原子吸收光谱法 (4)讲稿

1、关于原子吸收光谱法 (4)第一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月 原子吸收光谱法是基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析的方法。与分子吸收光谱法有何不同？第二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月一、原子光谱的产生 基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。AEI0IIhvhvhv基态原子激发态原子第三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月二、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，基态与激发态的原子数的比例遵循Boltzman分布定律。Ni /

2、N0 = gi / g0 exp(- Ei / kT)激发态与基态原子数激发能Boltzman常数热力学温度统计权重表示能级的简并度第四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月温度越高， Ni / N0值越大，即激发态原子数随温度升高而增加，而且按指数关系变化； 但是，即使在高温下， Ni /N0值也很低，即蒸气中基态原子数近似地等于总原子数。如： Na 589.0 nm线， gi / g0 = 2, Ei=2.104 eV K=2000时, Ni /N0=0.99 10-5 K=3000时, Ni /N0=5.83 10-4在相同的温度条件下，激发能越小，吸收线波长越长，Ni /N0值越大

3、。第五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月三、原子吸收光谱轮廓 原子光谱是线状光谱为什么原子光谱为线光谱，而分子光谱为连续光谱？第六张，PPT共五十四页，创作于2022年6月原子和离子只存在电子能级分子还振动能级和转动能级第七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月原子吸收光谱并不是严格意义上的线状光谱，也有一定的宽度。吸收强度对频率作图，所得曲线为吸收线轮廓。原子吸收线轮廓以原子吸收谱线的中心频率（或中心波长）和半宽度 表征。中心频率由原子能级决定。半宽度是中心频率位置，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。 第八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月谱线具有

4、一定的宽度，主要有两方面的因素：第九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月1、自然宽度没有外界影响，谱线仍有一定的宽度称为自然宽度。它与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄，通常为10-5nm数量级。2、多普勒变宽 原子处于无规则的热运动状态，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，使谱线变宽，又称为热变宽。一般可达10-3nm，是谱线变宽的主要因素。第十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月3、压力变宽由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子和电子等）间的相互作用而产生的谱线变宽，统称为压力变宽。压力变宽通常随压力增大而增大。同种粒子碰撞引起的变宽叫

5、Holtzmark（赫尔兹马克）变宽；凡是由异种粒子引起的变宽叫Lorentz（罗伦兹）变宽。此外，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。第十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月4、自吸变宽由自吸现象而引起的谱线变宽称为自吸变宽。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，从而使谱线变宽。第十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月四、原子吸收光谱的测量 1、积分吸收 与原子蒸气中吸收辐射的原子数成正比。谱线宽度10-3nm，需要分辨率非常高的色散仪器。若色散仪器分辨率为0.01nm（500.000-500.010），而吸收

6、宽度为10-3nm （500.000-500.001） ，即使完全吸收，也只能吸收10。原子吸收无法测定。第十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月2、峰值吸收采用发射线半宽度比吸收线半宽度小得多的锐线光源，并且发射线的中心与吸收线中心频率一致。这样就不需要用高分辨率的单色器，而只要将其与其它谱线分离，就能测出峰值吸收系数。第十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月光源色散元件原子吸收第十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月3、锐线光源 锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源，如空心阴极灯。半宽度很小中心频率一致空心阴极灯第十六张，PPT共五十四页，创作于2022年

7、6月4、分析基本关系式 吸收过程符合朗伯-比耳定律： I = I0exp(-K0N L) 式中K0为吸收系数，N为自由原子总数（基态原子数），L为吸收层厚度。 吸光度A可用下式表示A = K N 在实际分析过程中，当实验条件一定时，N正比于待测元素的浓度。第十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月 原子吸收光谱仪又称原子吸收分光光度计，由光源、原子化器、单色器和检测器等四部分组成。单道单光束单道双光束第十八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月原子吸收光谱仪第十九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月一、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:

8、 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 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。第二十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月3、对光源的要求辐射强度大稳定性高锐线性背景小要用被测元素做阴极材料第二十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月第二十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月原子化器的功能是提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。原子化器的基本要求：火焰原子化器和非火焰原子化器。二

9、、原子化器第二十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月1、火焰原子化器 构造：三部分：喷雾器，雾化器，燃烧器喷雾器： 不锈钢 聚四氟乙烯雾化室： 不锈钢燃烧器： 单缝 三缝第二十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月第二十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月火焰的基本特性 () 燃烧速度，是指火焰由着火点向可燃混凝气其他点传播的速度，供气速度过大，导致吹灭，供气速度不足将会引起回火。（）火焰温度P136表6.2。 （）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。第二十六张，PPT共五十四页，创作于2022年6月化学计量火焰：由于燃气与助燃

10、气之比与化学计量反应关系相近，又称为中性火焰 ，这类火焰, 温度高、稳定、干扰小背景低，适合于许多元素的测定。富燃火焰：指燃气大于化学元素计量的火焰。其特点是燃烧不完全，温度略低于化学火焰，具有还原性，适合于易形成难解离氧化物的元素测定；干扰较多，背景高。贫燃火焰：指助燃气大于化学计量的火焰，它的温度较低，有较强的氧化性，有利于测定易解离，易电离元素,如碱金属。第二十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月乙炔空气火焰 是原子吸收测定中最常用的火焰，该火焰燃烧稳定，重现性好，噪声低，温度高，对大多数元素有足够高的灵敏度，但它在短波紫外区有较大的吸收。氢空气火焰 是氧化性火焰，燃烧速度较乙炔

11、-空气 火焰高，但温度较低，优点是背景发射较弱，透射性能好。乙炔一氧化二氮火焰 的优点是火焰温度高，而燃烧速度并不快，适用于难原子化元素的测定，用它可测定70多种元素。第二十八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月2、非火焰原子化器（石墨炉原子化器） 将试样注入石墨管中间位置，用大电流通过石墨管以产生高达2000-3000的高温使试样经过干燥、蒸发和原子化。 优点：绝对灵敏度高，检出限达10-12-10-14g 原子化效率高，样品量小。 缺点：基体效应，背景大，化学干扰多，重现性比火焰差。第二十九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月第三十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月石墨

12、炉原子吸收光谱仪第三十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月石墨炉原子化器第三十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月3、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数百度。常用的有汞低温原子化法及氢化法。（1）汞低温原子化法汞在室温下，有一定的蒸气压，沸点为357 C 。只要对试样进行化学预处理还原出汞原子，由载气（Ar或N2）将汞蒸气送入吸收池内测定。测汞仪第三十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月（2）氢化物原子化法 适用于Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se和Te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，如AsH3

13、、SnH4 、BiH3等。这些氢化物经载气送入石英管后，进行原子化与测定。第三十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月三、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邻近谱线分开。四、检测器 光电倍增管。第三十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月一、物理干扰 物理干扰是指试液与标准溶液 物理性质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。 消除办法：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。 第三十六张，PPT共五十四页，创作于2022

14、年6月二、化学干扰 化学干扰是由于被测元素原子与共存组份 发生化学反应生成稳定的化合物，影响被测元素的原子化，而引起的干扰。第三十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月消除化学干扰的方法： （1）选择合适的原子化方法 提高原子化温度，化学干扰会减小，在高温火焰中PO43- 不干扰钙的测定。（2）加入释放剂： 镧、锶盐（广泛应用）（3）加入保护剂：EDTA、8羟基喹啉等，即有强的络合作用，又易于被破坏掉。（4）加基体改进剂（5）分离法第三十八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月三、电离干扰 在高温下原子会电离使基态原子数减少， 吸收下降，称电离干扰。 消除的方法是加入过量消电离剂，所

15、谓的消电离剂，是电离电位较低的元素，加入时, 产生大量电子，抑制被测元素电离。 K K+ + e Ca2+ 2e Ca第三十九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月四、光谱干扰（1）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，两谱线重叠或部分重叠，会使结果偏高。（2）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。（3）原子化器内直流发射干扰第四十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月五、背景干扰 背景干扰也是一种光谱干扰。分子吸收与光散射是形成光谱背景的主要因素。 分子

16、吸收是指在原子化过程中生成的分子对辐射的吸收。分子吸收是带状光谱，会在一定的波长范围内形成干扰。校正方法： 用邻近非共振线校正背景 连续光源校正背景 Zeaman 效应校正背景 自吸效应校正背景第四十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月 原子化过程中生成的分子对辐射的吸收。例如：Fe 248.33nm 假设 Fe 吸收248.32-248.34nm的光 分子吸收230-260 nm的光 采用空心阴极灯测定的248.33nm处的吸收是由于吸收原子和分子吸收共同引起的 采用氘灯为光源，检测的则是样品对248-250nm范围的光，此时的吸收主要是由于分子吸收引起的第四十二张，PPT共五十四页

17、，创作于2022年6月一、 测量条件选择1、分析线，查手册，随空心阴极灯确定。 2、狭缝宽度 W=DS没有干扰情况下，尽量增加W，增强辐射能。3、灯电流，按灯制造说明书要求使用。4、原子化条件。5、进样量（主要指非火焰方法）。第四十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月二、分析方法1. 校准曲线法标准溶液与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光度值。绘制吸光度对浓度的校准曲线，根据试样的吸光度直接求出被测元素的含量。第四十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月2. 标准加入法分取几份相同量的被测试液，分别加入浓度为0，Cs、2Cs 、3Cs 的标准溶液然后分别测定它

18、们的吸光度。绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离Cx即是被测元素经稀释后的浓度。消除物理干扰第四十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月待测样品待测样品+C1标液待测样品+C2标液待测样品+C3标液待测样品浓度第四十六张，PPT共五十四页，创作于2022年6月一、灵敏度灵敏度S的定义是分析标准函数 X = f（c）的一次导数S = dx/dc。在实际的测量中，灵敏度S等于标准曲线的斜率。第四十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月1. 特征浓度 在原子吸收光度法中，习惯于用1%吸收灵敏度。特征浓度 定义为能产生1%吸收（即吸光度值为0.0044）信号时所对应的被测元素的浓度。 C0 = CX0.0044 / A （g.cm-3） CX表示待测元素的浓度； A为多次测量的吸光度值。第