原子吸收光谱法(精)教程文件.ppt

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1、原子吸收光谱法原子吸收光谱法(精精)l原子吸收光谱分析简史及工作原理原子吸收光谱分析简史及工作原理l原子吸收光谱仪简介原子吸收光谱仪简介l实验实验“火焰原子吸收光谱法测定钙火焰原子吸收光谱法测定钙时磷酸根的干扰和消除时磷酸根的干扰和消除”1.原子吸收光谱分析简史18世纪初发现原子吸收现象世纪初发现原子吸收现象。1955年澳大利亚物理学家年澳大利亚物理学家A.walsh发表了著名发表了著名论文论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用原子吸收光谱在化学分析中的应用”，奠，奠定了原子吸收光谱分析法的理论基础。定了原子吸收光谱分析法的理论基础。19591961年前苏联学者年前苏联学者Lvov将电热石墨炉将

2、电热石墨炉原子化法引进原子吸收分析。原子化法引进原子吸收分析。1965年年J.B.willis成功地将氧化亚氮成功地将氧化亚氮-乙炔火焰乙炔火焰用于原子吸收，为原子吸收分析开辟了一个崭用于原子吸收，为原子吸收分析开辟了一个崭新的途径。新的途径。19611961年在美国年在美国(PE(PE公司公司)生产出第一台商品仪器。生产出第一台商品仪器。19651965年我国吴廷照等组装成功了首台实验室型原年我国吴廷照等组装成功了首台实验室型原子吸收光谱仪。子吸收光谱仪。19691969由北京科学仪器厂与北京矿冶研究院、北京由北京科学仪器厂与北京矿冶研究院、北京有色金属研究院研制成我国首台原子吸收光谱仪。有

3、色金属研究院研制成我国首台原子吸收光谱仪。19701970年由北京第二光学仪器厂实现商品化。年由北京第二光学仪器厂实现商品化。19701970年美国年美国PEPE公司推出世界上第一台石墨炉原子公司推出世界上第一台石墨炉原子吸收光谱仪商品仪器。吸收光谱仪商品仪器。8080年代以后我国试制成功石墨炉原子化器，开始年代以后我国试制成功石墨炉原子化器，开始生产无火焰原子吸收光谱仪。生产无火焰原子吸收光谱仪。2.原子吸收光谱法的工作原理 原子吸收光谱法，又称原子吸收分光光原子吸收光谱法，又称原子吸收分光光度法，是基于从光源发出的被测元素特度法，是基于从光源发出的被测元素特征辐射通过元素的原子蒸气时被其基

4、态征辐射通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸收，由辐射的减弱程度测定元素原子吸收，由辐射的减弱程度测定元素含量的一种现代仪器分析方法。含量的一种现代仪器分析方法。原子吸收分析示意图3.原子吸收光谱仪简介l光源光源l原子化系统原子化系统l光学系统光学系统l检测系统检测系统3.1 光源光源 光源的作用是发射待测元素的特征光谱，以光源的作用是发射待测元素的特征光谱，以供试样吸收之用。供试样吸收之用。（1）能辐射待测元素的能辐射待测元素的共振线共振线，并且具有足，并且具有足够的强度，以保证有足够的信噪比。够的强度，以保证有足够的信噪比。（2 2）能辐射锐线，即发射线的半宽度比吸收）能辐射锐线，即发射线的

5、半宽度比吸收线的半宽度窄得多，否则测出的不是峰值吸线的半宽度窄得多，否则测出的不是峰值吸收。收。（3 3）光光谱谱纯纯度度高高，背背景景低低，在在仪仪器器光光谱谱通通带带内无其他的干扰谱线。内无其他的干扰谱线。（4 4）辐射能量稳定性好，使用寿命长。）辐射能量稳定性好，使用寿命长。空心阴极灯的结构示意图3.2 原子化系统 原子化系统的作用是提供能量，使样品中的分析物干燥，蒸发并转为气态原子，原子化的方法分火焰和无火焰两种。图图3-33-3火焰原子化器火焰原子化器 预混合型火焰原子化器预混合型火焰原子化器（1）乙炔-空气火焰 化学计量化学计量的空气的空气-乙炔火焰，燃助比乙炔火焰，燃助比1414

6、，火焰稳定，温度较高，背景低，噪声小，适用于火焰稳定，温度较高，背景低，噪声小，适用于测定许多元素。测定许多元素。贫燃性贫燃性空气空气-乙炔火焰，燃助比小于乙炔火焰，燃助比小于1616，火焰燃烧高度较低，由于燃烧充分，温度较高，火焰燃烧高度较低，由于燃烧充分，温度较高，但还原性差，仅适用于不易氧化的元素，如但还原性差，仅适用于不易氧化的元素，如AgAg、CuCu、NiNi，CoCo、PdPd等。等。富燃性富燃性空气空气-乙炔火焰，燃助比大于乙炔火焰，燃助比大于1313，火焰燃烧高度较高，温度较贫燃性火焰低，噪声火焰燃烧高度较高，温度较贫燃性火焰低，噪声大，由于燃烧不完全，火焰呈强还原性气氛，适

7、大，由于燃烧不完全，火焰呈强还原性气氛，适用于测定较易形成难熔氧化物的元素如用于测定较易形成难熔氧化物的元素如MoMo，CrCr，稀土等。稀土等。（2）氧化亚氮-乙炔火焰氧化亚氮氧化亚氮-乙炔火焰的燃烧反应为：乙炔火焰的燃烧反应为：5N 5N2 2O 5NO 5N2 2+5/2O+5/2O2 2 C C2 2H H2 2+5/2 O+5/2 O2 2 2CO 2CO2 2+H+H2 2O O 火焰温度高达火焰温度高达30003000，火焰中含有，火焰中含有C C、COCO、CNCN、NHNH等成分，因而具有强还原气氛，使许多离解等成分，因而具有强还原气氛，使许多离解能较高的难离解元素氧化物原子

8、化，由于火焰能较高的难离解元素氧化物原子化，由于火焰温度高，可消除在空气乙炔火焰中可能存在的温度高，可消除在空气乙炔火焰中可能存在的某些化学干扰。某些化学干扰。非火焰原子化器非火焰原子化器 常用的非火焰原子化器是管式石墨炉原子化常用的非火焰原子化器是管式石墨炉原子化器，管式石墨炉是用石墨管做成，将样品用进器，管式石墨炉是用石墨管做成，将样品用进样器定量注入到石墨管中，并以石墨管作为电样器定量注入到石墨管中，并以石墨管作为电阻发热体，通电后迅速升温，使试样达到原子阻发热体，通电后迅速升温，使试样达到原子化目的，它由加热电源、保护气控制系统和石化目的，它由加热电源、保护气控制系统和石墨管状炉组成。

9、墨管状炉组成。石墨炉的优点是：试样原子化效率高，灵石墨炉的优点是：试样原子化效率高，灵敏度比火焰法高，样品用量少，可直接固体进敏度比火焰法高，样品用量少，可直接固体进样，原子化温度可自由调节。样，原子化温度可自由调节。石墨炉缺点：装置复杂，背景吸收大，噪石墨炉缺点：装置复杂，背景吸收大，噪声大，测定重现性不好，精度差。声大，测定重现性不好，精度差。3.3 光学系统（1 1）外光路系统）外光路系统 使光源发出的共振线能正确地通过被使光源发出的共振线能正确地通过被测试样的原子蒸气，并投射到单色器的狭测试样的原子蒸气，并投射到单色器的狭缝上。缝上。（2 2）分光系统（单色器）分光系统（单色器）主要由

10、色散元件（光栅或棱镜）、反主要由色散元件（光栅或棱镜）、反射镜、入射和出射狭缝等组成，其作用是射镜、入射和出射狭缝等组成，其作用是将待测元素的共振线和其他谱线分开。将待测元素的共振线和其他谱线分开。原子吸收分光光度计光路示意图原子吸收分光光度计光路示意图1.1.空心阴极灯；空心阴极灯；2 2，4.4.透镜；透镜；3.3.原子化器；原子化器；5.5.检测器检测器6.6.狭缝；狭缝；7.7.光栅；光栅；8.8.反射镜；反射镜；9.9.旋转反射镜；旋转反射镜；10.10.半反射镜半反射镜3.4 3.4 检测系统检测系统 检测系统包括检测器和信号处理，检测系统包括检测器和信号处理，显示记录部件。检测器

11、通常是光电倍增显示记录部件。检测器通常是光电倍增管，它是一种利用二次电子发射放大光管，它是一种利用二次电子发射放大光电流来将微弱的光信号转变为电信号的电流来将微弱的光信号转变为电信号的器件。由一个光电发射阴极（光敏阴极）器件。由一个光电发射阴极（光敏阴极），一个阳极以及若干级倍增级（打拿级），一个阳极以及若干级倍增级（打拿级）所组成。所组成。测定条件的选择测定条件的选择l分析线的选择l光谱通带宽度的选择l空心阴极灯工作电流的选择l燃烧器高度的调节l原子化条件的选择4 原子吸收光谱分析的应用4.1在环境分析领域中的应用 火焰法可测定水、海水、冶金废水及火焰法可测定水、海水、冶金废水及土壤消解液和

12、固体废物浸出液的土壤消解液和固体废物浸出液的Cu,Zn,Cu,Zn,Pb,Cd,Pb,Cd,总总Cr,Fe,Co,Ni,Mn,AgCr,Fe,Co,Ni,Mn,Ag等重金属及等重金属及碱金属、碱土金属元素。碱金属、碱土金属元素。石墨炉法多用于地表水、饮用水源地石墨炉法多用于地表水、饮用水源地表水及大气颗粒物中重金属元素的监测分表水及大气颗粒物中重金属元素的监测分析。析。4.2 在农业领域中的应用 用于测定土壤、植物、水果、蔬用于测定土壤、植物、水果、蔬菜、食品、饲料和水产品中的微量元菜、食品、饲料和水产品中的微量元素和重金属元素，如素和重金属元素，如K K、NaNa、CaCa、MgMg、CuC

13、u、MnMn、ZnZn、FeFe、MoMo等。等。4.3 在冶金工业方面的应用 钢铁中除分析线处于真空紫外区的钢铁中除分析线处于真空紫外区的C.S.PC.S.P元素外，其它元素几乎都可以用原元素外，其它元素几乎都可以用原子吸收方法测定。子吸收方法测定。钢铁及高温合金钢中的有害杂质元钢铁及高温合金钢中的有害杂质元素，如素，如PbPb、BiBi、AsAs、SbSb、SnSn等，可以采等，可以采用氢化物发生一原子吸收法进行测定。用氢化物发生一原子吸收法进行测定。4.4 在石油工业方面的应用 可以用于原油、中间产品、最终产品和添加剂中金属及润滑油中的金属杂质的分析。4.5 在生物组织方面的应用 生物组

14、织样品包括血液、尿、指生物组织样品包括血液、尿、指甲、人发及软组织、胆汁、内脏等，甲、人发及软组织、胆汁、内脏等，根据样品元素的含量，可采用火焰及根据样品元素的含量，可采用火焰及无焰两种方法测定。主要用来测定无焰两种方法测定。主要用来测定CaCa、MgMg、FeFe、CuCu、ZnZn、PbPb、CrCr、MnMn、NiNi、CdCd、K K等。等。火焰原子吸收法测定钙时磷酸根的干扰和消除原子吸收分析中的干扰l物理干扰物理干扰 l化学干扰化学干扰 l电离干扰电离干扰 l光谱干扰光谱干扰物理干扰 物理干扰是由于试样和参比物不同的物理性物理干扰是由于试样和参比物不同的物理性质如粘度、表面张力、密度

15、等，以及试样在转质如粘度、表面张力、密度等，以及试样在转移、蒸发和原子化过程中的物理性质的的变化移、蒸发和原子化过程中的物理性质的的变化而引起的原子吸收强度变化的效应。而引起的原子吸收强度变化的效应。它是非选它是非选择性干扰。择性干扰。消除物理干扰的主要方法是配制与消除物理干扰的主要方法是配制与被测试样相似组成的标准样品。在不知道试样被测试样相似组成的标准样品。在不知道试样组成和无法匹配试样时，可以采用标准加入法组成和无法匹配试样时，可以采用标准加入法或稀释法来减小和消除物理干扰。或稀释法来减小和消除物理干扰。化学干扰化学干扰 火焰原子吸收分析中最常见的干扰是化学干扰。火焰原子吸收分析中最常见

16、的干扰是化学干扰。化学干扰是一种选择性干扰化学干扰是一种选择性干扰，它是由于液相或气相，它是由于液相或气相中被测元素的原子与干扰物质组分之间形成热力学中被测元素的原子与干扰物质组分之间形成热力学更稳定的化合物，从而影响被测元素化合物的解离更稳定的化合物，从而影响被测元素化合物的解离及其原子化。例如在盐酸介质中测定及其原子化。例如在盐酸介质中测定Ca，Mg时时，若若存在存在PO43-，在较高温度时形成磷酸盐，它们之间的，在较高温度时形成磷酸盐，它们之间的键很强，具有高熔点、难挥发、难解离等特点。即键很强，具有高熔点、难挥发、难解离等特点。即使能够分解，还会形成使能够分解，还会形成CaO，MgO等

17、。这些化合物等。这些化合物的解离要比氯化物困难得多，致使测定结果偏低。的解离要比氯化物困难得多，致使测定结果偏低。克服或抑制化学干扰的方法（1）化学分离干扰物质，可以使用离子交换、）化学分离干扰物质，可以使用离子交换、沉淀分离的方法。但是由于以上两种方法的沉淀分离的方法。但是由于以上两种方法的实验过程过于复杂、冗长，抵销了原子吸收实验过程过于复杂、冗长，抵销了原子吸收分析简便快速的特点，在实际使用中并不多分析简便快速的特点，在实际使用中并不多见。萃取分离干扰物质的方法是原子吸收分见。萃取分离干扰物质的方法是原子吸收分析中经常使用的。因为在萃取分离干扰物质析中经常使用的。因为在萃取分离干扰物质的

18、过程中，不仅可以去掉大部分干扰物质，的过程中，不仅可以去掉大部分干扰物质，而且可以起到浓缩被测元素的作用。在原子而且可以起到浓缩被测元素的作用。在原子吸收分析中常用的萃取剂多为醇、酯、酮类吸收分析中常用的萃取剂多为醇、酯、酮类化合物。化合物。（2）高温火焰具有更高的能量，会使在较低温度火焰中稳定的化合物解离。在乙炔在乙炔-空气火焰中测定空气火焰中测定Ca时，存在时，存在PO43-，SO42-会有显著的干扰，但是如果改用乙会有显著的干扰，但是如果改用乙炔炔-氧化亚氮高温火焰，这种干扰就被消除氧化亚氮高温火焰，这种干扰就被消除了。了。（3）加入释放剂 当一些元素易生成热稳定或难解离的化合物时，当一

19、些元素易生成热稳定或难解离的化合物时，可以加入一种试剂，它优先与干扰组分反应，把可以加入一种试剂，它优先与干扰组分反应，把待测元素释放出来，使之有利于原子化，从而消待测元素释放出来，使之有利于原子化，从而消除干扰。例如，磷酸根的存在对钙的测定有严重除干扰。例如，磷酸根的存在对钙的测定有严重干扰，当加入释放剂干扰，当加入释放剂LaCl3后干扰就被消除。这是后干扰就被消除。这是因为：因为：2CaCl2+2H3PO4=Ca2P2O7+4HCl+H2O CaCl2+H3PO4+LaCl3=LaPO4+3HCl+CaCl2（4）加入保护剂 保护剂可以与被测元素形成稳定的配合物，保护剂可以与被测元素形成稳

20、定的配合物，特别是形成多环螯合物。它把被测元素保护起特别是形成多环螯合物。它把被测元素保护起来，防止干扰物质与它作用。例如当在磷酸根来，防止干扰物质与它作用。例如当在磷酸根体系中测定体系中测定Ca时，会产生严重干扰，如果加入时，会产生严重干扰，如果加入保护剂保护剂EDTA则可以消除干扰。这是因为则可以消除干扰。这是因为Ca与与EDTA可以在碱性、中性或不太强的酸性溶液可以在碱性、中性或不太强的酸性溶液中形成一个很稳定的配合物。而且它是一个配中形成一个很稳定的配合物。而且它是一个配阴离子，由于静电互斥作用，使得阴离子，由于静电互斥作用，使得PO43-不能与不能与Ca2+接近，于是可以防止接近，于

21、是可以防止PO43-的干扰。的干扰。保护剂可以与干扰元素生成稳定的保护剂可以与干扰元素生成稳定的配合物，把被测元素孤立起来，于是避配合物，把被测元素孤立起来，于是避免了干扰。例如免了干扰。例如8-羟基喹啉可以抑制铝羟基喹啉可以抑制铝对镁的干扰，因为对镁的干扰，因为8-羟基喹啉与铝形成羟基喹啉与铝形成螯合物螯合物Al(C9H6)N3，把干扰物控制起，把干扰物控制起来，减少了铝的干扰作用。来，减少了铝的干扰作用。当在被测溶液中加入保护剂后，它既当在被测溶液中加入保护剂后，它既与被测元素，又与干扰成分形成稳定的与被测元素，又与干扰成分形成稳定的配合物，把它们二者都控制起来，于是配合物，把它们二者都控

22、制起来，于是消除了干扰。例如消除了干扰。例如AlAl对对MgMg的干扰也可以的干扰也可以通过加入通过加入EDTAEDTA进行消除，因为进行消除，因为EDTAEDTA与与MgMg和和AlAl都起螯合作用，于是避免了干扰。都起螯合作用，于是避免了干扰。电离干扰 当火焰温度较高，能提供足够的能量使原子当火焰温度较高，能提供足够的能量使原子电离而形成离子时，就会发生电离干扰。电离电离而形成离子时，就会发生电离干扰。电离干扰主要发生在电离电位较低的元素上，如碱干扰主要发生在电离电位较低的元素上，如碱金属和部分碱土金属。因为这些元素被离解成金属和部分碱土金属。因为这些元素被离解成基态原子之后，在火焰中还可

23、以继续电离为正基态原子之后，在火焰中还可以继续电离为正离子和自由电子，这样就会使基态原子数减少，离子和自由电子，这样就会使基态原子数减少，降低吸光度，导致灵敏度降低。通常可以采用降低吸光度，导致灵敏度降低。通常可以采用加入电离电位更低的碱金属盐抑制此种干扰。加入电离电位更低的碱金属盐抑制此种干扰。光谱干扰光谱干扰 光谱干扰是由于分析元素吸收线与其光谱干扰是由于分析元素吸收线与其他吸收线或辐射不能完全分离所引起的他吸收线或辐射不能完全分离所引起的干扰，包括谱线重叠，在光谱通带内多干扰，包括谱线重叠，在光谱通带内多于一条吸收线，光谱通带内存在非吸收于一条吸收线，光谱通带内存在非吸收线，分子吸收，光

24、散射等。其中分子吸线，分子吸收，光散射等。其中分子吸收和光散射是形成光谱背景的主要因素。收和光散射是形成光谱背景的主要因素。一、实验内容和步骤一、实验内容和步骤1.溶液的配制溶液的配制 1%HCl1%HCl（体积分数）溶液：移取分析纯盐酸（体积分数）溶液：移取分析纯盐酸（体积分数）溶液：移取分析纯盐酸（体积分数）溶液：移取分析纯盐酸1010毫升，毫升，毫升，毫升，置于置于置于置于10001000毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。100100 g/mLg/mL钙溶液：移取钙溶液：移取钙溶液：移取

25、钙溶液：移取10.0010.00毫升毫升毫升毫升10001000 g/mLg/mL钙钙钙钙标准溶液，置于标准溶液，置于标准溶液，置于标准溶液，置于100100毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至毫升容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。该溶液浓度为刻度。该溶液浓度为刻度。该溶液浓度为刻度。该溶液浓度为100100 g/mLg/mL。100 100 g/mL POg/mL PO4 43-3-溶液：移取溶液：移取溶液：移取溶液：移取10.0010.00毫升毫升毫升毫升10001000 g/mL POg/mL PO4 43-3-标准溶液，置于标准溶液，置于标准

26、溶液，置于标准溶液，置于100100毫升容量瓶中，毫升容量瓶中，毫升容量瓶中，毫升容量瓶中，用蒸馏水用蒸馏水用蒸馏水用蒸馏水稀释至刻度。该溶液浓度为稀释至刻度。该溶液浓度为稀释至刻度。该溶液浓度为稀释至刻度。该溶液浓度为100100 g/mLg/mL。2.测定干扰曲线测定干扰曲线 在在5个个50ml容量瓶中移取容量瓶中移取2.5ml配制好的配制好的Ca溶液（溶液（100 g/mL）和不同量的）和不同量的KH2PO4溶液，溶液，用用1%HCl溶液稀释至刻度，稀释后的溶液稀释至刻度，稀释后的Ca浓度均浓度均为为5 g/mL，PO43-浓度分别为浓度分别为0、2、4、6、8 g/mL。用空白溶液（。

27、用空白溶液（1%HCl）调零，将配）调零，将配制好的溶液依次进行测定，读出吸光度值。制好的溶液依次进行测定，读出吸光度值。序号序号12345Ca浓度浓度（g/mL）55555PO43-浓度浓度（g/mL）02468吸光度吸光度 3.消除干扰曲线消除干扰曲线 另取另取5个个50ml容量瓶，配制容量瓶，配制Sr对对PO43-消除干消除干扰的试样溶液，扰的试样溶液，Ca浓度仍为浓度仍为5 g/mL，含，含PO43-分别为分别为0，10，10，10，10，mg/L，含，含Sr分别为分别为0，25，50，75，100 g/mL，并用上，并用上述述1%HCl溶液稀释至刻度。用空白溶液调零，溶液稀释至刻度。

28、用空白溶液调零，将配制好的溶液依次进行测定，读出吸光度将配制好的溶液依次进行测定，读出吸光度值。值。序号序号1 2 3 4 5 Ca浓度浓度（g/mL）55555PO43-浓度浓度（g/mL）010101010Sr浓度浓度（g/mL）0255075100吸光度吸光度二、数据处理 1.根据所测吸光度值和溶液浓度绘制根据所测吸光度值和溶液浓度绘制PO43-对对Ca的干扰曲线。的干扰曲线。2.根据所测吸光度值和溶液浓度绘制根据所测吸光度值和溶液浓度绘制Sr消消除干扰的曲线。除干扰的曲线。思考题思考题l1在原子吸收光度法中为什么要用待测在原子吸收光度法中为什么要用待测元素的空心阴极灯作为光源？可否用氘元素的空心阴极灯作为光源？可否用氘灯或钨灯代替？为什么？灯或钨灯代替？为什么？l2在本实验中如果不采用加入在本实验中如果不采用加入Sr的方法的方法进行消除干扰，还可以采用何种方法进进行消除干扰，还可以采用何种方法进行消除干扰？为什么？行消除干扰？为什么？结束结束