现代仪器分析课件PPT

1、原子吸收光谱法原子吸收光谱法atomic absorption spectrometryatomic absorption spectrometry（aasaas）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。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基态原子子的的蒸气状态蒸气状态时，对其原子共振辐射的

2、吸收进行元素时，对其原子共振辐射的吸收进行元素定量定量分析分析的方法。基态原子吸收其共振辐射，的方法。基态原子吸收其共振辐射，外层电子外层电子由基态由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。由于各元素的结构和跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。由于各元素的结构和外层电子排布不同，元素从基态跃迁到至第一激发态时吸外层电子排布不同，元素从基态跃迁到至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。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，基根据热力学的原理，在一定温度下

3、达到热平衡时，基态与激发态的原子数的比例遵循态与激发态的原子数的比例遵循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。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吸收线轮廓。子吸收线轮廓以原

4、子吸收谱线的曲线为吸收线轮廓。子吸收线轮廓以原子吸收谱线的中中心频率心频率（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。廓上两点之间频率或波长的距离。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：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，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

5、变宽。被测元素激发态原子和基态原子相互引起谱线变宽。被测元素激发态原子和基态原子相互碰撞引起的变宽。碰撞引起的变宽。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。度身高而增大。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变宽的主要

6、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。致谱线变宽，这种变宽称为场致变宽。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。空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产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，从而使谱线变宽。生自吸现象，从而使谱线变宽。四四、原子吸收光谱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、原子化器、分光器、检测

7、系统等几部分组成。统等几部分组成。光源：光源：发射待测元素的特征共振辐射。对光源的基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。空心阴极灯能够满足上述要求，是原子的半宽度。空心阴极灯能够满足上述要求，是原子吸收中常用的光源。吸收中常用的光源。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

8、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。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。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原子化器的功能是提供能量，使试样

9、原子化器的功能是提供能量，使试样干燥干燥、蒸发蒸发和和原子化原子化。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为可把它视为“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1 1、火焰原子化器、火焰原子化器构造：构造：三部分：喷雾器，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。化学计量火焰：化学计量火焰：由于燃气与助

10、燃气之比与化学计量反由于燃气与助燃气之比与化学计量反应关系相近，又称为中性火焰应关系相近，又称为中性火焰 ，这类火焰，这类火焰, , 温度高温度高、稳定、干扰小背景低，适合于许多元素的测定。稳定、干扰小背景低，适合于许多元素的测定。富燃火焰：富燃火焰：指燃气小于化学元素计量的火焰。其特点指燃气小于化学元素计量的火焰。其特点是燃烧不完全，是燃烧不完全，温度略低温度略低于化学火焰，具有于化学火焰，具有还原性还原性，适合于易形成难解离氧化物的元素测定；干扰较多，适合于易形成难解离氧化物的元素测定；干扰较多，背景高。背景高。贫燃火焰：贫燃火焰：指助燃气大于化学计量的火焰，它的指助燃气大于化学计量的火焰

11、，它的温度温度较低较低，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，有利于测定易解离，易电离元素元素, ,如碱金属。如碱金属。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管以产生高达2000-30002000-3000的高温使试样经过干燥、蒸的高温使试样经过干燥、蒸发和原子化。发和原子化。 优点：优点：绝对绝对灵敏度灵敏度高，检出限达高，检出限达1010-12-12-10-10-14-14g g 原子原子化效率高，样品量小。化效率高，样品量小。 缺点：缺点：

12、基体效应，背景大，化学干扰多，基体效应，背景大，化学干扰多，重现性重现性比比火焰差。火焰差。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。室温至摄氏数百度。常用的有汞低温原子化法及氢化法。（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。只要对试样进行化学预处理还原出汞原子，由载气（要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）将汞蒸气送入吸收池内测定。）将汞蒸

13、气送入吸收池内测定。测汞仪测汞仪（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。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，如的氢化物，如ashash3 3 、snhsnh4 4 、bihbih3 3等。这些氢化物经载等。这些氢化物经载气送入石英管后，进行原子化与测定。气送入石英管后，进行原子化与测定。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与邻

14、近谱线分开。四、检测器四、检测器 光电倍增管。光电倍增管。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有差异而产生的干扰。如粘度、表面张力或溶液的密度等的变产生的干扰。如粘度、表面张力或溶液的密度等的变化，影响样品的雾化和气溶胶到达火焰传送等引起原化，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引起的干扰。子吸收强度的变化而引起的干扰。 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，还可采用或采用

15、标准加入法。若试样溶液的浓度高，还可采用稀释法。稀释法。 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，影响被测元素的原子化，而引起应生成稳定的化合物，影响被测元素的原子化，而引起的干扰。的干扰。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）选择合适的原子化方法，提高原子化温度，化学干扰会减小。干扰会减小。（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）加入保护剂：）加入保护剂：edtaedta、88羟基喹啉等，即

16、有强的络羟基喹啉等，即有强的络合作用，又易于被破坏掉。合作用，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3. 电离干扰电离干扰 在高温下原子会电离使基态原子数减少，在高温下原子会电离使基态原子数减少， 吸收下吸收下降，称电离干扰。降，称电离干扰。 消除的方法是加入过量消电离剂，所谓的消电离消除的方法是加入过量消电离剂，所谓的消电离剂，是电离电位较低的元素，加入时剂，是电离电位较低的元素，加入时, , 产生大量电子，产生大量电子，抑制被测元素电离。抑制被测元素电离。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。谱线重叠或部分重叠，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，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消除非吸收线干扰。电流或另选谱线消除非吸收线干扰。五、背