现代仪器分析

关于现代仪器分析原子吸收光谱产生的机理；原子吸收光谱及其轮廓的影响因素；原子吸收测量的基本关系式；原子吸收光谱仪的基本结构；干扰效应及其消除方法。第2页,共29页，2024年2月25日，星期天一、原子光谱的产生

原子吸收光谱法是基于当有辐射通过被测元素基态原子的蒸气状态时，对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析的方法。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。由于各元素的结构和外层电子排布不同，元素从基态跃迁到至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。第3页,共29页，2024年2月25日，星期天1.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/N0=gi/g0exp(-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4页,共29页，2024年2月25日，星期天二、原子吸收光谱轮廓

原子光谱是线状光谱。但是原子吸收光谱并不是严格上的线状光谱，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。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5页,共29页，2024年2月25日，星期天谱线具有一定的宽度，主要有两方面的因素：第6页,共29页，2024年2月25日，星期天1.赫鲁兹马克变宽（压力变宽和共振变宽）

原子之间相互碰撞导致激发态原子平均寿命缩短，引起谱线变宽。被测元素激发态原子和基态原子相互碰撞引起的变宽。2.洛伦茨变宽被测元素原子与其他元素的原子相互碰撞引起的变宽。洛伦茨变宽随原子区内原子蒸气压力增大和温度身高而增大。第7页,共29页，2024年2月25日，星期天3.多普勒变宽（热变宽）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是谱线变宽的主要因素。

4.场致变宽

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8页,共29页，2024年2月25日，星期天5.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9页,共29页，2024年2月25日，星期天

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第12页,共29页，2024年2月25日，星期天四、原子吸收光谱仪的基本结构原子吸收光谱仪由光源、原子化器、分光器、检测系统等几部分组成。第13页,共29页，2024年2月25日，星期天光源：发射待测元素的特征共振辐射。对光源的基本要求：发射的共振辐射的半宽度明显小于吸收线的半宽度。空心阴极灯能够满足上述要求，是原子吸收中常用的光源。原子化器：提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。分光器：由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。检测系统：检测光信号，并将光信号转变成电信号。第14页,共29页，2024年2月25日，星期天光源（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: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15页,共29页，2024年2月25日，星期天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16页,共29页，2024年2月25日，星期天

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。原子化器第17页,共29页，2024年2月25日，星期天1、火焰原子化器构造：三部分：喷雾器，雾化器，燃烧器根据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18页,共29页，2024年2月25日，星期天

化学计量火焰：由于燃气与助燃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：指燃气小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19页,共29页，2024年2月25日，星期天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20页,共29页，2024年2月25日，星期天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21页,共29页，2024年2月25日，星期天（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

、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22页,共29页，2024年2月25日，星期天三、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23页,共29页，2024年2月25日，星期天五、干扰效应及其消除方法1.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24页,共29页，2024年2月25日，星期天2.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25页,共29页，2024年2月25日，星期天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。（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26页,共29页，2024年2月25日，星期天3.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。第27页,共29页，2024年2月25日，星期天四、光谱干扰（1）吸收线重叠

共存元素吸收线