第十七章原子吸收光谱法.ppt
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1、第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法 AtomicAbsorptionSpectrometry(AAS)第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法(AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS)二十世纪初利用原子吸收现象研究天体,二十世纪初利用原子吸收现象研究天体,星际间化学组成星际间化学组成 NaD2Hg253.7nmWoodsonR.(1902)原子吸收分析法比原子发射光谱法晚了原子吸收分析法比原子发射光谱法晚了100100年左右年左右 (A.Walsh1955年才解决年才解决)第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法(AtomicAbsorptionSpect
2、rometry,AAS)二十世纪中叶二十世纪中叶 原子吸收分析法建立,并迅速发展。原子吸收分析法建立,并迅速发展。1955年年澳大利亚澳大利亚A.Walsh发表发表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,展示仪器。,展示仪器。荷兰荷兰J.T.J.Alkemade同期独立设计仪器同期独立设计仪器火焰作光源。火焰作光源。1961年年苏联苏联.非火焰原子吸收法非火焰原子吸收法1965年年英国英国J.B.Willis氧化亚氮氧化亚氮-乙炔火焰采用乙炔火焰采用从从30个元素个元素6070个。个。AASAAS的发展巳成为化学实验室元素定量分析常规武器的发展巳成为化学实验室元素定量分析
3、常规武器第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法(AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS)国内发展国内发展:1963年年化学通报介绍第一篇文章化学通报介绍第一篇文章1964年年蔡祖泉蔡祖泉教授造成第一个空心阴极灯教授造成第一个空心阴极灯1965年年冶金部有色金属研究院组装成功第一台测量装置冶金部有色金属研究院组装成功第一台测量装置1971年年国内开始生产原子吸收光谱仪随后广泛使用国内开始生产原子吸收光谱仪随后广泛使用优点:优点:1 1、灵敏度、灵敏度 2 2、选择性好、选择性好 3 3、测量元素广、测量元素广 4 4、操作便利、操作便利缺点:缺点:每测一个元素要使用
4、一个(空心阴极)灯、麻烦每测一个元素要使用一个(空心阴极)灯、麻烦第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法(AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS)17-1原理原理17-2仪器仪器17-3方法的其它技术方法的其它技术17-4干扰问题干扰问题17-5原子荧光光谱法原子荧光光谱法(自学自学)第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理 1 1、方法概要、方法概要 物质产生原子蒸气对特定谱线的吸收作用进行定量分析物质产生原子蒸气对特定谱线的吸收作用进行定量分析装置装置MgMg+Mg0285.2nm空气阴极灯空气阴极灯 单色光器单色光器 光电检测器光电检测器
5、记录指示记录指示 原子化器原子化器 乙炔乙炔 空气空气 MgMg+第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2 2、原子谱线的讨论、原子谱线的讨论 (1 1)原子谱线的描述)原子谱线的描述 激发态激发态 Ei=E0+h 吸收吸收 h h 发射发射 基态基态 E E0 0 描述方法描述方法 I,KI,K K K0 0 谱线波长谱线波长0 0 谱线形状谱线形状 (半宽度、线宽(半宽度、线宽)K K0 0/2/2 谱线强度谱线强度 I I 与分子光谱有很大差别!与分子光谱有很大差别!0 0 第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论
6、(2 2)原子吸收光谱线与原子发射光谱线的比较)原子吸收光谱线与原子发射光谱线的比较 A.A.原子吸收线的谱线数目少,光谱简单原子吸收线的谱线数目少,光谱简单 任何两能级间发射谱线数任何两能级间发射谱线数 Nem=n/(n-2)2=n(n-1)/2n2/2 当原子能级数当原子能级数 n n 很大时很大时 涉及基态有关的跃迁,即吸收谱线数涉及基态有关的跃迁,即吸收谱线数 Nabs=n=(2Nem)1/2结果结果:吸收谱线间的重叠几率小,重叠干扰可不考虑:吸收谱线间的重叠几率小,重叠干扰可不考虑 即选择性好即选择性好第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原
7、子谱线的讨论(2 2)原子吸收光谱线与原子发射光谱线的比较)原子吸收光谱线与原子发射光谱线的比较 从热平衡条件下,从热平衡条件下,Boltzman分布可见分布可见 ni/n0=(gi/g0)exp(-Ei/kT)g=2J+I书中表达式书中表达式17-1计算,一般温度下,原子绝大多数处基态计算,一般温度下,原子绝大多数处基态B.B.原子吸收光谱中参与产生吸收光谱的基态原子数原子吸收光谱中参与产生吸收光谱的基态原子数原子总数原子总数测量灵敏度较高测量灵敏度较高 温度对温度对ni,n0为指数影响,数值大的为指数影响,数值大的n0影响小。影响小。C.C.占原子总数多数的基态受湿度等外界条件影响较小,而
8、占少占原子总数多数的基态受湿度等外界条件影响较小,而占少 激发态温度影响较大激发态温度影响较大原子核吸收测量具有更好的精密度原子核吸收测量具有更好的精密度准确度准确度第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3 3)关于原子谱线的宽度)关于原子谱线的宽度 要比分子吸收光谱峰(要比分子吸收光谱峰(50nm约)小得多约)小得多小多少?小多少?由什么决定?由什么决定?对原子吸收光谱法建立致关重要!对原子吸收光谱法建立致关重要!A.原子谱线宽度原子谱线宽度T=D2+(N+L)21/20.0010.00110-50.0010.01nm0.005nm1
9、0-6nm0.01nm 多普勒变宽多普勒变宽 洛仑茨变宽洛仑茨变宽第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3 3)关于原子谱线的宽度)关于原子谱线的宽度 B.多普勒变宽多普勒变宽D:原子无规则热运动结果原子无规则热运动结果T1/(原子量)原子量)1/2与与P压压无关无关 0 0 特点特点:a.谱线中心波长不变谱线中心波长不变b.谱线峰值下降面积不变谱线峰值下降面积不变c.变大变大第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3 3)关于原子谱线的宽度)关于原子谱线的宽度 C.压力变宽(碰撞
10、变宽)压力变宽(碰撞变宽)洛仑茨变宽洛仑茨变宽赫鲁兹马克变宽(共振变宽)赫鲁兹马克变宽(共振变宽)洛仑茨变宽洛仑茨变宽L被测原子与其它粒子碰撞被测原子与其它粒子碰撞,使激发态原子存在时间变短使激发态原子存在时间变短,能能级稍微变化,谱线变宽级稍微变化,谱线变宽P压压1/(T)1/2与原子量有关与原子量有关0 0 特点:特点:a.变宽变宽b.0位移、与外部气体性质有关位移、与外部气体性质有关c.不对称不对称第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3 3)关于原子谱线的宽度)关于原子谱线的宽度 赫鲁兹马克变宽(共振变宽)赫鲁兹马克变宽(共振变
11、宽)发生在同种原子之间碰撞引起变宽发生在同种原子之间碰撞引起变宽 通常通常被测原子蒸气压被测原子蒸气压0.01mm-Hg引起变宽不考虑引起变宽不考虑0.01mm-Hg会使校正会使校正Ac曲线弯向浓度曲线弯向浓度c 轴轴第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3)原子吸收的定量关系式)原子吸收的定量关系式 A、原子吸收谱线的积分吸收值与原子浓度关系原子吸收谱线的积分吸收值与原子浓度关系 电子电荷电子电荷 吸收振子强度吸收振子强度 k k d d=S SNN0 0=(=(ee2 2/m cm c)f f N N0 0 原子吸收光量子原子吸收光
12、量子 电子质量电子质量 光速光速 单位体积内单位体积内 的有效截面的有效截面 电偶极子电偶极子 吸收的原子数吸收的原子数 电荷大小相等、符号相反的两个点电荷电荷大小相等、符号相反的两个点电荷 +-+-固定位置固定位置 电子电子 质量大质量大 在正电荷周围振动在正电荷周围振动第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3)原子吸收的定量关系式)原子吸收的定量关系式 B、原子吸收测量的实际方法原子吸收测量的实际方法积分吸收测量的实际困难积分吸收测量的实际困难 需需 单单0.0010.001 0.0001 0.0001 nmnm扫描单色扫描单色器的
13、谱线宽度器的谱线宽度宽度宽度谱线谱线/10 /10 原子谱线原子谱线 0.01 0.01 0.001 nm 0.001 nm第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3)原子吸收的定量关系式)原子吸收的定量关系式 B、原子吸收测量的实际方法原子吸收测量的实际方法按传统方式按传统方式 连续光源连续光源+单色器单色器 计算可能性计算可能性 例例 0 0=500=500nmnm 单单=0.0005=0.0005nmnm R=500/0.0005=10R=500/0.0005=106 6如果棱镜要达到以上分辨率、要多大如果棱镜要达到以上分辨率、要多
14、大若取若取 dn/ddn/d=1.510=1.510-4 -4 则则 R=bR=b(dn/ddn/d)b=10 b=106 6/1.5101.510-4-4 =6.710=6.7109 9nmnm7m 7m 不现实不现实!分子光谱分子光谱 谱线谱线=50=50 nm nm 单单=谱线谱线/10=5/10=5 nm nm R=R=0 0/单单 =500/5=100 500/5=100 b b=R/R/(dn/ddn/d)=6.710 =6.7105 5nmnm1mm1mm第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论(3)原子吸收的定量关系式)原子
15、吸收的定量关系式 B、原子吸收测量的实际方法原子吸收测量的实际方法解决矛盾的思路解决矛盾的思路在一般测量条件在一般测量条件T:100030000K谱线中心受多普勒效应支配谱线中心受多普勒效应支配P:1atm谱线两翼受洛仑兹效应支配谱线两翼受洛仑兹效应支配在被测原子浓度很小在被测原子浓度很小在无火焰原子化(真空或低压下)在无火焰原子化(真空或低压下)多普勒效应主要多普勒效应主要即即absabs=D D K0=(2 20 0/D D)(ln2/)1/2(ee2 2/m cm c)f f N N0 0成立成立!S理论上理论上19551955年年WalshWalsh提出提出 在温度不太高的条件下(稳定
16、火在温度不太高的条件下(稳定火焰)峰值吸收焰)峰值吸收K K0 0(即原子吸收谱线中心波长处的吸收系数)与火即原子吸收谱线中心波长处的吸收系数)与火焰中被测原子浓度焰中被测原子浓度N N0 0也成线性关系。也成线性关系。第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法17-1原理原理2.2.原子谱线的讨论原子谱线的讨论 (3)原子吸收的定量关系式)原子吸收的定量关系式B.原子吸收测量的实际方法原子吸收测量的实际方法据朗白定律据朗白定律I =I0exp(-K0L)A=lg(I0/I)=0.4343K0L=0.4343(20/D).(ln2/)1/2(e2/m c)fLN0N0=c溶液中组份溶液中组份c
17、稳定地转化为原子浓度稳定地转化为原子浓度N0 A=K c原子吸收定量关系式原子吸收定量关系式恒定恒定 关键关键a a 温度温度 b b进样方式进样方式 c c火焰中的光程恒定火焰中的光程恒定实践上实践上解决峰值吸收测量,需要获得极窄谱带的辐射解决峰值吸收测量,需要获得极窄谱带的辐射空心阴极灯空心阴极灯气体放电灯气体放电灯172原子吸收仪器原子吸收仪器第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法172原子吸收仪器原子吸收仪器1、总体设计、总体设计A.类型类型单光束单光束双光束双光束第第17章章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法172原子吸收仪器原子吸收仪器1、总体设计、总体设计B.与紫外可见分光光度计
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- 第十七 原子 吸收光谱
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