原子吸收光谱法.PPT

1、1 原子吸收光谱分析简史原子吸收光谱分析简史1802年年发现原子吸收现象发现原子吸收现象 暗线太阳光太阳光太阳光谱中的暗线，为太阳辐射被其周太阳光谱中的暗线，为太阳辐射被其周围存在的低温同种原子吸收的结果围存在的低温同种原子吸收的结果36.1 原子吸收光谱法概述原子吸收光谱法概述 原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（AASAAS），），又名原子吸收又名原子吸收分光光度法，它是基于从光源辐射出分光光度法，它是基于从光源辐射出具具有待测元素特征谱线的光，有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定

2、由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。试样中待测元素含量的方法。4原子吸收光谱法的特点原子吸收光谱法的特点优点：优点：(1)检出限低，灵敏度高检出限低，灵敏度高 火焰原子吸收法的绝对灵敏度可达火焰原子吸收法的绝对灵敏度可达10-9g/ml，非火焰原子吸收光谱法的非火焰原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达绝对灵敏度可达10-15-10-13g/ml(2)精密度和准确度高精密度和准确度高 受受外界因素外界因素影响相对较小，影响相对较小，具有较高具有较高的精密度和准确度的精密度和准确度.5(3)应用范围广应用范围广 直接测定直接测定70多种多种金属金属元素元素 也可以用间接方法测定一

3、些非金属和有也可以用间接方法测定一些非金属和有机化合物。机化合物。(4)取样量少，分析速度快取样量少，分析速度快6 缺点：缺点： (1)测定不同元素用不同的灯，不方便测定不同元素用不同的灯，不方便 (2)对多数非金属元素不能直接测定对多数非金属元素不能直接测定 (3)只限于定量分析只限于定量分析 是测定金属元素的首选定量方法是测定金属元素的首选定量方法76.2原子吸收光谱法的基本原理原子吸收光谱法的基本原理 原子吸收光谱与原子结构原子吸收光谱与原子结构 通常情况下，当原子处于基态时，有辐通常情况下，当原子处于基态时，有辐射通过自由原子蒸气，且射通过自由原子蒸气，且入射辐射的能入射辐射的能量恰好

4、与该原子从基态跃迁至激发态时量恰好与该原子从基态跃迁至激发态时所需的能量相同时，所需的能量相同时，该基态原子就会从该基态原子就会从入射辐射中吸收能量，产生共振吸收，入射辐射中吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁至激发态，同时伴随电子由基态跃迁至激发态，同时伴随原原子吸收光谱的产生。子吸收光谱的产生。8 由于原子的能由于原子的能级级是量子化的，所以是量子化的，所以原子原子对不同频率辐射的吸收也是有选择的对不同频率辐射的吸收也是有选择的。 各元素的原子结构和外层电子排布不同，各元素的原子结构和外层电子排布不同，元素从基态跃迁至激发态时吸收的能量元素从基态跃迁至激发态时吸收的能量也不同。也不同。E

5、=E-E=h =hc/ CU（基态）吸收波长为（基态）吸收波长为324.8 nmMg（基态）吸收波长为（基态）吸收波长为285.2 nm910 原子由基态跃迁至第一激发态时所需能量原子由基态跃迁至第一激发态时所需能量最低，跃迁最容易，产生的吸收线为最低，跃迁最容易，产生的吸收线为主共主共振吸收线或第一共振吸收线振吸收线或第一共振吸收线 灵敏线，最主要的灵敏线，最主要的分析线分析线Na（基态）吸收波长为（基态）吸收波长为589.0 nmMg（基态）吸收波长为（基态）吸收波长为285.2 nm11 通常测量基态原子对特征谱线的吸收程通常测量基态原子对特征谱线的吸收程度（度（吸光度吸光度）进行）进行

6、定量分析定量分析 根据吸光度与浓度呈线性关系的原理，根据吸光度与浓度呈线性关系的原理，可求出待测物的含量。可求出待测物的含量。1213 用于测量和记录待测物质在一定条件下形用于测量和记录待测物质在一定条件下形成的基态原子蒸汽对其特征光谱线的吸收成的基态原子蒸汽对其特征光谱线的吸收程度并进行分析测定的仪器，称为程度并进行分析测定的仪器，称为原子吸原子吸收光谱仪或原子吸收分光光度计收光谱仪或原子吸收分光光度计(AAS）。）。1415回顾 原子吸收光谱法的特点原子吸收光谱法的特点 原子吸收光谱法的基本原理（理解）原子吸收光谱法的基本原理（理解） 原子吸收分光光度计的基本结构原子吸收分光光度计的基本结

7、构16空心阴极灯空心阴极灯原子化器原子化器单色器单色器检测器检测器原子化系统原子化系统雾化器雾化器样品液样品液废液废液切光器切光器助燃气助燃气燃气燃气原子吸收原子吸收光谱光谱仪结构示意图仪结构示意图空心阴极灯空心阴极灯原子化器原子化器单色器单色器检测器检测器原子化系统原子化系统雾化器雾化器样品液样品液废液废液切光器切光器助燃气助燃气燃气燃气原子吸收原子吸收光谱光谱仪结构示意图仪结构示意图17仪器结构仪器结构光源光源原子化系统原子化系统检测系统检测系统分光系统分光系统基本结构基本结构（掌握）（掌握） 原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计 光源光源、原子化原子化系统系统、分光系统分光系统、检测系统

8、检测系统 四部分组成四部分组成19（一）（一）光源光源 作用：发射待测元素的特征谱线作用：发射待测元素的特征谱线空心阴极灯（空心阴极灯（HCL） 结构结构2021 空心阴极灯是由一个阳极和一个空心空心阴极灯是由一个阳极和一个空心阴极组成的气体放电灯阴极组成的气体放电灯 阴极阴极为空心圆柱形，由待测元素的高为空心圆柱形，由待测元素的高纯金属和合金直接制成纯金属和合金直接制成 阳极阳极为钨棒为钨棒 阴极和阳极被封装在充有低压惰性气阴极和阳极被封装在充有低压惰性气体的玻璃套管内体的玻璃套管内22 用不同待测元素作阴极材料，可制成相用不同待测元素作阴极材料，可制成相应元素的空心阴极灯。应元素的空心阴极

9、灯。 只能发射一种元素特征谱线的只能发射一种元素特征谱线的单一元素单一元素空心阴极灯空心阴极灯，目前应用最广泛，目前应用最广泛 对于一灯多用的多元素灯，它的辐射强对于一灯多用的多元素灯，它的辐射强度较弱，易产生光谱干扰，实际应用上度较弱，易产生光谱干扰，实际应用上受到一定的限制受到一定的限制 使用灯电流过小，使用灯电流过小，辐射强度弱辐射强度弱； 灯电流过大，会加快灯内惰性气体消耗，灯电流过大，会加快灯内惰性气体消耗，缩短灯寿命；缩短灯寿命； 因此在实际工作中应选择合适的工作电流因此在实际工作中应选择合适的工作电流 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关

10、灯工作电流一般在灯工作电流一般在120mA120mA，根据情况选根据情况选择合适的灯电流，满足要求的情况下，择合适的灯电流，满足要求的情况下，选用较低的工作电流。选用较低的工作电流。 将试样中待测元素变成气态的基态原子的过程称将试样中待测元素变成气态的基态原子的过程称为试样的为试样的“原子化原子化”。 完成试样的原子化所用完成试样的原子化所用的设备称为原子化器或原子化系统。的设备称为原子化器或原子化系统。（二）（二）原子化系统原子化系统被测元素原子化的方法主要有被测元素原子化的方法主要有火焰原子化法火焰原子化法和和非火焰原子非火焰原子化化法两种。法两种。火焰原子化法利用火焰原子化法利用火焰热能

11、火焰热能使试样转化为气态原子。使试样转化为气态原子。非火焰原子化法利用非火焰原子化法利用电加热方式电加热方式（石墨炉）使试样转化为（石墨炉）使试样转化为气态原子气态原子。作用：作用：将试样中待测元素转化为基态原子。将试样中待测元素转化为基态原子。25仪器结构仪器结构光源光源原子化系统原子化系统检测系统检测系统分光系统分光系统26（1）火焰原子化器）火焰原子化器 火焰原子化器结构简单，操作方便，重现火焰原子化器结构简单，操作方便，重现性和准确度都比较好。性和准确度都比较好。 目前仪器多采用目前仪器多采用预混合型火焰原子化器预混合型火焰原子化器 是由是由喷雾器、雾化室、燃烧器喷雾器、雾化室、燃烧器

12、三部分组成三部分组成 27雾化室原子化系统 ( (一一) )火焰原子化器火焰原子化器燃烧器雾化室喷雾器喷雾器燃烧器28雾化室雾化室喷雾喷雾器器 喷雾器是火焰原子化喷雾器是火焰原子化器中的重要部件。它器中的重要部件。它的的作用作用 是是将试液变成将试液变成细雾细雾。 雾粒越细、越多，在雾粒越细、越多，在火焰中生成的基态自火焰中生成的基态自由原子就越多。由原子就越多。 喷雾器喷出的雾滴碰喷雾器喷出的雾滴碰到玻璃球上，可产生到玻璃球上，可产生进一步细化作用。进一步细化作用。一般的喷雾装置的雾一般的喷雾装置的雾化效率为化效率为5 15%。30雾化室雾化室 雾化室的作用主雾化室的作用主要是要是 除去大雾

13、除去大雾滴，并使燃气和滴，并使燃气和助燃气充分混合，助燃气充分混合，以便在燃烧时得以便在燃烧时得到稳定的火焰到稳定的火焰。31燃烧器燃烧器 形成稳定的火焰形成稳定的火焰，待，待测组分在火焰中经过测组分在火焰中经过干燥、熔化、蒸发和干燥、熔化、蒸发和离解等过程后，离解等过程后，产生产生大量的基态自由原子大量的基态自由原子及少量的激发态原子、及少量的激发态原子、离子和分子离子和分子 32燃烧器燃烧器我们可调节燃烧器高度，使光线通过火焰的不同区域。我们可调节燃烧器高度，使光线通过火焰的不同区域。33（一）火焰温度（一）火焰温度 不同待测元素对火焰有不同的要求，温不同待测元素对火焰有不同的要求，温度过

14、高、过低都不利于产生更多的基态度过高、过低都不利于产生更多的基态原子。原子。 因此根据情况选择合适的火焰温度。因此根据情况选择合适的火焰温度。34（二）常见火焰类型（火焰的特性）（二）常见火焰类型（火焰的特性） 火焰种类火焰种类 温度温度/ 丙烷丙烷-空气焰空气焰 1930 氢气氢气-空气焰空气焰 2045 乙炔乙炔-空气焰空气焰 2300 乙炔乙炔-氧化亚氮（氧化亚氮（笑气笑气）焰）焰 2955最常用的是乙炔最常用的是乙炔- -空气焰，能对空气焰，能对3535种以上种以上元素测定元素测定 35乙炔乙炔空气火焰：空气火焰： 用途最广的一类火焰。用途最广的一类火焰。火焰温度相对略低（火焰温度相对

15、略低（约约2300）， 一些需要一些需要高温高温原子化的元素原子化的元素，不宜使用，不宜使用 燃烧速度稳定，燃烧速度稳定，能测定能测定3535种以上的元素种以上的元素 重复性好，噪声低，重复性好，噪声低， 乙炔可用高压乙炔钢瓶供应。乙炔可用高压乙炔钢瓶供应。36 一般一般易挥发易电离易挥发易电离的化合物，如：碱金属、的化合物，如：碱金属、碱土金属等化合物易选用低温火焰碱土金属等化合物易选用低温火焰 难挥发、易生成难解离化合物难挥发、易生成难解离化合物的元素如：的元素如：Al、Mo、Ta、W等化合物选用高温火焰等化合物选用高温火焰37乙炔乙炔- -笑气（笑气（N N2 2O O）火焰火焰此种火焰

16、燃烧速度低，火焰温度达此种火焰燃烧速度低，火焰温度达 30003000左右，大约左右，大约可测定可测定70 70 种元素，种元素，是目前广泛应用的是目前广泛应用的高温化学火焰高温化学火焰，这种火焰，这种火焰适用于耐高适用于耐高温温元素元素的原子化的原子化氧化亚氮气体通常由氧化亚氮钢瓶提供氧化亚氮气体通常由氧化亚氮钢瓶提供N2ON2O对呼吸有麻醉作用，对呼吸有麻醉作用，且且易爆易爆，使用使用 N2O-C2H2 N2O-C2H2 火焰火焰应小心应小心38火焰原子化器的特点：火焰原子化器的特点： 结构简单、操作方便，结构简单、操作方便， 准确度和重现性较好。准确度和重现性较好。 缺点：缺点： 原子化

17、效率低，灵敏度低，试样用量大原子化效率低，灵敏度低，试样用量大（0.5-1ml） 一般不能直接分析固体样品一般不能直接分析固体样品39（2）非火焰原子化器）非火焰原子化器 常用的是常用的是石墨炉原子化器石墨炉原子化器 1967年，美国人制造出第一台高温石墨炉年，美国人制造出第一台高温石墨炉 基本结构包括基本结构包括 石墨管、炉体（保护气系统）、电源等石墨管、炉体（保护气系统）、电源等三部分组成三部分组成。404142仪器结构仪器结构光源光源原子化系统原子化系统检测系统检测系统分光系统分光系统43 电源：电源：1025V，300A。用于产生高温。用于产生高温。 保护系统：保护系统： 保护气保护气

18、（Ar）防止空气进入，保护石防止空气进入，保护石墨管不被氧化、烧蚀。墨管不被氧化、烧蚀。 冷却水冷却水金属炉体周围通水，以保护炉金属炉体周围通水，以保护炉体。体。44原子化过程（掌握）原子化过程分为原子化过程分为干燥、灰化（去除基体干扰）、干燥、灰化（去除基体干扰）、原子化、净化（去除残渣）原子化、净化（去除残渣） 四个阶段四个阶段，待测元素，待测元素在高温下生成基态原子。在高温下生成基态原子。45干燥干燥灰化灰化原子化原子化净化净化脱水脱水去基去基停气停气空烧，清洗空烧，清洗120350-8002500-300033501-5 s10-60 s3-10 s3-5 s石墨炉的升温程序是微机处理

19、控制的，石墨炉的升温程序是微机处理控制的，进样后原子化过程按程序自动进行进样后原子化过程按程序自动进行除残除残46 非火焰原子化器（石墨炉原子化器）非火焰原子化器（石墨炉原子化器）的特的特点：点： 原子化效率高（原子化效率高（90%），测定灵敏度高），测定灵敏度高； 取样量少取样量少（1-50ul），适合低含量样品分，适合低含量样品分析析 可直接分析液体和固体样品可直接分析液体和固体样品 缺点：缺点： 分析所需的时间比火焰法要长分析所需的时间比火焰法要长；背景干扰较严重背景干扰较严重 设备复杂设备复杂、费用较高费用较高47（三）三）分光系统分光系统 作用作用就是将待测元素的就是将待测元素的共振

20、共振线与线与其他谱其他谱线分开线分开，只让分析线通过，只让分析线通过检测系统检测系统 分光系统分光系统：入射狭缝、反射镜、色散元：入射狭缝、反射镜、色散元件件（光栅、棱镜）（光栅、棱镜）、出射狭缝等组成、出射狭缝等组成48单道单光束原子吸收分光光度计光学系统示意图单道单光束原子吸收分光光度计光学系统示意图 对具体仪器来说，分辨能力与仪器的狭缝对具体仪器来说，分辨能力与仪器的狭缝宽度有关。宽度有关。 减少狭缝宽度减少狭缝宽度，出射光的强度减弱，可，出射光的强度减弱，可提提高分辨能力，有利于消除干扰谱线高分辨能力，有利于消除干扰谱线。 但若太小，透过光强度减弱，分辨灵敏度但若太小，透过光强度减弱，

21、分辨灵敏度下降。下降。50（四）检测系统（四）检测系统 把分光系统分出来的待测元素的光信号转换为把分光系统分出来的待测元素的光信号转换为电信号，适当放大，转换成吸光度电信号，适当放大，转换成吸光度A. 常用的光电转换器是常用的光电转换器是光电倍增管光电倍增管，它是利用两，它是利用两次电子发射现象放大光电流的光电管。次电子发射现象放大光电流的光电管。5152思考与练习思考与练习 （1）原子吸收分光光度计由哪几部分构成？）原子吸收分光光度计由哪几部分构成？ （2）何谓试样的原子化？试样原子化的方法）何谓试样的原子化？试样原子化的方法有哪几种？有哪几种？ （3）简述石墨炉原子化过程。）简述石墨炉原子

22、化过程。 （4）常用的火焰类型有哪些？）常用的火焰类型有哪些？ （5）比较火焰原子化和石墨炉原子化法的特）比较火焰原子化和石墨炉原子化法的特点。点。 536.4 原子吸收光谱仪的类型原子吸收光谱仪的类型 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪按光束形式可分为单光按光束形式可分为单光束和双光束两类束和双光束两类，按波道数目又有单道、，按波道数目又有单道、双道和多道之分。目前使用比较广泛的双道和多道之分。目前使用比较广泛的是是单道单光束和单道双光束原子吸收分单道单光束和单道双光束原子吸收分光光度计。光光度计。54 单光束单光束型型 结构简单，操作方便，单光源强度易受结构简单，操作方便，单光源强度易受电源电压

23、波动而稳定性较差，易造成基电源电压波动而稳定性较差，易造成基线漂移，需配置光源稳压装置线漂移，需配置光源稳压装置55 双光束双光束型型 光源辐射的作用光被旋转器分为两束，光源辐射的作用光被旋转器分为两束，一束通过原子化器，即通过样品，一束一束通过原子化器，即通过样品，一束不通过原子化器，而绕过火焰为参比光不通过原子化器，而绕过火焰为参比光束，然后两束光交替进入单色器束，然后两束光交替进入单色器 可以使光源的漂移通过参比光束的作用可以使光源的漂移通过参比光束的作用进行补偿，进行补偿，能获得稳定的输出信号。能获得稳定的输出信号。56 这类仪器简单，操作方便，体积小，价这类仪器简单，操作方便，体积小

24、，价格低，能满足一般原子吸收分析的要求。格低，能满足一般原子吸收分析的要求。 其其缺点是不能消除光源波动造成的影响，缺点是不能消除光源波动造成的影响，基线漂移。国产基线漂移。国产 WYX-1A、WYX-1B、WYX-1C、WYX-1D 等等 WYX系列和系列和 360、360M、360CRT 系列等均属于系列等均属于单道单光束仪器。单道单光束仪器。1、单道单光束型、单道单光束型57单道双光束仪器光学示意图单道双光束仪器光学示意图2、单道双光束型、单道双光束型58 由于两光束来源于同一个光源，光源的由于两光束来源于同一个光源，光源的漂移通过参比光束的作用而得到补偿，漂移通过参比光束的作用而得到补偿，所以能获得一个稳定的输出信号。所以能获得一个稳定的输出信号。 国产国产 310 型、型、320 型型、GFU-201 型、型、WFX-型均属此类仪器。型均属此类仪器。593. 双道单光束型双道单光束型 “双道单光束双道单光束”是指仪器有两个不同光是指仪器有两个不同光源，两个单色器，两个检测显示系统，源，两个单色器，两个检测显示系统，而光束只有一路。而光束