原子吸收光谱法(AAS)

1、概述概述原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理原子吸收分光度计原子吸收分光度计定量分析结果的计算定量分析结果的计算原子吸收光谱法原子吸收光谱法( (也称原子吸收分光光也称原子吸收分光光法法) )与可见、紫外分光光度法基本原理与可见、紫外分光光度法基本原理相同，都是基于物质对光选择吸收而相同，都是基于物质对光选择吸收而建立起来的光学分析法。建立起来的光学分析法。概述概述概述概述区别：区别：在可见、紫外分光光度法中，吸光在可见、紫外分光光度法中，吸光物质是溶液中被测物质的物质是溶液中被测物质的分子或离子分子或离子对光对光的选择吸收，原子吸收光谱法吸光物质是的选择吸收，原子吸收光谱法吸光物质是

2、待测元素的待测元素的基态原子基态原子对光的选择吸收，这对光的选择吸收，这种光是由待测元素制成的空心阴极灯种光是由待测元素制成的空心阴极灯(称元称元素灯素灯)作光源。作光源。概述概述原子吸收光谱原子吸收光谱(atomic absorption spectrometry AAS )：是基于从光源发出的被测元素特征是基于从光源发出的被测元素特征辐射通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸辐射通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸收，由辐射的减弱程度测定元素含量的一种收，由辐射的减弱程度测定元素含量的一种现代仪器分析方法。现代仪器分析方法。(1) 检出限低，检出限低，10-1410-10g；(2) 准确度高，准

3、确度高，1%5%；(3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰；选择性高，一般情况下共存元素不干扰；(4) 分析速度快，分析速度快，应用广，可测定应用广，可测定70多个元素多个元素。特点：特点：局限性：局限性：测不同的元素需不同的元测不同的元素需不同的元素灯，素灯，不能同时不能同时测测多元素多元素，难熔元难熔元素、非金属元素测定困难素、非金属元素测定困难。概述概述 1. 1.原子的能级与跃迁原子的能级与跃迁 基态基态第一激发态第一激发态, ,吸收一定频率的辐射能量。吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线）产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱吸收光谱 激发态激发态基态基态, ,发射

4、出一定频率的辐射。发射出一定频率的辐射。 产生共振吸收线（也简称共振线）产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱发射光谱原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理 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 基态基态第一激发态第一激发态: : 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。特征谱线。最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。（3 3）利用原子蒸气对特征谱线的

5、吸收可以进行定量分析）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理 从光源发射出具有待测元素特征从光源发射出具有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸气时，被蒸气谱线的光，通过试样蒸气时，被蒸气中待测元素的中待测元素的基态原子基态原子所吸收，所吸收，吸收吸收的程度与被测元素的含量成正比的程度与被测元素的含量成正比。故。故可根据测得的吸光度，求得试样中被可根据测得的吸光度，求得试样中被测元素的含量。测元素的含量。原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理定量分析的依据定量分析的依据 基态原子对共振线的吸收程度与基态原子对共振线的吸收程度与蒸气中基态原子的数

6、目和原子蒸气厚蒸气中基态原子的数目和原子蒸气厚度的关系，在一定的条件下，服从度的关系，在一定的条件下，服从朗朗伯伯比耳定律：比耳定律： 00lgIAKN LI 由于原子化过程中激发态原子数目和离子数很由于原子化过程中激发态原子数目和离子数很少，因此蒸气中的基态原子数目实际上接近于被少，因此蒸气中的基态原子数目实际上接近于被测元素的总原子数目，而总原子数目与溶液中被测元素的总原子数目，而总原子数目与溶液中被测元素的浓度测元素的浓度c成正比。在成正比。在L一定条件下：一定条件下： Akc定量分析的依据定量分析的依据原子吸收分光度计原子吸收分光度计原子吸收分光度计原子吸收分光度计原子吸收分光度计原子

7、吸收分光度计光源光源原子化器原子化器单色器单色器检测系统检测系统思考：光学系统（单色器）为什么在原子化器和检测系统之间？光光 源源 提供待测元素的特征光谱。获得较高的提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求；光源应满足如下要求；（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。光光 源源 空心阴极灯空心阴极灯 由一个钨丝作阳极，空心阴极由待测元素的高纯金由一个钨丝作阳极，空心阴极由待测元素的高纯金属或合金制成。接通电源发射出待测元素的特征谱线。

8、属或合金制成。接通电源发射出待测元素的特征谱线。 施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极阳极; ; 与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击; ; 使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱质和内充惰性气体的光

9、谱; ;光光 源源 空心阴极灯的原理空心阴极灯的原理 优缺点：优缺点：（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）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。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯心阴极灯; ;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。光光 源源 空心阴极灯的原理空心阴极灯的原理原子化器原子化器 将试液中的待测元素转变成基态原子蒸气将试液中的待测元素转变成基态原子蒸气MX(试液试液)蒸发蒸发MX(气态气态)热解热解M 0(基态原子基态原

10、子)+X(气态气态)激发激发激发激发M 1(激发态原子激发态原子)Mn+(离子离子)+ne-(电子电子)原子化器原子化器火焰原子化器火焰原子化器无火焰原子化器无火焰原子化器(石墨炉原子化器石墨炉原子化器)分分火焰原子化装置火焰原子化装置 雾化器和燃烧器雾化器和燃烧器主要缺点：雾化效率低主要缺点：雾化效率低 火焰火焰: :试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。离解（还原）等过程产生大量基态原子。空气空气- -乙炔火焰：乙炔火焰：最常用最常用, ,可测定可测定30多种元素多种元素 N2O-乙炔火焰：乙炔火焰：火焰温度高火焰温度高, ,可

11、测定的增加到可测定的增加到70多多种种。火焰原子化装置火焰原子化装置 雾化器和燃烧器雾化器和燃烧器 火焰温度的选择火焰温度的选择： （a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，）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；尽量采用低温火焰； （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）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，常用空气乙炔最高温度乙炔最高温度2600K能测能测35种元素。种元素。 火焰类型：火焰类型：l 化学计量火焰：化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景温度高，干扰少，稳定，背景

12、低，常用。低，常用。l 富燃火焰：富燃火焰：还原性火焰，燃烧还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素物的元素Mo、Cr稀土等。稀土等。 l 贫燃火焰：贫燃火焰：火焰温度低，氧化火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。性气氛，适用于碱金属测定。石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置 外气路中外气路中Ar气体沿石墨管外壁流动，气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中冷却保护石墨管；内气路中Ar气体由管两气体由管两端流向管中心，从中心孔流出，用来保护端流向管中心，从中心孔流出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中

13、产生的蒸汽。中产生的蒸汽。 原子化过程分为原子化过程分为干燥干燥、灰化灰化（去除基体）、（去除基体）、原子化原子化、净化净化( (去除残渣）四个阶段，待测元去除残渣）四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。素在高温下生成基态原子。石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置 优点：优点：原子化程度高，试样用量少（原子化程度高，试样用量少（1-100L），），可测粘稠试样，灵敏度高，检可测粘稠试样，灵敏度高，检测极限测极限10-12 g/L。 缺点：缺点：精密度差，测定速度慢，操作精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。不够简便，装置复杂。石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置其他原子化方法其他原子化方法

14、主要是氢化物原子化方法，原子化温度主要是氢化物原子化方法，原子化温度700900 C ；应用：应用：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等等 特点：特点：原子化温度低原子化温度低 ；灵敏度高（对砷、硒；灵敏度高（对砷、硒可达可达10-9g）；基体干扰和化学干扰小）；基体干扰和化学干扰小 原理：原理：在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。例反应生成气态氢化物。例 AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 +4NaCl +4HBO2+13H2 将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢

15、化物，送入原子化器中检测。化物，送入原子化器中检测。单色器单色器作用：作用：将待测元素的吸收线与邻近线分开将待测元素的吸收线与邻近线分开组件组件：色散元件色散元件( (棱镜、光栅棱镜、光栅) )，凹凸镜、狭，凹凸镜、狭缝等缝等检测系统检测系统作用作用: : 将待测元素光信号转换为电信号，将待测元素光信号转换为电信号，经放大数据处理显示结果。经放大数据处理显示结果。组件组件: : 检测器、放大器、对数变换器、显检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置。示记录装置。定量分析结果的计算定量分析结果的计算标准曲线法标准曲线法标准加入法标准加入法内标法内标法计算法计算法作图法作图法浓度直读法浓度直读法内

16、标标准曲线法内标标准曲线法内标计算法内标计算法 配制一组合适的标准溶液，由低浓度到高浓配制一组合适的标准溶液，由低浓度到高浓度依次喷入火焰，将获得的吸光度度依次喷入火焰，将获得的吸光度A数据对应数据对应于浓度于浓度c作标准曲线，在相同条件下测定试样的作标准曲线，在相同条件下测定试样的吸光度吸光度A，在标准曲线上求出对应的浓度值。，在标准曲线上求出对应的浓度值。或由标准试样数据获得线性方程，将试样的吸或由标准试样数据获得线性方程，将试样的吸光度光度A A数据代入计算。数据代入计算。 标准曲线法标准曲线法注意：注意：在高浓度时，标准曲线易发生弯曲。在高浓度时，标准曲线易发生弯曲。 标准曲线法标准曲

17、线法标准加入法标准加入法计算法计算法: :设容量瓶设容量瓶A，待测元素浓度，待测元素浓度Cx，吸光度，吸光度Ax；容量瓶容量瓶B，待测元素浓度为，待测元素浓度为(Cx+Cs)，吸光，吸光 度为度为Ax+s，可求得被测试液元素的浓度为，可求得被测试液元素的浓度为: :xxsx+sxAccAA作图作图法法: :设同体积容量瓶编号设同体积容量瓶编号标准加入法标准加入法 A BC D 试液试液+ +标准溶液浓度标准溶液浓度 cx cx+ cs cx+ 2cs cx+ 4cs 测得相应的吸光度测得相应的吸光度 Ax A1 A2 A4标准加入法标准加入法 以以A为纵坐标为纵坐标, ,标准溶液浓度标准溶液浓度cs为横坐标为横坐标, ,绘制工作曲线绘制工作曲线, ,如下图：如下图： 延长工作曲线与横坐延长