原子吸收光谱法报告

原子吸收光谱法研究和应用发展关键词：原子吸收光谱原子吸收光谱法简称AAS法，是现代重要的分析手段。鉴于简便、快速灵敏，已近广泛应用于地矿、冶金、林业环保、化学化工、医药卫生等各个邻域。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。各国药典已收为法定依据。美国《分析化学》每年六月份常有专论对AAS测定的新技术、新方法及其在各个邻域的应用进行全面全面综诉。以此可见AAS法的重要性及其应用发展之广。原子吸收光谱法的简介原子吸收光谱法(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。原子吸收光谱法该法具有检出限,准确度高，选择性好,分析速度快等优点。在温度吸收光程，进样方式等实验条件固定时，样品产生的待测元素相基态原子对作为锐线光源的该元素的空心阴极灯所辐射的单色光产生吸收，其吸光度（A）与样品中该元素的浓度（C）成正比。即A=KC式中，K为常数。据此，通过测量标准溶液及未知溶液的吸光度，又巳知标准溶液浓度，可作标准曲线，求得未知液中待测元素浓度。原子吸收光谱法的原理当适当波长的光通过含有基态原子的蒸气时，基态原子就可以吸收某些波长的光而从基态被激发到激发态，从而产生原子吸收光谱。三、原子分光光度计原子分光光度计由光源、原子化系统、分光系统及检测显示系统四个部分构成。一．光源：1．光源应满足的条件：1）能辐射出半宽度比吸收线半宽度还窄的谱线，并且发射线的中心频率应与吸收线的中心频率相同。2）辐射的强度应足够大。3）辐射光的强度要稳定，且背景小。2．空心阴极灯：空心阴极灯是一种气体放电管,钨棒构成的阳极和一个圆柱形的空心阴极，空心阴极是由待测元素的纯金属或合金构成，或者由空穴内衬有待测元素的其它金属构成。当在正负电极上施加适当电压（一般为200～500伏）时，在正负电极之间便开始放电，这时，电子从阴极内壁射出，经电场加速后向阳极运动。电子在由阴极射向阳极的过程中，与载气（惰性气体）原子碰撞使其电离成为阳离子。带正电荷的惰性气体离子在电场加速下，以很快的速度轰击阴极表面，使阴极内壁的待测元素的原子溅射出来，在阴极腔内形成待测元素的原子蒸气云。蒸气云中的待测元素的原子再与电子、惰性气体原子、离子发生碰撞而被激发，从而发射出所需频率的光。阴极发射出的光谱，主要是阴极元素的光谱。工作过程：高压直流电（300V）---阴极电子---撞击隋性原子---电离(二次电子维持放电)---正离子---轰击阴击---待测原子溅射----聚集空心阴极内被激发----待测元素特征共振发射线。二.原子化器原子化器是将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。（一）火焰原子化器：火焰原子化法是利用气体燃烧形成的火焰来进行原子化的。火焰型的原子化系统我们把它叫做火焰原子化器。1．结构：a）喷雾器：将试样溶液转为雾状。b）雾化室：内装撞击球和扰流器（去除大雾滴并使气溶胶均匀）。c）燃烧器：产生火焰并使试样蒸发和原子化的装置。2．原子化过程：MeX脱水（溶液）→MeX蒸发（固体微粒）→MeX分解（气态分子）→Me＋X(基态原子)3．火焰：火焰的作用是将试液中的待测元素原子化。1）火焰的组成：空气——乙炔火焰：温度在2500K左右；N2O——乙炔火焰：温度可达到3000K左右；空气——氢气火焰：最高温度2300K左右。2）火焰的类型：贪燃：燃气较少，（燃助比小于化学计量，约为1比6），燃烧完全，温度较高富燃焰：燃气较多。燃烧不完全，温度较低。但具有还原性。化学计量焰：（二）非火焰原子化法：常用的非火焰原子化法主要有电热高温石墨管原子化法和化学原子化法。1.石墨炉原子化器包括电源、保护系统和石墨管三部分。电源：10~25V，500A。用于产生高温。保护系统：保护气（Ar）分成两路石墨管：多采用石墨炉平台技术。原子化过程可分为四个阶段，即干燥、灰化、原子化和净化。干燥：去除溶剂，防样品溅射；灰化：使基体和有机物尽量挥发除去；原子化：待测物化合物分解为基态原子，此时停止通Ar，延长原子停留时间，提高灵敏度；净化：样品测定完成，高温去残渣，净化石墨管。石墨炉原子化器与火焰原子化器比较有如下优点：1）原子化效率高，可达到90%以上，而后者只有10%左右。2）绝对灵敏度高（可达到10-12～10-14），试样用量少。适合于低含量及痕量组分的测定。3）温度高，在惰性气氛中进行且有还原性C存在，有利于易形成难离解氧化物的元素的离解和原子化。三．光学系统：分光系统一般用光栅来进行分光。光谱通带： W=D×S×10-3其中：W为光谱通带（单位nm）；D为光栅的倒线色散率（单位nm/mm-1）；S为狭缝宽度（单位μm）。四．检测系统：检测系统包括检测器、放大器、对数转换器、显示器几部分。四、原子吸收光谱法定量分析原子吸收光谱法是一种元素定量分析方法，它可以用于测定60多种金属元素和一些非金属元素的含量。一．定量分析方法：1.标准曲线法：配制一系列不同浓度的待测元素标准溶液，在选定的条件下分别测定其吸光度，以测得的吸光度A为纵坐标，浓度为横坐标作图，得到标准曲线。再在相同条件下测定试液的吸光度，由标准曲线上就可求得待测元素的浓度或含量。2.标准加入法：取两份体积相同的试样溶液，设为A和B，在B中加入一定量的待测元素，然后分别将A和B稀释到相同体积，再分别测定其吸光度。二．干扰及其消除（一）谱线干扰：如：在Ni的分析线232.0nm附近还存在231.6nm的谱线；如：用308.22nm的谱线测定铝时，如果存在钒，钒对308.21nm的谱线要产生吸收。（二）背景吸收：由于原子化器（火焰和石墨炉）中存在的气体分子和盐类所产生的吸收以及存在的固体颗粒对光的散射引起的干扰，叫背景吸收。（三）化学干扰：化学干扰是指在溶液中或气相中由于待测元素与其它组分之间的化学反应而引起的干扰。1．加入释放剂：在测定时加入一种能与干扰组分生成更稳定或更难挥发化合物的试剂，而使待测元素释放出来，从而消除干扰。2．加入保护剂：加入一种能与待测元素生成稳定增长化合物的试剂，使得待测元素不与干扰组分反应。而生成的化合物又很容易挥发和原子化，对测定不干扰。3．化学分离：将待测组分和干扰组分分离。4．提高火焰温度也可以抑制或避免某些干扰。（四）物理干扰：是指试样在转移、蒸发和原子化过程中由于试样任何物理因素的变化而引起的吸光度下降的效应。如：试液的粘度影响取样速度，表面张力影响雾滴的大小等。最好的消除方法就是配制与试样溶液组成相似的标准溶液。也可用标准加入法来进行测定。（五）电离干扰：电离干扰是指待测元素的原子电离而引入的干扰。消除方法是采用较低的温度和加入消电离剂。消电离剂是一些易电离的元素，它增加了火焰中的自由电子的浓度，可有效地抑制和消除电离干扰。如：测定钡时，加入钾就可消除电离干扰。五、测定条件的选择：1．分析线的选择：一般选用共振线作分析线。2．灯电流：保正稳定和适当光强度输出的条件下，尽量选用较低的工作电流。3．原子化条件：火焰法主要是选择适当的火焰。石墨炉法则应选择合适的干燥、灰化和原子化温度。4．燃烧器高度：对于不同的元素，自由原子的浓度随火焰高度的分布是不同的。所以测定时，应调节其高度使光束从原子浓度最大处通过。5．狭缝宽度：由于原子吸收光谱法谱线的重叠较少，一般可用较宽的狭缝，以增强光的强度。但当存在谱线干扰和背景吸收较大时，则宜选用较小的狭缝宽度。六、原子吸收光谱法的发展1、第一阶段——原子吸收现象的发现与科学解释早在1802年，伍朗斯顿（W.H.Wollaston）在研究太阳连续光谱时，就发现了太阳连续光谱中出现的暗线。1817年，弗劳霍费（J.Fraunhofer）在研究太阳连续光谱时，再次发现了这些暗线，由于当时尚不了解产生这些暗线的原因，于是就将这些暗线称为弗劳霍费线。1859年，克希荷夫（G.Kirchhoff）与本生（R.Bunson）在研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且根据钠发射线与暗线在光谱中位置相同这一事实，断定太阳连续光谱中的暗线，正是太阳外围大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果。2、第二阶段——原子吸收光谱仪器的产生原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。这一年澳大利亚的瓦尔西(A.Walsh)发表了他的著名论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用”奠定了原子吸收光谱法的基础。50年代末和60年代初，Hilger,VarianTechtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器，发展了瓦尔西的设计思想。到了60年代中期，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。3、第三阶段——电热原子吸收光谱仪器的产生1959年,苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。电热原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达到10-12-10-14g,使原子吸收光谱法向前发展了一步。近年来,塞曼效应和自吸效应扣除背景技术的发展,使在很高的的背景下亦可顺利地实现原子吸收测定。基体改进技术的应用、平台及探针技术的应用以及在此基础上发展起来的稳定温度平台石墨炉技术(STPF)的应用,可以对许多复杂组成的试样有效地实现原子吸收测定。4、第四阶段——原子吸收分析仪器的发展随着原子吸收技术的发展，推动了原子吸收仪器的不断更新和发展，而其它科学技术进步，为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。近年来，使用连续光源和中阶梯光栅，结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析检测器，设计出了微机控制的原子吸收分光光度计，为解决多元素同时测定开辟了新的前景。微机控制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构，提高了仪器的自动化程度，改善了测定准确度，使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。联用技术(色谱-原子吸收联用、流动注射-原子吸收联用)日益受到人们的重视。色谱-原子吸收联用，不仅在解决元素的化学形态分析方面，而且在测定有机化合物的复杂混合物方面，都有着重要的用途，是一个很有前途的发展方向。七、原子吸收光谱法近期展望近年来国内外都有人致力于研究激光在原子吸收分析方面的应用：（1）用可调谐激光代替空心阴极灯光源。（2）用激光使样品原子化。它将为微区和薄膜分析提供新手段、为难熔元素的原子化提供了新方法。塞曼效应的应用，使得能在很高的背景下也能顺利地实现测定。连续光源、中阶梯光栅单色器、波长调制原子吸收法（简称CEWM－AA法）是70年代后期发展起来的一种背景校正新技术。它的主要优点是仅用一个连续光源能在紫外区到可见区全波段工作，具有二维空间色散能力的高分辨本领的中阶梯光栅单色器将光谱线在二维空间色散，不仅能扣除散射光和分子吸收光谱带背景，而且还能校正与分折线直接重叠的其他原子吸收线的干扰。使用电视型光电器件做多元素分析鉴定器，结合中阶梯光栅单色器和可调谐激光器代替元素空心阴极灯光源，设计出用电子计算机控制的测定多元素的原子吸收分光光度计，将为解决同时测定多元素问题开辟新的途径。高效分离技术气相色谱、液相色谱的引入，实现分离仪器和测定仪器联用，将会使原子吸收分光光度法的面貌发生重大变化，微量进