光譜導論和原子吸收

1、關于光譜導論和原子吸收現(xiàn)在學習的是第一頁，共71頁光譜的概念光譜的概念復色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單復色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案。色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案。 現(xiàn)在學習的是第二頁，共71頁 電磁輻射電磁輻射電磁輻射電磁輻射(電磁波電磁波) 是一種是一種以巨大速度通過空間而不需要任何物質以巨大速度通過空間而不需要任何物質作為傳播媒介的作為傳播媒介的光量子流光量子流，它具有，它具有波、粒二象性。波、粒二象性。波動性：波動性： c c 1(cm/s) )(cm)Hz( )(nm1-光速光速波數(shù)波數(shù)

2、頻率頻率波長波長 c 微粒性：微粒性： （普朗克公式）（普朗克公式） hcchhE 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) h電磁輻射的二象性：電磁輻射的二象性：左邊為粒子性（能量）左邊為粒子性（能量）, ,右邊為波動性（用波長、右邊為波動性（用波長、波數(shù)、頻率等物理量表征）。波數(shù)、頻率等物理量表征）?，F(xiàn)在學習的是第三頁，共71頁電磁波譜電磁波譜 ：電磁輻射按波長順序排列：電磁輻射按波長順序排列波譜名稱波譜名稱 波長范圍波長范圍 射線射線 0.005 0.17nm X射線射線 0.1 10nm 紫外紫外 10 400nm 可見光可見光 400 760nm 紅外紅外0.76 1000 m微微 波波 1 1000

3、mm 無線電波無線電波 1 1000 m 光譜區(qū)光譜區(qū)波譜區(qū)波譜區(qū)射線射線 X 射線射線紫外光紫外光可見光可見光紅外光紅外光微波微波無線電波無線電波波長越短，危害越大：波長越短，危害越大：白血病、癌癥、生育。白血病、癌癥、生育?，F(xiàn)在學習的是第四頁，共71頁電磁輻射與物質的相互作用電磁輻射與物質的相互作用吸收光譜法：吸收光譜法：發(fā)射光譜法：發(fā)射光譜法：1.ifEEh 2.ifEEh 現(xiàn)在學習的是第五頁，共71頁光譜分析法光譜分析法光譜法：光譜法：當物質與輻射能相互作用時，物質內部發(fā)生當物質與輻射能相互作用時，物質內部發(fā)生能級躍遷，測量由此而產(chǎn)生的輻射能強度及其變化的能級躍遷，測量由此而產(chǎn)生的輻射

4、能強度及其變化的方法稱為光譜分析法方法稱為光譜分析法 （紫外（紫外- -可見光度法、紅外光可見光度法、紅外光譜法）譜法）非光譜法：非光譜法：利用物質與輻射能相互作用時，電磁波的利用物質與輻射能相互作用時，電磁波的傳播方向、速度等物理性質發(fā)生改變所建立的分析方傳播方向、速度等物理性質發(fā)生改變所建立的分析方法法 （如光散射法、旋光法、折射法和干涉法）（如光散射法、旋光法、折射法和干涉法）現(xiàn)在學習的是第六頁，共71頁光譜法與非光譜法的區(qū)別光譜法與非光譜法的區(qū)別光譜法：光譜法：現(xiàn)在學習的是第七頁，共71頁 按作用結果不同分類按作用結果不同分類 按物質與輻射能間的轉換方向分類按物質與輻射能間的轉換方向分

5、類光譜法的分類：光譜法的分類：現(xiàn)在學習的是第八頁，共71頁 按電磁輻射波長分類按電磁輻射波長分類現(xiàn)在學習的是第九頁，共71頁現(xiàn)在學習的是第十頁，共71頁本章重點本章重點熟悉電磁輻射的定義及其基本性質熟悉電磁輻射的定義及其基本性質: 二象性的意義；二象性的意義；2. 掌握電磁波譜的分區(qū)及各類電磁波譜的波長掌握電磁波譜的分區(qū)及各類電磁波譜的波長(頻率頻率) 范圍和相應的能級躍遷類型；范圍和相應的能級躍遷類型；3. 掌握電磁波譜的波長、波數(shù)、頻率以及能量之間的掌握電磁波譜的波長、波數(shù)、頻率以及能量之間的 相互關系及運算方法；相互關系及運算方法；掌握分子光譜和原子光譜、吸收光譜和發(fā)射光譜的掌握分子光譜

6、和原子光譜、吸收光譜和發(fā)射光譜的 特點和區(qū)別；特點和區(qū)別；現(xiàn)在學習的是第十一頁，共71頁原子吸收光譜法原子吸收光譜法( Atomic Absorption Spectrometry, AAS )現(xiàn)在學習的是第十二頁，共71頁概概 述述原子吸收光譜法原子吸收光譜法：又稱原子吸收分光光度法又稱原子吸收分光光度法 根據(jù)物質的基態(tài)原子蒸氣對同類原子的特征輻根據(jù)物質的基態(tài)原子蒸氣對同類原子的特征輻射的吸收作用來進行元素定量分析的方法。射的吸收作用來進行元素定量分析的方法。原子吸收光譜分析的基本過程：原子吸收光譜分析的基本過程： 如欲測定試樣中某元素含量，用該元素的銳線光源發(fā)射出特征輻如欲測定試樣中某元素

7、含量，用該元素的銳線光源發(fā)射出特征輻射，試樣在原子化器中被蒸發(fā)、解離為氣態(tài)基態(tài)原子，當元素的特征射，試樣在原子化器中被蒸發(fā)、解離為氣態(tài)基態(tài)原子，當元素的特征輻射通過該元素的氣態(tài)基態(tài)原子區(qū)時，元素的特征輻射因被氣態(tài)基態(tài)輻射通過該元素的氣態(tài)基態(tài)原子區(qū)時，元素的特征輻射因被氣態(tài)基態(tài)原子吸收而減弱，經(jīng)過色散系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)后，測得吸光度，根據(jù)吸原子吸收而減弱，經(jīng)過色散系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)后，測得吸光度，根據(jù)吸光度與被測定元素的濃度線性關系，從而進行元素的定量分析。光度與被測定元素的濃度線性關系，從而進行元素的定量分析?，F(xiàn)在學習的是第十三頁，共71頁AAS的特點的特點（1 1）檢出限低，靈敏度高）檢出限低，靈敏

8、度高 火焰原子吸收法的檢出限可達到火焰原子吸收法的檢出限可達到ngngmlml-1 -1級，石墨級，石墨爐原子吸收法的檢出限可達到爐原子吸收法的檢出限可達到1010-10-10-10-10-14-14g g。（2 2）準確度好）準確度好 火焰原子吸收法的相對誤差為小于火焰原子吸收法的相對誤差為小于1%1%，石墨爐原，石墨爐原子吸收法的相對誤差一般約為子吸收法的相對誤差一般約為3%-5%3%-5%。（3 3）選擇性好）選擇性好 多數(shù)情況下，共存元素對被測元素不產(chǎn)生干擾。多數(shù)情況下，共存元素對被測元素不產(chǎn)生干擾。現(xiàn)在學習的是第十四頁，共71頁（4 4）分析速度快）分析速度快 用用P-E5000P-

9、E5000型自動原子吸收儀在型自動原子吸收儀在35min35min，能連續(xù)，能連續(xù)測定測定5050個試樣中的個試樣中的6 6中元素。中元素。（5 5）應用范圍廣）應用范圍廣 可測定的元素多達可測定的元素多達7070余種，可以測定金屬、非余種，可以測定金屬、非金屬和有機化合物。金屬和有機化合物。（6）儀器簡單，操作方便）儀器簡單，操作方便缺點：缺點：難熔元素、非金屬元素測定困難、難熔元素、非金屬元素測定困難、不能進行多元不能進行多元素同時分析素同時分析AAS的特點的特點現(xiàn)在學習的是第十五頁，共71頁1、原子吸收現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、原子吸收現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 1802年年Wollaston發(fā)現(xiàn)太陽光譜的暗線發(fā)現(xiàn)太

10、陽光譜的暗線一、歷史一、歷史這一方法的發(fā)展經(jīng)歷了這一方法的發(fā)展經(jīng)歷了3 3個發(fā)展個發(fā)展階段：階段： 1859年年Kirchhoff和和 Bunson解釋了解釋了暗線產(chǎn)生的原因暗線產(chǎn)生的原因現(xiàn)在學習的是第十六頁，共71頁太陽光暗線 暗線是由于大氣層中存在的元素的原子對暗線是由于大氣層中存在的元素的原子對太陽光選擇性吸收的結果太陽光選擇性吸收的結果現(xiàn)在學習的是第十七頁，共71頁基于原子吸收原理基于原子吸收原理進行儀器設計的思路進行儀器設計的思路光源光源火焰火焰棱鏡棱鏡檢測裝置檢測裝置現(xiàn)在學習的是第十八頁，共71頁Why are molecular spectra usually measured

11、in absorption, and atomic spectra in emission? There is apparently no good reason to disregard the absorption spectra of atoms. When a continuum source was used, a resolution of 2 pm（0.002 nm） would be required. The measurement of atomic absorption hence requires line radiation sources. The task of

12、the monochromator is then merely to separate the line used for measurement from other lines emitted by the source.Statements from Sir Alan Walsh:Sir Alan Walsh 1916-1998Walsh的論文“Application of atomic absorption spectrometry to analytical chemistry”現(xiàn)在學習的是第十九頁，共71頁空心陰極燈的發(fā)明空心陰極燈的發(fā)明 -+Ar19551955年年WalshW

13、alsh發(fā)表的這一篇論文解決了原子吸收光譜的光源問題，隨發(fā)表的這一篇論文解決了原子吸收光譜的光源問題，隨后后 PE PE 和和 VarianVarian公司推出了原子吸收商品儀器。公司推出了原子吸收商品儀器?，F(xiàn)在學習的是第二十頁，共71頁Drawing by Walsh from April 1952The first AAS Instrument現(xiàn)在學習的是第二十一頁，共71頁AAS Research Laboratory Prototype in 1961空心陰極光源火焰棱鏡光電管現(xiàn)在學習的是第二十二頁，共71頁電熱原子化技術的提出電熱原子化技術的提出 19591959年里沃夫提出電熱原子

14、化技術，大大提年里沃夫提出電熱原子化技術，大大提高了原子吸收的靈敏度高了原子吸收的靈敏度現(xiàn)在學習的是第二十三頁，共71頁AAS的基本原理的基本原理一、共振線一、共振線 1.1.原子的能級與躍遷原子的能級與躍遷 基態(tài)基態(tài)第一激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài), ,吸收一定頻率的輻射能量。產(chǎn)生的吸收線吸收一定頻率的輻射能量。產(chǎn)生的吸收線叫共振吸收線（簡稱共振線）叫共振吸收線（簡稱共振線） 吸收光譜吸收光譜 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)，發(fā)射出一定頻率的輻射。所釋放的光線叫共振基態(tài)，發(fā)射出一定頻率的輻射。所釋放的光線叫共振發(fā)射線（也簡稱共振線）發(fā)射線（也簡稱共振線） 發(fā)射光譜發(fā)射光譜 2.2.元素的特征譜線元素的特征譜線 1 1

15、）各種元素的原子結構和外層電子排布不同）各種元素的原子結構和外層電子排布不同 躍遷吸收能量不同躍遷吸收能量不同具有特征性具有特征性 2 2）各種元素的基態(tài)）各種元素的基態(tài)第一激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài) 最易發(fā)生、吸收最強、最靈敏線，最易發(fā)生、吸收最強、最靈敏線，特征譜線特征譜線 3 3）AASAAS就是利用處于基態(tài)的待測原子蒸氣對從光源發(fā)射的就是利用處于基態(tài)的待測原子蒸氣對從光源發(fā)射的特特 征譜線征譜線( (共振線共振線) )的吸收進行定量分析。的吸收進行定量分析?，F(xiàn)在學習的是第二十四頁，共71頁二、原子吸收光譜輪廓與譜線變寬二、原子吸收光譜輪廓與譜線變寬 1. 1.吸收定律吸收定律Iv=I0exp(

16、-Kvl )lKvv434. 0IIlgA0 I0、 Iv分別是頻率為分別是頻率為v的入射光和透過光的強度的入射光和透過光的強度； Kv為原子蒸氣對頻率為為原子蒸氣對頻率為v的入射光的吸收系數(shù)的入射光的吸收系數(shù)；l 為原子蒸氣的寬度。為原子蒸氣的寬度。AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第二十五頁，共71頁原子結構較分子結構簡單，理論上應產(chǎn)生線狀光譜原子結構較分子結構簡單，理論上應產(chǎn)生線狀光譜吸收線。吸收線。 實際上用特征吸收頻率左右范圍的輻射光照射時實際上用特征吸收頻率左右范圍的輻射光照射時，獲得一峰形吸收：具有一定寬度。，獲得一峰形吸收：具有一定寬度。透射光強度透射光強度Iv 和吸收系數(shù)

17、和吸收系數(shù)Kv與輻射頻率與輻射頻率v有關有關. . 以以Iv與與v 作圖作圖, , 以以Kv與與 作圖：作圖： 2. 2. 吸收線的輪廓和變寬吸收線的輪廓和變寬AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第二十六頁，共71頁表征吸收線輪廓（峰）的參數(shù)：表征吸收線輪廓（峰）的參數(shù)：中心頻率中心頻率 O(峰值頻率峰值頻率) :最大吸收系數(shù)對應的頻率最大吸收系數(shù)對應的頻率中心波長中心波長(nm) : :最大吸收系數(shù)對應的波長最大吸收系數(shù)對應的波長半寬度半寬度 O(吸收線寬度吸收線寬度)：峰值吸收值一半處的頻率：峰值吸收值一半處的頻率 原子吸收線的寬度約為原子吸收線的寬度約為10-3-10-2 nm( (折

18、合成波長折合成波長) )。AAS的基本原理的基本原理吸收曲線：吸收曲線：K K 為縱坐標，為縱坐標， 為橫坐標為橫坐標現(xiàn)在學習的是第二十七頁，共71頁3. 3. 吸收峰變寬原因吸收峰變寬原因 自然變寬自然變寬( (N N或或N N):): 在無外界條件影響時，譜線的固有寬度稱為自然寬在無外界條件影響時，譜線的固有寬度稱為自然寬度度, ,它與原子發(fā)生能級間躍遷時激發(fā)態(tài)原子的平均壽它與原子發(fā)生能級間躍遷時激發(fā)態(tài)原子的平均壽命命( (10-8-10-5 s) )有關，壽命越長，則譜線寬度就越窄，有關，壽命越長，則譜線寬度就越窄，自然寬度造成的影響與其他因素相比可以忽略不計。自然寬度造成的影響與其他因

19、素相比可以忽略不計。AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第二十八頁，共71頁rAT07D1016. 7或T為絕對溫度，為絕對溫度，Ar為相對原子質量。為相對原子質量。 溫度升高，原子的相對熱運動劇烈，熱寬度增溫度升高，原子的相對熱運動劇烈，熱寬度增大。即使在溫度較低時，也比自然寬度要嚴重，大。即使在溫度較低時，也比自然寬度要嚴重，因此必須引起注意。因此必須引起注意。多普勒變寬（多普勒變寬（Doppler）( (D或或D):): 由于原子在空間作無規(guī)則熱運動所引起的譜線變由于原子在空間作無規(guī)則熱運動所引起的譜線變寬，因而又稱為寬，因而又稱為熱變寬熱變寬。AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第

20、二十九頁，共71頁勞倫茲勞倫茲(Lorentz)變寬變寬(L或或L): 由于原子相互碰撞使能量發(fā)生稍微變化。待測原子和由于原子相互碰撞使能量發(fā)生稍微變化。待測原子和其他原子碰撞，通常其他原子碰撞，通常L L為為1010-4-4-10-10-3-3，勞倫茲變寬隨外界，勞倫茲變寬隨外界氣體壓力的升高而加劇，有稱為壓力變寬，隨溫度的升氣體壓力的升高而加劇，有稱為壓力變寬，隨溫度的升高譜線變寬呈下降的趨勢。高譜線變寬呈下降的趨勢。AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第三十頁，共71頁赫魯茲馬克赫魯茲馬克(Holtzmark)變寬變寬(R或或R): 同種原子碰撞，又稱為共振變寬，同種原子碰撞，又稱為共

21、振變寬， R R隨著待測元隨著待測元素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，測定元素的素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，測定元素的濃度較低，濃度較低，R R一般可以忽略不計一般可以忽略不計 。 自吸變寬：自吸變寬： 光源輻射共振線被光源周圍較冷的同種原子所吸收光源輻射共振線被光源周圍較冷的同種原子所吸收的現(xiàn)象叫做自吸，自吸現(xiàn)象使譜線強度降低，同時導的現(xiàn)象叫做自吸，自吸現(xiàn)象使譜線強度降低，同時導致譜線變寬。致譜線變寬。AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第三十一頁，共71頁 除上述的變寬原因之外，還有電場致寬、磁除上述的變寬原因之外，還有電場致寬、磁場致寬。但在通常原子吸收實驗條件下，吸收線

22、場致寬。但在通常原子吸收實驗條件下，吸收線輪廓主要受多普勒變寬和勞倫茲變寬的影響。當輪廓主要受多普勒變寬和勞倫茲變寬的影響。當采用火焰原子化器時，勞倫茲變寬為主要因素；采用火焰原子化器時，勞倫茲變寬為主要因素；當采用無火焰原子化器時，多普勒變寬占主要地當采用無火焰原子化器時，多普勒變寬占主要地位。位。 譜線變寬往往會導致原子吸收分析的靈敏度譜線變寬往往會導致原子吸收分析的靈敏度下降。下降。AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第三十二頁，共71頁三、基態(tài)原子數(shù)與原子化溫度三、基態(tài)原子數(shù)與原子化溫度 在原子化過程中，多數(shù)原子處于基態(tài)，有部分原子成為激在原子化過程中，多數(shù)原子處于基態(tài)，有部分原子成

23、為激發(fā)態(tài)原子。在處于一定條件的熱平衡狀態(tài)下，激發(fā)態(tài)原子數(shù)發(fā)態(tài)原子。在處于一定條件的熱平衡狀態(tài)下，激發(fā)態(tài)原子數(shù)NNi i與基態(tài)原子數(shù)與基態(tài)原子數(shù)NN0 0之間的關系可用波耳茲曼之間的關系可用波耳茲曼（Boltzmann)方程方程表示表示 gi和和gO分別為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的統(tǒng)計權重，分別為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的統(tǒng)計權重，Ei表示激發(fā)能。溫表示激發(fā)能。溫度越高，度越高，Ni/N0值越大。通常原子化火焰溫度低于值越大。通常原子化火焰溫度低于3000K，激，激發(fā)態(tài)原子數(shù)發(fā)態(tài)原子數(shù)Ni與基態(tài)原子數(shù)與基態(tài)原子數(shù)No之比較小之比較小,1%. 可以用可以用基態(tài)原子數(shù)基態(tài)原子數(shù)代表待測元素的原子總數(shù)代表待測元素的原子總數(shù)N

24、N。)exp(00kTEggNNiiiAAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第三十三頁，共71頁例題例題計算計算2000K和和3000K時時, , Na589.0nm的激發(fā)態(tài)與的激發(fā)態(tài)與基態(tài)原子數(shù)之比各為多少？已知基態(tài)原子數(shù)之比各為多少？已知gi/g0=2解：解：eV107. 2nmcm10589.0nmscm103seV104.1361711015hcEi615001082. 9)2000KKeV108.6182.107eVexp(2)exp(kTEggNNiiiT=2000K：T=3000K：401078. 5NNi現(xiàn)在學習的是第三十四頁，共71頁 T 3000 Ni/No 10-3 ,

25、Ni/N0值小于值小于1%，基態(tài)占原子總，基態(tài)占原子總數(shù)的數(shù)的99%以上，可以用以上，可以用N0代表原子化器中原子總。代表原子化器中原子總。因此因此，原子吸收測量通常在，原子吸收測量通常在3000K以下進行。以下進行?，F(xiàn)在學習的是第三十五頁，共71頁四、原子吸收法的測量四、原子吸收法的測量1. 1. 積分吸收測量法積分吸收測量法 測量氣態(tài)基態(tài)原子吸測量氣態(tài)基態(tài)原子吸收共振線的總能量稱為收共振線的總能量稱為積分吸收測量法積分吸收測量法。它相當。它相當于吸收線輪廓下面所包圍于吸收線輪廓下面所包圍的整個面積。的整個面積。AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第三十六頁，共71頁 19551955年澳

26、大利亞物理學家沃爾士提出采用銳線年澳大利亞物理學家沃爾士提出采用銳線光源，測量吸收線的峰值吸收。光源，測量吸收線的峰值吸收。 所謂銳線光源：能發(fā)射出譜線半寬度很窄的所謂銳線光源：能發(fā)射出譜線半寬度很窄的(0.0005-0.002nm)(0.0005-0.002nm)輻射線的光源。峰值吸收是采用輻射線的光源。峰值吸收是采用測定吸收線中心的極大吸收系數(shù)測定吸收線中心的極大吸收系數(shù)K K0 0來代替積分吸收來代替積分吸收的方法來測定元素含量的。的方法來測定元素含量的。2.2.峰值峰值吸收測量法吸收測量法AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第三十七頁，共71頁銳線光源的條件銳線光源的條件(1)(1)

27、銳線光源輻射的發(fā)射線與原子吸收銳線光源輻射的發(fā)射線與原子吸收線的中心頻率完全一致；線的中心頻率完全一致；(2)(2)銳線光源發(fā)射線的半寬度比吸收銳線光源發(fā)射線的半寬度比吸收線的半寬度更窄，一般為吸收線半線的半寬度更窄，一般為吸收線半寬度的寬度的1/51/101/51/10。v0I發(fā)射線發(fā)射線吸收線吸收線AAS的基本原理的基本原理現(xiàn)在學習的是第三十八頁，共71頁kNlvlKDvv2ln2434. 0434. 0IIlgA0 試樣經(jīng)原子化后獲得的原子蒸氣吸收銳線光源的輻射并試樣經(jīng)原子化后獲得的原子蒸氣吸收銳線光源的輻射并遵守朗伯遵守朗伯- -比爾定律：比爾定律： 當吸收厚度一定，在一定實驗條件下，

28、吸光度與被當吸收厚度一定，在一定實驗條件下，吸光度與被測元素的含量成線性關系。測元素的含量成線性關系。原子吸收測量的基本關系式原子吸收測量的基本關系式AAS的基本原理的基本原理IOIL現(xiàn)在學習的是第三十九頁，共71頁 原子吸收光譜分析的儀器原子吸收光譜分析的儀器空心陰極燈火焰棱鏡光電管原子吸收光譜分析的儀器包括四大部分 光源 原子化器 單色器 檢測器現(xiàn)在學習的是第四十頁，共71頁原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀 （1 1）現(xiàn)在學習的是第四十一頁，共71頁原子吸收儀器（原子吸收儀器（2 2）現(xiàn)在學習的是第四十二頁，共71頁原子吸收儀器（原子吸收儀器（3 3）現(xiàn)在學習的是第四十三頁，共71頁原子吸收儀

29、器（原子吸收儀器（4 4）現(xiàn)在學習的是第四十四頁，共71頁儀器流程儀器流程特點特點(1)(1)采用銳線光源采用銳線光源(2)(2)單色器在火焰與檢測器之間單色器在火焰與檢測器之間(3)(3)原子化系統(tǒng)原子化系統(tǒng)現(xiàn)在學習的是第四十五頁，共71頁一、光一、光 源源（1 1）能發(fā)射待測元素的共振線；）能發(fā)射待測元素的共振線；（2 2）能發(fā)射銳線；）能發(fā)射銳線；（3 3）輻射光強度大，穩(wěn)定性好。）輻射光強度大，穩(wěn)定性好。 （30分鐘漂移分鐘漂移 不超過不超過1%）（4）背景低背景低 （低于特征共振輻射強度的（低于特征共振輻射強度的1%1%） 1 1、作用：、作用：發(fā)射被測元素的特征共振輻射發(fā)射被測元素

30、的特征共振輻射光源應滿足如下要求：光源應滿足如下要求：現(xiàn)在學習的是第四十六頁，共71頁2.空心陰極燈( Hollow Cathode Lamp, HCL )，又稱元素燈：石英窗陽極陰極云母屏蔽惰性氣體：氖或氬一、光一、光 源源現(xiàn)在學習的是第四十七頁，共71頁空心陰極燈的原理空心陰極燈的原理 P P132132 施加適當電壓時，電子將從空心陰極內壁流向陽極施加適當電壓時，電子將從空心陰極內壁流向陽極; ; 與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產(chǎn)生正電荷，其在電場作用下與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產(chǎn)生正電荷，其在電場作用下，向陰極內壁猛烈轟擊，向陰極內壁猛烈轟擊; ; 使陰極表面的金屬原子濺射出來

31、，濺射出來的金屬原子再與電子使陰極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，于是陰極內輝光中便出、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，于是陰極內輝光中便出現(xiàn)了陰極物質和內充惰性氣體的光譜?，F(xiàn)了陰極物質和內充惰性氣體的光譜。 用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈。 空心陰極燈的輻射強度與燈的工作電流有關，增大電流可以增空心陰極燈的輻射強度與燈的工作電流有關，增大電流可以增加發(fā)光強度，但工作電流過大，會使輻射的銳線譜帶變寬，縮加發(fā)光強度，但工作電流過大，會使輻射的銳線譜帶變寬，縮短燈的使用壽命。

32、短燈的使用壽命。現(xiàn)在學習的是第四十八頁，共71頁 1. 1.優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：（1 1）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。（2 2）每測一種元素需更換相應的燈。）每測一種元素需更換相應的燈。2. 2. 空心陰極燈的使用注意事項：空心陰極燈的使用注意事項：(1)(1)空心陰極燈使用前應預熱空心陰極燈使用前應預熱2030 min2030 min，使燈的發(fā)光強度，使燈的發(fā)光強度達到穩(wěn)定；達到穩(wěn)定；(2) (2) 點燃后可從燈發(fā)射出光的顏色判斷燈的工作是否正常點燃后可從燈發(fā)射出光的顏色判斷燈的工作是否正常HCL的優(yōu)缺點及注意事項的優(yōu)缺點及注意事項(3)(3

33、)元素燈長期不用，應定期元素燈長期不用，應定期( (每月或每隔二、三每月或每隔二、三) )點燃處理點燃處理1h1h(4)(4)使用元素燈時應輕拿輕放，低熔點的燈用完后，要等冷卻后才能使用元素燈時應輕拿輕放，低熔點的燈用完后，要等冷卻后才能移動。移動?，F(xiàn)在學習的是第四十九頁，共71頁HCL的優(yōu)缺點及注意事項的優(yōu)缺點及注意事項motorizedmotorizedMirrorMirror固定固定4 4 燈位燈位 方法：方法：充氖氣的燈發(fā)射光的顏色是橙紅色；充氬氣的燈是淡充氖氣的燈發(fā)射光的顏色是橙紅色；充氬氣的燈是淡紫色；當燈內有雜質氣體時，發(fā)射光的顏色變淡，紫色；當燈內有雜質氣體時，發(fā)射光的顏色變淡

34、， 如充氖氣的燈，顏色可變?yōu)榉奂t，發(fā)藍或發(fā)白。如充氖氣的燈，顏色可變?yōu)榉奂t，發(fā)藍或發(fā)白。現(xiàn)在學習的是第五十頁，共71頁二、原子化系統(tǒng)P1331. 1.作用作用： 將試樣蒸發(fā)并使待測元素轉變成基態(tài)原子蒸氣。將試樣蒸發(fā)并使待測元素轉變成基態(tài)原子蒸氣。2.2.原子化方法：原子化方法： 火焰原子化法火焰原子化法 非火焰原子化法非火焰原子化法電熱高溫石墨管，激光。電熱高溫石墨管，激光。3.3.火焰原子化裝置火焰原子化裝置由四部分組成：由四部分組成： 霧化器霧化器 霧化室霧化室 供氣系統(tǒng)供氣系統(tǒng) 燃燒器燃燒器現(xiàn)在學習的是第五十一頁，共71頁霧化器霧化器作用：將試液霧化作用：將試液霧化原理：采用同心型氣動霧

35、化器，以具有一定壓力的壓縮空氣為助原理：采用同心型氣動霧化器，以具有一定壓力的壓縮空氣為助燃氣進入霧化器，從進樣毛細管周圍高速噴出，在前端形成負壓燃氣進入霧化器，從進樣毛細管周圍高速噴出，在前端形成負壓，試樣沿毛細管吸入再噴出，被快速通入的助燃氣分散成霧粒，試樣沿毛細管吸入再噴出，被快速通入的助燃氣分散成霧粒，撞擊球則使霧粒進一步霧化。撞擊球則使霧粒進一步霧化。霧化器的效率一般在霧化器的效率一般在10%10%左右，較低。效率與試樣的粘度、左右，較低。效率與試樣的粘度、 表面表面張力、密度、空氣的壓力、撞擊球相對位置等有關。張力、密度、空氣的壓力、撞擊球相對位置等有關。現(xiàn)在學習的是第五十二頁，共

36、71頁霧化室霧化室 又稱為預混室。它的作用：又稱為預混室。它的作用：使較大霧粒沉降、凝聚從廢液口排出；使較大霧粒沉降、凝聚從廢液口排出；使霧粒與燃氣、助燃氣均勻混合形成氣溶膠，再使霧粒與燃氣、助燃氣均勻混合形成氣溶膠，再進入火焰原子化；進入火焰原子化；起起“緩沖緩沖”穩(wěn)定混合氣氣壓作用，使燃燒器產(chǎn)生穩(wěn)定混合氣氣壓作用，使燃燒器產(chǎn)生穩(wěn)定火焰。穩(wěn)定火焰。現(xiàn)在學習的是第五十三頁，共71頁燃燒器燃燒器作用：作用：使燃氣在助燃氣的作用下形成火焰，使進入火使燃氣在助燃氣的作用下形成火焰，使進入火焰的試樣微粒原子化。焰的試樣微粒原子化。燃燒器是用不銹鋼材料制成的，耐高溫、耐腐蝕。燃燒器是用不銹鋼材料制成的，

37、耐高溫、耐腐蝕?，F(xiàn)在學習的是第五十四頁，共71頁火焰類型：火焰類型： 化學計量火焰：化學計量火焰：溫度高，干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。溫度高，干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。 富燃火焰：富燃火焰：還原性火焰，燃燒不完全，測定較易形成難熔還原性火焰，燃燒不完全，測定較易形成難熔 氧化物的元素氧化物的元素MoMo、CrCr稀土等。稀土等。 貧燃火焰：貧燃火焰：火焰溫度低，氧化性氣氛，適用于堿金屬測定?；鹧鏈囟鹊?，氧化性氣氛，適用于堿金屬測定。 火焰原子化的過程包括：霧粒的脫溶干燥、氣化解離成為基火焰原子化的過程包括：霧粒的脫溶干燥、氣化解離成為基態(tài)原子蒸氣。態(tài)原子蒸氣。MX(l)脫溶脫溶MX(s)氣化

38、氣化MX(g)原子化原子化M0(g) + X0(g)M0(g)激發(fā)激發(fā)M*(g)電離電離M+(g) + e -火焰原子化器火焰原子化器現(xiàn)在學習的是第五十五頁，共71頁 火焰原子化器操作簡便，但霧化效率低，原子火焰原子化器操作簡便，但霧化效率低，原子化效率也低。基態(tài)原子在火焰吸收區(qū)中停留的時間化效率也低?；鶓B(tài)原子在火焰吸收區(qū)中停留的時間約約1010-4-4s s，同時原子蒸氣在火焰中被大量氣體稀釋，同時原子蒸氣在火焰中被大量氣體稀釋，使其靈敏度較低。，使其靈敏度較低?；鹧鏈囟鹊倪x擇：火焰溫度的選擇： （a a）保證待測元素充分離解為基態(tài)原子的前提下，盡量采）保證待測元素充分離解為基態(tài)原子的前提下

39、，盡量采 用低溫火焰；用低溫火焰； （b b）火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多；）火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多； （c c）火焰溫度取決于燃氣與助燃氣類型，常用空氣）火焰溫度取決于燃氣與助燃氣類型，常用空氣- -乙炔，乙炔， 最高溫度最高溫度2600K2600K能測能測3535種元素。種元素?；鹧嬖踊骰鹧嬖踊骰鹧婊鹧? : 試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解（還原）等過程產(chǎn)生大試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)，干燥，離解（還原）等過程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。量基態(tài)原子。現(xiàn)在學習的是第五十六頁，共71頁現(xiàn)在學習的是第五十七頁，共71頁 乙炔乙炔- -空氣空氣 火焰火焰 是原子吸收測定中最

40、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，但它度高，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。在短波紫外區(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- -空空氣氣 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，的優(yōu)點是火焰溫度高，而燃燒速度并不快，適用于難原子化元素的測而燃燒速度并不快，適用于難

41、原子化元素的測定，用它可測定定，用它可測定7070多種元素。多種元素?，F(xiàn)在學習的是第五十八頁，共71頁火焰種類及對光的吸收火焰種類及對光的吸收 選擇火焰時，還應考慮火焰本身對光的吸收。根據(jù)待測元素的共振選擇火焰時，還應考慮火焰本身對光的吸收。根據(jù)待測元素的共振線，選擇不同的火焰，可避開干擾線，選擇不同的火焰，可避開干擾： 例：例：As的共振線的共振線193.7nm由圖可見，采用空氣由圖可見，采用空氣-乙炔火乙炔火焰時，火焰產(chǎn)生吸收，而選焰時，火焰產(chǎn)生吸收，而選N2O-乙炔乙炔火焰則較好；火焰則較好；空氣空氣-乙炔火焰乙炔火焰：最常用；可測：最常用；可測定定30多種元素；多種元素；N2O-乙炔火

42、焰乙炔火焰：火焰溫度高可測：火焰溫度高可測定的增加到定的增加到70多種。多種?，F(xiàn)在學習的是第五十九頁，共71頁非火焰原子化器非火焰原子化器 又稱為電熱原子化器，其種類很多，如電熱高溫石又稱為電熱原子化器，其種類很多，如電熱高溫石墨爐、石墨坩堝、石墨碳棒爐、鎳爐、高頻感應加熱墨爐、石墨坩堝、石墨碳棒爐、鎳爐、高頻感應加熱爐、空心陰極濺射等。其中應用最廣泛的是電熱高溫爐、空心陰極濺射等。其中應用最廣泛的是電熱高溫石墨爐石墨爐。石墨爐原子化器的結構由三部分組成：石墨爐原子化器的結構由三部分組成：爐體，石墨管，電、水、氣供應系統(tǒng)。爐體，石墨管，電、水、氣供應系統(tǒng)?，F(xiàn)在學習的是第六十頁，共71頁石墨爐原

43、子化裝置石墨爐原子化裝置外氣路中外氣路中Ar氣體沿石墨管外壁流動，冷卻保護石墨管；內氣路中氣體沿石墨管外壁流動，冷卻保護石墨管；內氣路中Ar氣體由管兩端流向管中心，從中心孔流出，用來保護原子不被氧化，氣體由管兩端流向管中心，從中心孔流出，用來保護原子不被氧化，同時排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽。同時排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽?，F(xiàn)在學習的是第六十一頁，共71頁 石墨管：石墨管：由致密石墨制成，管中央上方開有進樣孔，試液用微量由致密石墨制成，管中央上方開有進樣孔，試液用微量注射器或蠕動泵自動進樣。注射器或蠕動泵自動進樣。爐體：爐體： 由電極、石墨錐、水冷卻套管、載氣和保護氣氣路、石英窗由電極、

44、石墨錐、水冷卻套管、載氣和保護氣氣路、石英窗等組成。石墨錐具有固定石墨管和導電作用；冷卻水使爐體降溫；外等組成。石墨錐具有固定石墨管和導電作用；冷卻水使爐體降溫；外氣路中氣路中ArAr氣體沿石墨管外壁流動，冷卻保護石墨管防止其被氧化；內氣體沿石墨管外壁流動，冷卻保護石墨管防止其被氧化；內氣路中氣路中ArAr氣體由石墨管兩端流入，從中心進樣孔流出，用來保護原子氣體由石墨管兩端流入，從中心進樣孔流出，用來保護原子不被氧化，同時排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽。不被氧化，同時排除干燥和灰化過程中產(chǎn)生的蒸汽。加熱電源：加熱電源：惰性氣體保護下，用惰性氣體保護下，用10-25V低電壓、低電壓、400-60

45、0A大電流的交流電，通過電極和石墨錐向石墨管供電，使石墨管大電流的交流電，通過電極和石墨錐向石墨管供電，使石墨管迅速升溫，將試樣原子化，最高溫度可達迅速升溫，將試樣原子化，最高溫度可達3000K以上。以上。石墨爐原子化器石墨爐原子化器現(xiàn)在學習的是第六十二頁，共71頁原子化過程原子化過程原子化過程分為原子化過程分為干燥干燥、灰化灰化（去除基體）、（去除基體）、原子化原子化、凈化凈化（去除（去除殘渣）殘渣） 四個階段四個階段，待測元素在，待測元素在高溫下生成基態(tài)原子高溫下生成基態(tài)原子?，F(xiàn)在學習的是第六十三頁，共71頁原子化過程原子化過程干燥：干燥：石墨爐以小電流工作，溫度控制在稍高于溶劑的沸點石墨

46、爐以小電流工作，溫度控制在稍高于溶劑的沸點 趕掉溶劑，以避免在灰化、原子化時試樣飛濺。趕掉溶劑，以避免在灰化、原子化時試樣飛濺。 如：水溶液的干燥溫度：如：水溶液的干燥溫度：105-110。灰化：灰化：除去易揮發(fā)的基體和有機物，以減少分子吸收。除去易揮發(fā)的基體和有機物，以減少分子吸收。 灰化溫度：灰化溫度： 500-800，灰化時間：，灰化時間：10-20s。原子化：原子化：石墨爐繼續(xù)升溫至待測元素的原子化溫度，試樣石墨爐繼續(xù)升溫至待測元素的原子化溫度，試樣 氣化后解離成基態(tài)原子蒸氣。氣化后解離成基態(tài)原子蒸氣。 原子化溫度：原子化溫度： 1800-3000，時間：，時間：5-8s。 也可以通過

47、作圖的方法找到最佳原子化溫度和時間。也可以通過作圖的方法找到最佳原子化溫度和時間。 凈化：凈化：在高溫下除去留在石墨爐中的基體殘留物，稱之為在高溫下除去留在石墨爐中的基體殘留物，稱之為 空燒或清洗?？諢蚯逑?。 除殘溫度：除殘溫度： 2500-32002500-3200，時間：，時間： 3- 5s3- 5s?，F(xiàn)在學習的是第六十四頁，共71頁缺點：缺點：試樣組成不均勻性的影響較大，測定精密度試樣組成不均勻性的影響較大，測定精密度一般在一般在2%-5%，共存化合物的干擾比火焰原子化法大，共存化合物的干擾比火焰原子化法大，測定速度慢，操作不夠簡便，裝置復雜。，測定速度慢，操作不夠簡便，裝置復雜。優(yōu)點：優(yōu)點：原子化程度高，試樣用量少原子化程度高，試樣用量少（0.5-10L），）， 可測固體及粘稠試樣，靈敏度高，絕對檢測可測固體及粘稠試樣，靈敏度高，絕對檢測 下限下限1010-13 -13 g g，比火焰法高比火焰法高10001000倍。倍。石墨爐原子化器的特點石墨爐原子化器的特點現(xiàn)在學習的是第六十五頁，共71頁其他原子化方法其他原子化