原子吸收光譜法

1、1原子吸收光譜法原子吸收光譜法基于氣態(tài)基態(tài)原子對其特征輻射的基于氣態(tài)基態(tài)原子對其特征輻射的吸收吸收 ，通過輻射減弱的程度進行元素通過輻射減弱的程度進行元素定量分析定量分析的的方法。方法。2n教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：n1原子吸收光譜法概述原子吸收光譜法概述n2原子吸收光譜法基本原理原子吸收光譜法基本原理n3原子吸收光譜法的儀器原子吸收光譜法的儀器n4原子吸收分析最佳條件的選擇、原子吸收的定量分析原子吸收分析最佳條件的選擇、原子吸收的定量分析方法方法n5原子吸收分析的干擾及消除原子吸收分析的干擾及消除n6原子熒光光譜法簡介原子熒光光譜法簡介n重點：原子吸收光譜法基本原理。重點：原子吸收光譜法基本原理。

2、n難點：難點：AAS的定量原理的定量原理3n教學(xué)要求：教學(xué)要求：n1掌握原子吸收光譜法的基本原理。掌握原子吸收光譜法的基本原理。n2掌握原子吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，理解系統(tǒng)的掌握原子吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，理解系統(tǒng)的元件及工作原理。元件及工作原理。n3學(xué)會選擇儀器最佳工作條件。學(xué)會選擇儀器最佳工作條件。n4熟練掌握原子吸收分析的干擾及消除方法熟練掌握原子吸收分析的干擾及消除方法n5. 掌握原子吸收光譜的應(yīng)用范圍及定量分析的主掌握原子吸收光譜的應(yīng)用范圍及定量分析的主要方法要方法 。n6. 掌握定量分析的靈敏度的表示方法。掌握定量分析的靈敏度的表示方法。4lResonance lines: defin

3、ed as those originate from ground stateEnergy TransitionsEoE2E3E1l1l2l3l4共振線共振線5第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、一般分析過程一、一般分析過程 o 待測物質(zhì)在原子化器中被分解為氣態(tài)基態(tài)原子；待測物質(zhì)在原子化器中被分解為氣態(tài)基態(tài)原子；o 氣態(tài)基態(tài)原子吸收氣態(tài)基態(tài)原子吸收同種原子同種原子發(fā)射出來的特征輻發(fā)射出來的特征輻射，外層電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生原子吸射，外層電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生原子吸收光譜；收光譜；o 根據(jù)譜線強度減弱的程度進行根據(jù)譜線強度減弱的程度進行定量分析定量分析。67二、儀器裝置二、儀器裝置8三、優(yōu)點

4、與局限性三、優(yōu)點與局限性n優(yōu)點：優(yōu)點：q檢出限低，檢出限低，1010-10-101010-14-14 g(GF-AAS)g(GF-AAS)；q準確度高，準確度高，1%1%5%5%；q選擇性高，一般情況下共存元素不干擾；選擇性高，一般情況下共存元素不干擾；q應(yīng)用廣，可測定應(yīng)用廣，可測定7070多個元素（各種樣品多個元素（各種樣品中）；中）；n局限性：局限性： 難熔元素、非金屬元素測定困難，不能同時難熔元素、非金屬元素測定困難，不能同時多元素測定。多元素測定。9一、原子吸收光譜的產(chǎn)生一、原子吸收光譜的產(chǎn)生當電磁輻射通過自由原子蒸氣時，當電磁輻射通過自由原子蒸氣時，如果輻射的頻率等于原子外層電子從基

5、態(tài)躍遷如果輻射的頻率等于原子外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量頻率時，到激發(fā)態(tài)所需要的能量頻率時，原子將吸收電磁輻射的能量，原子將吸收電磁輻射的能量，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，電磁輻射的強度減弱，產(chǎn)生原子吸收光譜。電磁輻射的強度減弱，產(chǎn)生原子吸收光譜。10a b cEo Ground StateExcitedStatesExcitationEnergyl lbl lal lcE3E2E1E Ionization電離電離基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)11二、原子二、原子吸收光譜吸收光譜 n共振吸收線（簡稱共振線）：共振吸收線（簡稱共振線）：原子的外層電子原子的外層電子從基態(tài)躍遷到

6、激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收譜線。從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收譜線。n主共振線：主共振線：原子的外層電子從基態(tài)躍遷到第一原子的外層電子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收譜線。激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收譜線。E0E1E2E3吸收主吸收主共振線共振線共振吸收線共振吸收線12原子吸收線的特征原子吸收線的特征 1.1.不同元素的原子結(jié)構(gòu)和能級不同，電子從基態(tài)不同元素的原子結(jié)構(gòu)和能級不同，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)吸收的能量不同，因此共振線的波躍遷到激發(fā)態(tài)吸收的能量不同，因此共振線的波長不同，具有特征性。長不同，具有特征性。 2. 2.電子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，所需能量最低電子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，所需能量最低，最易發(fā)

7、生，相應(yīng)的吸收線（主共振線）最強。，最易發(fā)生，相應(yīng)的吸收線（主共振線）最強。這條共振線是最靈敏線。這條共振線是最靈敏線。 3.原子吸收光譜位于光譜的紫外區(qū)和可見區(qū)。原子吸收光譜位于光譜的紫外區(qū)和可見區(qū)。 lchhE13四四. 基態(tài)原子數(shù)與激發(fā)態(tài)原子數(shù)的關(guān)系基態(tài)原子數(shù)與激發(fā)態(tài)原子數(shù)的關(guān)系 在通常的原子吸收測定條件下，在原子蒸氣中在通常的原子吸收測定條件下，在原子蒸氣中有基態(tài)原子，也有少量激發(fā)態(tài)原子存在。有基態(tài)原子，也有少量激發(fā)態(tài)原子存在。 根據(jù)熱力學(xué)的原理，在一定溫度下達到熱平衡根據(jù)熱力學(xué)的原理，在一定溫度下達到熱平衡時，基態(tài)與激發(fā)態(tài)的原子數(shù)的比例遵循時，基態(tài)與激發(fā)態(tài)的原子數(shù)的比例遵循Boltz

8、man分布定律。分布定律。 Ni / N0 = gi / g0 exp(- Ei / kT)14 Ni / N0 = gi / g0 exp(- Ei / kT)v 溫度越高，溫度越高， Ni / N0值越大，即激發(fā)態(tài)原子數(shù)隨溫度值越大，即激發(fā)態(tài)原子數(shù)隨溫度升高而增加，而且按指數(shù)關(guān)系變化；升高而增加，而且按指數(shù)關(guān)系變化；v 在相同的溫度條件下，激發(fā)能越小，吸收線波長越在相同的溫度條件下，激發(fā)能越小，吸收線波長越長，長，Ni /N0值越大。值越大。v 在原子吸收光譜中，原子化溫度一般小于在原子吸收光譜中，原子化溫度一般小于3000K，大大多數(shù)元素的最強共振線都低于多數(shù)元素的最強共振線都低于 60

9、0 nm， Ni / N0值絕大值絕大部分在部分在10-3以下，激發(fā)態(tài)和基態(tài)原子數(shù)之比小于千分之以下，激發(fā)態(tài)和基態(tài)原子數(shù)之比小于千分之一，激發(fā)態(tài)原子數(shù)可以忽略。即：一，激發(fā)態(tài)原子數(shù)可以忽略。即：基態(tài)原子數(shù)基態(tài)原子數(shù)N0可以近似等于總原子數(shù)可以近似等于總原子數(shù)N151. 原子吸收光譜是線狀光譜原子吸收光譜是線狀光譜 原子的能級是不連續(xù)的（量子化的）；原子的能級是不連續(xù)的（量子化的）； 電子在能級之間躍遷是不連續(xù)的；電子在能級之間躍遷是不連續(xù)的； 躍遷產(chǎn)生的原子吸收光譜是不連續(xù)的，是線狀光譜。躍遷產(chǎn)生的原子吸收光譜是不連續(xù)的，是線狀光譜。l1l2l3l4EoE2E3E116 譜線具有一定的寬度，即

10、有相當窄的頻率或波長范圍。譜線具有一定的寬度，即有相當窄的頻率或波長范圍。2. 原子吸收光譜線的寬度原子吸收光譜線的寬度 I0I 0 17（1）透過光強度對頻率透過光強度對頻率作圖：作圖：一束不同頻率強度為一束不同頻率強度為I0的平行光通過原子蒸氣，一部分的平行光通過原子蒸氣，一部分光被吸收，透過光的強度為光被吸收，透過光的強度為I 中心頻率中心頻率 0 ：透過光強度最小，吸收最大處對應(yīng)的頻率。：透過光強度最小，吸收最大處對應(yīng)的頻率。由原子能級決定。由原子能級決定。 I0I 0 I 與與 的關(guān)系的關(guān)系I0I 銳線光源銳線光源原子原子18（2）吸收系數(shù)對頻率吸收系數(shù)對頻率作圖作圖（k ：基態(tài)原子

11、對頻率為：基態(tài)原子對頻率為 的光的吸收系數(shù)）的光的吸收系數(shù)） 中心頻率中心頻率 O ：最大吸收系數(shù)對應(yīng)的頻率，由原：最大吸收系數(shù)對應(yīng)的頻率，由原子能級決定。子能級決定。 半寬度半寬度 ： 吸收系數(shù)極大值一半處，譜線輪廓吸收系數(shù)極大值一半處，譜線輪廓上兩點之間的頻率差（或波長差）。上兩點之間的頻率差（或波長差）。19（1） 自然寬度自然寬度u沒有外界影響，譜線仍有一定的寬度稱為沒有外界影響，譜線仍有一定的寬度稱為自然寬度。自然寬度。u自然寬度，多數(shù)情況下約為自然寬度，多數(shù)情況下約為10-6 - 10-5nm數(shù)數(shù)量級。量級。3.譜線變寬的原因譜線變寬的原因由原子性質(zhì)所決定由原子性質(zhì)所決定 例如，例

12、如，自然寬度自然寬度；外界影響引起外界影響引起 例如，例如，熱變寬、碰撞變寬等熱變寬、碰撞變寬等。20（2）多普勒變寬）多普勒變寬 原子在空間作無規(guī)則熱運動所引起的譜線變原子在空間作無規(guī)則熱運動所引起的譜線變寬寬,又稱為熱變寬又稱為熱變寬.v 輻射原子處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài)，可以看輻射原子處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài)，可以看作運動的波源。作運動的波源。v 由于不規(guī)則的熱運動，輻射原子與觀測器之由于不規(guī)則的熱運動，輻射原子與觀測器之間形成相對位移運動，從而發(fā)生多普勒效應(yīng)，間形成相對位移運動，從而發(fā)生多普勒效應(yīng)，使譜線變寬。使譜線變寬。v 多普勒變寬一般可達多普勒變寬一般可達10-3nm，是是譜線變寬譜

13、線變寬的主要因素。的主要因素。21 測測 發(fā)發(fā)測測 發(fā)發(fā)測測 = 發(fā)發(fā)檢測器檢測器 測測 多普勒效應(yīng)：一個運動著的原子發(fā)出光輻多普勒效應(yīng)：一個運動著的原子發(fā)出光輻射射，如果運動方向離開觀察者（檢測器），如果運動方向離開觀察者（檢測器），則在觀察者看來，其頻率較靜止原子所發(fā)則在觀察者看來，其頻率較靜止原子所發(fā)射的頻率低，反之，高。射的頻率低，反之，高。 發(fā)發(fā)22（3）碰撞變寬）碰撞變寬 由于吸收原子與其它粒子（分子、原子、離子和電由于吸收原子與其它粒子（分子、原子、離子和電子等）間的相互碰撞而產(chǎn)生的譜線變寬，又稱為子等）間的相互碰撞而產(chǎn)生的譜線變寬，又稱為壓力變寬。壓力變寬。v共振變寬共振變寬:

14、 同種粒子碰撞同種粒子碰撞引起的變寬引起的變寬v勞倫茲勞倫茲（ Lorentz ）變寬）變寬: 異種粒子碰撞異種粒子碰撞引起的引起的變寬變寬 v 勞倫茲變寬一般可達勞倫茲變寬一般可達10-3nm，是是譜線變寬的主要譜線變寬的主要因素。因素。(4) 場致變寬場致變寬 在外電場或磁場作用下，能引起能級的分裂，從而在外電場或磁場作用下，能引起能級的分裂，從而引起譜線分裂，導(dǎo)致譜線變寬。引起譜線分裂，導(dǎo)致譜線變寬。23二、原子吸收光譜的測量二、原子吸收光譜的測量 由于原子并不是吸收單一波長的譜線，而是對由于原子并不是吸收單一波長的譜線，而是對不同波長的譜線有著不同的吸收程度，要計算不同波長的譜線有著不

15、同的吸收程度，要計算所有吸收線的強度，只能用積分或近似處理的所有吸收線的強度，只能用積分或近似處理的方法進行。方法進行。 24原子對光的吸收強度可用曲線所圍成圖形的面積原子對光的吸收強度可用曲線所圍成圖形的面積來表示。來表示。l在吸收線輪廓內(nèi)，吸收系數(shù)的積分稱為積分吸收在吸收線輪廓內(nèi)，吸收系數(shù)的積分稱為積分吸收系數(shù)，簡稱為積分吸收。系數(shù)，簡稱為積分吸收。l表示基態(tài)原子蒸氣吸收的全部能量。表示基態(tài)原子蒸氣吸收的全部能量。1. 積分吸收積分吸收25從理論上可以得出，積分吸收與原子蒸氣中吸從理論上可以得出，積分吸收與原子蒸氣中吸收輻射的原子數(shù)成正比。數(shù)學(xué)表達式為：收輻射的原子數(shù)成正比。數(shù)學(xué)表達式為：

16、 K d = e2N0/mc若能測定積分吸收，則可求出原子濃度。若能測定積分吸收，則可求出原子濃度。但是，測定譜線寬度僅為但是，測定譜線寬度僅為10-3nm的積分吸收，的積分吸收，需要分辨率非常高的色散儀器。需要分辨率非常高的色散儀器。262. 峰值吸收峰值吸收在溫度不太高的火焰條件下：在溫度不太高的火焰條件下： K0 = 2/ D(ln2/ )1/2 e2N0/mc峰值吸收系數(shù)與原子濃度成正比，只要能峰值吸收系數(shù)與原子濃度成正比，只要能測出測出K0 就可得出就可得出N0。27兩個條件：兩個條件：v采用發(fā)射線半寬度比吸收線半寬度小得多的采用發(fā)射線半寬度比吸收線半寬度小得多的銳銳線光源線光源，v

17、發(fā)射線的中心與吸收線中心一致。發(fā)射線的中心與吸收線中心一致。28o當發(fā)射光譜的半寬度遠遠小于吸收線當發(fā)射光譜的半寬度遠遠小于吸收線的半寬度時，在一定的條件下，可近的半寬度時，在一定的條件下，可近似認為似認為在半寬度的范圍，不同波長的在半寬度的范圍，不同波長的光的光譜強度是相等的。這時發(fā)射線光的光譜強度是相等的。這時發(fā)射線的輪廓可看作一個很窄的矩形。的輪廓可看作一個很窄的矩形。o同理，由于發(fā)射光譜的半寬度較小，同理，由于發(fā)射光譜的半寬度較小，吸收只限于發(fā)射線的半寬度范圍內(nèi)，吸收只限于發(fā)射線的半寬度范圍內(nèi)，原子對不同波長的光的吸收程度是一原子對不同波長的光的吸收程度是一樣的樣的,即吸收系數(shù)即吸收系

18、數(shù)K 在此輪廓內(nèi)不隨在此輪廓內(nèi)不隨頻率而改變頻率而改變,K = K0 。293. 實際測量實際測量以一定光強的單色光以一定光強的單色光I0通過原子蒸氣，測出被吸收后通過原子蒸氣，測出被吸收后透射光的光強透射光的光強I，吸收過程符合朗伯吸收過程符合朗伯-比耳定律，即比耳定律，即 I = I0e-K N L A = lgI0 / I = 2.303 K N L當實驗條件一定時，當實驗條件一定時，N正比于待測元素的濃度。正比于待測元素的濃度。 A = kc IoI銳線光源銳線光源原子原子30第三節(jié) 儀 器原子吸收光譜儀又稱原子吸收分光光度計，由光源、原原子吸收光譜儀又稱原子吸收分光光度計，由光源、原

19、子化器、單色器和檢測器等四部分組成。子化器、單色器和檢測器等四部分組成。31一、光源一、光源 作用作用: 發(fā)射發(fā)射被測元素被測元素的特征共振輻射的特征共振輻射。 要求：要求： 1.發(fā)射的共振輻射的半寬度要明顯小于吸收線發(fā)射的共振輻射的半寬度要明顯小于吸收線的半寬度；的半寬度； 2.輻射的強度大；輻射的強度大； 3. 輻射光強穩(wěn)定輻射光強穩(wěn)定; 4.使用壽命長等。使用壽命長等。 理想光源：空心陰極燈理想光源：空心陰極燈 無極放電燈無極放電燈 可調(diào)諧激光光源可調(diào)諧激光光源 321.空心陰極燈的構(gòu)造空心陰極燈的構(gòu)造是由玻璃管制成的封閉著低壓氣體的放電管。是由玻璃管制成的封閉著低壓氣體的放電管。陰極：

20、由陰極：由待測元素待測元素的高純金屬和合金直接制成，貴的高純金屬和合金直接制成，貴重金屬以其箔襯在陰極內(nèi)壁。重金屬以其箔襯在陰極內(nèi)壁。陽極：鎢棒。陽極：鎢棒。氖或氬等惰性氣體氖或氬等惰性氣體: 載帶電流、使陰極產(chǎn)生濺射及載帶電流、使陰極產(chǎn)生濺射及激發(fā)原子發(fā)射特征的銳線光譜。激發(fā)原子發(fā)射特征的銳線光譜。 332.空心陰極燈工作過程空心陰極燈工作過程施加適當電壓時，管內(nèi)極少量正離子向陰極運動，施加適當電壓時，管內(nèi)極少量正離子向陰極運動，并轟擊陰極表面，使陰極表面的電子獲得外加能并轟擊陰極表面，使陰極表面的電子獲得外加能量而逸出，量而逸出，少量電子將流向陽極少量電子將流向陽極,與充入的惰性氣體碰撞而

21、使與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產(chǎn)生正離子，之電離，產(chǎn)生正離子，正離子在電場作用下，向陰極內(nèi)壁猛烈轟擊，使正離子在電場作用下，向陰極內(nèi)壁猛烈轟擊，使陰極表面的陰極表面的金屬原子金屬原子濺射出來，濺射出來，濺射出來的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及濺射出來的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及正離子發(fā)生碰撞而被激發(fā)，于是陰極內(nèi)輝光中便正離子發(fā)生碰撞而被激發(fā)，于是陰極內(nèi)輝光中便出現(xiàn)了陰極物質(zhì)的光譜。出現(xiàn)了陰極物質(zhì)的光譜。MeM *Arm+M *343.空心陰極燈的性能空心陰極燈的性能 空心陰極燈的輻射強度與燈的工作電流有關(guān)?？招年帢O燈的輻射強度與燈的工作電流有關(guān)?？招年帢O燈是性能優(yōu)良的空心陰極燈是性

22、能優(yōu)良的銳線光源銳線光源。元素可以在空極陰極中多次濺射和被激發(fā)，氣元素可以在空極陰極中多次濺射和被激發(fā)，氣態(tài)原子平均停留時間較長，激發(fā)效率較高，因態(tài)原子平均停留時間較長，激發(fā)效率較高，因而發(fā)射的譜線強度較大；而發(fā)射的譜線強度較大； 工作電流一般只有幾毫安或幾十毫安，燈內(nèi)工作電流一般只有幾毫安或幾十毫安，燈內(nèi)溫度較低，溫度較低，熱變寬熱變寬很?。缓苄。?燈內(nèi)充氣壓力很低，激發(fā)原子與不同氣體原燈內(nèi)充氣壓力很低，激發(fā)原子與不同氣體原子碰撞而引起的子碰撞而引起的勞倫茲變寬勞倫茲變寬可忽略不計；可忽略不計； 陰極附近的蒸氣相金屬原子密度較小，同種陰極附近的蒸氣相金屬原子密度較小，同種原子碰撞而引起的原子

23、碰撞而引起的共振變寬共振變寬也很?。灰埠苄?； 蒸氣相原子密度低、溫度低、蒸氣相原子密度低、溫度低、自吸變寬自吸變寬幾乎幾乎不存在。不存在。354. 空心陰極燈的優(yōu)缺點空心陰極燈的優(yōu)缺點輻射光強度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。輻射光強度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空用不同待測元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空心陰極燈。心陰極燈。每測一種元素需更換相應(yīng)的燈。每測一種元素需更換相應(yīng)的燈。36二、原子化器二、原子化器作用作用: 提供能量，使試樣干燥、提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。蒸發(fā)和原子化。入射光束在這里被基態(tài)原子吸收，入射光束在這里被基態(tài)原子吸收，因此也視為因

24、此也視為“吸收池吸收池”。要求要求： 必須具有足夠高的原子化效率；必須具有足夠高的原子化效率；必須具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性必須具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性；操作簡單及低的干擾水平等。操作簡單及低的干擾水平等。原子化器原子化器火焰火焰原子化器原子化器非火焰非火焰原子化器原子化器37（一）火焰原子化器（一）火焰原子化器常用預(yù)混合型原子化器常用預(yù)混合型原子化器，由霧化器、霧化室和燃燒器三由霧化器、霧化室和燃燒器三部分組成。部分組成。 1.霧化器（噴霧器）霧化器（噴霧器）作用作用 : 將試液變成細霧將試液變成細霧。2.霧化室霧化室作用作用: 除大霧滴，并使燃氣和助燃氣充分混合，以便在燃除大霧滴，并使燃氣和

25、助燃氣充分混合，以便在燃燒時得到穩(wěn)定的火焰燒時得到穩(wěn)定的火焰。一般霧化效率為一般霧化效率為5 15%。3.燃燒器燃燒器作用作用: 產(chǎn)生火焰產(chǎn)生火焰試液的細霧滴在火焰中試液的細霧滴在火焰中蒸發(fā)、解離、原子化。蒸發(fā)、解離、原子化。 38394.火焰的基本特性火焰的基本特性（1）燃燒速度）燃燒速度（2）火焰溫度）火焰溫度:使待測元素恰能分解成基態(tài)自由原子為宜。使待測元素恰能分解成基態(tài)自由原子為宜。（3）火焰的燃氣和助燃氣比例）火焰的燃氣和助燃氣比例 正?；鹧嬲；鹧?由于燃氣與助燃氣之比與化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)由于燃氣與助燃氣之比與化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系相近，又稱其為中性火焰。此火焰溫度高、穩(wěn)定、干擾小、系相近，

26、又稱其為中性火焰。此火焰溫度高、穩(wěn)定、干擾小、背景低。背景低。 富燃火焰富燃火焰 助燃比小于化學(xué)計量的火焰。又稱還原性火助燃比小于化學(xué)計量的火焰。又稱還原性火焰。火焰呈黃色，層次模糊，溫度稍低，火焰的還原性較強，焰?；鹧娉庶S色，層次模糊，溫度稍低，火焰的還原性較強，適合于易形成難離解氧化物元素的測定。適合于易形成難離解氧化物元素的測定。 貧燃火焰貧燃火焰 又稱氧化性火焰，即助燃比大于化學(xué)計量的又稱氧化性火焰，即助燃比大于化學(xué)計量的火焰。氧化性較強，火焰呈藍色，溫度較低，適于易離解、火焰。氧化性較強，火焰呈藍色，溫度較低，適于易離解、易電離元素的原子化，如堿金屬等。易電離元素的原子化，如堿金屬等

27、。 40 乙炔乙炔-空氣空氣 火焰火焰 是原子吸收測定中最常用的火是原子吸收測定中最常用的火焰，該火焰燃燒穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，噪聲低，溫度高，焰，該火焰燃燒穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，噪聲低，溫度高，對大多數(shù)元素有足夠高的靈敏度，但它在短波紫外對大多數(shù)元素有足夠高的靈敏度，但它在短波紫外區(qū)有較大的吸收。區(qū)有較大的吸收。 氫氫-空氣火焰空氣火焰 是氧化性火焰，燃燒速度較乙炔是氧化性火焰，燃燒速度較乙炔-空氣空氣 火焰高，但溫度較低，優(yōu)點是背景發(fā)射較弱，火焰高，但溫度較低，優(yōu)點是背景發(fā)射較弱，透射性能好。透射性能好。 乙炔乙炔-一氧化二氮火焰一氧化二氮火焰 的優(yōu)點是火焰溫度高，而的優(yōu)點是火焰溫度高，而燃燒速度并不

28、快，適用于難原子化元素的測定，用燃燒速度并不快，適用于難原子化元素的測定，用它可測定它可測定70多種元素。多種元素。41 （二）非火焰原子化器（二）非火焰原子化器v常用石墨爐原子化器。常用石墨爐原子化器。v原子化的過程原子化的過程: 將試樣注入石墨管中間位置，用大電流通將試樣注入石墨管中間位置，用大電流通過石墨管以產(chǎn)生高達過石墨管以產(chǎn)生高達2000 3000的高的高溫使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。溫使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。42(1) 電源：電源：低壓大電流而穩(wěn)定的交流電源。低壓大電流而穩(wěn)定的交流電源。(2) 石墨管石墨管(3) 爐體爐體惰性氣體保護惰性氣體保護 （Ar) 外氣路外氣路: Ar氣沿

29、石墨管外壁流動，保護整個爐體內(nèi)腔氣沿石墨管外壁流動，保護整個爐體內(nèi)腔的石墨部件，是連續(xù)進氣的。的石墨部件，是連續(xù)進氣的。內(nèi)氣路內(nèi)氣路: 從石墨管兩端進氣，由加樣孔出氣。從石墨管兩端進氣，由加樣孔出氣。防止石防止石墨管的高溫氧化作用，保護已熱解的原子蒸氣不再被墨管的高溫氧化作用，保護已熱解的原子蒸氣不再被氧化，除去基體蒸氣。氧化，除去基體蒸氣。水冷保護水冷保護 切斷電源停止加熱后切斷電源停止加熱后2030秒內(nèi)，整個爐體即可秒內(nèi)，整個爐體即可冷卻到室溫。冷卻到室溫。1. 石墨爐的基本結(jié)構(gòu)石墨爐的基本結(jié)構(gòu)43光路光路進進樣樣孔孔外外氣氣外外氣氣內(nèi)內(nèi)氣氣內(nèi)內(nèi)氣氣石石英英窗窗口口石墨爐裝置示意圖石墨爐裝

30、置示意圖442. 操作程序操作程序 干燥、灰化、原子化和清洗干燥、灰化、原子化和清洗灰化灰化原子化原子化清洗清洗冷卻冷卻干燥干燥tT453. 3. 特點特點a a，靈敏度高、檢測限低靈敏度高、檢測限低 b b，用樣量少用樣量少 通常固體樣品通常固體樣品0.10.1 1010毫克，液體試樣毫克，液體試樣5 5 5050微升。微升。c， 試樣直接注入原子化器，從而減少溶液一些物理性質(zhì)對試樣直接注入原子化器，從而減少溶液一些物理性質(zhì)對測定的影響，也可直接分析固體樣品。測定的影響，也可直接分析固體樣品。d， 排除了火焰原子化法中存在的火焰組份與被測組份排除了火焰原子化法中存在的火焰組份與被測組份之間的

31、相互作用，減少了由此引起的化學(xué)干擾。之間的相互作用，減少了由此引起的化學(xué)干擾。e，基體干擾較嚴重，測量的精密度比火焰原子化法差，基體干擾較嚴重，測量的精密度比火焰原子化法差，通通常約為常約為2 5%.f，設(shè)備比較復(fù)雜，成本比較高。設(shè)備比較復(fù)雜，成本比較高。但石墨爐原子化器在工作中比火焰原子化系統(tǒng)安全。但石墨爐原子化器在工作中比火焰原子化系統(tǒng)安全。46 (三三)低溫原子化法低溫原子化法(化學(xué)原子化法化學(xué)原子化法)原子化溫度為室溫至攝氏數(shù)百度。原子化溫度為室溫至攝氏數(shù)百度。1. 汞低溫原子化法汞低溫原子化法 汞在室溫下，有一定的蒸氣壓，沸點為汞在室溫下，有一定的蒸氣壓，沸點為357 C 。只要對試

32、樣進行化學(xué)預(yù)處理還原出汞原子，。只要對試樣進行化學(xué)預(yù)處理還原出汞原子，由載氣（由載氣（Ar或或N2）將汞蒸氣送入吸收池內(nèi)測定。）將汞蒸氣送入吸收池內(nèi)測定。2. 氫化物原子化法氫化物原子化法 適用于適用于Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se和和Te等元素。在一定的酸度下，將被測元素還原成等元素。在一定的酸度下，將被測元素還原成極易揮發(fā)與分解的氫化物，如極易揮發(fā)與分解的氫化物，如AsH3 、SnH4 、BiH3等。這些氫化物經(jīng)載氣送入石英管后，進行等。這些氫化物經(jīng)載氣送入石英管后，進行原子化與測定。原子化與測定。4748三、單色器三、單色器作用作用：將被測元素的共振吸收線與鄰近譜線分開。：將被

33、測元素的共振吸收線與鄰近譜線分開。組成組成：入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件：入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件色散元件色散元件：一般為光柵：一般為光柵光譜通帶光譜通帶: :儀器出射狹縫所能通過的譜線寬度儀器出射狹縫所能通過的譜線寬度 W=D W=D* *S Sn相鄰干擾線間距離小相鄰干擾線間距離小, ,減小光譜通帶減小光譜通帶. .n相鄰干擾線間距離大相鄰干擾線間距離大, ,增大光譜通帶增大光譜通帶. .49四、檢測器四、檢測器光電倍增管光電倍增管50原子吸收分光光度計原子吸收分光光度計51第四節(jié) 實驗技術(shù)和分析方法一、測量條件的選擇一、測量條件的選擇1. 分析線分析線v 通常選擇元素的共振線

34、作為分析線。通常選擇元素的共振線作為分析線。v 被測元素濃度較高時，可選用靈敏度較低的非共振被測元素濃度較高時，可選用靈敏度較低的非共振線作為分析線。線作為分析線。2. 狹縫寬度狹縫寬度 適宜狹縫寬度：不引起吸光度減小的最大狹縫寬度適宜狹縫寬度：不引起吸光度減小的最大狹縫寬度。523. 燈電流燈電流v空心陰極燈的空心陰極燈的發(fā)射特性發(fā)射特性取決于工作電流。取決于工作電流。v燈電流過小，放電不穩(wěn)定，光輸出的強度??；燈電流過小，放電不穩(wěn)定，光輸出的強度?。籿燈電流過大，發(fā)射譜線變寬，導(dǎo)致靈敏度下燈電流過大，發(fā)射譜線變寬，導(dǎo)致靈敏度下降，燈壽命縮短。降，燈壽命縮短。通常選用最大電流的通常選用最大電流

35、的1/2 2/3為工作電流。為工作電流?？諛O陰極燈使用前一般須預(yù)熱空極陰極燈使用前一般須預(yù)熱10 30 min。534. 原子化條件原子化條件（1）火焰原子化法）火焰原子化法v 火焰的類型與特性火焰的類型與特性v 調(diào)節(jié)燃氣與助燃氣比例調(diào)節(jié)燃氣與助燃氣比例v 燃燒器高度燃燒器高度調(diào)節(jié)燃燒器的高度，使測量光束從自由原子濃度大調(diào)節(jié)燃燒器的高度，使測量光束從自由原子濃度大的區(qū)域內(nèi)通過，可以得到較高的靈敏度。的區(qū)域內(nèi)通過，可以得到較高的靈敏度。54（2）石墨爐原子化法）石墨爐原子化法 干燥干燥 一般在一般在105 125的條件下進行。的條件下進行。 灰化灰化 選擇能除去試樣中基體與其它組分而被測選擇能除

36、去試樣中基體與其它組分而被測元素不損失的盡可能高的溫度。元素不損失的盡可能高的溫度。 原子化原子化 選擇可達到原子吸收最大吸光度值的最選擇可達到原子吸收最大吸光度值的最低溫度。低溫度。 凈化或清除階段凈化或清除階段 溫度應(yīng)高于原子化溫度，時間溫度應(yīng)高于原子化溫度，時間僅為僅為3 3 5s，以便消除試樣的殘留物產(chǎn)生的記憶效以便消除試樣的殘留物產(chǎn)生的記憶效應(yīng)。應(yīng)。555. 進樣量進樣量v進樣量過小，信號太弱；進樣量過小，信號太弱；v進樣量過大，在火焰原子化法中，對火焰會產(chǎn)生進樣量過大，在火焰原子化法中，對火焰會產(chǎn)生冷卻效應(yīng)；在石墨爐原子化法中，會使除殘產(chǎn)生冷卻效應(yīng)；在石墨爐原子化法中，會使除殘產(chǎn)生

37、困難。困難。56二、定量分析方法二、定量分析方法1. 校準曲線法校準曲線法 配制一組含有不同濃度被測元素的標準溶液，配制一組含有不同濃度被測元素的標準溶液，在與試樣測定完全相同的條件下，按濃度由低到高在與試樣測定完全相同的條件下，按濃度由低到高的順序測定吸光度值，的順序測定吸光度值，繪制吸光度對濃度的校準曲線，繪制吸光度對濃度的校準曲線，測定試樣的吸光度，由校準曲線求出被測元素的含測定試樣的吸光度，由校準曲線求出被測元素的含量。量。AcAxcx572. 標準加入法標準加入法 取幾份相同量的被測試液，取幾份相同量的被測試液，分別加入不同量分別加入不同量(c1 1、c c2 2 、c c3 3)被

38、測元素的標準溶液，被測元素的標準溶液，其中一份不加，其中一份不加，c cxAc cc c3c c2c c1 分別測定它們的吸光度，分別測定它們的吸光度， 繪制吸光度對濃度的校準曲線，繪制吸光度對濃度的校準曲線， 再將該曲線外推至與濃度軸相交，交點至坐標再將該曲線外推至與濃度軸相交，交點至坐標原點的距離原點的距離cx即是被測元素的濃度。即是被測元素的濃度。58第五節(jié)第五節(jié) 干擾及消除方法干擾及消除方法一、主要干擾一、主要干擾: 物理干擾、化學(xué)干擾、電離干擾和光譜干擾等。物理干擾、化學(xué)干擾、電離干擾和光譜干擾等。1. 物理干擾物理干擾 試樣在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)、原子化過程中，物理性質(zhì)的變試樣在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)、

39、原子化過程中，物理性質(zhì)的變化引起原子吸收強度的變化?；鹪游諒姸鹊淖兓?消除辦法：配制與被測試樣組成相近的標準溶液或消除辦法：配制與被測試樣組成相近的標準溶液或采用標準加入法。若試樣溶液的濃度高，還可采用稀釋采用標準加入法。若試樣溶液的濃度高，還可采用稀釋法。法。592. 化學(xué)干擾化學(xué)干擾由于由于被測元素原子與共存組份被測元素原子與共存組份 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物定的化合物，影響被測元素的原子化，而引起的干擾。，影響被測元素的原子化，而引起的干擾。消除方法：消除方法：（1）選擇合適的原子化方法）選擇合適的原子化方法（2）加入釋放劑）加入釋放劑（3）加入保護劑）加

40、入保護劑（4）加入基體改進劑）加入基體改進劑 對于石墨爐原子化法，加入基體改進劑，使其對于石墨爐原子化法，加入基體改進劑，使其在干燥或灰化階段與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其結(jié)果可以在干燥或灰化階段與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其結(jié)果可以增加基體的揮發(fā)性或改變被測元素的揮發(fā)性，以消除增加基體的揮發(fā)性或改變被測元素的揮發(fā)性，以消除干擾。干擾。603. 電離干擾電離干擾在高溫條件下，原子會電離，使基態(tài)原子數(shù)減少，在高溫條件下，原子會電離，使基態(tài)原子數(shù)減少，吸光度下降，這種干擾稱為吸光度下降，這種干擾稱為電離干擾電離干擾。消除方法消除方法: 加入過量的消電離劑。加入過量的消電離劑。消電離劑消電離劑是比被測元素電離電位低

41、的元素，相同是比被測元素電離電位低的元素，相同條件下消電離劑首先電離，產(chǎn)生大量的電子，抑條件下消電離劑首先電離，產(chǎn)生大量的電子，抑制被測元素的電離。制被測元素的電離。 例如，測鈣時可加入過量的例如，測鈣時可加入過量的KCl溶液消除電溶液消除電離干擾。鈣的電離電位為離干擾。鈣的電離電位為6.1eV，鉀的電離電位鉀的電離電位為為4.3eV。由于由于K電離產(chǎn)生大量電子，使鈣離子電離產(chǎn)生大量電子，使鈣離子得到電子而生成原子。得到電子而生成原子。614. 光譜干擾光譜干擾（1） 譜線干擾譜線干擾A.光譜通帶內(nèi)存在的非吸收線、共存元素吸收線光譜通帶內(nèi)存在的非吸收線、共存元素吸收線與被測元素分析線重疊與被測

42、元素分析線重疊B. 原子化器內(nèi)直流發(fā)射干擾原子化器內(nèi)直流發(fā)射干擾消除辦法：減小狹縫寬度、減小燈電流、另選分消除辦法：減小狹縫寬度、減小燈電流、另選分析線、采用交流調(diào)制等。析線、采用交流調(diào)制等。62（2） 背景干擾背景干擾A. 分子吸收分子吸收 在原子化過程中生成的分子對輻射的吸收。在原子化過程中生成的分子對輻射的吸收。 分子吸收是帶狀光譜，會在一定的波長范圍內(nèi)形分子吸收是帶狀光譜，會在一定的波長范圍內(nèi)形成干擾。成干擾。B. 光散射光散射 原子化過程中產(chǎn)生的微小的固體顆粒使光發(fā)生散原子化過程中產(chǎn)生的微小的固體顆粒使光發(fā)生散射，造成透過光減小，吸收值增加。射，造成透過光減小，吸收值增加。63n連續(xù)

43、光源連續(xù)光源n鄰近非共振線鄰近非共振線nZeeman效應(yīng)效應(yīng)n二、背景校正方法二、背景校正方法641）連續(xù)光源背景校正法）連續(xù)光源背景校正法65 連續(xù)光源連續(xù)光源: 主要是主要是背景吸收背景吸收； A氘氘=Ab 空心陰極燈作光源空心陰極燈作光源: 原子吸收原子吸收+背景吸收背景吸收； A空空=Aa+Ab A= A空空A氘氘= Aav連續(xù)光源：連續(xù)光源： 氘燈氘燈（紫外區(qū)），（紫外區(qū)），碘鎢燈、氙燈碘鎢燈、氙燈 （可見光區(qū)）（可見光區(qū)）662）鄰近非共振線校正法）鄰近非共振線校正法A = AT - AB = k c背景吸收是寬帶吸收，對不同波長的光都能產(chǎn)生吸收。背景吸收是寬帶吸收，對不同波長的光

44、都能產(chǎn)生吸收。 交替通過交替通過原子蒸氣原子蒸氣原子吸收原子吸收+背景吸收背景吸收AT = A + AB背景吸收背景吸收AB分析線分析線: 共振線共振線鄰近線鄰近線:非共振線非共振線67Zeeman效應(yīng)效應(yīng) : 在磁場作用下譜線發(fā)生分裂的現(xiàn)象。在磁場作用下譜線發(fā)生分裂的現(xiàn)象。+ -00- 0+ A. 譜線的分裂譜線的分裂 l 組分組分: 平行于磁場方向，頻率不受磁場的影響。平行于磁場方向，頻率不受磁場的影響。l 組分組分: 垂直于磁場方向垂直于磁場方向，頻率變化。，頻率變化。68B. 吸收線調(diào)制法吸收線調(diào)制法NS+ -00- 0+ 光源發(fā)射線通過偏振器后變光源發(fā)射線通過偏振器后變成成偏振光偏振

45、光，其偏振化方向，其偏振化方向v 某一時刻平行于磁場方向某一時刻平行于磁場方向,為為p光束，光束，v 另一時刻垂直于磁場方向另一時刻垂直于磁場方向,為為p 光束。光束。69HCL發(fā)射線發(fā)射線偏振器偏振器pp 交替通過交替通過原子蒸氣原子蒸氣p被被 組分吸收組分吸收( (方方向、頻率相同向、頻率相同) )p被背景分子吸收被背景分子吸收p 與與 組分方向不組分方向不同同, ,不產(chǎn)生原子吸不產(chǎn)生原子吸收收p 被背景分子吸收被背景分子吸收70 當平行于磁場方向的光束當平行于磁場方向的光束p成分通過原子蒸氣時，成分通過原子蒸氣時，吸吸收線收線 組分與平行于磁場方向的發(fā)射線組分與平行于磁場方向的發(fā)射線p成

46、分方向一致，成分方向一致，產(chǎn)生原子吸收產(chǎn)生原子吸收. 背景吸收沒有方向性，背景吸收沒有方向性， p成分被背景分子吸收。因此成分被背景分子吸收。因此測得的是測得的是原子吸收和背景吸收原子吸收和背景吸收。 當垂直于磁場方向的光束當垂直于磁場方向的光束p 成分通過原子蒸氣時，成分通過原子蒸氣時，與吸收線與吸收線 組分偏振方向不同，不產(chǎn)生原子吸收，組分偏振方向不同，不產(chǎn)生原子吸收， 但產(chǎn)生但產(chǎn)生背景吸收背景吸收(因為背景吸收與發(fā)射線偏振方向無因為背景吸收與發(fā)射線偏振方向無關(guān)關(guān))。兩次測量差值即為原子吸收。兩次測量差值即為原子吸收。71第六節(jié) 靈敏度與檢出限一、靈敏度一、靈敏度 IUPAC將靈敏度將靈敏

47、度S定義為定義為校正曲線的斜率校正曲線的斜率。 S = dA/dc1. 特征濃度特征濃度定義：能產(chǎn)生定義：能產(chǎn)生1%吸收（即吸光度值為吸收（即吸光度值為0.0044）信號）信號時所對應(yīng)的被測元素的濃度。時所對應(yīng)的被測元素的濃度。 r r0 0 = = r r0.0044 / A 0.0044 / A （ g.mLg.mL-1-1/1%/1%） r r表示待測元素的質(zhì)量濃度；表示待測元素的質(zhì)量濃度； A為吸光度值。為吸光度值。722. 特征質(zhì)量特征質(zhì)量定義：能產(chǎn)生定義：能產(chǎn)生1%吸收信號時所對應(yīng)的被測元素的吸收信號時所對應(yīng)的被測元素的質(zhì)量。質(zhì)量。 m m0 0 = 0.0044 = 0.0044

48、 r r V/A V/A （g/1%g/1%） r r表示待測元素的質(zhì)量濃度；表示待測元素的質(zhì)量濃度； V為試液體積；為試液體積； A為吸光度值。為吸光度值。 特征濃度或特征質(zhì)量越小，靈敏度越高。特征濃度或特征質(zhì)量越小，靈敏度越高。73二、檢出限（二、檢出限（D.L.）定義：能被儀器檢出的元素的定義：能被儀器檢出的元素的最低濃度或最低最低濃度或最低質(zhì)量質(zhì)量。可測量的最小分析信號可測量的最小分析信號=空白溶液多次測量平均空白溶液多次測量平均值值+3*空白溶液測量的標準偏差空白溶液測量的標準偏差它所對應(yīng)的被測元素的量或濃度即為檢出限。它所對應(yīng)的被測元素的量或濃度即為檢出限。 D.L. = 3S D

49、.L. = 3Sb b/S/SbbLKSAA74原子吸收光譜分析法教學(xué)要求原子吸收光譜分析法教學(xué)要求n掌握原子吸收光譜產(chǎn)生的機理以及影響原掌握原子吸收光譜產(chǎn)生的機理以及影響原子吸收光譜輪廓的因素；子吸收光譜輪廓的因素；n掌握原子吸收光譜儀的基本結(jié)構(gòu)；掌握原子吸收光譜儀的基本結(jié)構(gòu)；n掌握空心陰極燈產(chǎn)生銳線光源的原理；掌握空心陰極燈產(chǎn)生銳線光源的原理；n了解火焰原子化器和非火焰原子化器原子了解火焰原子化器和非火焰原子化器原子化歷程以及影響因素；化歷程以及影響因素；n了解原子吸收光譜分析干擾及其消除方法。了解原子吸收光譜分析干擾及其消除方法。n了解靈敏度和檢出限定義及計算。了解靈敏度和檢出限定義及計

50、算。75第七節(jié) 原子熒光光譜法待測元素的原子蒸氣在待測元素的原子蒸氣在輻射能輻射能激發(fā)下發(fā)射熒光，激發(fā)下發(fā)射熒光，根據(jù)熒光的強度進行根據(jù)熒光的強度進行定量分析定量分析的方法。的方法。 n 屬于發(fā)射光譜分析；屬于發(fā)射光譜分析；n 原子熒光的輻射強度與激發(fā)光源強度成正比。原子熒光的輻射強度與激發(fā)光源強度成正比。n 所用儀器及操作技術(shù)與原子吸收光譜法相近。所用儀器及操作技術(shù)與原子吸收光譜法相近。76原子熒光光譜法的特點原子熒光光譜法的特點（1）靈敏度高、檢出限低。）靈敏度高、檢出限低。由于原子熒光的輻射強度與激發(fā)光源成比例，采用新的高由于原子熒光的輻射強度與激發(fā)光源成比例，采用新的高強度光源可進一步降低其檢出限。強度光源可進一步降低其檢出限。（2）譜線簡單、干擾少。）譜線簡單、干擾少。（3）校準曲線線性范圍寬，可達）校準曲線線性范圍寬，可達3 5個數(shù)量級。個數(shù)量級。（4）多元素同時測定。）多元素同時測定。 77一、基本原理一、基本原理（一）（一