仪器分析课件原子吸收光谱详解

仪器分析课件原子吸收光谱详解演示文稿本文档共31页；当前第1页；编辑于星期日\9点32分优选仪器分析课件原子吸收光谱本文档共31页；当前第2页；编辑于星期日\9点32分

分光系统本文档共31页；当前第3页；编辑于星期日\9点32分

分光系统的作用是将激发试样所获得的复合光分解成按波长循序排列的单色光。常用的分光元件可分为棱镜和光栅两类。

棱镜分光示意图光栅分光示意图本文档共31页；当前第4页；编辑于星期日\9点32分1.棱镜

棱镜的作用是把复合光分解为单色光。这是由于不同波长的光在同一介质中具有不同的折射率而形成的。波长长的光，折射率小；波长短的光，折射率大。常用的棱镜有考纽棱镜和利特罗棱镜。棱镜的光学特性可用色散率、分辨率和集光本领来表征。本文档共31页；当前第5页；编辑于星期日\9点32分(1)色散率（角色散率、线色散率和倒线色散率）

棱镜的角色散率用d/d表示。它表示入射线与折射线的夹角，即偏向角

对波长的变化率。角色散率越大，波长相差很小的两条谱线分得越开。取一个棱角为的等边棱镜，它的折射线与入射线的夹角叫做偏向角δ

。当入射线射入棱镜内的折射线与棱镜底边平行时，入射角与出射角相等，此时偏向角最小。本文档共31页；当前第6页；编辑于星期日\9点32分

在光谱仪中，棱镜一般安置在最小偏向角的位置（入射光通过棱镜是与底边平行），这时棱镜的顶角越大或折射率n越大，棱镜的角色散率越大。如果光谱仪中安装数个相同的棱镜，且其位置都处在最小偏向角位置，则总的角色散率等于单个棱镜的角色散率乘以所用的棱镜数目。

本文档共31页；当前第7页；编辑于星期日\9点32分

增加光谱仪的角色散率的办法：

1、增加棱镜的数目

使用这种办法时，要考虑成本和光强减小的问题。

2、增大棱镜的顶角

这种办法将受到入射角大于临界角时发生全反射的限制。对于棱镜，当顶角等于65时，紫外线就不能折射出来，所以其顶角一般为60。

3、改变棱镜的材料

在400nm-800nm波长范围内，玻璃棱镜比石英棱镜的色散率大。但在200nm-400nm的波长范围内，由于玻璃强烈地吸收紫外光，无法采用，故只能采用石英棱镜。本文档共31页；当前第8页；编辑于星期日\9点32分

在光谱仪中，谱线最终是被聚焦在光谱焦面上，以便进行检测。此时，用角色散率难以表示谱线之间的色散距离，而采用线色散率dl/d

来表示。

线色散率表示波长相差d

的两条谱线在焦面上的距离dl。线色散率越大，表示两条谱线之间的距离也越大。在实际工作中，常用线色散率的倒数d/dl表示，此值越大，色散率越小。本文档共31页；当前第9页；编辑于星期日\9点32分

（2）分辨率实际分辨率：指摄谱仪的每毫米感光板上所能分辩开的谱线的条数。或在感光板上恰能分辨出来的两条谱线的距离。理论分辨率：R=平均

/R=mb

·dn/d

平均为两条谱线的平均波长为刚好能分开的两条谱线间的波长差

m为棱镜个数，b为棱镜的底边长

由上式可知，分辨率随波长而变化,由于介质材料的折射率n与入射光的波长有关，因此棱镜给出的光谱与波长有关，是非均排光谱。本文档共31页；当前第10页；编辑于星期日\9点32分2.光栅

光栅分为透射光栅和反射光栅，近代光谱仪器常用的是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅（或称闪耀光栅）和凹面反射光栅。

(1)光栅的分光作用：狭缝的衍射作用与干涉作用形成的。

Kλ=dsinφK(光谱级次)=0,±1,

±2,…;d为光栅常数;φ为衍射角。当K，λ为一定的时候，d越小则φ越大，即光谱条纹分得越开，色散率越大。因此为了获得较大的色散率，光栅上每毫米刻痕的数目越多越好。本文档共31页；当前第11页；编辑于星期日\9点32分

平面光栅的光栅方程

Δ=d(sin+sinβ）当Δ=±Kλ（Δ是光程差，K为整数），则

±Kλ=d(sin+sinβ）-----为平面衍射光栅的光栅公式。从光栅方程可以看出：(1)当一束平行的复合光以一定的入射角照射光栅平面时，对于给定的光谱级次（K≠0），衍射角随波长的增大而增大，产生光的色散。(2)、当K=0时，β=－，即，零级光谱的衍射角等于入射角，且分居在法线的两侧，此时不同波长的光在同一方向衍射，零级光栅不起色散作用。(3)、K1λ1=K2λ2=K3λ3=…,出现谱线重叠。本文档共31页；当前第12页；编辑于星期日\9点32分

(2)光栅的光学特性色散率、分辨能力和闪耀特性①色散率：把不同波长分散开的能力，角色散率和线色散率角色散率：两条波长相差dλ的光线被光栅色散后所分开的角度的大小。当入射角不变时，可以对光栅方程微分得到dβ/dλ=K/(dcosβ)

当

β很小，且变化不大时，cosβ≈1，光栅的角色散率决定于光栅常数d和光谱级数n，可以认为是常数，不随波长改变，均排光谱（优于棱镜之处）。

本文档共31页；当前第13页；编辑于星期日\9点32分

在光谱仪中，谱线最终是聚焦在光谱焦面上而被检测的。此时用角色散率难以表示谱线之间的色散距离，而用线色散率则比较方便。线色散率dl/dλ

：波长相差dλ的两条谱线在焦面被分开的距离对波长的变化率。f为会聚透镜的焦距。本文档共31页；当前第14页；编辑于星期日\9点32分

②光栅的分辨能力：根据瑞利(Rayleigh)准则来确定的。

等强度的两条谱线（I，II）中，一条（II）的衍射最大强度落在另一条的第一最小强度上时，两衍射图样中间的光强约为中央最大的80%，在这种情况下，两谱线中央最大距离即是光学仪器能分辨的最小距离（可分离的最小波长间隔）。本文档共31页；当前第15页；编辑于星期日\9点32分

光栅的理论分辨率R等于刻线总数N乘以光谱级次K的乘积：Δλ

是根据瑞利准则恰能分辨的两条谱线的波长差，λ是两条谱线的平均波长。

由此可见，分辨率与光谱级数和光栅总刻线数成正比，与波长无关。在实际工作中，要想获得高分辨率，最现实的办法是采用大块的光栅，以增加总刻线数。目前，有些光谱仪已有254mm大光栅，分辨率可达6105。光栅的分辨率比棱镜高得多，这是光栅优于棱镜的又一方面。R=平均

/=KN本文档共31页；当前第16页；编辑于星期日\9点32分例若光栅宽度为50mm，刻线数为1200条/mm，计算：

(1)此光栅的理论分辨率(取K=1)(2)能否将铌309.418nm和309.271nm的两条刻线分开？

(3)此时，在6000埃附近的两条谱线的距离为多少？解：光栅理论分辨率

R=KN=1×50mm×1200条/mm=60000

要将铌的两条谱线分开，则要求分辨率为

R=平均

/=(309.418+309.271)/2(309.418-309.271)=2104

由于仪器的分辨率远远大于将两条谱线分开所要求的分辨率，所以能将铌的两条谱线分开。Δλ=λ/R=6000/30000=0.2埃本文档共31页；当前第17页；编辑于星期日\9点32分③光栅的闪耀特性

普通光栅衍射图中大部分的光强集中在无色散作用的零级光谱，而有分光作用的各级光谱(如一级、二级)强度则越来越弱。为了改善这种情况，近代光栅采用定向闪耀的办法，即采用专门磨制的刻划刀，将光栅刻成沟槽面与光栅平面成确定角度的闪耀光栅，使衍射辐射强度集中在所需的波长范围内。本文档共31页；当前第18页；编辑于星期日\9点32分3.狭缝

狭缝是由两片经过精密加工，且具有锐利边缘的金属片组成，其两边必须保持互相平行，并且处于同一平面上。

狭缝宽度对分析有重要意义。单色器的分辨能力表示能分开最小波长间隔的能力。波长间隔大小决定于分辨率、狭缝宽度和光学材料性质等，它用有效带宽S表示

S=DW

式中，D为线色散率倒数，W为狭缝宽度。本文档共31页；当前第19页；编辑于星期日\9点32分

当仪器的色散率固定时，S将随W而变化。对于原子发射光谱，

在定性分析时一般用较窄的狭缝，这样可以提高分辨率，使邻近的谱线清晰分开。在定量分析时则采用较宽的狭缝，以得到较大的谱线强度。

对于原子吸收光谱分析，由于吸收线的数目比发射线少得多，谱线重叠的几率小，因此常采用较宽的狭缝，以得到较大的光强。当然，如果背景发射太强，则要适当减小狭缝宽度。

一般原则，在不引起吸光度减少的情况下，采用尽可能大的狭缝宽度。本文档共31页；当前第20页；编辑于星期日\9点32分4.两种分光器的比较(1)分光原理不同：棱镜的分光是折射作用，光栅的分光是衍射和干涉作用。(2)棱镜的波长越短，偏向角越大，短波长的光谱线在外侧，且不分级次。而光栅正好相反。(3)光栅的谱级重叠，有干扰，要考虑消除；而棱镜不存在这种情况。(4)光栅的线色散率和分辨率都与波长无关，称为均排光谱；而棱镜的线色散率和分辨率都与波长有关，出现长波密、短波稀的现象。本文档共31页；当前第21页；编辑于星期日\9点32分检测器

目前用于原子发射光谱的检测器主要有：感光板、光电倍增管和图像检测器。1、感光板玻璃板为支持体，涂敷感光乳剂（AgBr+明胶+增感剂）。感光作用：

2AgX+2hυ→Ag+X2本文档共31页；当前第22页；编辑于星期日\9点32分检测系统作用：将光学信号的变化转化成易于处理的信号形式类型：感光板、光电倍增管和图像检测器等三类1.感光板优点：具有空间分辨能力缺点：线性范围窄，费时，准确度低，逐渐被光电倍增管取代本文档共31页；当前第23页；编辑于星期日\9点32分摄谱法（1）、摄谱步骤1．安装感光板在摄谱仪的焦面上。2．激发试样，产生光谱而使感光板感光。3．显影，定影，制成谱板。

4.在映谱仪上查找谱线并比较谱线黑度，进行定性和半定量分析。

5、在测微光度计上测量谱线黑度，进行定量分析。本文档共31页；当前第24页；编辑于星期日\9点32分显影海德洛米吐尔本文档共31页；当前第25页；编辑于星期日\9点32分2.光电倍增管（PMT）

M=nd式中M为放大系数，n为每个打拿极受一个电子撞击时平均发射的电子数，d为打拿极的个数优点：灵敏度高，线性范围宽，响应时间10-9s缺点：没有时间分辨能力

本文档共31页；当前第26页；编辑于星期日\9点32分3.图像检测器（多通道型检测器）

PDAphoto-diodearray（光电二极管阵列）

CCDChargeCoupledDevice（电荷耦合器件）

CIDChargeInjectedDevice（电荷注入器