm代替代替Ni三线来检定分辨率。三线来检定分辨率。1.1.4 检测器检测器 常见有光电倍增管(常见有光电倍增管(PMT)和固)和固态检测器。态检测器。1.1.4.1 光电倍增管光电倍增管: 用量子效率来表示光电转换用量子效率来表示光电转换效率。量子效率与光电阴极的材料和入射光波效率。量子效率与光电阴极的材料和入射光波长波长有关。对使用一定的光电倍增管的原子长波长有关。对使
11、用一定的光电倍增管的原子吸收分光光度计可以通过调整负高压来增加光吸收分光光度计可以通过调整负高压来增加光电倍增管的总灵敏度。但过高的电压会增加噪电倍增管的总灵敏度。但过高的电压会增加噪声和暗电流。声和暗电流。 1.1.4.2 固态检测器:固态检测器即电荷转移器固态检测器:固态检测器即电荷转移器件(件(CTD)检测器。其包括电荷耦合器件)检测器。其包括电荷耦合器件(CCD)和电荷注入器件()和电荷注入器件(CID)。电荷转移)。电荷转移器件具有光谱范围宽、量子效率高、暗电流器件具有光谱范围宽、量子效率高、暗电流小、噪声低、灵敏度高、线性范围宽等优点,小、噪声低、灵敏度高、线性范围宽等优点,特别适
12、用于多元素的测定。特别适用于多元素的测定。1.1.5 数据处理、显示及输出数据处理、显示及输出 电信号经测光系统放大、检波后,可分别电信号经测光系统放大、检波后,可分别采用表头检流计、采用表头检流计、 数字显示器或记录器、打数字显示器或记录器、打印机等进行读数。新型原子吸收分光光度计均印机等进行读数。新型原子吸收分光光度计均有工作站,其中包含对数转换、自动调零、有工作站,其中包含对数转换、自动调零、 曲线校直、浓度直读、标尺扩大、自动增益等曲线校直、浓度直读、标尺扩大、自动增益等功能,这些功能大大提高了仪器的自动化程度。功能,这些功能大大提高了仪器的自动化程度。1.1.6 背景校正背景校正背景
13、校正技术主要有连续光源(氘灯)背背景校正技术主要有连续光源(氘灯)背景校正、塞曼背景样正、自吸背景校正等三景校正、塞曼背景样正、自吸背景校正等三种技术。种技术。1.1.6.1氘灯背景校正:氘灯背景校正简单,氘灯背景校正:氘灯背景校正简单,但扣除能力较低;其测量的是光谱通带内平但扣除能力较低;其测量的是光谱通带内平均背景吸收,与待测元素分析线的真实背景均背景吸收,与待测元素分析线的真实背景吸收有差异;氘灯只适合短波辐射(吸收有差异;氘灯只适合短波辐射(200400nm);灯的寿命较短。);灯的寿命较短。1.1.6.2塞曼效应背景校正:利用塞曼效应扣除塞曼效应背景校正:利用塞曼效应扣除背景,背景扣
14、除能力可达背景,背景扣除能力可达1.7A;由于塞曼效应;由于塞曼效应很杂,常常会出现校正曲线反转。很杂,常常会出现校正曲线反转。1.1.6.3自吸校应背景校正:又叫自吸校应背景校正:又叫S-H背景校正背景校正(Smith-Hieftije background correction),利),利用空心阴极灯在高电流下发生自吸或自蚀扣背用空心阴极灯在高电流下发生自吸或自蚀扣背景,扣背景能力有时可达景,扣背景能力有时可达3A;可校正光谱干;可校正光谱干扰和结构背景。但灵敏度降低比较明显。扰和结构背景。但灵敏度降低比较明显。1.1.7 原子吸收常见生产厂家和仪器型号原子吸收常见生产厂家和仪器型号原子吸
15、收分光光度计做为一种成熟和主要原子吸收分光光度计做为一种成熟和主要的金属元素分析仪器,国内外生产厂家比较的金属元素分析仪器,国内外生产厂家比较多,有代表的仪器有国外多,有代表的仪器有国外Perkin-Elmer 公司公司的的AA200,400,600,700,800,SIMAA6000;耶拿公司;耶拿公司 novAA400, ZEEnit 700, contrAA;瓦里安;瓦里安VARIAN SpectrAA-Duo;热电;热电S、M系列、日立的系列、日立的Z5000,Z-2000、岛津、岛津AA63/6800、安捷伦的、安捷伦的3510等和等和国内北京瑞利国内北京瑞利WFX 110/120/
16、130,WFX810;普析通用普析通用TAS986/990,东西电子,东西电子AA-7000系系列,海光列,海光GGX系列,上分系列,上分370MC等。等。安装条件安装条件1.2.1 配电:原子吸收分光光度计对供电要配电:原子吸收分光光度计对供电要求较高,主机、电脑、打印机等要求电压比求较高,主机、电脑、打印机等要求电压比较稳定,一般为较稳定,一般为220V240V,如果电网电压,如果电网电压不太稳定,要求配稳压电源,一般不太稳定,要求配稳压电源,一般1kVA(注(注意不含石墨炉供电)即可。意不含石墨炉供电)即可。空压机及空调是一种频繁启动的电器,最好空压机及空调是一种频繁启动的电器,最好与原
17、子吸收其它部分分相供电。与原子吸收其它部分分相供电。石墨炉为大功率直流供电,石墨炉加热电源石墨炉为大功率直流供电,石墨炉加热电源常常是常常是220V交流电转换为直流,其瞬间电流交流电转换为直流,其瞬间电流可达可达6080A,一般要求用铜芯线,线径大于,一般要求用铜芯线,线径大于4mm2。(石墨炉需用多大的稳压电源)。(石墨炉需用多大的稳压电源) 建议这三类设备分别接入电网,不共相。建议这三类设备分别接入电网,不共相。原子吸收分光光度计为大型精密仪器,要求原子吸收分光光度计为大型精密仪器,要求有良好的接地,一般接地电阻应小于有良好的接地,一般接地电阻应小于110,需要专门的接地线。需要专门的接地
18、线。1.2.2 配水:石墨炉分析需要专门的冷却水,配水:石墨炉分析需要专门的冷却水,对没有购买自动循环冷却水系统的设备要求有对没有购买自动循环冷却水系统的设备要求有自来水。建议最好购买专用循环冷却水系统。自来水。建议最好购买专用循环冷却水系统。1.2.3 配气:火焰法需用到乙炔和空气,或者配气:火焰法需用到乙炔和空气,或者乙炔、空气、笑气。石墨炉分析需要用到保护乙炔、空气、笑气。石墨炉分析需要用到保护气,一般为氩气气,一般为氩气。燃气(乙炔)与助燃气(空气)应分开放置。燃气(乙炔)与助燃气(空气)应分开放置。燃气瓶要防泄漏,要注意随时排风。有条件的燃气瓶要防泄漏,要注意随时排风。有条件的单位可
19、用单独的气瓶室或气瓶柜,乙炔气需用单位可用单独的气瓶室或气瓶柜,乙炔气需用合格的防爆气瓶柜。合格的防爆气瓶柜。1.2.4 实验台面:承重防震,宽度在实验台面:承重防震,宽度在10001500mm,长度,长度20002400mm,高度,高度750800mm比较合适,摆放不要靠墙和窗,后面比较合适,摆放不要靠墙和窗,后面留有留有8001000mm空间,以便检修,避免阳空间,以便检修,避免阳光直射。光直射。 1.2.5 环境:环境:原子吸收一般工作温度为原子吸收一般工作温度为1030,相对湿度,相对湿度不超过不超过80%,应有空调和相应除湿设备。,应有空调和相应除湿设备。原子吸收原子化的时候要产生有
20、毒的原子蒸原子吸收原子化的时候要产生有毒的原子蒸气,应使用排气罩,大小稍宽于原子吸收排气,应使用排气罩,大小稍宽于原子吸收排气口,高度约在其上气口,高度约在其上200300mm,风力以能,风力以能吸住一张报纸为佳。吸住一张报纸为佳。 防尘:最好是双层玻璃窗,有防尘缓冲间。防尘:最好是双层玻璃窗,有防尘缓冲间。具体安装应该参照各仪器的自身要求具体安装应该参照各仪器的自身要求。操作步骤操作步骤以火焰法测定铜和石墨炉法测定铅为例。以火焰法测定铜和石墨炉法测定铅为例。一个待测元素是选择火焰法来测定还是选择一个待测元素是选择火焰法来测定还是选择石墨炉法来测定,主要取决于样品中含量和卫石墨炉法来测定,主要
21、取决于样品中含量和卫生标准限量值。火焰法和石墨炉法的元素测定生标准限量值。火焰法和石墨炉法的元素测定线性范围见表线性范围见表1,可作为选择方法和配制标准,可作为选择方法和配制标准系列的依据。系列的依据。表1 常见元素火焰和石墨炉标准系列范围元素火焰(mg/L)石墨炉(g/L)钾0.052钠0.050.8锰0.050.8540镁、锌0.050.8铜、铁0.254铅0.510580镉0.050.80.54银0.050.8540铬0.250.81080钴1080铝1080钼20200镍1080锑1080除了干净水样外,绝大多数样品要进行样品除了干净水样外,绝大多数样品要进行样品前处理。样品前处理一般
22、应遵循简单高效环前处理。样品前处理一般应遵循简单高效环保的原则。要注意损失和污染。空白和回收保的原则。要注意损失和污染。空白和回收是检验污染和损失的常见手段之一,空白一是检验污染和损失的常见手段之一,空白一般要求带三个以上。常见方法有微波消解、般要求带三个以上。常见方法有微波消解、湿消化、干消化直接溶解、酸浸提、冷消化湿消化、干消化直接溶解、酸浸提、冷消化等。如何选择消解方式应根据样品类型,使等。如何选择消解方式应根据样品类型,使用仪器、分析元素、样品数量,以及标准方用仪器、分析元素、样品数量,以及标准方法要求而定。法要求而定。 标准溶液配制:最好购买国家有证标准溶液作标准溶液配制:最好购买国
23、家有证标准溶液作为储备液,再稀释为应用液,最后配成标准系为储备液,再稀释为应用液,最后配成标准系列。原子吸收法常有标准一般用列。原子吸收法常有标准一般用0.51.0%硝硝酸来保存。应用液在酸来保存。应用液在mg/L级,在密塞冷藏条级,在密塞冷藏条件下,大多数元素一般保存半年至一年不会发件下,大多数元素一般保存半年至一年不会发生明显变化。标准系列一般要求除标准空白外生明显变化。标准系列一般要求除标准空白外3点点5点。点。1.3.1 开机:打开稳压器电源,等到电压稳定开机:打开稳压器电源,等到电压稳定到到220V,打开主机及计算机、打印机电源。,打开主机及计算机、打印机电源。对自动化程度较高的仪器
24、,启动工作站,仪器对自动化程度较高的仪器,启动工作站,仪器开始自检。开始自检。1.3.2 火焰原子吸收火焰原子吸收1.3.2.1 条件设置及仪器调节条件设置及仪器调节1.3.2.1.1选择所测元素灯(铜),安装到仪选择所测元素灯(铜),安装到仪器灯座上器灯座上(注意定位注意定位)。调节灯电流至合适大小。调节灯电流至合适大小(3mA)。选择所用测定谱线波长及带宽)。选择所用测定谱线波长及带宽(324.8nm,0.4nm)。)。自动化程度较高的仪器,自动寻峰,并找到自动化程度较高的仪器,自动寻峰,并找到最大吸收波长。最大吸收波长。对自动化程度不太高的仪器,则加一定负高对自动化程度不太高的仪器,则加
25、一定负高压,松开波长转轮锁定装置,调节波长转轮至压,松开波长转轮锁定装置,调节波长转轮至所需波长,在所示波长附近仔细调节波长转轮所需波长,在所示波长附近仔细调节波长转轮至能量最大,固定波长转轮。至能量最大,固定波长转轮。反复调节灯的位置至能量最大,加负高压至能反复调节灯的位置至能量最大,加负高压至能量示值为量示值为90左右,不同仪器不一样,按所用仪左右,不同仪器不一样,按所用仪器要求即可。器要求即可。1.3.2.1.2 设置测定参数,一般火焰测定选择测设置测定参数,一般火焰测定选择测定次数三次,测定方式为连续,延迟可不设,定次数三次,测定方式为连续,延迟可不设,积分参数一般为积分参数一般为1s
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