原子吸收光譜法.ppt

6 原子吸收光譜法 原子吸收光譜分析簡(jiǎn)史1802年發(fā)現(xiàn)原子吸收現(xiàn)象 太陽(yáng)光譜中的暗線 為太陽(yáng)輻射被其周?chē)嬖诘牡蜏赝N原子吸收的結(jié)果 6 1原子吸收光譜法概述 原子吸收光譜法 AAS 又名原子吸收分光光度法 它是基于從光源輻射出具有待測(cè)元素特征譜線的光 通過(guò)試樣蒸氣時(shí)被蒸氣中待測(cè)元素基態(tài)原子所吸收 由輻射特征譜線光被減弱的程度來(lái)測(cè)定試樣中待測(cè)元素含量的方法 原子吸收光譜法的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 1 檢出限低 靈敏度高火焰原子吸收法的絕對(duì)靈敏度可達(dá)10 9g ml 非火焰原子吸收光譜法的絕對(duì)靈敏度可達(dá)10 15 10 13g ml 2 精密度和準(zhǔn)確度高受外界因素影響相對(duì)較小 具有較高的精密度和準(zhǔn)確度 3 應(yīng)用范圍廣直接測(cè)定70多種金屬元素也可以用間接方法測(cè)定一些非金屬和有機(jī)化合物 4 取樣量少 分析速度快 缺點(diǎn) 1 測(cè)定不同元素用不同的燈 不方便 2 對(duì)多數(shù)非金屬元素不能直接測(cè)定 3 只限于定量分析是測(cè)定金屬元素的首選定量方法 6 2原子吸收光譜法的基本原理 原子吸收光譜與原子結(jié)構(gòu)通常情況下 當(dāng)原子處于基態(tài)時(shí) 有輻射通過(guò)自由原子蒸氣 且入射輻射的能量恰好與該原子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)時(shí)所需的能量相同時(shí) 該基態(tài)原子就會(huì)從入射輻射中吸收能量 產(chǎn)生共振吸收 電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài) 同時(shí)伴隨原子吸收光譜的產(chǎn)生 由于原子的能級(jí)是量子化的 所以原子對(duì)不同頻率輻射的吸收也是有選擇的 各元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布不同 元素從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)時(shí)吸收的能量也不同 E E E h hc CU 基態(tài) 吸收波長(zhǎng)為324 8nmMg 基態(tài) 吸收波長(zhǎng)為285 2nm 原子由基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)時(shí)所需能量最低 躍遷最容易 產(chǎn)生的吸收線為主共振吸收線或第一共振吸收線靈敏線 最主要的分析線 Na 基態(tài) 吸收波長(zhǎng)為589 0nmMg 基態(tài) 吸收波長(zhǎng)為285 2nm 通常測(cè)量基態(tài)原子對(duì)特征譜線的吸收程度 吸光度 進(jìn)行定量分析根據(jù)吸光度與濃度呈線性關(guān)系的原理 可求出待測(cè)物的含量 6 3原子吸收光譜儀 用于測(cè)量和記錄待測(cè)物質(zhì)在一定條件下形成的基態(tài)原子蒸汽對(duì)其特征光譜線的吸收程度并進(jìn)行分析測(cè)定的儀器 稱(chēng)為原子吸收光譜儀或原子吸收分光光度計(jì) AAS 回顧 原子吸收光譜法的特點(diǎn)原子吸收光譜法的基本原理 理解 原子吸收分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu) 儀器結(jié)構(gòu) 光源 原子化系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng) 分光系統(tǒng) 基本結(jié)構(gòu) 掌握 原子吸收分光光度計(jì)光源 原子化系統(tǒng) 分光系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng)四部分組成 一 光源作用 發(fā)射待測(cè)元素的特征譜線 空心陰極燈 HCL 結(jié)構(gòu) 空心陰極燈是由一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)空心陰極組成的氣體放電燈陰極為空心圓柱形 由待測(cè)元素的高純金屬和合金直接制成陽(yáng)極為鎢棒陰極和陽(yáng)極被封裝在充有低壓惰性氣體的玻璃套管內(nèi) 用不同待測(cè)元素作陰極材料 可制成相應(yīng)元素的空心陰極燈 只能發(fā)射一種元素特征譜線的單一元素空心陰極燈 目前應(yīng)用最廣泛對(duì)于一燈多用的多元素?zé)?它的輻射強(qiáng)度較弱 易產(chǎn)生光譜干擾 實(shí)際應(yīng)用上受到一定的限制 使用燈電流過(guò)小 輻射強(qiáng)度弱 燈電流過(guò)大 會(huì)加快燈內(nèi)惰性氣體消耗 縮短燈壽命 因此在實(shí)際工作中應(yīng)選擇合適的工作電流 空心陰極燈的輻射強(qiáng)度與燈的工作電流有關(guān) 燈工作電流一般在1 20mA 根據(jù)情況選擇合適的燈電流 滿足要求的情況下 選用較低的工作電流 將試樣中待測(cè)元素變成氣態(tài)的基態(tài)原子的過(guò)程稱(chēng)為試樣的 原子化 完成試樣的原子化所用的設(shè)備稱(chēng)為原子化器或原子化系統(tǒng) 二 原子化系統(tǒng) 被測(cè)元素原子化的方法主要有火焰原子化法和非火焰原子化法兩種 火焰原子化法利用火焰熱能使試樣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子 非火焰原子化法利用電加熱方式 石墨爐 使試樣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子 作用 將試樣中待測(cè)元素轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子 儀器結(jié)構(gòu) 光源 原子化系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng) 分光系統(tǒng) 1 火焰原子化器 火焰原子化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作方便 重現(xiàn)性和準(zhǔn)確度都比較好 目前儀器多采用預(yù)混合型火焰原子化器是由噴霧器 霧化室 燃燒器三部分組成 霧化室 原子化系統(tǒng) 一 火焰原子化器 燃燒器 霧化室 噴霧器 噴霧器 燃燒器 霧化室 噴霧器 噴霧器是火焰原子化器中的重要部件 它的作用是將試液變成細(xì)霧 霧粒越細(xì) 越多 在火焰中生成的基態(tài)自由原子就越多 噴霧器噴出的霧滴碰到玻璃球上 可產(chǎn)生進(jìn)一步細(xì)化作用 一般的噴霧裝置的霧化效率為5 15 霧化室 霧化室的作用主要是除去大霧滴 并使燃?xì)夂椭細(xì)獬浞只旌?以便在燃燒時(shí)得到穩(wěn)定的火焰 燃燒器 形成穩(wěn)定的火焰 待測(cè)組分在火焰中經(jīng)過(guò)干燥 熔化 蒸發(fā)和離解等過(guò)程后 產(chǎn)生大量的基態(tài)自由原子及少量的激發(fā)態(tài)原子 離子和分子 燃燒器 我們可調(diào)節(jié)燃燒器高度 使光線通過(guò)火焰的不同區(qū)域 一 火焰溫度 不同待測(cè)元素對(duì)火焰有不同的要求 溫度過(guò)高 過(guò)低都不利于產(chǎn)生更多的基態(tài)原子 因此根據(jù)情況選擇合適的火焰溫度 二 常見(jiàn)火焰類(lèi)型 火焰的特性 火焰種類(lèi)溫度 丙烷 空氣焰1930氫氣 空氣焰2045乙炔 空氣焰2300乙炔 氧化亞氮 笑氣 焰2955最常用的是乙炔 空氣焰 能對(duì)35種以上元素測(cè)定 乙炔 空氣火焰 用途最廣的一類(lèi)火焰 火焰溫度相對(duì)略低 約2300 一些需要高溫原子化的元素 不宜使用燃燒速度穩(wěn)定 能測(cè)定35種以上的元素重復(fù)性好 噪聲低 乙炔可用高壓乙炔鋼瓶供應(yīng) 一般易揮發(fā)易電離的化合物 如 堿金屬 堿土金屬等化合物易選用低溫火焰難揮發(fā) 易生成難解離化合物的元素如 Al Mo Ta W等化合物選用高溫火焰 乙炔 笑氣 N2O 火焰 此種火焰燃燒速度低 火焰溫度達(dá)3000 左右 大約可測(cè)定70種元素 是目前廣泛應(yīng)用的高溫化學(xué)火焰 這種火焰適用于耐高溫元素的原子化氧化亞氮?dú)怏w通常由氧化亞氮鋼瓶提供N2O對(duì)呼吸有麻醉作用 且易爆 使用N2O C2H2火焰應(yīng)小心 火焰原子化器的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作方便 準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性較好 缺點(diǎn) 原子化效率低 靈敏度低 試樣用量大 0 5 1ml 一般不能直接分析固體樣品 2 非火焰原子化器 常用的是石墨爐原子化器1967年 美國(guó)人制造出第一臺(tái)高溫石墨爐基本結(jié)構(gòu)包括石墨管 爐體 保護(hù)氣系統(tǒng) 電源等三部分組成 儀器結(jié)構(gòu) 光源 原子化系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng) 分光系統(tǒng) 電源 10 25V 300A 用于產(chǎn)生高溫 保護(hù)系統(tǒng) 保護(hù)氣 Ar 防止空氣進(jìn)入 保護(hù)石墨管不被氧化 燒蝕 冷卻水 金屬爐體周?chē)ㄋ?以保護(hù)爐體 原子化過(guò)程 掌握 原子化過(guò)程分為干燥 灰化 去除基體干擾 原子化 凈化 去除殘?jiān)?四個(gè)階段 待測(cè)元素在高溫下生成基態(tài)原子 石墨爐的升溫程序是微機(jī)處理控制的 進(jìn)樣后原子化過(guò)程按程序自動(dòng)進(jìn)行 除殘 非火焰原子化器 石墨爐原子化器 的特點(diǎn) 原子化效率高 90 測(cè)定靈敏度高 取樣量少 1 50ul 適合低含量樣品分析可直接分析液體和固體樣品缺點(diǎn) 分析所需的時(shí)間比火焰法要長(zhǎng) 背景干擾較嚴(yán)重設(shè)備復(fù)雜 費(fèi)用較高 三 分光系統(tǒng)作用就是將待測(cè)元素的共振線與其他譜線分開(kāi) 只讓分析線通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)分光系統(tǒng) 入射狹縫 反射鏡 色散元件 光柵 棱鏡 出射狹縫等組成 單道單光束原子吸收分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)示意圖 對(duì)具體儀器來(lái)說(shuō) 分辨能力與儀器的狹縫寬度有關(guān) 減少狹縫寬度 出射光的強(qiáng)度減弱 可提高分辨能力 有利于消除干擾譜線 但若太小 透過(guò)光強(qiáng)度減弱 分辨靈敏度下降 一般狹縫寬度調(diào)節(jié)在0 01 2mm之間 四 檢測(cè)系統(tǒng) 把分光系統(tǒng)分出來(lái)的待測(cè)元素的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 適當(dāng)放大 轉(zhuǎn)換成吸光度A 常用的光電轉(zhuǎn)換器是光電倍增管 它是利用兩次電子發(fā)射現(xiàn)象放大光電流的光電管 思考與練習(xí) 1 原子吸收分光光度計(jì)由哪幾部分構(gòu)成 2 何謂試樣的原子化 試樣原子化的方法有哪幾種 3 簡(jiǎn)述石墨爐原子化過(guò)程 4 常用的火焰類(lèi)型有哪些 5 比較火焰原子化和石墨爐原子化法的特點(diǎn) 6 4原子吸收光譜儀的類(lèi)型 原子吸收光譜儀按光束形式可分為單光束和雙光束兩類(lèi) 按波道數(shù)目又有單道 雙道和多道之分 目前使用比較廣泛的是單道單光束和單道雙光束原子吸收分光光度計(jì) 單光束型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作方便 單光源強(qiáng)度易受電源電壓波動(dòng)而穩(wěn)定性較差 易造成基線漂移 需配置光源穩(wěn)壓裝置 雙光束型光源輻射的作用光被旋轉(zhuǎn)器分為兩束 一束通過(guò)原子化器 即通過(guò)樣品 一束不通過(guò)原子化器 而繞過(guò)火焰為參比光束 然后兩束光交替進(jìn)入單色器可以使光源的漂移通過(guò)參比光束的作用進(jìn)行補(bǔ)償 能獲得穩(wěn)定的輸出信號(hào) 這類(lèi)儀器簡(jiǎn)單 操作方便 體積小 價(jià)格低 能滿足一般原子吸收分析的要求 其缺點(diǎn)是不能消除光源波動(dòng)造成的影響 基線漂移 國(guó)產(chǎn)WYX 1A WYX 1B WYX 1C WYX 1D等WYX系列和360 360M 360CRT系列等均屬于單道單光束儀器 1 單道單光束型 單道雙光束儀器光學(xué)示意圖 2 單道雙光束型 由于兩光束來(lái)源于同一個(gè)光源 光源的漂移通過(guò)參比光束的作用而得到補(bǔ)償 所以能獲得一個(gè)穩(wěn)定的輸出信號(hào) 國(guó)產(chǎn)310型 320型 GFU 201型 WFX 型均屬此類(lèi)儀器 3 雙道單光束型 雙道單光束 是指儀器有兩個(gè)不同光源 兩個(gè)單色器 兩個(gè)檢測(cè)顯示系統(tǒng) 而光束只有一路 雙道單光束型儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖 兩種不同元素的空心陰極燈發(fā)射出不同波長(zhǎng)的共振發(fā)射線 兩條譜線同時(shí)通過(guò)原子化器 被兩種不同元素的基態(tài)原子蒸氣吸收 利用兩套各自獨(dú)立的單色器和檢測(cè)器 對(duì)兩路光進(jìn)行分光和檢測(cè) 同時(shí)給出兩種元素檢測(cè)結(jié)果 這類(lèi)儀器一次可測(cè)兩種元素 這類(lèi)儀器型號(hào)有日本島津AA 8200和AA 8500型 4 雙道雙光束型 這類(lèi)儀器有兩個(gè)光源 兩套獨(dú)立的單色器和檢測(cè)顯示系統(tǒng) 但每一光源發(fā)出的光都分為兩個(gè)光束