第6章原子吸收光谱法.ppt

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1、18:05:38 原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法一、概述一、概述generalization二、原子吸收光谱的产生二、原子吸收光谱的产生formation of AAS三、三、谱线轮廓与谱线变宽谱线轮廓与谱线变宽shape and broadening of absorption line四、四、积分吸收与峰值吸收积分吸收与峰值吸收integrated absorption and absorption in peak max五、五、定量基础定量基础quantitativeatomic absorption spectrometry,AAS

2、第一节第一节 基本原理基本原理18:05:41一、概述一、概述18:05:49二、原子吸收光谱的产生二、原子吸收光谱的产生二、原子吸收光谱的产生二、原子吸收光谱的产生二、原子吸收光谱的产生二、原子吸收光谱的产生 formation of AAS1.1.原子吸收光谱的产生原子吸收光谱的产生 基态原子吸收其基态原子吸收其共振辐射共振辐射，外层电子外层电子由基态跃迁由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外光谱的紫外-可见区。可见区。电子从基态跃迁到能最低的激发态，称为第一激电子从基态跃迁到能最低的激发态，称为第一激发态。共振线：共振

3、发射线发态。共振线：共振发射线-共振吸收线，也是元素共振吸收线，也是元素的特征谱线的特征谱线18:05:49示意图示意图18:05:49 在原子蒸气中，可能会有基态与激发态存在。在原子蒸气中，可能会有基态与激发态存在。在一定温度下达到热平衡时，基态与激发态原子数在一定温度下达到热平衡时，基态与激发态原子数的比例遵循的比例遵循Boltzman分布定律。分布定律。Ni/N0=gi/g0 exp(-Ei/kT)Ni与与N0 分别为激发态与基态的原子数；分别为激发态与基态的原子数；T为热为热力学温度；力学温度；k为为Boltzman常数；常数；Ei为激发能；为激发能；gi/g0为能级的简并度。为能级的

4、简并度。2.2.基态原子数与激发态原子数的关系基态原子数与激发态原子数的关系18:05:50 Ni/N0=gi/g0 exp(-Ei/kT)可见，温度越高，可见，温度越高，Ni/N0值越大，即激发态原子值越大，即激发态原子数随温度升高而增加；在相同的温度条件下，激发数随温度升高而增加；在相同的温度条件下，激发能越小，能越小，Ni/N0值越大。值越大。在原子吸收光谱中，在原子吸收光谱中，Ni/N0值绝大部分在值绝大部分在10-3以以下，即激发态和基态原子数之比小于千分之一。下，即激发态和基态原子数之比小于千分之一。因此，基态原子数因此，基态原子数N N0 0可以近似等于总原子可以近似等于总原子数

5、数N N （方法灵敏度高的原因所在）。（方法灵敏度高的原因所在）。18:05:51 实际上用特征吸收实际上用特征吸收频率辐射光照射时，频率辐射光照射时，获得一峰形吸收获得一峰形吸收(具有具有一定宽度一定宽度)。表征吸收线轮廓表征吸收线轮廓(峰峰)的参数：的参数：u 中心频率中心频率 0(峰值频率峰值频率)：最大吸收系数对应的频率；（与原子能级分布有关）最大吸收系数对应的频率；（与原子能级分布有关）u 中心波长：中心波长：(nm)u 半半 宽宽 度：度：1/2 或或1/2（谱线自然宽度、其它因素）（谱线自然宽度、其它因素）18:05:52吸收峰变宽原因：吸收峰变宽原因：多普勒变宽多普勒变宽rAT

6、07D1016.718:05:54（3 3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）L L 18:05:57四、原子吸收光谱的测量（积分吸收和峰值吸收）四、原子吸收光谱的测量（积分吸收和峰值吸收）1.1.积分吸收积分吸收 fNmcevKv02d 在原子吸收分析中，将原子蒸气所吸收的全部在原子吸收分析中，将原子蒸气所吸收的全部能量称为积分吸收。此公式表明，积分吸收与单能量称为积分吸收。此公式表明，积分吸收与单位体积原子蒸气中吸收辐射的原子数成正比。位体积原子蒸气中吸收辐射的原子数成正比。18:05:5718:05:592.2.锐线光源锐线光源 18:06:00

7、3.3.峰值吸收峰值吸收 18:06:01峰值吸收峰值吸收 在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应影响，则：在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应影响，则：fNmceK02D02ln2 002D2ln2434.0kLNfLNmceA 上式的前提条件：上式的前提条件：（1 1）ea；（2）辐射线与吸收线的中心频率一致。辐射线与吸收线的中心频率一致。18:06:01五、定量基础五、定量基础 峰值吸收系数：峰值吸收系数：当使用锐线光源时：当使用锐线光源时：A=k N0 b N0 Nc（N0：基态原子数，：基态原子数，N：总原子数，总原子数，c 待测元素浓度）待测元素浓度）所以：所以：bfNmcevb

8、KIIAD 02002ln2434.0434.0lgfNmcevKD 0202ln2434.018:06:04一、流程一、流程general process二、光源二、光源light sources 三、原子化器三、原子化器device of atomization四、单色器四、单色器monochromators五、检测器五、检测器 detector第二节第二节 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪及主要部件及主要部件第六章第六章第六章第六章第六章第六章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法atomic absorption spectrometer a

9、nd main partsatomic absorption spectrometry,AAS18:06:04原子吸收仪器（原子吸收仪器（1）18:06:04原子吸收仪器（原子吸收仪器（2）18:06:04一、流程一、流程1.1.AASAAS的特点的特点(1)(1)采用锐线光源采用锐线光源(2)(2)单色器在火焰与单色器在火焰与 检测器之间检测器之间(3)(3)有原子化系统有原子化系统基态原子在这里吸收入射光束，因此也可把它视为“吸收池”。18:06:05二、光源二、光源1.1.作用作用 提供待测元素的特征光提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和谱。获得较高的灵敏度和准确度。准确度。光源应

10、满足如下要求；光源应满足如下要求；（1 1）能发射待测元素的）能发射待测元素的共振线；共振线；（2 2）能发射锐线；）能发射锐线；（3 3）辐射光强度大，稳）辐射光强度大，稳定性好。定性好。2.2.空心阴极灯空心阴极灯：结构如图所示18:06:053.3.空心阴极灯的工作原理空心阴极灯的工作原理18:06:07三、原子化器三、原子化器1.1.作用作用 18:06:082.2.原子化方法原子化方法（1）火焰法火焰法 （2）非火焰法非火焰法石墨炉石墨炉18:06:083.3.火焰原子化装置火焰原子化装置 雾化器、预混合雾化器、预混合室和缝式燃烧器室和缝式燃烧器3 3个部个部分。分。优点：优点：重现

11、性好；燃烧重现性好；燃烧器吸收光程长，有足够器吸收光程长，有足够的灵敏度；干扰少等的灵敏度；干扰少等。缺点：缺点：雾化效率较低雾化效率较低（10101515）。18:06:08 试样雾滴在火焰中，经试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）蒸发，干燥，离解（还原）等过等过程产生大量基态原子。程产生大量基态原子。火焰温度的选择火焰温度的选择：（a a）保证待测元素充分解离为基态原子的前提下，尽量保证待测元素充分解离为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰；采用低温火焰；（b b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；（c c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常

12、用空气火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气乙乙炔，最高温度炔，最高温度26002600K K，能测，能测3 30 0多种元素。多种元素。18:06:09火焰类型：火焰类型：化学计量火焰化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富燃火焰：富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。贫燃火焰：贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。18:06:0918:06:09火焰种类及对光的吸收：火焰种类及对光的吸收：选择火焰时，还应考虑火焰本身对光的吸收。根据待测元选择火焰时，还应考虑火焰本身对光的吸收。根据待测元素的共振线，选择不同的火焰，可避开

13、干扰：素的共振线，选择不同的火焰，可避开干扰：例：例：AsAs的共振线的共振线193193.7.7nmnm由图可见，采用空气由图可见，采用空气-乙炔火乙炔火焰时，火焰产生吸收焰时，火焰产生吸收；而选而选氢氢-空气火焰则较好；空气火焰则较好；空气空气-乙炔火焰乙炔火焰：最常用；可：最常用；可测定测定3030多种元素；多种元素；N N2 2O O-乙炔火焰乙炔火焰：火焰温度高，：火焰温度高，可测定可测定7070多种多种元素元素。18:06:094.4.石墨炉原子化装置石墨炉原子化装置（1）结构）结构 如图所示：外气路中Ar气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中Ar气体由管两端流向管中心，从

14、中心孔流出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸气。18:06:10（2）原子化过程）原子化过程原子化过程分为原子化过程分为干燥干燥、灰化灰化（去除基体）、（去除基体）、原子化原子化、净化净化（去除残渣）去除残渣）四个阶段四个阶段，待测元素在，待测元素在高温下生成基态原子高温下生成基态原子。18:06:10 优点：优点：原子化程度高，试样用量少（1-100L），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限10-12 g/L。缺点：缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。18:06:105.5.其他原子化方法（不做要求）其他原子化方法（不做要求）（1）低温原子化方法）低温

15、原子化方法（2）冷原子化法）冷原子化法18:06:10四、单色器四、单色器18:06:11五、检测系统五、检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。1.1.检测器检测器-将单色器分出的光信号转变成电信号。如：光电倍增管等。2.2.放大器放大器-将光电倍增管输出的较弱信号，经电子线路进一步放大。3.3.对数变换器对数变换器-光强度与吸光度之间的转换。4.4.显示、记录显示、记录 新仪器配置：原子吸收计算机工作站新仪器配置：原子吸收计算机工作站18:06:12一、特征参数一、特征参数feature parameters二、分析条件选择二、分析条件选择choice of analy

16、tical condition三、定量分析方法三、定量分析方法method of quantitative analysis四、四、应用应用applications第三节第三节第三节第三节第三节第三节 分析条件的选择与分析条件的选择与分析条件的选择与分析条件的选择与分析条件的选择与分析条件的选择与应用应用应用应用应用应用第六章第六章第六章第六章第六章第六章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法atomic absorption spectrometry,AASchoice of analytical condition and application18:06:12一、一、一、一、一、一、特征参数特征参数特征参数特征参数特征参数特征参数1.1.灵敏度灵敏度(1)1)灵敏度（灵敏度（S S）指在一定浓度时，测定值（吸光度）的增量（dA）与相应的待测元素浓度（或质量）的增量（dc或dm）的比值：(2)2)特征浓度（火焰原子吸收法）特征浓度（火焰原子吸收法）指对应1%净吸收信号（即吸光度为0.0044）时待测物的浓度（c0，单位：gm1-1）.