光谱分析-水中铜含量测定

项目1.4水中Cu含量的测定

模块1:光分析

任务引入

铜是人体必需的微量元素，但是过量的铜又会引起中毒，铜的检测在食品安全及环境保护中有重要的意义。市疾控中心，为监控地下水资源重金属污染情况，需对某水样中的Cu含量进行检测。分析检测人员按照检测标准和规范化操作要求，完成水中Cu含量测定并提交检测报告。★标准加入法定量分析；★火焰原子化法实验条件的选择；★原子吸收分光光度计的操作使用任务分析完成水中Cu含量的测定，需要具备的基本知识和基本技能任务资讯

制定检测方案

决策计划

实施样品检测任务实施

任务检查评价

检查评价获取相关知识Cu含量测定

如何做到相似呢？

任务资讯

对于组成简单的样品中铜的测定可以采用原子吸收工作曲线法。工作曲线法要求“标准溶液与试液的基体应相似，以消除基体效应”。讨论如何做到标准溶液与试液的基体应相似？

讨论解决结论：对于组成简单的样品可在配制标准溶液时加入与试样相同的基体成分。如铜锌合金中铜的测定，在配制标准溶液时向其中加入与试样中相同量的锌即可。对于复杂基体海水可以配制模拟海水样品，即向标准系列溶液中加入与海水成分相同的其他共存元素，这种方法理论上可行，但是实际操作无法实现。实际工作中经常采用标准加入法测定复杂基体中元素含量。任务资讯吸取试液四份以上，第一份不加待测元素标准溶液，第二份开始，依次按比例加入不同量待测组分标准溶液，用溶剂稀释至同一的体积，以空白为参比，在相同测量条件下，分别测量各份试液的吸光度，绘出工作曲线，并将它外推至浓度轴，则在浓度轴上的截距，即为未知浓度cX，

标准加入法定量标准加入法工作曲线任务资讯标准系列溶液要求为了保证测量的准确度，标准加入法定量要求：相应的标准曲线应是一条通过原点的直线，待测组分的浓度应在此线性范围之内。第二份中加入的标准溶液的浓度与试样的浓度应当接近，以免曲线的斜率过大或过小，使测定误差较大。增量值的大小可以这样选择，使第一个加入量产生的吸收值约为样品原吸收值的一半。为了保证能得到较为准确的外推结果，至少应采用四个点来制作外推曲线。针对本实验，你能否设计一个溶液配制方案完成试液中铜的测定？已知试样的浓度2－3µg/mL，铜的线性范围0－5µg/mL。任务资讯查阅资料◆GB7475-1987水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法◆

GB/T603化学试剂◆

GB/T6682分析实验室用水规格和试验方法决策计划

测定水中Cu含量

配制标准系列；制备样品溶液；开机预热，设置仪器条件；测量标准系列及样品溶液的吸光度；绘制工作曲线；查得试液浓度。决策计划原子吸收分光光度计；（型号TAS990，北京普析通用仪器公司）空气压缩机；乙炔钢瓶；铜空心阴极灯；玻璃量器、容器：50mL容量瓶4个；5、10mL移液管各一支；100mL烧杯一个。仪器任务实施铜标准贮备液ρ(cu)＝1.000mg/mL

：称取1.0000克金属铜，置于100mL烧杯中，加入HNO3（1＋1）20mL，加热溶解。蒸至近干，冷却后加HNO3（1＋1）5mL，加蒸馏水煮沸，溶解铜盐，冷却后转入1000mL容量瓶中，定容，摇匀。铜标准工作液ρ(cu)＝0.1000mg/mL:吸取25.00mL上述铜标准贮备液，用2＋100硝酸定容至250mL。

含铜水试样。标准贮备液ρCu=1.000mgmL-1

铜标准贮备液试剂试剂任务实施容量瓶编号1234加入试样体积V1/mL25.0025.0025.0025.00加入ρ＝100µg/mL铜标液的体积/mL0.000.501.001.50定容体积／mL50.0050.0050.0050.00

注意：使用（2＋100）的稀硝酸定容。溶液配制（参考方案）任务实施

按照前面表中的数据配制溶液。打开原子吸收分光光度计，安装铜空心阴极灯，设定仪器条件：测量波长：324.8nm；光谱带宽：0.4nm；空心阴极灯电流：3mA；乙炔流量：2000mL/min；燃烧器高度：6mm。实验方法中选择标准加入法。点火预热20min。测量溶液吸光度，绘制工作曲线，由曲线延长线与浓度轴的交点查得试样浓度。（动画标准加入法测铜.swf

以AA320型为例）任务实施

关机测定完毕，吸喷蒸馏水5分钟，清洗燃烧器。关闭乙炔钢瓶火焰熄灭后关空气压缩机关排风退出工作软件关闭主机电源关闭电脑填写仪器使用记录。任务实施

记录实验数据容量瓶编号1234加入试样体积V1/mL25.0025.0025.0025.00ρ＝100µg/mL铜标液的体积/mL0.000.501.001.50定容体积／mL50．0050．0050．0050．00铜浓度的增加量C(Cu)/µgmL-10．001．002．003．00吸光度AAxA1..A2A3将加入铜标准溶液体积换算成溶液浓度增量填入下表，将测量的吸光度值也填入下表。

任务实施绘制标准加入工作曲线，将其延长与浓度轴相交，记录交点的浓度。水试样中铜含量式中:ρ（Cu）：水样中铜含量，μg/mL；

Cx

：标准加入曲线与浓度轴交点，μg/mL；

V0：样品溶液定容体积，50mL；

V1：取样量，25mL。

结果计算任务实施■仪器规范使用方面■数据记录、计算方面■结果准确度、精密度方面■误差原因分析检查与评价典型案例分析1溶液配制方案正确，测量结果准确。（准确浓度1.9ug/mL）检查与评价典型案例分析2标准溶液加入量太小，测量误差大。

检查与评价典型案例分析3标准加入量太大，超出线性范围,曲线上部弯曲。准确度差。检查与评价标准加入法将样品与标准混合后测定吸光度，达到了标准与样品基体的相似，因此消除了基体干扰，但是它不能消除背景干扰，消除背景干扰需采用背景校正技术。（关于干扰与背景校正技术将在后面的项目中介绍）

标准加入法特点及适用范围

标准加入法每测定一个样品需要制作一条工作曲线，不适合大批量样品的测定。适合于基体复杂的少量样品的测定。工作曲线法与标准加入法各有其特点，适合不同条件下的测定。是原子吸收分析中常用的两种定量方法。检查与评价上述任务试验条件是直接给出，这些实验条件是如何得出的？

任务引领下的知识拓展与深化

在前几个实训项目中所有的实验条件都是从教材上引用的，并且不同的教材给出的条件不尽相同这是由于实验所用仪器有别，样品有别。针对实验室现有的条件，通过实验选出最佳实验条件。实验条件选择的内容：分析线；灯电流；燃气流量；燃烧器高度；光谱通带。

实验条件的选择(1)任务引领下的知识拓展与深化

分析线选择：为了提高测定的灵敏度，一般情况下应选用其中最灵敏线作分析线。有时为了消除邻近光谱线的干扰等，也可以选用次灵敏线。（动画分析线的选择.swf）灯电流的选择：灯电流选择的原则：增大灯电流可增加发射强度，但工作电流过大使光谱线变宽，甚至产生自吸，影响灯的寿命。灯电流过小灯的发射强度小，稳定性差、信噪比下降。在保证放电稳定和有适当光强输出情况下，尽量选用低的工作电流。日常分析采用额定电流的1/2～2/3。实验选择最佳灯电流：在其它实验条件不变的情况下，改变灯电流测量吸光度，以吸光度最大者为最佳灯电流。

实验条件的选择(2)任务引领下的知识拓展与深化

燃助比的选择：根据燃助比（乙炔/空气）的不同，空气－乙炔火焰又分为化学计量火焰、贫燃焰、富燃焰。贫燃焰特点－温度较高，氧化性强，适合于不易形成难熔氧化物元素的测定。富燃焰特点－温度较低，还原性强、噪声大。适合于易形成难熔氧化物元素的测定。化学计量火焰－适合于大部分元素的测定。燃气流量（燃助比）的选择可通过实验进行。绘制吸光度－燃气流量曲线，以吸光度最大值所对应的燃气流量为最佳值。

实验条件的选择(3)任务引领下的知识拓展与深化

燃烧器高度选择选择合适的燃烧器高度使光束从原子浓度最大的区域通过。不同测定元素和不同性质的火焰有所不同。最佳的燃烧器高度应通过试验选择。（动画燃烧器高度的选择.swf）光谱通带宽度的选择当吸收线附近无干扰线存在时，可以增加光谱通带。若吸收线附近有干扰线存在，应适当调窄一些。合适的狭缝宽度可以通过实验的方法确定。实验条件的选择(4)任务引领下的知识拓展与深化

任务引领下的知识拓展与深化

原子吸收标准加入法适用于样品基体复杂，存在基体干扰的情况。原子吸收光谱法存在哪些干扰？如何消除？

干扰：在原子吸收测定中受一些化学或物理因素的影响使得测定结果偏高或偏低的现象。

分类原子吸收光谱法的干扰分为：物理干扰；化学干扰；电离干扰；光谱干扰。

干扰及分类任务引领下的知识拓展与深化

产生原因：由于溶液的物理性质（如粘度、表面张力、密度和蒸气压等）的变化而引起原子吸收强度下降的效应。物理干扰是非选择性干扰，对试样各元素的影响基本相同。物理干扰主要发生在试液抽吸过程、雾化过程和蒸发过程。消除方法：消除物理干扰的主要方法是配制与被测试样相似组成的标准溶液。

物理干扰及消除任务引领下的知识拓展与深化

产生原因：由于在样品处理及原子化过程中，待测元素的原子与干扰物质组分发生化学反应，形成更稳定的化合物，从而影响待测元素化合物的解离及其原子化，致使火焰中基态原子数目减少，而产生的干扰。化学干扰是一种选择性干扰。消除方法：使用高温火焰（氧化亚氮/乙炔火焰），使化合物在较高温度下解离；加入释放剂（镧盐）；(动画释放剂消除干扰.swf）加入保护剂（EDTA）；化学分离干扰物质；加入基体改进剂（用于电热原子化法）。

化学干扰及消除任务引领下的知识拓展与深化

产生原因：在高温下，原子电离成离子，而使基态原子数目减少，导致测定结果偏低，此种干扰称电离干扰。电离干扰主要发生在电离势较低的碱金属和部分碱土金属中。消除方法：消除电离干扰最有效的方法是在试液中加入过量比待测元素电离电位低的其他元素（通常为碱金属元素）。

电离干扰及消