原子吸收光譜法報告

原子吸收光譜法研究和應用發(fā)展關鍵詞：原子吸收光譜原子吸收光譜法簡稱AAS法，是現(xiàn)代重要的分析手段。鑒于簡便、快速靈敏，已近廣泛應用于地礦、冶金、林業(yè)環(huán)保、化學化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等各個鄰域。該法主要適用樣品中微量及痕量組分分析。各國藥典已收為法定依據(jù)。美國《分析化學》每年六月份常有專論對AAS測定的新技術、新方法及其在各個鄰域的應用進行全面全面綜訴。以此可見AAS法的重要性及其應用發(fā)展之廣。原子吸收光譜法的簡介原子吸收光譜法(AAS)是利用氣態(tài)原子可以吸收一定波長的光輻射，使原子中外層的電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的現(xiàn)象而建立的。由于各種原子中電子的能級不同，將有選擇性地共振吸收一定波長的輻射光，這個共振吸收波長恰好等于該原子受激發(fā)后發(fā)射光譜的波長，由此可作為元素定性的依據(jù)，而吸收輻射的強度可作為定量的依據(jù)。AAS現(xiàn)已成為無機元素定量分析應用最廣泛的一種分析方法。原子吸收光譜法該法具有檢出限,準確度高，選擇性好,分析速度快等優(yōu)點。在溫度吸收光程，進樣方式等實驗條件固定時，樣品產(chǎn)生的待測元素相基態(tài)原子對作為銳線光源的該元素的空心陰極燈所輻射的單色光產(chǎn)生吸收，其吸光度（A）與樣品中該元素的濃度（C）成正比。即A=KC式中，K為常數(shù)。據(jù)此，通過測量標準溶液及未知溶液的吸光度，又巳知標準溶液濃度，可作標準曲線，求得未知液中待測元素濃度。原子吸收光譜法的原理當適當波長的光通過含有基態(tài)原子的蒸氣時，基態(tài)原子就可以吸收某些波長的光而從基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生原子吸收光譜。三、原子分光光度計原子分光光度計由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)及檢測顯示系統(tǒng)四個部分構成。一．光源：1．光源應滿足的條件：1）能輻射出半寬度比吸收線半寬度還窄的譜線，并且發(fā)射線的中心頻率應與吸收線的中心頻率相同。2）輻射的強度應足夠大。3）輻射光的強度要穩(wěn)定，且背景小。2．空心陰極燈：空心陰極燈是一種氣體放電管,鎢棒構成的陽極和一個圓柱形的空心陰極，空心陰極是由待測元素的純金屬或合金構成，或者由空穴內(nèi)襯有待測元素的其它金屬構成。當在正負電極上施加適當電壓（一般為200～500伏）時，在正負電極之間便開始放電，這時，電子從陰極內(nèi)壁射出，經(jīng)電場加速后向陽極運動。電子在由陰極射向陽極的過程中，與載氣（惰性氣體）原子碰撞使其電離成為陽離子。帶正電荷的惰性氣體離子在電場加速下，以很快的速度轟擊陰極表面，使陰極內(nèi)壁的待測元素的原子濺射出來，在陰極腔內(nèi)形成待測元素的原子蒸氣云。蒸氣云中的待測元素的原子再與電子、惰性氣體原子、離子發(fā)生碰撞而被激發(fā)，從而發(fā)射出所需頻率的光。陰極發(fā)射出的光譜，主要是陰極元素的光譜。工作過程：高壓直流電（300V）---陰極電子---撞擊隋性原子---電離(二次電子維持放電)---正離子---轟擊陰擊---待測原子濺射----聚集空心陰極內(nèi)被激發(fā)----待測元素特征共振發(fā)射線。二.原子化器原子化器是將樣品中的待測組份轉化為基態(tài)原子的裝置。（一）火焰原子化器：火焰原子化法是利用氣體燃燒形成的火焰來進行原子化的?；鹧嫘偷脑踊到y(tǒng)我們把它叫做火焰原子化器。1．結構：a）噴霧器：將試樣溶液轉為霧狀。b）霧化室：內(nèi)裝撞擊球和擾流器（去除大霧滴并使氣溶膠均勻）。c）燃燒器：產(chǎn)生火焰并使試樣蒸發(fā)和原子化的裝置。2．原子化過程：MeX脫水（溶液）→MeX蒸發(fā)（固體微粒）→MeX分解（氣態(tài)分子）→Me＋X(基態(tài)原子)3．火焰：火焰的作用是將試液中的待測元素原子化。1）火焰的組成：空氣——乙炔火焰：溫度在2500K左右；N2O——乙炔火焰：溫度可達到3000K左右；空氣——氫氣火焰：最高溫度2300K左右。2）火焰的類型：貪燃：燃氣較少，（燃助比小于化學計量，約為1比6），燃燒完全，溫度較高富燃焰：燃氣較多。燃燒不完全，溫度較低。但具有還原性?；瘜W計量焰：（二）非火焰原子化法：常用的非火焰原子化法主要有電熱高溫石墨管原子化法和化學原子化法。1.石墨爐原子化器包括電源、保護系統(tǒng)和石墨管三部分。電源：10~25V，500A。用于產(chǎn)生高溫。保護系統(tǒng)：保護氣（Ar）分成兩路石墨管：多采用石墨爐平臺技術。原子化過程可分為四個階段，即干燥、灰化、原子化和凈化。干燥：去除溶劑，防樣品濺射；灰化：使基體和有機物盡量揮發(fā)除去；原子化：待測物化合物分解為基態(tài)原子，此時停止通Ar，延長原子停留時間，提高靈敏度；凈化：樣品測定完成，高溫去殘渣，凈化石墨管。石墨爐原子化器與火焰原子化器比較有如下優(yōu)點：1）原子化效率高，可達到90%以上，而后者只有10%左右。2）絕對靈敏度高（可達到10-12～10-14），試樣用量少。適合于低含量及痕量組分的測定。3）溫度高，在惰性氣氛中進行且有還原性C存在，有利于易形成難離解氧化物的元素的離解和原子化。三．光學系統(tǒng)：分光系統(tǒng)一般用光柵來進行分光。光譜通帶： W=D×S×10-3其中：W為光譜通帶（單位nm）；D為光柵的倒線色散率（單位nm/mm-1）；S為狹縫寬度（單位μm）。四．檢測系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)包括檢測器、放大器、對數(shù)轉換器、顯示器幾部分。四、原子吸收光譜法定量分析原子吸收光譜法是一種元素定量分析方法，它可以用于測定60多種金屬元素和一些非金屬元素的含量。一．定量分析方法：1.標準曲線法：配制一系列不同濃度的待測元素標準溶液，在選定的條件下分別測定其吸光度，以測得的吸光度A為縱坐標，濃度為橫坐標作圖，得到標準曲線。再在相同條件下測定試液的吸光度，由標準曲線上就可求得待測元素的濃度或含量。2.標準加入法：取兩份體積相同的試樣溶液，設為A和B，在B中加入一定量的待測元素，然后分別將A和B稀釋到相同體積，再分別測定其吸光度。二．干擾及其消除（一）譜線干擾：如：在Ni的分析線232.0nm附近還存在231.6nm的譜線；如：用308.22nm的譜線測定鋁時，如果存在釩，釩對308.21nm的譜線要產(chǎn)生吸收。（二）背景吸收：由于原子化器（火焰和石墨爐）中存在的氣體分子和鹽類所產(chǎn)生的吸收以及存在的固體顆粒對光的散射引起的干擾，叫背景吸收。（三）化學干擾：化學干擾是指在溶液中或氣相中由于待測元素與其它組分之間的化學反應而引起的干擾。1．加入釋放劑：在測定時加入一種能與干擾組分生成更穩(wěn)定或更難揮發(fā)化合物的試劑，而使待測元素釋放出來，從而消除干擾。2．加入保護劑：加入一種能與待測元素生成穩(wěn)定增長化合物的試劑，使得待測元素不與干擾組分反應。而生成的化合物又很容易揮發(fā)和原子化，對測定不干擾。3．化學分離：將待測組分和干擾組分分離。4．提高火焰溫度也可以抑制或避免某些干擾。（四）物理干擾：是指試樣在轉移、蒸發(fā)和原子化過程中由于試樣任何物理因素的變化而引起的吸光度下降的效應。如：試液的粘度影響取樣速度，表面張力影響霧滴的大小等。最好的消除方法就是配制與試樣溶液組成相似的標準溶液。也可用標準加入法來進行測定。（五）電離干擾：電離干擾是指待測元素的原子電離而引入的干擾。消除方法是采用較低的溫度和加入消電離劑。消電離劑是一些易電離的元素，它增加了火焰中的自由電子的濃度，可有效地抑制和消除電離干擾。如：測定鋇時，加入鉀就可消除電離干擾。五、測定條件的選擇：1．分析線的選擇：一般選用共振線作分析線。2．燈電流：保正穩(wěn)定和適當光強度輸出的條件下，盡量選用較低的工作電流。3．原子化條件：火焰法主要是選擇適當?shù)幕鹧?。石墨爐法則應選擇合適的干燥、灰化和原子化溫度。4．燃燒器高度：對于不同的元素，自由原子的濃度隨火焰高度的分布是不同的。所以測定時，應調節(jié)其高度使光束從原子濃度最大處通過。5．狹縫寬度：由于原子吸收光譜法譜線的重疊較少，一般可用較寬的狹縫，以增強光的強度。但當存在譜線干擾和背景吸收較大時，則宜選用較小的狹縫寬度。六、原子吸收光譜法的發(fā)展1、第一階段——原子吸收現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與科學解釋早在1802年，伍朗斯頓（W.H.Wollaston）在研究太陽連續(xù)光譜時，就發(fā)現(xiàn)了太陽連續(xù)光譜中出現(xiàn)的暗線。1817年，弗勞霍費（J.Fraunhofer）在研究太陽連續(xù)光譜時，再次發(fā)現(xiàn)了這些暗線，由于當時尚不了解產(chǎn)生這些暗線的原因，于是就將這些暗線稱為弗勞霍費線。1859年，克希荷夫（G.Kirchhoff）與本生（R.Bunson）在研究堿金屬和堿土金屬的火焰光譜時，發(fā)現(xiàn)鈉蒸氣發(fā)出的光通過溫度較低的鈉蒸氣時，會引起鈉光的吸收，并且根據(jù)鈉發(fā)射線與暗線在光譜中位置相同這一事實，斷定太陽連續(xù)光譜中的暗線，正是太陽外圍大氣圈中的鈉原子對太陽光譜中的鈉輻射吸收的結果。2、第二階段——原子吸收光譜儀器的產(chǎn)生原子吸收光譜作為一種實用的分析方法是從1955年開始的。這一年澳大利亞的瓦爾西(A.Walsh)發(fā)表了他的著名論文“原子吸收光譜在化學分析中的應用”奠定了原子吸收光譜法的基礎。50年代末和60年代初，Hilger,VarianTechtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光譜商品儀器，發(fā)展了瓦爾西的設計思想。到了60年代中期，原子吸收光譜開始進入迅速發(fā)展的時期。3、第三階段——電熱原子吸收光譜儀器的產(chǎn)生1959年,蘇聯(lián)里沃夫發(fā)表了電熱原子化技術的第一篇論文。電熱原子吸收光譜法的絕對靈敏度可達到10-12-10-14g,使原子吸收光譜法向前發(fā)展了一步。近年來,塞曼效應和自吸效應扣除背景技術的發(fā)展,使在很高的的背景下亦可順利地實現(xiàn)原子吸收測定。基體改進技術的應用、平臺及探針技術的應用以及在此基礎上發(fā)展起來的穩(wěn)定溫度平臺石墨爐技術(STPF)的應用,可以對許多復雜組成的試樣有效地實現(xiàn)原子吸收測定。4、第四階段——原子吸收分析儀器的發(fā)展隨著原子吸收技術的發(fā)展，推動了原子吸收儀器的不斷更新和發(fā)展，而其它科學技術進步，為原子吸收儀器的不斷更新和發(fā)展提供了技術和物質基礎。近年來，使用連續(xù)光源和中階梯光柵，結合使用光導攝象管、二極管陣列多元素分析檢測器，設計出了微機控制的原子吸收分光光度計，為解決多元素同時測定開辟了新的前景。微機控制的原子吸收光譜系統(tǒng)簡化了儀器結構，提高了儀器的自動化程度，改善了測定準確度，使原子吸收光譜法的面貌發(fā)生了重大的變化。聯(lián)用技術(色譜-原子吸收聯(lián)用、流動注射-原子吸收聯(lián)用)日益受到人們的重視。色譜-原子吸收聯(lián)用，不僅在解決元素的化學形態(tài)分析方面，而且在測定有機化合物的復雜混合物方面，都有著重要的用途，是一個很有前途的發(fā)展方向。七、原子吸收光譜法近期展望近年來國內(nèi)外都有人致力于研究激光在原子吸收分析方面的應用：（1）用可調諧激光代替空心陰極燈光源。（2）用激光使樣品原子化。它將為微區(qū)和薄膜分析提供新手段、為難熔元素的原子化提供了新方法。塞曼效應的應用，使得能在很高的背景下也能順利地實現(xiàn)測定。連續(xù)光源、中階梯光柵單色器、波長調制原子吸收法（簡稱CEWM－AA法）是70年代后期發(fā)展起來的一種背景校正新技術。它的主要優(yōu)點是僅用一個連續(xù)光源能在紫外區(qū)到可見區(qū)全波段工作，具有二維空間色散能力的高分辨本領的中階梯光柵單色器將光譜線在二維空間色散，不僅能扣除散射光和分子吸收光譜帶背景，而且還能校正與分折線直接重疊的其他原子吸收線的干擾。使用電視型光電器件做多元素分析鑒定器，結合中階梯光柵單色器和可調諧激光器代替元素空心陰極燈光源，設計出用電子計算機控制的測定多元素的原子吸收分光光度計，將為解決同時測定多元素問題開辟新的途徑。高效分離技術氣相色譜、液相色譜的引入，實現(xiàn)分離儀器和測定儀器聯(lián)用，將會使原子吸收分光光度法的面貌發(fā)生重大變化，微量進