原子吸收光度计

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原子吸收光谱分析

AtomicAbsorptionSpectrometry(AAS)

第二节原子吸收光谱仪2024/4/52一、原子吸收分析流程光路

二、仪器部件与结构1.光源1.作用：提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。

光源应满足如下要求：（1）能发射待测元素的共振线；（2）能发射锐线；（3）辐射光强度大，稳定性好。2.空心阴极灯：结构如图所示1.光源什么是““连续光源”和“锐线光源”最常用的连续光源是家里的白炽灯，一般波长范围较宽：从300nm到红外区相对来说，线光源是不连续的。如黄色的街灯，灯里有钠盐的蒸气。它发出两个不连续的波长：589.0和589.6nm空心阴极灯（HollowCathodeLamp）设计CutrAALaecmpSp底座GradedSeal石英玻璃窗密封的Pyrex玻璃阳极阴极Getter灯安装定位凸连接电源灯元素码连接处空心阴极管安装位置空心阴极灯空心阴极灯的原理施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极;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;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碰而被激发，当激发态原子返回基态时，辐射出特征频率的锐线光谱。空心阴极灯的原理空心阴极灯的特点：阴极材料纯度要高。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。

优缺点：（1）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。（1）工作电流大，发光强度增加，但会使谱线变宽，灯内自吸收增加，使锐线强度下降，背景增加。还会加快惰性气体消耗，缩短灯寿命。（2）工作电流小，发光强度弱，稳定性差，信噪比下降。空心阴极灯的使用注意事项1、预热20-30min2、点燃后先判断灯是否正常工作。P1673、长期不用不时，应定期点燃1h。4、轻拿轻放，冷却后才可以移动。5、保持洁净，测量过程中能打开灯室盖。2、原子化系统作用：将试样中的被测元素转化为基态原子蒸气，

使其对光源发出的特征光谱产生吸收。分类：火焰原子化法、石墨炉原子化法、化学原子

化法（一）火焰原子化法2、原子化系统（一）火焰原子化法主要组成部分：雾化器雾化室燃烧器2、原子化系统（一）火焰原子化法1、雾化器：将试液雾化过程：利用一定压力的助燃气高速流过时在喷嘴处产生的负压，将试液沿毛细管吸入并由喷嘴喷出，同时被高速气流分散成为小雾滴，在撞击球的碰撞下雾滴进一步细化。雾化效率影响因素：雾化器的尺寸、试样溶液黏度、助燃气压力、温度雾化效率：10%2、原子化系统（一）火焰原子化法2、雾化室（预混合室）使一定数量的大雾滴沉降、凝聚并从废液口排出；使小雾滴与燃气、助燃气充分混匀形成气溶胶；使混合气更均匀，气压更稳定。2、原子化系统3.燃烧头作用：产生火焰，使试样干燥、熔化、蒸发和解离（还原），产生大量基态原子。要求：原子化程度高、火焰稳定、吸收光程长、噪声小。2、原子化系统3.燃烧头结构：一般使用不锈钢制成，长缝型燃烧器。空气乙炔火焰一般缝长100-200mm，缝宽0.5-0.7mm乙炔-氧化亚氮火焰一般缝长50mm，缝宽0.5mm。2、原子化系统火焰结构：预热区：气体预热到点火温度，而开始燃烧—无用区。第一反应区：燃料气体进行着复杂的反应，但燃烧不完全温度未达到最高点—易原子化的碱金属元素的分析。中间薄层区：燃烧完全、温度很高—原子吸收的主要分析用区。第二反应区：反应充分，被离解的基态原子又开始在这一焰区形成化合物，温度开始下降——无用区。2、原子化系统常用火焰：1）空气—乙炔火焰乙炔：无色、大蒜臭味、比空气轻特点：最高温度~2300°C，对入﹤230nm的波长有较强的吸收2）笑气—乙炔火焰笑气（N2O）：无色、芳香甜味，比空气重，是一种麻醉剂。特点：最高温度可大于3200°C，且火焰具有很强的还原性，但发射背景强、噪声大、电离度高。应用：适合于难离解、易形成稳定金属氧化物元素的分析。3）空气—氢气火焰特点：温度较低~2000°C；背景小，对短波吸收较小。应用：适合于易电离金属元素及吸收线小于230nm的元素的分析。2、原子化系统火焰燃气与助燃气比例(空气-乙炔)：1）贫燃火焰：助燃气量大，火焰温度低，氧化性较强，适用于碱金属元素测定。2）化学计量火焰：燃助比与化学计量比(1:4)相近，火焰温度高，干扰少，稳定，常用。3）富燃火焰：燃料气量大，火焰温度稍低，还原性较强，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr、稀土等。2、原子化系统(二)石墨炉原子化法（GFAAS）2、原子化系统石墨炉原子化法包括电源、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、冷却水保护气（Ar）分成两路管外气—防止空气进入，保护石墨管不被氧化、烧蚀。管内气—流经石墨管两端及加样口，可排出空气并驱除加热初始阶段样品产生的蒸汽冷却水——金属炉体周围通水，以保护炉体。石墨管：多采用石墨炉平台技术。2、原子化系统2024/4/525石墨炉原子化器工作流程2024/4/526石墨炉原子化器工作原理2024/4/527原子化过程：四个阶段，干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（去除残渣），待测元素在高温下生成基态原子。1.干燥(二)石墨炉原子化法目的：蒸发除去溶剂。温度：稍高于溶剂的沸点。2.灰化目的：除去易挥发的基体和有机物，减少分子吸收。温度：在保证被测元素不损失的前提下，尽量选择较高的灰化温度以减少灰化时间（300-500°C）2、原子化系统3.原子化目的：使待测元素成为基态原子。温度：1500~3000℃。4.净化目的：高温除去管内残渣。操作：停止载气，以延长基态原子在石墨管中的停留时间，提高分析的灵敏度。参数：原子化温度和时间(二)石墨炉原子化法2、原子化系统步骤目的温度(℃)时间(s)干燥除去溶剂～溶剂沸点10～30灰化除去基体条件实验10～30原子化生成基态原子手册3～5净化消除记忆≥原子化温度2～3(二)石墨炉原子化法2、原子化系统石墨炉原子化过程2024/4/531干燥（Dry）灰化（Ash）原子化（Atomize）温度时间高温灼烧CleanOut冷却CoolDown将样品加入到石墨管中2024/4/532干燥过程2024/4/533固体沉积物气流小液滴t溶剂低于溶剂沸点干燥(80-200oC)溶剂蒸发，在石墨管内留下一层薄膜挥发阶段2024/4/534气流分解剩下的残留物固体沉积物基体(烟)在一个较高温度(350-1600oC)将基体赶走但一定不能损失分析物剩下难熔的化合物如氧化物原子化阶段2024/4/535原子云分解残留物气流停止石墨炉被快速加热(1000o-2000oC/sec)残留物挥发，在光路中成为基态原子云(1800-3000oC)石墨炉

2024/4/536原子化灰化干燥时间温度保护气体热解石墨涂层原子云扩散2024/4/537原子云x从进样口扩散原子不能渗透到热解涂层壁里边

在光路系统中停留较长时间

增加了灵敏度特点比较1.火焰原子化法2.石墨炉原子化法1)精密度高1)精密度低3)不能直接分析固体试样3)可分析固体试样2)灵敏度高，原子化效率可达90%。2)灵敏度低，原子化效率一般为10%。5)重现性好。5)重现性差。6)装置简单、快速。6)装置复杂、速度慢。4)基体干扰小，化学干扰大。4)基体干扰大,化学干扰小。2、原子化系统1.应用：测定As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、Se、Te等元素。(三)氢化物原子化法2.原理：在酸性介质中，与强还原剂NaBH4(KBH4)反应生成易解离的气态氢化物，送入原子化器中检测。3.特点：原子化温度低、

灵敏度高，避免基体干扰。AsCl3+4NaBH4+HCl+8H2O=AsH3+4NaCl+4HBO2+13H22、原子化系统（略）3、单色器

1.作用：将待测元素的共振线与邻近线分开。2.组件：色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。3.单色器性能参数

（1）线色散率（D）：两条谱线间的距离与波长差的比值ΔX/Δλ。实际工作中常用其倒数Δλ/ΔX

（2）分辨率：仪器分开相邻两条谱线的能力。用该两条谱线的平均波长与其波长差的比值λ/Δλ表示。

（3）通带宽度（W）：指通过单色器出射狭缝的某标称波长处的辐射范围。当倒色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定：W=D

S4、检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。1.检测器--------将单色器分出的光信号转变成电信号。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。光电倍增管的结构和原理如图所示，分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的光电子又射向光敏阴极1，轰击出更多的光电子