原子吸收光谱分析培训教材.ppt
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1、原子吸收光谱分析1 原子吸收光谱的产生2 原子吸收光谱的属性3 原子吸收光谱定量分析基本关系式4 原子吸收光谱定量分析方法5 关于定量分析几个问题的讨论1 原子吸收光谱法的发展和特点原子吸收光谱法的发展和特点 n原子吸收光谱法亦称原子吸收分光光度法,是基于蒸气相中待测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。它是测定痕量和超痕量元素的有效方法,石墨炉原子吸收光谱法、质谱法和中子活化法被公认为测定超痕量元素的三种主要方法。原子吸收光谱法的发展原子吸收光谱法的发展n原子吸收光谱分析法作为一种化学分析方法,诞生于1955年。澳大利亚科学家瓦尔西(A.Walsh)开
2、创了火焰原子吸收光谱法。鉴于瓦尔西在建立和发展原子吸收光谱分析法方面的历史功勋,1991年在挪威卑尔根召开的第27届国际光谱学大会(CSI)上授予他第一届CSI奖。原子吸收光谱法的发展原子吸收光谱法的发展n1959年俄罗斯里沃夫(.)开创了石墨炉电热原子吸收光谱法,为表彰里沃夫对开创和发展石墨炉原子吸收光谱分析法方面所做出的杰出贡献,1997年在澳大利亚墨尔本召开的第30届国际光谱学大会上授予他第二届CSI奖。原子吸收光谱法的发展原子吸收光谱法的发展n美国美国Perkin-Elmer公司公司1961年推出了世界上第年推出了世界上第一台火焰原子吸收分光光度计商品仪,一台火焰原子吸收分光光度计商品
3、仪,1970年年生产了世界上第一台生产了世界上第一台HGA-70型石墨炉原子吸收型石墨炉原子吸收光谱仪。光谱仪。n1976年日本日立公司推出了第一台塞曼效应校正年日本日立公司推出了第一台塞曼效应校正背景的原子吸收光谱仪。背景的原子吸收光谱仪。1990年美国年美国Perkin-Elmer公司又生产了世界上公司又生产了世界上第一台第一台PE4100ZL型横向加热纵向磁场调制石墨型横向加热纵向磁场调制石墨炉原子吸收光谱仪炉原子吸收光谱仪n1989年日立公司推出了年日立公司推出了Z9000型原子吸收光谱仪型原子吸收光谱仪,采用四通道系统,能同时测定采用四通道系统,能同时测定4个元素。个元素。原子吸收光
4、谱法的发展原子吸收光谱法的发展n1994年年Perkin-Elmer公司推出公司推出SIMAA6000型多元素型多元素同时测定原子吸收光谱仪,使用中阶梯光栅和固体检同时测定原子吸收光谱仪,使用中阶梯光栅和固体检测器,获得了二维色散的光谱图。测器,获得了二维色散的光谱图。n1987年美国年美国Analyte公司推出第一台带有阴极溅射原公司推出第一台带有阴极溅射原子化器的商品仪器,子化器的商品仪器,1997年年Leeman Labs公司在上公司在上海海BCEIA多国仪器展览会上展出了用阴极溅射原子化多国仪器展览会上展出了用阴极溅射原子化器的器的A30型原子吸收光谱仪,可快速程序分析型原子吸收光谱仪
5、,可快速程序分析30个元个元素。素。n2004年德国年德国Analytik jena AG公司首先推出公司首先推出ContrAA 300型顺序扫描连续光源原子吸收光谱仪。高聚焦短弧型顺序扫描连续光源原子吸收光谱仪。高聚焦短弧氙灯连续光源,波长覆盖原子吸收全部波长范围;采氙灯连续光源,波长覆盖原子吸收全部波长范围;采用石英棱镜高分辨率的大面积中阶梯光栅双单色器用石英棱镜高分辨率的大面积中阶梯光栅双单色器,带带宽宽0.003nm;高灵敏度;高灵敏度CCD检测器增大量子效率;同检测器增大量子效率;同时测量样品光束和参考光束,获得分析信号和背景信时测量样品光束和参考光束,获得分析信号和背景信号号,扣除
6、背景效果好。扣除背景效果好。原子吸收光谱分析在我国的发展原子吸收光谱分析在我国的发展 n19631963年首先是黄本立和张展霞分别著文,向国内同行介年首先是黄本立和张展霞分别著文,向国内同行介绍了原子吸收光谱法绍了原子吸收光谱法。n19641964年,黄本立等将蔡司年,黄本立等将蔡司型滤光片式火焰光度计改装型滤光片式火焰光度计改装为一台简易原子吸收光谱装置,测定了溶液中的钠,发为一台简易原子吸收光谱装置,测定了溶液中的钠,发表了最早的原子吸收光谱分析的研究论文。表了最早的原子吸收光谱分析的研究论文。n吴庭照等吴庭照等19651965年年利用利用自制自制的的同心型气同心型气动动玻璃玻璃雾雾化器化
7、器、预预混合金属混合金属层层流燃流燃烧烧器器、镁镁空心阴极灯,英国空心阴极灯,英国HilgerH700HilgerH700火焰分光光度火焰分光光度计计的的单单色器,色器,10cm10cm长长不不锈钢锈钢平平头头水冷燃水冷燃烧烧器的器的预预混合型火焰原子化器混合型火焰原子化器组装了原子吸收光谱仪器组装了原子吸收光谱仪器。完成了鋰中微量完成了鋰中微量镁镁的的测测定。定。n19651965年上海复旦大学陈树乔等组装成功了实验室型原子年上海复旦大学陈树乔等组装成功了实验室型原子吸收光谱仪器,用于教学实验。吸收光谱仪器,用于教学实验。原子吸收光谱分析在我国的发展原子吸收光谱分析在我国的发展n196919
8、69年北京年北京矿矿冶研究院、北京有色研究院与北冶研究院、北京有色研究院与北京科学京科学仪仪器厂合作研制了器厂合作研制了WFD-Y1WFD-Y1型型单单光束火焰原光束火焰原子吸收分光光度子吸收分光光度计计。19701970年年WFD-Y1WFD-Y1仪仪器全体器全体设计设计装装调调人人员转员转入北京第二光学入北京第二光学仪仪器厂器厂(今北京瑞利今北京瑞利仪仪器公司的前身器公司的前身),并于当年,并于当年实现实现了我国第一台了我国第一台火焰原子吸收分光光度火焰原子吸收分光光度计计上市。上市。n19711971年地质部地矿局南京仪器室年地质部地矿局南京仪器室与地与地质质部地部地矿矿所所8 8室室合
9、作生产了单光束火焰原子吸收分光光度合作生产了单光束火焰原子吸收分光光度计。计。原子吸收光谱分析在我国的发展原子吸收光谱分析在我国的发展n北北京京第第二二光光学学仪仪器器厂厂与与中中国国科科学学院院环环境境化化学学研研究究所所马马怡怡载载、北北京京矿矿冶冶研研究究院院陶陶继继华华和和于于家家翘翘等等合合作作,研研制制WFD-WFD-Y3Y3型型仪仪器器。配配上上马马怡怡载载等等研研制制出出的的石石墨墨原原子子化化器器及及其其控控制制电电源源,于于19751975年年开开发发了了WFD-Y3WFD-Y3型型单单光光束束数数字字式式火火焰焰石石墨墨炉炉两两用用原原子子吸吸收收分分光光光光度度计计。该
10、该仪仪器器荣荣获获了了19781978年年全全国科技大会奖。国科技大会奖。n19721972年吴廷照等研制完成管式石墨炉原子吸收装置,并年吴廷照等研制完成管式石墨炉原子吸收装置,并用该装置测定了核纯锆中的镉,绝对灵敏度达到用该装置测定了核纯锆中的镉,绝对灵敏度达到1010-11-11g g数量级,相对灵敏度达到数量级,相对灵敏度达到1010-6-6数量级。数量级。n1984年年,马马怡怡载载等等研研制制成成了了我我国国第第一一台台ZM-型型塞塞曼曼效效应应原原子子吸吸收收光光谱谱仪仪。19861986年年何何华华焜焜等等研研制制了了交交流流塞塞曼曼原原子子吸吸收收光光谱谱仪仪。(日日本本日日立
11、立公公司司推推出出世世界界上上第第一一台台塞塞曼曼效应校正背景的原子吸收光谱仪器是效应校正背景的原子吸收光谱仪器是19801980年年)。原子吸收光谱分析的特点原子吸收光谱分析的特点n 检出限低。火焰原子吸收法的检出限可达到检出限低。火焰原子吸收法的检出限可达到ng/mLng/mL量量级级,石墨炉原子吸收光谱法的检出限可达到石墨炉原子吸收光谱法的检出限可达到1010-13-13 1010-14-14g g。n 选择性好。选择性好。n 精密度高。原子吸收光谱法的相对标准偏差一般达精密度高。原子吸收光谱法的相对标准偏差一般达到到1%1%没有困难,最好时可以达到没有困难,最好时可以达到0.3%0.3
12、%或更好。或更好。n 抗干扰能力强。原子吸收线数目少,一般不存在共抗干扰能力强。原子吸收线数目少,一般不存在共存元素的光谱重叠干扰。干扰主要来自化学干扰。存元素的光谱重叠干扰。干扰主要来自化学干扰。n 应用范围广。适用分析的元素范围广,可分析周期应用范围广。适用分析的元素范围广,可分析周期表中绝大多数的金属与非金属元素。表中绝大多数的金属与非金属元素。原子吸收光谱分析的特点原子吸收光谱分析的特点 用样量小。用样量小。FAAS进样量为进样量为3 mLmin-16mLmin-1,采采 用微量进样时甚至可以小至用微量进样时甚至可以小至10L 50L。GFAAS液液 体进样量为体进样量为10L 20L
13、,固体进样量为毫克量级。,固体进样量为毫克量级。仪器设备相对比较简单,操作简便,易于掌握。仪器设备相对比较简单,操作简便,易于掌握。主要用于单元素的定量分析。主要用于单元素的定量分析。原子吸收是原子吸收是动态测量动态测量,不能用,不能用固定固定校正曲线定校正曲线定 量;光度分析是平衡测量,通常可用量;光度分析是平衡测量,通常可用固定固定校正校正 曲线定量曲线定量。原子吸收不宜用原子吸收不宜用单点法单点法校正校正(标准曲线重置标准曲线重置,浓度直浓度直 读读),光度分析一般是允许这样做的,光度分析一般是允许这样做的。n原子由原子核和核外电子所组成。原子的能原子由原子核和核外电子所组成。原子的能量
14、是量子化的,形成一个一个的能级。在不量是量子化的,形成一个一个的能级。在不受到外界扰动的情况下,原子处于稳定的基受到外界扰动的情况下,原子处于稳定的基态。态。n基态原子受到加热、吸收辐射、或与其他粒基态原子受到加热、吸收辐射、或与其他粒子进行非弹性碰撞而吸收能量。当辐射频率子进行非弹性碰撞而吸收能量。当辐射频率与原子中的电子由基态跃迁到第一激发态与原子中的电子由基态跃迁到第一激发态所需要的能量所需要的能量EE相匹配时,发生共振吸收,相匹配时,发生共振吸收,产生该种原子特征的原子吸收光谱。产生该种原子特征的原子吸收光谱。n原子吸收光谱通常位于光谱的紫外区和可见原子吸收光谱通常位于光谱的紫外区和可
15、见区。区。2 原子吸收光谱的产生原子吸收光谱的产生2 原子吸收光谱的属性原子吸收光谱的属性原子吸收光谱的波长原子吸收光谱的波长n原子吸收光谱的波长和频率由产生跃迁的两能级的能量差E决定,-波长,-频率,c-光速,h-普朗克常数。原子光谱波长是进行光谱定性分析的依据。3 原子吸收光谱的属性原子吸收光谱的属性原子吸收光谱的谱线数目原子吸收光谱的谱线数目n元素谱线的数目直接取决于原子能级的数目n,原子发射谱线的数目 n原子吸收光谱只是电子由原子基态向第一激发态跃迁产生的共振吸收,谱线很少,一般不存在谱线重叠干扰。譜线轮廓譜线轮廓n谱线轮廓是指各单色光强度随频率(或波长)的变化曲线。表示吸收线轮廓特征
16、的参数是吸收线的中心频率或中心波长与中心频率或中心波长与半宽度半宽度中心频率或波长是指极大吸收系数所对应的频率和波长,吸收线的半宽度 是指最大吸收系数吸收系数一半 处的谱线轮廓上两点 间的频率(或波长)差,以1/2或1/2表示 譜线轮廓譜线轮廓n吸收线的宽度包括自然宽度,热变宽、碰撞吸收线的宽度包括自然宽度,热变宽、碰撞变宽、场效应变宽。主要是热变宽和碰撞变变宽、场效应变宽。主要是热变宽和碰撞变宽。在通常的原子吸收光谱分析条件下可以宽。在通常的原子吸收光谱分析条件下可以不予考虑场效应展宽。不予考虑场效应展宽。n碰撞变宽引起谱线轮廓碰撞变宽引起谱线轮廓非对称化和分布极大非对称化和分布极大的红移的
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