ok第四章光谱分析技术与相关仪器原子光谱仪ppt课件

1、第四节第四节 原子光谱分析仪原子光谱分析仪第四章第四章 光谱分析技术与相关仪器光谱分析技术与相关仪器优点优点: 分析速度快、操作简便、选择性好、灵敏度较高、分析速度快、操作简便、选择性好、灵敏度较高、测定范围广、试剂用量少等，可同时测定多种元素，测定范围广、试剂用量少等，可同时测定多种元素，不用进展复杂的分别处置。不用进展复杂的分别处置。缺陷缺陷: 测定多个不同元素时测定多个不同元素时,有时需改换元素灯，有些元素有时需改换元素灯，有些元素的测定灵敏度还有待提高。的测定灵敏度还有待提高。分类：原子吸收光谱仪分类：原子吸收光谱仪 原子发射光谱仪原子发射光谱仪 原子荧光光谱仪原子荧光光谱仪一、原子吸

2、收法和原子吸收光谱仪一、原子吸收法和原子吸收光谱仪(1) 原子吸收光谱法原子吸收光谱法 (Atomic Absorption Spectroscopy, AAS) 原子吸收光谱法优点：原子吸收光谱法优点：灵敏度高、准确度高；灵敏度高、准确度高；选择性好、干扰少；选择性好、干扰少；速度快，易于实现自动化；速度快，易于实现自动化；可测元素多、范围广；可测元素多、范围广；构造简单、本钱低。构造简单、本钱低。根本原理：从光源如空心阴极灯中发射出一束特根本原理：从光源如空心阴极灯中发射出一束特定波长的入射光，在原子化器中待测元素的基态原定波长的入射光，在原子化器中待测元素的基态原子蒸汽对其产生吸收，经过

3、测定吸收特定波长的光子蒸汽对其产生吸收，经过测定吸收特定波长的光强度的大小，可求出待测元素的含量。强度的大小，可求出待测元素的含量。(2) 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪 (atomic absorption spectrometer)构造原理与普通分光光度计类似，只是用锐线光源替构造原理与普通分光光度计类似，只是用锐线光源替代了延续光源，用原子化器替代通常的吸收池。代了延续光源，用原子化器替代通常的吸收池。原子吸收光谱仪任务原理原子吸收光谱仪任务原理: 光源发生相应待测元素特征光源发生相应待测元素特征波长的射线穿过火焰，把试样的溶液以细粒子流的方波长的射线穿过火焰，把试样的溶液以细粒子流的方式

4、放射到火焰上，部分射线被吸收。吸收的强度与试式放射到火焰上，部分射线被吸收。吸收的强度与试样的浓度成正比，经过丈量吸收量并将其与规范溶液样的浓度成正比，经过丈量吸收量并将其与规范溶液进展对比，即可确定待测物质浓度。进展对比，即可确定待测物质浓度。采用原子吸收光谱法进展丈量的仪器，又称原子吸收采用原子吸收光谱法进展丈量的仪器，又称原子吸收分光光度仪，是分光光度仪，是20世纪世纪50年代中期出现并逐渐开展起年代中期出现并逐渐开展起来的一种新型仪器。来的一种新型仪器。(一一) 原子吸收光谱仪的种类和构造原子吸收光谱仪的种类和构造单光束型：仪器构造简单单光束型：仪器构造简单,价钱廉价价钱廉价,维护方便

5、维护方便,运用比较运用比较普遍普遍,但不能抑制光源不稳定带来的零漂但不能抑制光源不稳定带来的零漂 。1. 原子吸收光谱仪的种类原子吸收光谱仪的种类构造：光源、原子化器、分光系统、检测器和记录器构造：光源、原子化器、分光系统、检测器和记录器2. 原子吸收光谱仪的构造原子吸收光谱仪的构造双光束型：仪器构造比较复杂，可以抑制零漂，而且双光束型：仪器构造比较复杂，可以抑制零漂，而且速度也较快，但价钱也较昂贵。速度也较快，但价钱也较昂贵。(1) 光源系统光源系统 空心阴极灯构造及发光原理空心阴极灯构造及发光原理类型：单元素灯、多元素灯类型：单元素灯、多元素灯如如 空心阴极灯、蒸气放电灯及高空心阴极灯、蒸

6、气放电灯及高频无极放电灯频无极放电灯构造：密封，构造：密封， 100Pa惰性气体惰性气体 阴极由待测元素制成，阴极由待测元素制成，原理：原理：150400V电压电压气体电离气体电离溅射阴极溅射阴极受激发射受激发射 长寿命，价钱廉价。长寿命，价钱廉价。光源要求：光源要求： 光谱纯度高光谱纯度高, 锐线光源，锐线光源， 稳定好稳定好, 启辉电压低启辉电压低, 构造结实可靠构造结实可靠,运用方便，运用方便， 光源供电光源供电非调制型：直流供电非调制型：直流供电, 灵敏度低灵敏度低, 已根本淘汰。已根本淘汰。调制型：交流供电调制型：交流供电, 机械调制，电调制。机械调制，电调制。(2) 原子化器原子化

7、器将试样中的待测元素转变成原子态的蒸气将试样中的待测元素转变成原子态的蒸气常用原子化器：火焰原子化器常用原子化器：火焰原子化器, 无火焰原子化器无火焰原子化器, 氢化物原子化器。氢化物原子化器。火焰原子化器火焰原子化器: 简单、快速、对大多数元素有较高的灵简单、快速、对大多数元素有较高的灵敏度和检测极限的优点，运用最广泛。敏度和检测极限的优点，运用最广泛。无火焰原子化器：反复性差、设备复杂、不易掌握，无火焰原子化器：反复性差、设备复杂、不易掌握，但比火焰原子化器具有较高的原子化效率、灵敏但比火焰原子化器具有较高的原子化效率、灵敏度和检测极限。度和检测极限。氢化物原子化器：灵敏度高；选择性好，基

8、体干扰和氢化物原子化器：灵敏度高；选择性好，基体干扰和化学干扰都很少；操作简便、快速。但精细度比化学干扰都很少；操作简便、快速。但精细度比火焰原子化器差；火焰原子化器差；As(砷砷)、Sb(锑锑)、Bi(铋铋)、Se(硒硒)毒性较大，测试时必需在良好的通风条件下进展。毒性较大，测试时必需在良好的通风条件下进展。 火焰原子化器火焰原子化器 预混合型原子化器预混合型原子化器雾化器：将试液雾化。使之雾化器：将试液雾化。使之在火焰中能产生较多且在火焰中能产生较多且稳定的基态原子。稳定的基态原子。熄灭器：试液雾化后进人预熄灭器：试液雾化后进人预混室，与燃气充分混合。混室，与燃气充分混合。燃气普通为乙炔或

9、氧化亚燃气普通为乙炔或氧化亚氮氮乙炔。乙炔。构成：喷雾器、雾化室、熄灭器构成：喷雾器、雾化室、熄灭器雾化室：将颗粒分类，较大雾化室：将颗粒分类，较大的雾滴凝结经废液管排的雾滴凝结经废液管排出，大小均匀的雾滴进出，大小均匀的雾滴进入熄灭器。入熄灭器。 无火焰原子化器无火焰原子化器主要有电热高温石墨管、石墨坩埚、空心阴极溅射、主要有电热高温石墨管、石墨坩埚、空心阴极溅射、冷原子发生器和激光原子化器。冷原子发生器和激光原子化器。电热高温石墨管电热高温石墨管 氢化物原子化器氢化物原子化器用强复原剂在盐酸溶液中与待测元素作用，生成气态用强复原剂在盐酸溶液中与待测元素作用，生成气态氢化物，然后将气态氢化物

10、送入石英吸收管中，进展氢化物，然后将气态氢化物送入石英吸收管中，进展原子化，并丈量其吸光度。原子化，并丈量其吸光度。氢化物原子化器包括：氢化物器，原子化器氢化物原子化器包括：氢化物器，原子化器优点：优点： 灵敏度高，可达灵敏度高，可达ppb级；选择性好，基体干扰和级；选择性好，基体干扰和化学干扰都很少；操作简便、快速。化学干扰都很少；操作简便、快速。缺陷：缺陷：精细度比火焰原子化器差；精细度比火焰原子化器差； As砷、砷、Sb锑、锑、Bi铋、铋、Se硒毒性较大，测试时硒毒性较大，测试时必需在良好的通风条件下进展。必需在良好的通风条件下进展。(3) 分光系统分光系统分光系统：是用来将待测元素的共

11、振线与干扰谱线分分光系统：是用来将待测元素的共振线与干扰谱线分开的一种安装。开的一种安装。 分 光 系 统 的 分 光 元 件 可 以 是 棱 镜 或 衍 射 光 栅分 光 系 统 的 分 光 元 件 可 以 是 棱 镜 或 衍 射 光 栅(diffraction grating)，目前商品化的都运用光栅。，目前商品化的都运用光栅。组成：入射狭缝，反射镜，色散元件，出射狭缝。组成：入射狭缝，反射镜，色散元件，出射狭缝。(4) 检测系统检测系统检测系统由检测器检测系统由检测器(光电倍增管光电倍增管)、同步检波放大器、对、同步检波放大器、对数变换器、指示仪表等组成。数变换器、指示仪表等组成。检测器

12、是将接纳到的光信号转变成电信号，再经同步检检测器是将接纳到的光信号转变成电信号，再经同步检波放大器放大，同时把接纳到的非被测信号滤掉。放大波放大器放大，同时把接纳到的非被测信号滤掉。放大了的被测信号进入对数变换器进展对数变换，变成线性了的被测信号进入对数变换器进展对数变换，变成线性信号，在指示仪表上显示出来。信号，在指示仪表上显示出来。在现代高级原子吸收光谱仪中都设有自动调零、自动校在现代高级原子吸收光谱仪中都设有自动调零、自动校准、标尺扩展、浓度直读、自动取样及自动处置数据等准、标尺扩展、浓度直读、自动取样及自动处置数据等设备。设备。(二二) 原子吸收光谱仪的性能原子吸收光谱仪的性能1. 特

13、征浓度特征浓度国际纯粹与运用化学结合会国际纯粹与运用化学结合会 (IUPAC)规定：某种分析方规定：某种分析方法在一定条件下的灵敏度是表示被测物质浓度或含量改法在一定条件下的灵敏度是表示被测物质浓度或含量改动一个单位时所引起的丈量信号的变化。动一个单位时所引起的丈量信号的变化。在原子吸收光谱法中，灵敏度可以了解为单位被测元素在原子吸收光谱法中，灵敏度可以了解为单位被测元素浓度引起吸光度的变化量。并用特征浓度表示灵敏度。浓度引起吸光度的变化量。并用特征浓度表示灵敏度。特征浓度是指产生特征浓度是指产生1%吸收或吸收或0.0044吸光度时所对应的被吸光度时所对应的被测元素的浓度或质量。测元素的浓度或

14、质量。 特征浓度特征浓度 S 值越小，表示原子吸收光谱仪对某个元素值越小，表示原子吸收光谱仪对某个元素在在 一定条件下的分析灵敏度越高。一定条件下的分析灵敏度越高。 特征浓度不能用来表征某仪器对某元素能被检出所需特征浓度不能用来表征某仪器对某元素能被检出所需求的最小浓度，但可以用于估算较适宜的浓度丈量范求的最小浓度，但可以用于估算较适宜的浓度丈量范围及取样量。围及取样量。 2. 检出限检出限AcD3检出限检出限 (D): 表示在选定的实验条件下，表示在选定的实验条件下， 被测元素溶液被测元素溶液能给出的丈量信号能给出的丈量信号 3 倍于规范偏向倍于规范偏向 ( ) 时所对应的浓时所对应的浓度，

15、单位用度，单位用mg/L表示，表示， 是用空白溶液进展10次以上的吸光度测定所计算得到的规范偏向。 检出限既反映仪器的质量和稳定性，也反映仪器对检出限既反映仪器的质量和稳定性，也反映仪器对某元素在一定条件下的检出才干。某元素在一定条件下的检出才干。 检出限比特征浓度有更明确的意义。检出限越低，检出限比特征浓度有更明确的意义。检出限越低，阐明仪器性能越好，对元素的检出才干越强。阐明仪器性能越好，对元素的检出才干越强。(三三) 原子吸收光谱仪的常见缺点及排除方法原子吸收光谱仪的常见缺点及排除方法表表 43原子发射光谱法：是根据处于激发态的待测元素原子回原子发射光谱法：是根据处于激发态的待测元素原子

16、回到基态时发射的特征谱线对待测元素进展分析的方法。到基态时发射的特征谱线对待测元素进展分析的方法。二、原子发射光谱仪二、原子发射光谱仪(1) 由于待测元素原子的能级构造不同，因此发射谱线的由于待测元素原子的能级构造不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进展定性分析；特征不同，据此可对样品进展定性分析；(2) 根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量检测。可实现元素的定量检测。光谱激发方式：光谱激发方式：(1) 火花式火花式, 高压电火花，高压电火花， (2) 电感耦合等离子体电感耦合等离子体(ICP) 。(一一) 根本任务

17、原理根本任务原理(二二) 特点和主要用途特点和主要用途优点：优点： 可同时测定一个样品中的多种元素；可同时测定一个样品中的多种元素； 分析速度快；分析速度快； 检出限低，可达检出限低，可达ng/mL级；级； 准确度较高，相对误差可达准确度较高，相对误差可达l以下；以下； 试样耗费少；试样耗费少； ICP光源校准曲线线性范围宽，可达光源校准曲线线性范围宽，可达 46个数量级。个数量级。缺陷：缺陷： 高含量分析的准确度较差；高含量分析的准确度较差； 常见的非金属元素如氧、硫、氮、卤素等谱线在远常见的非金属元素如氧、硫、氮、卤素等谱线在远紫外区普通的光谱仪尚无法检测；紫外区普通的光谱仪尚无法检测；

18、还有些非金属元素，如还有些非金属元素，如P磷、磷、Se硒、碲硒、碲 (Te) 等，由于其激发电位高，灵敏度较低。等，由于其激发电位高，灵敏度较低。 目前主要是用来对金属元素和目前主要是用来对金属元素和 P、As、Si、C、B等等70余种元素的原子光谱进展分析。余种元素的原子光谱进展分析。主要用途主要用途 原子发射光谱反映的是原子或离子所发射的特征谱线，与其来源的分子形状无关，只能用来确定被测物质的元素组成与含量，不能给出物质分子的有关信息。常用类型：常用类型： 火焰光度计和火焰分光光度计火焰光度计和火焰分光光度计 激光显微发射光谱仪 摄谱仪和光电直读光谱仪(三三) 原子发射光谱仪常用类型简介原

19、子发射光谱仪常用类型简介1. 火焰光度计和火焰分光光度计火焰光度计和火焰分光光度计火焰光度计和火焰分光光度计的差别在分光系统，火焰光度计和火焰分光光度计的差别在分光系统， 火焰光度计：用滤光片分别火焰发射中被测谱线火焰光度计：用滤光片分别火焰发射中被测谱线 火焰分光光度计：用单色器分别火焰发射中被测谱线火焰分光光度计：用单色器分别火焰发射中被测谱线在临床生化检验中，用火焰光度法测定血液或血清中的在临床生化检验中，用火焰光度法测定血液或血清中的K、Na已成为常规。已成为常规。(1) 仪器的构造和主要元件仪器的构造和主要元件 原子化系统原子化系统a. 原子化器原子化器 分光系统分光系统b. 火焰火

20、焰 检测系统检测系统与原子吸收光谱仪类似与原子吸收光谱仪类似与分光光度计类似与分光光度计类似2. 摄谱仪摄谱仪种类：棱镜摄谱仪种类：棱镜摄谱仪 和和 光栅摄谱仪光栅摄谱仪构成：光源、分光系统、检测系统构成：光源、分光系统、检测系统(1) 摄谱仪的激发光源摄谱仪的激发光源 直流电弧直流电弧 直流电弧光源可激发七十余种元素，直流电弧光源可激发七十余种元素，绝对灵敏度高，反复性差，适用于光谱定性分析。绝对灵敏度高，反复性差，适用于光谱定性分析。 交流电弧弧温高于直流电弧，稳定性好，适用于交流电弧弧温高于直流电弧，稳定性好，适用于普通的光谱定性分析和定量分析。普通的光谱定性分析和定量分析。 电火花电火

21、花 稳定性高，反复性好，适用于金属元素等均稳定性高，反复性好，适用于金属元素等均匀试样的定量分析。匀试样的定量分析。 电感耦合等离子柜电感耦合等离子柜 (ICP)稳定性好，线性范围大，稳定性好，线性范围大，绝对灵敏度高，适用于光谱定性分析和定量分析。绝对灵敏度高，适用于光谱定性分析和定量分析。摄谱仪的几种激发光源比较摄谱仪的几种激发光源比较(2) 摄谱仪的光学系统摄谱仪的光学系统作用作用: 把样品在激发源被蒸发和激发而产生的辐射光把样品在激发源被蒸发和激发而产生的辐射光进展分光。进展分光。 照明系统照明系统 准光系统准光系统 色散系统色散系统 投影系统投影系统组成：组成： 照明系统：指光源到狭

22、缝之间的部分，由透镜组照明系统：指光源到狭缝之间的部分，由透镜组组成。作用是把光源的光聚焦于狭缝上，使组成。作用是把光源的光聚焦于狭缝上，使尽能够多的光进入狭缝；让光源不同部位发尽能够多的光进入狭缝；让光源不同部位发出的光均匀地照射到狭缝各个部位；并使光出的光均匀地照射到狭缝各个部位；并使光源电极头所发射出的延续光谱不进入狭缝。源电极头所发射出的延续光谱不进入狭缝。 准光系统：由狭缝和准直镜构成，作用是将光源发准光系统：由狭缝和准直镜构成，作用是将光源发出的光转变为平行光束，使其到达分光元件出的光转变为平行光束，使其到达分光元件的第一入射面的各点时，入射角度都一样。的第一入射面的各点时，入射角

23、度都一样。又称为准光管和平行光管。又称为准光管和平行光管。 色散系统：指光谱仪的分光元件或色散元件。可色散系统：指光谱仪的分光元件或色散元件。可以是光栅、单个棱镜或多个棱镜。其作用是经以是光栅、单个棱镜或多个棱镜。其作用是经过分光元件所产生的色散，将复合光分成单色过分光元件所产生的色散，将复合光分成单色光。光。 投影系统：从物镜到其焦面这一部分称为光谱仪投影系统：从物镜到其焦面这一部分称为光谱仪的投影系统或的投影系统或“暗箱。作用是将色散后的单暗箱。作用是将色散后的单色光束，经物镜聚焦在其焦面上，构成按波长色光束，经物镜聚焦在其焦面上，构成按波长顺序陈列的狭缝的像，即光谱。顺序陈列的狭缝的像，

24、即光谱。感光板由照相乳剂均匀地涂布在玻璃板上而成。用测感光板由照相乳剂均匀地涂布在玻璃板上而成。用测微光度计丈量感光板上的照相乳剂感光后变黑的黑度微光度计丈量感光板上的照相乳剂感光后变黑的黑度以确定谱线的强度。与一样条件下的规范样品谱线比以确定谱线的强度。与一样条件下的规范样品谱线比较，从而测定试样成分含量。较，从而测定试样成分含量。(3) 摄谱仪的检测系统摄谱仪的检测系统摄谱仪用感光板来检测发射光谱。摄谱仪用感光板来检测发射光谱。用光电倍增管接纳和记录谱线的方法称为光电直读法用光电倍增管接纳和记录谱线的方法称为光电直读法.光电直读光谱仪与摄谱仪的区别在于用光电倍增管和光电直读光谱仪与摄谱仪的

25、区别在于用光电倍增管和有关电子电路替代感光板。有关电子电路替代感光板。3. 光电直读光谱仪光电直读光谱仪多道直读光谱仪：采用光电倍增管作为检测器，分析多道直读光谱仪：采用光电倍增管作为检测器，分析速度快，准确度优于摄谱仪；对信号放大才干强，速度快，准确度优于摄谱仪；对信号放大才干强，可同时分析含量差别较大的不同元素；适用于较可同时分析含量差别较大的不同元素；适用于较宽的波长范围。宽的波长范围。(1) 光电直读光谱仪分类光电直读光谱仪分类单道扫描光谱仪：采用光电倍增管作为检测器，波长单道扫描光谱仪：采用光电倍增管作为检测器，波长选择更为灵敏方便，分析样品的范围更广，适用选择更为灵敏方便，分析样品的范围更广，适用于较宽的波长范围。但分析速度遭到一定限制。于较宽的波长范围。但分析速度遭到一定限制。全谱直读光谱仪：采用固体检测器。速度快，没有任全谱直读光谱仪：采用固体检测器。速度快，没有任何活动的光学器件，具有较好的波长稳定性。何活动的光学器件，具有较好的波长稳定性。 速度快，可在速度快，可在1min1min2min2min显示分析结果；显示分析结果；(2) 光电直读光谱仪特点光电直读光谱仪特点 精细度较好，理想条件下测试的反复性可达实践精细度较好，理想条件下测试的反复性可达实践含量的含量的1数量级；数量级； 普通只能丈量一种基体资料内普通只能丈量一种基体资料内824种元素，可种