光谱导论与原子吸收.ppt

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1、关于光谱导论和原子吸收第一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月光谱的概念光谱的概念复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。第二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射(电磁波电磁波)是一种是一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的作为传播媒介的光量子流光量子流，它具有，它具有波、粒二象性。波、粒二象性。波动性：波动性：有反射、衍射、干涉、折射和偏振等现象有反

2、射、衍射、干涉、折射和偏振等现象有反射、衍射、干涉、折射和偏振等现象有反射、衍射、干涉、折射和偏振等现象 微粒性：微粒性：与物质相互作用时有发射和吸收现象与物质相互作用时有发射和吸收现象与物质相互作用时有发射和吸收现象与物质相互作用时有发射和吸收现象 （普朗克公式）（普朗克公式）电磁辐射的二象性：电磁辐射的二象性：左边为粒子性（能量）左边为粒子性（能量）,右边为波动性（用波长、右边为波动性（用波长、波数、频率等物理量表征）。波数、频率等物理量表征）。第三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月电磁波谱电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列：电磁辐射按波长顺序排列波谱名称波谱名称 波长范围波长范围

3、射线射线 0.005 0.17nm X射线射线 0.1 10nm 紫外紫外 10 400nm 可见光可见光 400 760nm 红外红外0.76 1000 m微微 波波 1 1000 mm 无线电波无线电波 1 1000 m 波长波长波长波长长长长长光光谱谱区区波波谱谱区区射线射线 X 射线射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波波长越短，危害越大：波长越短，危害越大：白血病、癌症、生育。白血病、癌症、生育。第四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用吸收光谱法：吸收光谱法：物质吸收光子的能量，从基态跃迁至激发态产生物质

4、吸收光子的能量，从基态跃迁至激发态产生物质吸收光子的能量，从基态跃迁至激发态产生物质吸收光子的能量，从基态跃迁至激发态产生吸收光谱吸收光谱吸收光谱吸收光谱 （Absorption spectrum)Absorption spectrum)。发射光谱法：发射光谱法：物质从激发态返回至低能态或基态，并以光的物质从激发态返回至低能态或基态，并以光的物质从激发态返回至低能态或基态，并以光的物质从激发态返回至低能态或基态，并以光的形式释放能量产生发射光谱形式释放能量产生发射光谱形式释放能量产生发射光谱形式释放能量产生发射光谱(Emission spectrum)(Emission spectrum)电磁

5、辐射不被吸收，分子电磁辐射不被吸收，分子电磁辐射不被吸收，分子电磁辐射不被吸收，分子(原子原子原子原子)极化所需能量被瞬间保留，极化所需能量被瞬间保留，极化所需能量被瞬间保留，极化所需能量被瞬间保留，以辐射的形式放出能量，从而产生以辐射的形式放出能量，从而产生以辐射的形式放出能量，从而产生以辐射的形式放出能量，从而产生散射、反射和折射散射、反射和折射散射、反射和折射散射、反射和折射等现等现等现等现象。象。象。象。1.2.第五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月光谱分析法光谱分析法光谱法：光谱法：当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生能级跃迁，测量由此

6、而产生的辐射能强度及其变化的能级跃迁，测量由此而产生的辐射能强度及其变化的方法称为光谱分析法方法称为光谱分析法 （紫外（紫外-可见光度法、红外光谱可见光度法、红外光谱法）法）非光谱法：非光谱法：利用物质与辐射能相互作用时，电磁波的传利用物质与辐射能相互作用时，电磁波的传播方向、速度等物理性质发生改变所建立的分析方法播方向、速度等物理性质发生改变所建立的分析方法 （如光散射法、旋光法、折射法和干涉法）（如光散射法、旋光法、折射法和干涉法）第六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月光谱法与非光谱法的区别光谱法与非光谱法的区别光谱法：光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/发射光谱法：基于物质原子外

7、层电子能级跃迁（原子吸收分光光度法、原子发射光谱法）。分子吸收/发射光谱法：基于分子外层电子能级跃迁（紫外-可见光度法、红外分光光度法）非非光光谱谱法法：内部能级不发生变化仅测定电磁辐射性质改变（反射、折射、干涉、衍射和偏振）第七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 按作用结果不同分类按作用结果不同分类吸收光谱法吸收光谱法发射光谱法发射光谱法分子光谱法分子光谱法：带状光谱：带状光谱原子光谱法：原子光谱法：线状光谱线状光谱 按物质与辐射能间的转换方向分类按物质与辐射能间的转换方向分类光谱法的分类：光谱法的分类：散射散射光谱法光谱法第八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 按电磁辐射波

8、长分类按电磁辐射波长分类穆斯堡尔光谱法穆斯堡尔光谱法X射线光谱法射线光谱法紫外紫外-可见光谱法可见光谱法红外光谱法红外光谱法电子自旋共振波谱法电子自旋共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法第九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月光谱法仪器光谱法仪器光源光源单色器单色器样品池样品池检测器检测器记录装置记录装置第十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月本章重点本章重点1.熟悉电磁辐射的定义及其基本性质熟悉电磁辐射的定义及其基本性质:二象性的意义；二象性的意义；2.掌握电磁波谱的分区及各类电磁波谱的波长掌握电磁波谱的分区及各类电磁波谱的波长(频率频率)范围和相应的能级跃迁类型；范围和相应的

9、能级跃迁类型；3.掌握电磁波谱的波长、波数、频率以及能量之间的掌握电磁波谱的波长、波数、频率以及能量之间的 相互关系及运算方法；相互关系及运算方法；4.掌握分子光谱和原子光谱、吸收光谱和发射光谱的掌握分子光谱和原子光谱、吸收光谱和发射光谱的 特点和区别；特点和区别；第十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原子吸收光谱法原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectrometry,AAS)第十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月概概 述述原子吸收光谱法原子吸收光谱法：又称原子吸收分光光度法又称原子吸收分光光度法 根据物质的基态原子蒸气对同类原子的特征辐射根据物质的

10、基态原子蒸气对同类原子的特征辐射的吸收作用来进行元素定量分析的方法。的吸收作用来进行元素定量分析的方法。原子吸收光谱分析的基本过程：原子吸收光谱分析的基本过程：如欲测定试样中某元素含量，用该元素的锐线光源发射出特征辐如欲测定试样中某元素含量，用该元素的锐线光源发射出特征辐射，试样在原子化器中被蒸发、解离为气态基态原子，当元素的特征射，试样在原子化器中被蒸发、解离为气态基态原子，当元素的特征辐射通过该元素的气态基态原子区时，元素的特征辐射因被气态基态辐射通过该元素的气态基态原子区时，元素的特征辐射因被气态基态原子吸收而减弱，经过色散系统和检测系统后，测得吸光度，根据吸原子吸收而减弱，经过色散系统

11、和检测系统后，测得吸光度，根据吸光度与被测定元素的浓度线性关系，从而进行元素的定量分析。光度与被测定元素的浓度线性关系，从而进行元素的定量分析。第十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月AAS的特点的特点（1 1）检出限低，灵敏度高）检出限低，灵敏度高 火焰原子吸收法的检出限可达到火焰原子吸收法的检出限可达到ngngmlml-1-1级，石墨级，石墨炉原子吸收法的检出限可达到炉原子吸收法的检出限可达到1010-10-10-10-10-14-14g g。（2 2）准确度好）准确度好 火焰原子吸收法的相对误差为小于火焰原子吸收法的相对误差为小于1%1%，石墨炉原子吸，石墨炉原子吸收法的相对误差

12、一般约为收法的相对误差一般约为3%-5%3%-5%。（3 3）选择性好）选择性好 多数情况下，共存元素对被测元素不产生干扰。多数情况下，共存元素对被测元素不产生干扰。第十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（4 4）分析速度快）分析速度快 用用P-E5000P-E5000型自动原子吸收仪在型自动原子吸收仪在35min35min，能连续测，能连续测定定5050个试样中的个试样中的6 6中元素。中元素。（5 5）应用范围广）应用范围广 可测定的元素多达可测定的元素多达7070余种，可以测定金属、非金余种，可以测定金属、非金属和有机化合物。属和有机化合物。（6）仪器简单，操作方便）仪器简单，

13、操作方便缺点：缺点：难熔元素、非金属元素测定困难、难熔元素、非金属元素测定困难、不能进行多元不能进行多元素同时分析素同时分析AAS的特点的特点第十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月1、原子吸收现象的发现、原子吸收现象的发现 1802年年Wollaston发现太阳光谱的暗线发现太阳光谱的暗线一、历史一、历史这一方法的发展经历了这一方法的发展经历了3 3个发展阶个发展阶段：段：1859年年Kirchhoff和和 Bunson解释了解释了 暗暗线产生的原因线产生的原因第十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月太阳光暗线 暗线是由于大气层中存在的元素的原子对太暗线是由于大气层中存在的元

14、素的原子对太阳光选择性吸收的结果阳光选择性吸收的结果第十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月基于原子吸收原理基于原子吸收原理进行仪器设计的思路进行仪器设计的思路光源光源火焰火焰棱镜棱镜检测装置检测装置第十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月Why are molecular spectra usually measured in absorption,and atomic spectra in emission?There is apparently no good reason to disregard the absorption spectra of atoms.When

15、 a continuum source was used,a resolution of 2 pm（0.002 nm）would be required.The measurement of atomic absorption hence requires line radiation sources.The task of the monochromator is then merely to separate the line used for measurement from other lines emitted by the source.Statements from Sir Al

16、an Walsh:Sir Alan Walsh 1916-1998Walsh的论文“Application of atomic absorption spectrometry to analytical chemistry”第十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月空心阴极灯的发明空心阴极灯的发明-+Ar19551955年年WalshWalsh发表的这一篇论文解决了原子吸收光谱的光源问题，发表的这一篇论文解决了原子吸收光谱的光源问题，随后随后 PE PE 和和 VarianVarian公司推出了原子吸收商品仪器。公司推出了原子吸收商品仪器。第二十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月

17、AAS Research Laboratory Prototype in 1961空心阴极光源火焰棱镜光电管第二十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月电热原子化技术的提出电热原子化技术的提出 19591959年里沃夫提出电热原子化技术，大大提高年里沃夫提出电热原子化技术，大大提高了原子吸收的灵敏度了原子吸收的灵敏度第二十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月AAS的基本原理的基本原理一、共振线一、共振线 1.1.原子的能级与跃迁原子的能级与跃迁 基基态态第第一一激激发发态态,吸吸收收一一定定频频率率的的辐辐射射能能量量。产产生生的的吸吸收收线线叫叫共共振振吸收线（简称共振线）吸收

18、线（简称共振线）吸收光谱吸收光谱 激激发发态态基基态态，发发射射出出一一定定频频率率的的辐辐射射。所所释释放放的的光光线线叫叫共共振振发射线（也简称共振线）发射线（也简称共振线）发射光谱发射光谱 2.2.元素的特征谱线元素的特征谱线 1 1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 跃迁吸收能量不同跃迁吸收能量不同具有特征性具有特征性 2 2）各种元素的基态）各种元素的基态第一激发态第一激发态 最易发生、吸收最强、最灵敏线，最易发生、吸收最强、最灵敏线，特征谱线特征谱线 3 3）AASAAS就是利用处于基态的待测原子蒸气对从光源发射的就是利用处于基态的待测原子

19、蒸气对从光源发射的特特 征谱线征谱线(共振线共振线)的吸收进行定量分析。的吸收进行定量分析。第二十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月二、原子吸收光谱轮廓与谱线变宽二、原子吸收光谱轮廓与谱线变宽 1.1.吸收定律吸收定律Iv=I0exp(-Kvl)I0、Iv分别是频率为分别是频率为v的入射光和透过光的强度；的入射光和透过光的强度；Kv为原子蒸气对频率为为原子蒸气对频率为v的入射光的吸收系数；的入射光的吸收系数；l 为原子蒸气的宽度。为原子蒸气的宽度。AAS的基本原理的基本原理第二十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原原子子结结构构较较分分子子结结构构简简单单，理理论论上上应应

20、产产生生线线状状光光谱谱吸收线。吸收线。实实际际上上用用特特征征吸吸收收频频率率左左右右范范围围的的辐辐射射光光照照射射时时，获得一峰形吸收：具有一定宽度。获得一峰形吸收：具有一定宽度。透射光强度透射光强度Iv 和吸收系数和吸收系数Kv与辐射频率与辐射频率v有关有关.以以Iv与与v 作图作图,以以Kv与与 作图：作图：2.2.吸收线的轮廓和变宽吸收线的轮廓和变宽AAS的基本原理的基本原理第二十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月表征吸收线轮廓（峰）的参数：表征吸收线轮廓（峰）的参数：中心频率中心频率 O(峰值频率峰值频率):最大吸收系数对应的频率最大吸收系数对应的频率中心波长中心波长(

21、nm):最大吸收系数对应的波长最大吸收系数对应的波长半宽度半宽度 O(吸收线宽度吸收线宽度)：峰值吸收值一半处的频率：峰值吸收值一半处的频率 原子吸收线的宽度约为原子吸收线的宽度约为10-3-10-2 nm(折合成波长折合成波长)。AAS的基本原理的基本原理吸收曲线：吸收曲线：K K 为纵坐标，为纵坐标，为横坐标为横坐标第二十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月3.3.吸收峰变宽原因吸收峰变宽原因 自然变宽自然变宽(N N或或N N):):在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度宽度,它与原子发生能级间跃迁时激发态原子的平均寿命它与原子发

22、生能级间跃迁时激发态原子的平均寿命(10-8-10-5 s)有关，寿命越长，则谱线宽度就越窄，有关，寿命越长，则谱线宽度就越窄，自然宽度造成的影响与其他因素相比可以忽略不计。自然宽度造成的影响与其他因素相比可以忽略不计。AAS的基本原理的基本原理第二十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月T为绝对温度，为绝对温度，Ar为相对原子质量。为相对原子质量。温度升高，原子的相对热运动剧烈，热宽度增大。温度升高，原子的相对热运动剧烈，热宽度增大。即使在温度较低时，也比自然宽度要严重，因此必即使在温度较低时，也比自然宽度要严重，因此必须引起注意。须引起注意。多普勒变宽（多普勒变宽（Doppler）(

23、D或或D):):由于原子在空间作无规则热运动所引起的谱线变宽，由于原子在空间作无规则热运动所引起的谱线变宽，因而又称为因而又称为热变宽热变宽。AAS的基本原理的基本原理第二十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月劳伦兹劳伦兹(Lorentz)变宽变宽(L或或L):由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。待测原由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。待测原子和其他原子碰撞，通常子和其他原子碰撞，通常L L为为1010-4-4-10-10-3-3，劳伦兹变宽，劳伦兹变宽随外界气体压力的升高而加剧，有称为压力变宽，随温随外界气体压力的升高而加剧，有称为压力变宽，随温度的升高谱线变宽呈下降的趋势。度的升

24、高谱线变宽呈下降的趋势。AAS的基本原理的基本原理第三十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月赫鲁兹马克赫鲁兹马克(Holtzmark)变宽变宽(R或或R):同种原子碰撞，又称为共振变宽，同种原子碰撞，又称为共振变宽，R R随着待测元素随着待测元素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，测定元素的浓原子密度升高而增大，在原子吸收法中，测定元素的浓度较低，度较低，R R一般可以忽略不计一般可以忽略不计 。自吸变宽：自吸变宽：光源辐射共振线被光源周围较冷的同种原子所吸收光源辐射共振线被光源周围较冷的同种原子所吸收的现象叫做自吸，自吸现象使谱线强度降低，同时导致的现象叫做自吸，自吸现象使谱线强度降低

25、，同时导致谱线变宽。谱线变宽。AAS的基本原理的基本原理第三十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 除上述的变宽原因之外，还有电场致宽、磁场致除上述的变宽原因之外，还有电场致宽、磁场致宽。但在通常原子吸收实验条件下，吸收线轮廓主要宽。但在通常原子吸收实验条件下，吸收线轮廓主要受多普勒变宽和劳伦兹变宽的影响。当采用火焰原子受多普勒变宽和劳伦兹变宽的影响。当采用火焰原子化器时，劳伦兹变宽为主要因素；当采用无火焰原子化器时，劳伦兹变宽为主要因素；当采用无火焰原子化器时，多普勒变宽占主要地位。化器时，多普勒变宽占主要地位。谱线变宽往往会导致原子吸收分析的灵敏度下降。谱线变宽往往会导致原子吸收分

26、析的灵敏度下降。AAS的基本原理的基本原理第三十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月三、基态原子数与原子化温度三、基态原子数与原子化温度 在在原原子子化化过过程程中中，多多数数原原子子处处于于基基态态，有有部部分分原原子子成成为为激激发发态态原原子子。在在处处于于一一定定条条件件的的热热平平衡衡状状态态下下，激激发发态态原原子子数数NNi i与与基态原子数基态原子数NN0 0之间的关系可用波耳兹曼之间的关系可用波耳兹曼（Boltzmann)方程表示方程表示 gi和和gO分分别别为为激激发发态态和和基基态态的的统统计计权权重重，Ei表表示示激激发发能能。温温度度越越高高，Ni/N0值值越

27、越大大。通通常常原原子子化化火火焰焰温温度度低低于于3000K，激激发发态态原原子子数数Ni与与基基态态原原子子数数No之之比比较较小小,1%.可可以以用用基基态态原原子子数数代代表表待测元素的原子总数待测元素的原子总数NN。AAS的基本原理的基本原理第三十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月例题例题计算计算2000K和和3000K时时,Na589.0nm的激发态与的激发态与基态原子数之比各为多少？已知基态原子数之比各为多少？已知gi/g0=2解：解：T=2000K：T=3000K：第三十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 T 3000 Ni/No 10-3,Ni/N0值小于

28、值小于1%，基态占原子总数的，基态占原子总数的99%以上，可以用以上，可以用N0代表原子化器中原子总。代表原子化器中原子总。因此，原因此，原子吸收测量通常在子吸收测量通常在3000K以下进行。以下进行。第三十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月四、原子吸收法的测量四、原子吸收法的测量1.1.积分吸收测量法积分吸收测量法 测量气态基态原子吸收测量气态基态原子吸收共振线的总能量称为共振线的总能量称为积分积分吸收测量法吸收测量法。它相当于。它相当于吸收线轮廓下面所包围吸收线轮廓下面所包围的整个面积。的整个面积。AAS的基本原理的基本原理第三十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 19

29、551955年澳大利亚物理学家沃尔士提出采用锐线光年澳大利亚物理学家沃尔士提出采用锐线光源，测量吸收线的峰值吸收。源，测量吸收线的峰值吸收。所谓锐线光源：能发射出谱线半宽度很窄的所谓锐线光源：能发射出谱线半宽度很窄的(0.0005-(0.0005-0.002nm)0.002nm)辐射线的光源。峰值吸收是采用测定吸收线中辐射线的光源。峰值吸收是采用测定吸收线中心的极大吸收系数心的极大吸收系数K K0 0来代替积分吸收的方法来测定元来代替积分吸收的方法来测定元素含量的。素含量的。2.2.峰值峰值吸收测量法吸收测量法AAS的基本原理的基本原理第三十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月锐线光源

30、的条件锐线光源的条件(1)(1)锐线光源辐射的发射线与原子吸收锐线光源辐射的发射线与原子吸收线的中心频率完全一致；线的中心频率完全一致；(2)(2)锐线光源发射线的半宽度比吸锐线光源发射线的半宽度比吸收线的半宽度更窄，一般为吸收线收线的半宽度更窄，一般为吸收线半宽度的半宽度的1/51/101/51/10。v0I发射线发射线吸收线吸收线AAS的基本原理的基本原理第三十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 试样经原子化后获得的原子蒸气吸收锐线光源的辐射试样经原子化后获得的原子蒸气吸收锐线光源的辐射并遵守朗伯并遵守朗伯-比尔定律：比尔定律：当吸收厚度一定，在一定实验条件下，吸光度当吸收厚度一

31、定，在一定实验条件下，吸光度与被测元素的含量成线性关系。与被测元素的含量成线性关系。原子吸收测量的基本关系式原子吸收测量的基本关系式 A=KCAAS的基本原理的基本原理IOIL第三十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 原子吸收光谱分析的仪器原子吸收光谱分析的仪器空心阴极灯火焰棱镜光电管原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分 光源 原子化器 单色器 检测器第四十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪 （1 1）第四十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原子吸收仪器（原子吸收仪器（2 2）第四十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原子吸收仪器（

32、原子吸收仪器（3 3）第四十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原子吸收仪器（原子吸收仪器（4 4）第四十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月仪器流程仪器流程特点特点(1)(1)采用锐线光源采用锐线光源(2)(2)单色器在火焰与检测器之间单色器在火焰与检测器之间(3)(3)原子化系统原子化系统第四十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月一、光一、光 源源（1 1）能发射待测元素的共振线；）能发射待测元素的共振线；（2 2）能发射锐线；）能发射锐线；（3 3）辐射光强度大，稳定性好。）辐射光强度大，稳定性好。（30分钟漂移分钟漂移 不超过不超过1%）（4）背景低背景低 （低

33、于特征共振辐射强度的（低于特征共振辐射强度的1%1%）1 1、作用：、作用：发射被测元素的特征共振辐射发射被测元素的特征共振辐射光源应满足如下要求：光源应满足如下要求：第四十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月2.空心阴极灯(Hollow Cathode Lamp,HCL)，又称元素灯：石英窗阳极阴极云母屏蔽惰性气体：氖或氩一、光一、光 源源第四十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月空心阴极灯的原理空心阴极灯的原理 P P132132 施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极;与与充充入入的的惰惰性性气气体体碰碰撞撞而而使使之之电

34、电离离，产产生生正正电电荷荷，其其在在电电场场作作用下，向阴极内壁猛烈轰击用下，向阴极内壁猛烈轰击;使使阴阴极极表表面面的的金金属属原原子子溅溅射射出出来来，溅溅射射出出来来的的金金属属原原子子再再与与电电子子、惰惰性性气气体体原原子子及及离离子子发发生生撞撞碰碰而而被被激激发发，于于是是阴阴极极内内辉辉光光中中便便出出现现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。了阴极物质和内充惰性气体的光谱。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。空空心心阴阴极极灯灯的的辐辐射射强强度度与与灯灯的的工工作作电电流流有有关关，增增大大电电流流可可以以增增加加发发

35、光光强度，但工作电流过大，会使辐射的锐线谱带变宽，缩短灯的使用寿命。强度，但工作电流过大，会使辐射的锐线谱带变宽，缩短灯的使用寿命。第四十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 1.1.优缺点：优缺点：（1 1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。（2 2）每测一种元素需更换相应的灯。）每测一种元素需更换相应的灯。2.2.空心阴极灯的使用注意事项：空心阴极灯的使用注意事项：(1)(1)空心阴极灯使用前应预热空心阴极灯使用前应预热2030 min2030 min，使灯的发光强度达，使灯的发光强度达到稳定；到稳定；(2)(2)点燃后可从灯发射出光

36、的颜色判断灯的工作是否正常点燃后可从灯发射出光的颜色判断灯的工作是否正常HCL的优缺点及注意事项的优缺点及注意事项(3)(3)元素灯长期不用，应定期元素灯长期不用，应定期(每月或每隔二、三每月或每隔二、三)点燃处理点燃处理1h1h(4)(4)使用元素灯时应轻拿轻放，低熔点的灯用完后，要等冷却后使用元素灯时应轻拿轻放，低熔点的灯用完后，要等冷却后才能移动。才能移动。第四十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月HCL的优缺点及注意事项的优缺点及注意事项motorizedMirror固定固定4 4 灯位灯位 方法：方法：充氖气的灯发射光的颜色是橙红色；充氩气的灯是充氖气的灯发射光的颜色是橙红色

37、；充氩气的灯是淡紫色；当灯内有杂质气体时，发射光的颜色变淡，淡紫色；当灯内有杂质气体时，发射光的颜色变淡，如充氖气的灯，颜色可变为粉红，发蓝或发白。如充氖气的灯，颜色可变为粉红，发蓝或发白。第五十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月二、原子化系统P1331.1.作用作用：将试样蒸发并使待测元素转变成基态原子蒸气。将试样蒸发并使待测元素转变成基态原子蒸气。2.2.原子化方法：原子化方法：火焰原子化法火焰原子化法 非火焰原子化法非火焰原子化法电热高温石墨管，激光。电热高温石墨管，激光。3.3.火焰原子化装置火焰原子化装置由四部分组成：由四部分组成：雾化器雾化器 雾化室雾化室 供气系统供气系统

38、 燃烧器燃烧器第五十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月雾化器雾化器作用：将试液雾化作用：将试液雾化原理：采用同心型气动雾化器，以具有一定压力的压缩空气为原理：采用同心型气动雾化器，以具有一定压力的压缩空气为助燃气进入雾化器，从进样毛细管周围高速喷出，在前端形成助燃气进入雾化器，从进样毛细管周围高速喷出，在前端形成负压，试样沿毛细管吸入再喷出，被快速通入的助燃气分散成负压，试样沿毛细管吸入再喷出，被快速通入的助燃气分散成雾粒，撞击球则使雾粒进一步雾化。雾粒，撞击球则使雾粒进一步雾化。雾化器的效率一般在雾化器的效率一般在10%10%左右，较低。效率与试样的粘度、左右，较低。效率与试样的粘

39、度、表面张表面张力、密度、空气的压力、撞击球相对位置等有关。力、密度、空气的压力、撞击球相对位置等有关。第五十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月雾化室雾化室 又称为预混室。它的作用：又称为预混室。它的作用：使较大雾粒沉降、凝聚从废液口排出；使较大雾粒沉降、凝聚从废液口排出；使雾粒与燃气、助燃气均匀混合形成气溶胶，再进入使雾粒与燃气、助燃气均匀混合形成气溶胶，再进入火焰原子化；火焰原子化；起起“缓冲缓冲”稳定混合气气压作用，使燃烧器产生稳稳定混合气气压作用，使燃烧器产生稳定火焰。定火焰。第五十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月燃烧器燃烧器作用：作用：使燃气在助燃气的作用下形成

40、火焰，使进入火使燃气在助燃气的作用下形成火焰，使进入火焰的试样微粒原子化。焰的试样微粒原子化。燃烧器是用不锈钢材料制成的，耐高温、耐腐蚀。燃烧器是用不锈钢材料制成的，耐高温、耐腐蚀。第五十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月火焰类型：火焰类型：化学计量火焰：化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富燃火焰：富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔 氧化物的元素氧化物的元素MoMo、CrCr稀土等。稀土等。贫燃火焰：贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。火焰温度低，氧化性气氛，适

41、用于碱金属测定。火焰原子化的过程包括：雾粒的脱溶干燥、气化解离成为基态原火焰原子化的过程包括：雾粒的脱溶干燥、气化解离成为基态原子蒸气。子蒸气。MX(l)脱溶脱溶MX(s)气化气化MX(g)原子化原子化M0(g)+X0(g)M0(g)激发激发M*(g)电离电离M+(g)+e-火焰原子化器火焰原子化器第五十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 火焰原子化器操作简便，但雾化效率低，原子火焰原子化器操作简便，但雾化效率低，原子化效率也低。基态原子在火焰吸收区中停留的时间化效率也低。基态原子在火焰吸收区中停留的时间约约1010-4-4s s，同时原子蒸气在火焰中被大量气体稀释，同时原子蒸气在火

42、焰中被大量气体稀释，使其灵敏度较低。使其灵敏度较低。火焰温度的选择：火焰温度的选择：（a a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采 用低温火焰；用低温火焰；（b b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；（c c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气-乙炔，乙炔，最高温度最高温度2600K2600K能测能测3535种元素。种元素。火焰原子化器火焰原子化器火焰火焰:试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥

43、，离解（还原）等过程产生大量基态原子。态原子。第五十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月第五十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 乙炔乙炔-空气空气 火焰火焰 是原子吸收测定中最常用的火是原子吸收测定中最常用的火焰，该火焰燃烧稳定，重现性好，噪声低，温焰，该火焰燃烧稳定，重现性好，噪声低，温度高，对大多数元素有足够高的灵敏度，但它度高，对大多数元素有足够高的灵敏度，但它在短波紫外区有较大的吸收。在短波紫外区有较大的吸收。氢氢-空气火焰空气火焰 是氧化性火焰，燃烧速度较乙炔是氧化性火焰，燃烧速度较乙炔-空空气气 火焰高，但温度较低，优点是背景发射较弱，透火焰高，但温度较低，优点

44、是背景发射较弱，透射性能好。射性能好。乙炔乙炔-一氧化二氮火焰一氧化二氮火焰 的优点是火焰温度高，而的优点是火焰温度高，而燃烧速度并不快，适用于难原子化元素的测定，燃烧速度并不快，适用于难原子化元素的测定，用它可测定用它可测定7070多种元素。多种元素。第五十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月火焰种类及对光的吸收火焰种类及对光的吸收 选选择择火火焰焰时时，还还应应考考虑虑火火焰焰本本身身对对光光的的吸吸收收。根根据据待待测测元元素素的的共振线，选择不同的火焰，可避开干扰共振线，选择不同的火焰，可避开干扰：例：例：As的共振线的共振线193.7nm由由图图可可见见，采采用用空空气气-乙

45、乙炔炔火火焰焰时时，火火焰焰产产生生吸吸收收，而而选选N2O-乙乙炔炔火火焰则较好；焰则较好；空空气气-乙乙炔炔火火焰焰：最最常常用用；可可测测定定30多种元素；多种元素；N2O-乙乙炔炔火火焰焰：火火焰焰温温度度高高可可测测定定的增加到的增加到70多种。多种。第五十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月非火焰原子化器非火焰原子化器 又称为电热原子化器，其种类很多，如电热高温石墨炉、又称为电热原子化器，其种类很多，如电热高温石墨炉、石墨坩埚、石墨碳棒炉、镍炉、高频感应加热炉、空心阴石墨坩埚、石墨碳棒炉、镍炉、高频感应加热炉、空心阴极溅射等。其中应用最广泛的是电热高温极溅射等。其中应用最广

46、泛的是电热高温石墨炉石墨炉。石墨炉原子化器的结构由三部分组成：石墨炉原子化器的结构由三部分组成：炉体，石墨管，电、水、气供应系统。炉体，石墨管，电、水、气供应系统。第六十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置外外气气路路中中Ar气气体体沿沿石石墨墨管管外外壁壁流流动动，冷冷却却保保护护石石墨墨管管；内内气气路路中中Ar气气体体由由管管两两端端流流向向管管中中心心，从从中中心心孔孔流流出出，用用来来保保护护原原子子不不被被氧氧化化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。第六十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 石墨管

47、：石墨管：由致密石墨制成，管中央上方开有进样孔，试液用微量由致密石墨制成，管中央上方开有进样孔，试液用微量注射器或蠕动泵自动进样。注射器或蠕动泵自动进样。炉体：炉体：由电极、石墨锥、水冷却套管、载气和保护气气路、石由电极、石墨锥、水冷却套管、载气和保护气气路、石英窗等组成。石墨锥具有固定石墨管和导电作用；冷却水使炉体英窗等组成。石墨锥具有固定石墨管和导电作用；冷却水使炉体降温；外气路中降温；外气路中ArAr气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管防止气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管防止其被氧化；内气路中其被氧化；内气路中ArAr气体由石墨管两端流入，从中心进样孔流气体由石墨管两端流入，从中心进

48、样孔流出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。蒸汽。加热电源：加热电源：惰性气体保护下，用惰性气体保护下，用10-25V低电压、低电压、400-600A大电流大电流的交流电，通过电极和石墨锥向石墨管供电，使石墨管迅速升温，将的交流电，通过电极和石墨锥向石墨管供电，使石墨管迅速升温，将试样原子化，最高温度可达试样原子化，最高温度可达3000K以上。以上。石墨炉原子化器石墨炉原子化器第六十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原子化过程原子化过程原原子子化化过过程程分分为为干干燥燥、灰灰化化（去去除除基基体体）、原

49、原子子化化、净净化化（去去除除残残渣）渣）四个阶段四个阶段，待测元素在，待测元素在高温下生成基态原子高温下生成基态原子。第六十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月原子化过程原子化过程干燥：干燥：石墨炉以小电流工作，温度控制在稍高于溶剂的沸点石墨炉以小电流工作，温度控制在稍高于溶剂的沸点 赶掉溶剂，以避免在灰化、原子化时试样飞溅。赶掉溶剂，以避免在灰化、原子化时试样飞溅。如：水溶液的干燥温度：如：水溶液的干燥温度：105-110。灰化：灰化：除去易挥发的基体和有机物，以减少分子吸收。除去易挥发的基体和有机物，以减少分子吸收。灰化温度：灰化温度：500-800，灰化时间：，灰化时间：10-

50、20s。原子化：原子化：石墨炉继续升温至待测元素的原子化温度，试样石墨炉继续升温至待测元素的原子化温度，试样 气化后解离成基态原子蒸气。气化后解离成基态原子蒸气。原子化温度：原子化温度：1800-3000，时间：，时间：5-8s。也可以通过作图的方法找到最佳原子化温度和时间。也可以通过作图的方法找到最佳原子化温度和时间。净化：净化：在高温下除去留在石墨炉中的基体残留物，称之为在高温下除去留在石墨炉中的基体残留物，称之为 空烧或清洗。空烧或清洗。除残温度：除残温度：2500-32002500-3200，时间：，时间：3-5s3-5s。第六十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月缺缺点点：试