原子吸收分光光度法的基本理论课件.ppt
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1、 第第二章二章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法1教 学 内 容方法简介方法简介第一节第一节 原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理第二节第二节 原子吸收分光光度计结构与工作原理原子吸收分光光度计结构与工作原理第三节第三节 原子吸收定量分析方法原子吸收定量分析方法第四节第四节 原子吸收实验技术原子吸收实验技术2原子吸收分光光度法简介 v 原子吸收分光光度法亦称原子吸收分光光度法亦称原子吸收光谱法原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry,AAS)atomic absorption spectrometry,AAS)v 定义:利用定义:利用原子吸收分光
2、光度计原子吸收分光光度计测测定物质的定物质的原子原子对对特定的光特定的光的吸收程度的吸收程度来进行定量的分析方法。来进行定量的分析方法。3原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计45原子吸收分析示意图原子吸收分析示意图光光源源(发发射射特特征征谱谱线线)原原子子化化器器(试试样样转转化化为为原原子子蒸蒸气气)分分光光系系统统(分离特征谱线)(分离特征谱线)检测系统检测系统 (信号转换、放大、显示)(信号转换、放大、显示)6p 灵敏度高,检出限低灵敏度高,检出限低:火焰法火焰法1 1 ngng/ml/ml级,石墨炉法级,石墨炉法1010-1010-10-10-14-14g g。p 准确度高准确度高:
3、火焰法误差火焰法误差1%1%,石墨炉法石墨炉法3 35 5。p 选择性好选择性好:共存成分的干扰小,不经分离可直接测定:共存成分的干扰小,不经分离可直接测定p 操作简便,分析速度快操作简便,分析速度快p 应用广泛应用广泛:可测定的元素达:可测定的元素达7070多个多个 ,应用于化工、医,应用于化工、医药、环境、食品、农业等领域。药、环境、食品、农业等领域。p 分析不同元素,必须使用不同元素灯。分析不同元素,必须使用不同元素灯。p 有些元素,如钍、铪、铌、钽等的灵敏度比较低。有些元素,如钍、铪、铌、钽等的灵敏度比较低。p 对于复杂样品需要进行化学预处理。对于复杂样品需要进行化学预处理。原子吸收光
4、谱法特点原子吸收光谱法特点7一、一、原子吸收光谱的产生原子吸收光谱的产生二、二、原子吸收光谱线的特征原子吸收光谱线的特征三、三、原子吸收值与元素浓度的关系原子吸收值与元素浓度的关系四、四、与与UVUVVisVis的比较的比较第一节第一节 原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理81.1.基态与激发态基态与激发态 基态基态:原子所处的能量最低的稳定状态:原子所处的能量最低的稳定状态 激发态激发态:原子的最外层电子吸收一定能量后跃迁至:原子的最外层电子吸收一定能量后跃迁至较高的能级,此时原子所处的状态为激发态。较高的能级,此时原子所处的状态为激发态。一、原子吸收光谱的产生一、原子吸收光谱的产生
5、9Pauling近似能级图近似能级图10u 跃迁所需的能量为原子中的电子能级差跃迁所需的能量为原子中的电子能级差 E=E*E=E*E E0 0u 原子产生吸收光谱必须满足:原子产生吸收光谱必须满足:E=E*E=E*E E0 0=h=h=hchc/当有一能量等于当有一能量等于E E的这一特定波长的光辐射通过含的这一特定波长的光辐射通过含有有基态原子基态原子的蒸气时,基态原子就吸收了该辐射的能的蒸气时,基态原子就吸收了该辐射的能量而跃迁到量而跃迁到激发态激发态,引起入射光光强度的变化产生原,引起入射光光强度的变化产生原子吸收光谱。子吸收光谱。基态:基态:原子处于最低的能级状态原子处于最低的能级状态
6、E E0 0 激发态:激发态:较高的能级状态较高的能级状态E*E*11将待测物质由分子或离子转化为将待测物质由分子或离子转化为基态原子基态原子 的过程的过程 溶液溶液(分子或离子(分子或离子)雾化器雾化器雾滴雾滴气态分子气态分子火焰火焰气态原子气态原子火焰火焰2.2.原子化原子化12 在外加光能作用下,原子最外层电子吸收一定能量跃在外加光能作用下,原子最外层电子吸收一定能量跃迁至激发态,根据迁至激发态,根据 E=E=hchc/,不同能级差对应不同的谱线波不同能级差对应不同的谱线波长,形成了长,形成了原子光谱(线状光谱)原子光谱(线状光谱)如:铜原子光谱如:铜原子光谱 324.8nm324.8n
7、m、222.6nm 296.1nm222.6nm 296.1nm、213.6nm213.6nm3.3.原子光谱原子光谱p吸吸收收光光谱谱:当当电电子子吸吸收收一一定定能能量量从从基基态态跃跃迁迁到到激激发发态态时时所所产生的吸收谱线,产生的吸收谱线,p发发射射光光谱谱:当当电电子子从从激激发发态态跃跃回回基基态态时时,则则发发射射出出同同样样频率的光辐射,其对应的谱线为发射光谱。频率的光辐射,其对应的谱线为发射光谱。基态基态激发态激发态共振吸收共振吸收共振发射共振发射134.4.原子吸收光谱的产生原子吸收光谱的产生vv原子与分子一样原子与分子一样原子与分子一样原子与分子一样,吸收特定能量后吸收
8、特定能量后吸收特定能量后吸收特定能量后,产生基态产生基态产生基态产生基态激发态跃激发态跃激发态跃激发态跃 迁;产生原子吸收光谱,即迁;产生原子吸收光谱,即迁;产生原子吸收光谱,即迁;产生原子吸收光谱,即共振吸收共振吸收共振吸收共振吸收。vv原子由基态原子由基态原子由基态原子由基态第一激发态的跃迁第一激发态的跃迁第一激发态的跃迁第一激发态的跃迁,最易发生。最易发生。最易发生。最易发生。vv每种原子的核外电子能级分布不同,当产生由基态每种原子的核外电子能级分布不同,当产生由基态每种原子的核外电子能级分布不同,当产生由基态每种原子的核外电子能级分布不同,当产生由基态第第第第 一激发态的跃迁时,只能一
9、激发态的跃迁时,只能一激发态的跃迁时,只能一激发态的跃迁时,只能吸收特定频率的辐射能量。吸收特定频率的辐射能量。吸收特定频率的辐射能量。吸收特定频率的辐射能量。溶液中的溶液中的溶液中的溶液中的金属离子化合物金属离子化合物金属离子化合物金属离子化合物在高温下能够解离成在高温下能够解离成在高温下能够解离成在高温下能够解离成原子蒸气原子蒸气原子蒸气原子蒸气,两种形态间存在定量关系。两种形态间存在定量关系。两种形态间存在定量关系。两种形态间存在定量关系。光强度的变化符合光强度的变化符合光强度的变化符合光强度的变化符合朗伯朗伯朗伯朗伯-比耳定律比耳定律比耳定律比耳定律,进行定量分析。,进行定量分析。,进
10、行定量分析。,进行定量分析。141.1.共振线与分析线共振线与分析线共振线共振线:电子从:电子从基态基态跃迁至跃迁至第一激发态第一激发态时所产生的吸收谱线,时所产生的吸收谱线,也称也称共振吸收线共振吸收线、最灵敏线最灵敏线。分析线分析线:在实际测定中选用的谱线:在实际测定中选用的谱线(测定波长测定波长),一般选共振线,有),一般选共振线,有时选其它分析线。时选其它分析线。共振线是共振线是元素的特征谱线元素的特征谱线,共振线是元素所有谱线中最灵敏谱线。共振线是元素所有谱线中最灵敏谱线。基态基态激发态激发态共振吸收共振吸收共振发射共振发射二、原子吸收光谱线的特征二、原子吸收光谱线的特征15吸收光谱
11、的特征波长吸收光谱的特征波长K()共振线共振线 分析线分析线16 最大吸收系数最大吸收系数最大吸收系数最大吸收系数 .谱线中心频率谱线中心频率谱线中心频率谱线中心频率 0 0K Kv vK K0 0K K0 0/2/2.谱线半宽度谱线半宽度谱线半宽度谱线半宽度(10(10-2-2 )原子吸收谱线并不是严格几何意义上的线,而是具有原子吸收谱线并不是严格几何意义上的线,而是具有着一定波长范围的谱线(着一定波长范围的谱线(约为约为0.001-0.005nm)2.2.吸收线的轮廓吸收线的轮廓谱线宽度谱线宽度17三、原子吸收值与元素浓度的关系三、原子吸收值与元素浓度的关系吸收线轮廓中心波长处的吸收系数吸
12、收线轮廓中心波长处的吸收系数K K称为峰值吸收。称为峰值吸收。峰值吸光度峰值吸光度与与基态原子数基态原子数成正比。成正比。在吸收轮廓内将吸收系数在吸收轮廓内将吸收系数K K对频率对频率 进行积分。进行积分。1.1.积分吸收积分吸收2.2.峰值吸收峰值吸收峰值吸光度峰值吸光度的测量可采用的测量可采用锐线光源锐线光源实现。实现。原子吸收线的宽度过窄,测定积分吸收难以实现。原子吸收线的宽度过窄,测定积分吸收难以实现。连续光源连续光源 锐线光源锐线光源183.3.吸吸 收收 定定 律律 在保证样品在保证样品原子化效率恒定原子化效率恒定的前提下,在的前提下,在一定浓度范围一定浓度范围内和内和一定介质厚度
13、一定介质厚度的情况下,的情况下,吸光度与待测元素的浓度成正比例,符合朗吸光度与待测元素的浓度成正比例,符合朗伯伯-比尔定律比尔定律。A=A=kLkLN N=k kc cN为元素的原子数,为元素的原子数,c待测元素的浓度待测元素的浓度19四、四、与与UVUVVisVis的比较的比较p 相同点相同点 均属于吸收光谱分析;均属于吸收光谱分析;均服从光的吸收定律。均服从光的吸收定律。p 不同点不同点原子吸收光谱分析的吸收物质是基态原子蒸气;原子吸收光谱分析的吸收物质是基态原子蒸气;紫外紫外-可见分光光度分析的吸光物质是溶液中的分子或离子;可见分光光度分析的吸光物质是溶液中的分子或离子;原子吸收光谱是线
14、状光谱;原子吸收光谱是线状光谱;紫外紫外-可见吸收光谱是带状光谱。可见吸收光谱是带状光谱。20第二节第二节 原子吸收分光光度计的结构和原理原子吸收分光光度计的结构和原理n主要类型主要类型单光束仪器单光束仪器 双光束仪器双光束仪器n基本组成:基本组成:光源光源原子化器原子化器分光器分光器检测器检测器21作作 用:用:发射出待测元素的发射出待测元素的特征谱线特征谱线要要 求求:能发射待测元素的能发射待测元素的特征谱线特征谱线;发射线宽度远发射线宽度远小于小于原子吸收线宽度;原子吸收线宽度;辐射强度足够大;辐射强度足够大;稳定性好、使用寿命长稳定性好、使用寿命长 。一、光源一、光源22常用光源常用光
15、源-空心阴极灯空心阴极灯23空心阴极灯的工作原理空心阴极灯的工作原理u 阴、阳两极间施加高压,电子在电场中运动与内充的阴、阳两极间施加高压,电子在电场中运动与内充的惰性气体原子碰撞,使之电离,产生带正电的惰性气体原子碰撞,使之电离,产生带正电的气体离子气体离子。u 气体离子在电场中运动,猛烈轰击阴极表面被测元素,气体离子在电场中运动,猛烈轰击阴极表面被测元素,产生产生被测元素被测元素蒸气云(蒸气云(溅射溅射);阴极受热也可导致被测元);阴极受热也可导致被测元素的热素的热蒸发蒸发。u 被轰击出的蒸气元素与受热的电子、离子或原子碰撞被轰击出的蒸气元素与受热的电子、离子或原子碰撞而获得能量而获得能量
16、被激发被激发,发出相应元素的,发出相应元素的特征谱线特征谱线。24重要参数重要参数灯电流灯电流(mAmA)灯电流的选择:灯电流的选择:u 灯电流太高,灯自蚀;消耗灯电流太高,灯自蚀;消耗内充气体,减短寿命;强度不内充气体,减短寿命;强度不稳。稳。u 灯电流太低,强度不够,影灯电流太低,强度不够,影响灵敏度。响灵敏度。u 应通过实验进行选择,一般应通过实验进行选择,一般为为5-10 5-10 mAmA(额定电流的(额定电流的1/2-1/2-2/32/3)。)。使用注意事项:使用注意事项:u 预热预热10-2010-20分钟,分钟,使灯的发射强度稳定。使灯的发射强度稳定。u 每测一种元素需每测一种
17、元素需更更换换相应的灯。相应的灯。25二、原子化系统二、原子化系统作作 用:用:提供能量使样品干燥、蒸发并原子化,产生提供能量使样品干燥、蒸发并原子化,产生原子蒸气。原子蒸气。要要 求:求:原子化效率高(效率高原子化效率高(效率高-灵敏度高);灵敏度高);稳定性好;稳定性好;低干扰水平;低干扰水平;安全、耐用,操作方便。安全、耐用,操作方便。样品样品蒸发、原子化蒸发、原子化是原子吸收分析关键之一。是原子吸收分析关键之一。26 常用的原子化系统常用的原子化系统z火焰原子化器火焰原子化器z石墨炉原子化器石墨炉原子化器z汞低温原子化器汞低温原子化器z氢化物发生原子化器氢化物发生原子化器271.预混合
18、型火焰原子化器结构预混合型火焰原子化器结构 雾化器雾化器 雾化室雾化室 燃烧器燃烧器28雾雾 化化 器器 雾化器结构图雾化器结构图 试液经毛细管吸入,试液经毛细管吸入,被被高速助燃气流高速助燃气流分散分散成雾滴,喷出的雾滴成雾滴,喷出的雾滴经节流管碰在撞击球经节流管碰在撞击球上,进一步分散成细上,进一步分散成细雾。雾。29燃燃 烧烧 器器 火焰的作用是使进入火焰的作用是使进入火焰的气溶胶蒸发和原火焰的气溶胶蒸发和原子化,样品原子化主要子化,样品原子化主要在火焰在火焰第一反应区第一反应区和和中中间薄层区间薄层区进行。进行。302.试样在火焰原子化系统中的物理化学过程试样在火焰原子化系统中的物理化
19、学过程样品溶溶液液喷喷雾雾湿气溶胶干气溶胶蒸气云试试液液细细滴滴分分散散去去溶溶胶胶原原子子化化离子、离子离子、离子*原子、原子原子、原子*分子、分子分子、分子*雾化器雾化器雾化室雾化室预热区预热区第一反应区第一反应区中间薄层区中间薄层区313.化学火焰的重要特性化学火焰的重要特性火焰温度:火焰温度:不同类型的火焰温度不同,根据待测不同类型的火焰温度不同,根据待测元素的物理化学特性选择火焰温度。元素的物理化学特性选择火焰温度。燃气燃气助燃气助燃气最高燃烧温度最高燃烧温度/K/K乙炔乙炔空气空气氧气氧气2430243031603160氢气氢气空气空气氧气氧气2318231829332933煤气煤
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