现代仪器分析讲稿.ppt

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1、关于现代仪器分析关于现代仪器分析第一页，讲稿共二十九页哦原子吸收光谱产生的机理；原子吸收光谱产生的机理；原子吸收光谱及其轮廓的影响因素；原子吸收光谱及其轮廓的影响因素；原子吸收测量的基本关系式；原子吸收测量的基本关系式；原子吸收光谱仪的基本结构；原子吸收光谱仪的基本结构；干扰效应及其消除方法。干扰效应及其消除方法。第二页，讲稿共二十九页哦一、原子光谱的产生一、原子光谱的产生 原子吸收光谱法是基于当有辐射通过被测元素原子吸收光谱法是基于当有辐射通过被测元素基态原子基态原子的的蒸气状态蒸气状态时，对其原子共振辐射的吸收进行元素时，对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析定量分析的方法。的方法。基态原

2、子吸收其共振辐射，基态原子吸收其共振辐射，外层电子外层电子由基态跃迁至激发态而由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。产生原子吸收光谱。由于各元素的结构和外层电子排布不同，由于各元素的结构和外层电子排布不同，元素从基态跃迁到至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元元素从基态跃迁到至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。素的共振吸收线具有不同的特征。第三页，讲稿共二十九页哦1.基态原子数与激发态原子数的关系基态原子数与激发态原子数的关系 根据热力学的原理，在一定温度下达到热平衡时，基态根据热力学的原理，在一定温度下达到热平衡时，基态与激发态的原子数的比例遵循与激发态的原子

3、数的比例遵循BoltzmanBoltzman分布定律。分布定律。Ni/N0=gi/g0 exp(-Ei/kT)激发态激发态与基态与基态原子数原子数激发能激发能Boltzman常数常数热力学热力学温度温度统计权重统计权重表示能级表示能级的简并度的简并度第四页，讲稿共二十九页哦二、原子吸收光谱轮廓二、原子吸收光谱轮廓 原子光谱是原子光谱是线状光谱线状光谱。但是原子吸收光谱并不是严格上的线状。但是原子吸收光谱并不是严格上的线状光谱，也有一定的宽度。吸收强度对频率作图所得曲线为光谱，也有一定的宽度。吸收强度对频率作图所得曲线为吸收线轮廓。子吸收线轮廓以原子吸收谱线的吸收线轮廓。子吸收线轮廓以原子吸收谱

4、线的中心频率中心频率（或（或中心波长）和半宽度表征。中心波长）和半宽度表征。中心频率中心频率由原子能级决定。由原子能级决定。半宽度半宽度是中心频率位置，吸收系数极大值一半处，谱线轮廓是中心频率位置，吸收系数极大值一半处，谱线轮廓上两点之间频率或波长的距离。上两点之间频率或波长的距离。第五页，讲稿共二十九页哦谱线具有一定的宽度，主要有两方面的因素：谱线具有一定的宽度，主要有两方面的因素：第六页，讲稿共二十九页哦1.1.赫鲁兹马克变宽（压力变宽和共振变宽）赫鲁兹马克变宽（压力变宽和共振变宽）原子之间相互碰撞导致激发态原子平均寿命缩短，引起原子之间相互碰撞导致激发态原子平均寿命缩短，引起谱线变宽。被

5、测元素激发态原子和基态原子相互碰撞引起的谱线变宽。被测元素激发态原子和基态原子相互碰撞引起的变宽。变宽。2.2.洛伦茨变宽洛伦茨变宽 被测元素原子与其他元素的原子相互碰撞引起的变宽。洛被测元素原子与其他元素的原子相互碰撞引起的变宽。洛伦茨变宽随原子区内原子蒸气压力增大和温度身高而增大。伦茨变宽随原子区内原子蒸气压力增大和温度身高而增大。第七页，讲稿共二十九页哦3.3.多普勒变宽（热变宽）多普勒变宽（热变宽）原子处于无规则的原子处于无规则的热运动热运动状态，热运动与观测器两者间状态，热运动与观测器两者间形成相对位移运动，从而发生多普勒效应是谱线变宽的形成相对位移运动，从而发生多普勒效应是谱线变宽

6、的主要因素主要因素。4.4.场致变宽场致变宽 在外电场或磁场作用下，能引起能级的分裂从而导致谱线变在外电场或磁场作用下，能引起能级的分裂从而导致谱线变宽，这种变宽称为场致变宽。宽，这种变宽称为场致变宽。第八页，讲稿共二十九页哦5.5.自吸变宽自吸变宽由自吸现象而引起的谱线变宽称为由自吸现象而引起的谱线变宽称为自吸变宽自吸变宽。空心阴极。空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象，灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象，从而使谱线变宽。从而使谱线变宽。第九页，讲稿共二十九页哦第十页，讲稿共二十九页哦第十一页，讲稿共二十九页哦第十二页，讲稿共二十九页哦四四、原子吸收光谱

7、仪的基本结构原子吸收光谱仪的基本结构 原子吸收光谱仪由光源原子吸收光谱仪由光源、原子化器、分光器、检测系统等几、原子化器、分光器、检测系统等几部分组成。部分组成。第十三页，讲稿共二十九页哦光源：光源：发射待测元素的特征共振辐射。对光源的基本要发射待测元素的特征共振辐射。对光源的基本要求：发射的共振辐射的半宽度明显小于吸收线的半宽度。求：发射的共振辐射的半宽度明显小于吸收线的半宽度。空心阴极灯能够满足上述要求，是原子吸收中常用的光空心阴极灯能够满足上述要求，是原子吸收中常用的光源。源。原子化器：原子化器：提供能量，使试样干燥提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。、蒸发和原子化。分光器：分光器：由入

8、射和出射狭缝由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。检测系统：检测系统：检测光信号，并将光信号转变成电信号检测光信号，并将光信号转变成电信号。第十四页，讲稿共二十九页哦光源（空心阴极灯）光源（空心阴极灯）1、构造 阴极:钨棒作成圆筒形，筒内熔入被测元素 阳极:钨棒装有钛、锆、钽金属作成的阳极 管内充气：氩或氖称载气极间加压500-300伏，要求稳流电源供电。2、锐线光产生原理、锐线光产生原理 溅射出的被测元素原子大量聚集在空心阴极内,与其它粒子碰撞而被激发,发射出相应元素的特征谱线。第十五页，讲

9、稿共二十九页哦3 3、对光源的要求、对光源的要求v辐射强度大辐射强度大v稳定性高稳定性高v锐线性锐线性v背景小背景小v要用要用被测元素被测元素做阴极材料做阴极材料第十六页，讲稿共二十九页哦原子化器的功能是提供能量，使试样原子化器的功能是提供能量，使试样干燥干燥、蒸发蒸发和和原原子化子化。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为视为“吸收池吸收池”。原子化器的基本要求：原子化器的基本要求：火焰原子化器火焰原子化器和和非火焰原子化器非火焰原子化器。原子化器原子化器第十七页，讲稿共二十九页哦1 1、火焰原子化器、火焰原子化器构造：构造：三部分：喷雾器

10、，雾化器，燃烧器三部分：喷雾器，雾化器，燃烧器根据火焰的燃气与助燃气比例。可将火焰分为三类：根据火焰的燃气与助燃气比例。可将火焰分为三类：化学计量火焰，富燃火焰，贫燃火焰。化学计量火焰，富燃火焰，贫燃火焰。第十八页，讲稿共二十九页哦化学计量火焰：化学计量火焰：由于燃气与助燃气之比与化学计量反应关系相由于燃气与助燃气之比与化学计量反应关系相近，又称为中性火焰近，又称为中性火焰 ，这类火焰，这类火焰,温度高温度高、稳定、干扰小、稳定、干扰小背景低，适合于许多元素的测定。背景低，适合于许多元素的测定。富富燃燃火火焰焰：指指燃燃气气小小于于化化学学元元素素计计量量的的火火焰焰。其其特特点点是是燃燃烧烧

11、不不完完全全，温温度度略略低低于于化化学学火火焰焰，具具有有还还原原性性，适适合合于于易易形形成难解离氧化物的元素测定；干扰较多，背景高。成难解离氧化物的元素测定；干扰较多，背景高。贫贫燃燃火火焰焰：指指助助燃燃气气大大于于化化学学计计量量的的火火焰焰，它它的的温温度度较较低低，有较强的有较强的氧化性氧化性，有利于测定易解离，易电离元素，有利于测定易解离，易电离元素,如碱金属。如碱金属。第十九页，讲稿共二十九页哦2、非火焰原子化器（、非火焰原子化器（石墨炉石墨炉原子化器）原子化器）将试样注入石墨管中间位置，用大电流通过石墨管将试样注入石墨管中间位置，用大电流通过石墨管以产生高达以产生高达200

12、0-30002000-3000的高温使试样经过干燥、蒸发和的高温使试样经过干燥、蒸发和原子化。原子化。优优点点：绝绝对对灵灵敏敏度度高高，检检出出限限达达1010-12-12-10-10-14-14g g 原原子子化化效效率率高，样品量小。高，样品量小。缺点：缺点：基体效应，背景大，化学干扰多，基体效应，背景大，化学干扰多，重现性重现性比火焰差。比火焰差。第二十页，讲稿共二十九页哦3、低温原子化器、低温原子化器 低温原子化法又称化学原子化法，其原子化温度为室温至摄氏低温原子化法又称化学原子化法，其原子化温度为室温至摄氏数百度。常用的有汞低温原子化法及氢化法。数百度。常用的有汞低温原子化法及氢化

13、法。（1 1）汞低温原子化法）汞低温原子化法汞在室温下，有一定的蒸气压，沸点为汞在室温下，有一定的蒸气压，沸点为357 357 C C。只要。只要对试样进行化学预处理还原出汞原子，由载气（对试样进行化学预处理还原出汞原子，由载气（ArAr或或N N2 2）将汞）将汞蒸气送入吸收池内测定。蒸气送入吸收池内测定。测汞仪测汞仪第二十一页，讲稿共二十九页哦（2）氢化物原子化法）氢化物原子化法 适用于适用于GeGe、SnSn、PbPb、AsAs、SbSb、BiBi、SeSe和和TeTe等元素。在一等元素。在一定的酸度下，将被测元素还原成极易挥发与分解的氢化物，定的酸度下，将被测元素还原成极易挥发与分解的

14、氢化物，如如AsHAsH3 3 、SnHSnH4 4 、BiHBiH3 3等。这些氢化物经载气送入石英管后，等。这些氢化物经载气送入石英管后，进行原子化与测定。进行原子化与测定。第二十二页，讲稿共二十九页哦三、单色器三、单色器 色散元件一般为光栅。单色器可将被测元素的共振吸收线与色散元件一般为光栅。单色器可将被测元素的共振吸收线与邻近谱线分开邻近谱线分开。四、检测器四、检测器 光电倍增管。光电倍增管。第二十三页，讲稿共二十九页哦五、干扰效应及其消除方法五、干扰效应及其消除方法 1.1.物理干扰物理干扰 物理干扰是指试液与标准溶液物理干扰是指试液与标准溶液物理性质物理性质有差异而产生的有差异而产

15、生的干扰。如粘度、表面张力或溶液的密度等的变化，影响样品干扰。如粘度、表面张力或溶液的密度等的变化，影响样品的雾化和气溶胶到达火焰传送等引起原子吸收强度的变化而的雾化和气溶胶到达火焰传送等引起原子吸收强度的变化而引起的干扰。引起的干扰。消除办法：消除办法：配制与被测试样组成相近的标准溶液或采配制与被测试样组成相近的标准溶液或采用标准加入法。若试样溶液的浓度高，还可采用稀释法。用标准加入法。若试样溶液的浓度高，还可采用稀释法。第二十四页，讲稿共二十九页哦2.2.化学干扰化学干扰 化学干扰是由于被测元素原子与共存组份发生化学反应生成化学干扰是由于被测元素原子与共存组份发生化学反应生成稳定的化合物，

16、影响被测元素的原子化，而引起的干扰。稳定的化合物，影响被测元素的原子化，而引起的干扰。第二十五页，讲稿共二十九页哦消除化学干扰的方法：消除化学干扰的方法：（1 1）选择合适的原子化方法，提高原子化温度，化学干扰会减）选择合适的原子化方法，提高原子化温度，化学干扰会减小。小。（2 2）加入释放剂：）加入释放剂：镧、锶盐（广泛应用）镧、锶盐（广泛应用）（3 3）加加入入保保护护剂剂：EDTAEDTA、88羟羟基基喹喹啉啉等等，即即有有强强的的络络合合作作用，又易于被破坏掉。用，又易于被破坏掉。（4 4）加基体改进剂）加基体改进剂（5 5）分离法）分离法第二十六页，讲稿共二十九页哦3.电离干扰电离干

17、扰 在在高高温温下下原原子子会会电电离离使使基基态态原原子子数数减减少少，吸吸收收下下降降，称称电离干扰。电离干扰。消消除除的的方方法法是是加加入入过过量量消消电电离离剂剂，所所谓谓的的消消电电离离剂剂，是是电电离离电位较低的元素，加入时电位较低的元素，加入时,产生大量电子，抑制被测元素电离。产生大量电子，抑制被测元素电离。第二十七页，讲稿共二十九页哦四、光谱干扰四、光谱干扰（1 1）吸收线重叠）吸收线重叠共存元素吸收线与被测元素分析线波长很接近时，两谱线重共存元素吸收线与被测元素分析线波长很接近时，两谱线重叠或部分重叠，会使结果偏高。叠或部分重叠，会使结果偏高。（2 2）光谱通带内存在的非吸收线）光谱通带内存在的非吸收线 非吸收线可能是被测元素的其它共振线与非共振线，也可能是非吸收线可能是被测元素的其它共振线与非共振线，也可能是光源中杂质的谱线。一般通过减小狭缝宽度与灯电流或另选谱线光源中杂质的谱线。一般通过减小狭缝宽度与灯电流或另选谱线消除非吸收线干扰。消除非吸收线干扰。第二十八页，讲稿共二十九页哦感谢大家观看第二十九页，讲稿共二十九页哦