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1、关于原子吸收光谱法第1页，讲稿共131张，创作于星期日-2-1.原子吸收光谱的历史原子吸收光谱的历史 原原原原子子子子吸吸吸吸收收收收现现现现象象象象：原原子子蒸蒸气气对对其其原原子子共共振振辐辐射射吸吸收的现象。收的现象。u1802年年，已已经经发发现现了了原原子子吸吸收收现现象象，但但在在1955年年以以前前，一直未用于分析化学，为什么？一直未用于分析化学，为什么？第2页，讲稿共131张，创作于星期日-3-u1955年年，澳澳大大利利亚亚物物理理学学家家 Walsh（沃沃尔尔什什）发发表表了了著著名名论论文文原原原原子子子子吸吸吸吸收收收收光光光光谱谱谱谱法法法法在在在在分分分分析析析析化
2、化化化学学学学中中中中的的的的应应应应用用用用，奠定了原子吸收光谱法的基础。奠定了原子吸收光谱法的基础。u1960年以后，得到迅速发展，成为测定微量或痕量年以后，得到迅速发展，成为测定微量或痕量金属元素的可靠分析方法。金属元素的可靠分析方法。第3页，讲稿共131张，创作于星期日-4-2.原子吸收光谱法的特点原子吸收光谱法的特点检出限低：检出限低：检出限低：检出限低：10-10 10-14 g。准确度高：准确度高：准确度高：准确度高：1%5%。选择性高：选择性高：选择性高：选择性高：一般情况下共存元素不干扰。一般情况下共存元素不干扰。应用应用应用应用范围范围范围范围广广广广：可测定可测定70多个
3、元素（各种样品中）多个元素（各种样品中）。缺点：缺点：缺点：缺点：难熔元素、非金属元素测定困难难熔元素、非金属元素测定困难，不不能同时多元素能同时多元素分析。分析。第4页，讲稿共131张，创作于星期日-5-3.原子吸收与紫外可见吸收的区别原子吸收与紫外可见吸收的区别相同点：相同点：相同点：相同点：利用物质对辐射的吸收进行分析。利用物质对辐射的吸收进行分析。不同点：不同点：不同点：不同点：uu吸吸吸吸收收收收机机机机理理理理不不不不同同同同：紫紫外外可可见见为为溶溶液液中中分分子子或或离离子子宽宽带带吸吸收收，带带宽宽为为几几纳纳米米至至几几十十纳纳米米；原原子子吸吸收收测测的的是是气气态态基基
4、态态原原子子的的吸吸收收，窄窄带带吸吸收收，吸吸收收带带宽宽仅为仅为10-3 nm。uu光源不同光源不同光源不同光源不同。uu试样处理、实验方法及对仪器的要求不同。试样处理、实验方法及对仪器的要求不同。试样处理、实验方法及对仪器的要求不同。试样处理、实验方法及对仪器的要求不同。第5页，讲稿共131张，创作于星期日-6-4.原子吸收光谱分析过程原子吸收光谱分析过程u确定待测元素。确定待测元素。u选择该元素相应锐线光源，发射出特征谱线。选择该元素相应锐线光源，发射出特征谱线。u试样在原子化器中被蒸发、解离成气态基态原子。试样在原子化器中被蒸发、解离成气态基态原子。u特特征征谱谱线线穿穿过过气气态态
5、基基态态原原子子，被被吸吸收收而而减减弱弱，经经色色散系统和检测系统后，测定吸光度。散系统和检测系统后，测定吸光度。u根据吸光度与浓度间线性关系，定量分析。根据吸光度与浓度间线性关系，定量分析。第6页，讲稿共131张，创作于星期日-7-章节重点：章节重点：u原子吸收光谱分析法的特点。原子吸收光谱分析法的特点。第7页，讲稿共131张，创作于星期日第七章第七章原子吸收光谱法原子吸收光谱法1.1.原子吸收原子吸收原子吸收原子吸收线线线线2.2.基基基基态态态态原原原原子子子子数数数数与与与与原原原原子子子子化化化化温温温温度度度度的的的的关系关系关系关系3.3.原子吸收法的测量原子吸收法的测量原子吸
6、收法的测量原子吸收法的测量第二节第二节 原子吸收光谱原子吸收光谱法的原理法的原理第8页，讲稿共131张，创作于星期日-9-1.原子吸收线原子吸收线uu基态基态基态基态激发态：激发态：激发态：激发态：原子吸收一定频率的辐射能量，产生原子吸收一定频率的辐射能量，产生共振吸收线共振吸收线共振吸收线共振吸收线（简称共振线），原子吸收光谱。（简称共振线），原子吸收光谱。uu激发态激发态激发态激发态基态：基态：基态：基态：原子发射出一定频率的辐射，产生共振原子发射出一定频率的辐射，产生共振发射线（也简称共振线），原子发射光谱。发射线（也简称共振线），原子发射光谱。1.1 原子吸收线的产生原子吸收线的产生第
7、9页，讲稿共131张，创作于星期日-10-元素的特征谱线：元素的特征谱线：uu各种元素的原子结构和外层电子排布不同：各种元素的原子结构和外层电子排布不同：各种元素的原子结构和外层电子排布不同：各种元素的原子结构和外层电子排布不同：从基态从基态 激发态跃迁吸收能量不同，所产生的共振吸收线具激发态跃迁吸收能量不同，所产生的共振吸收线具有特征性和选择性。有特征性和选择性。u各种元素的基态各种元素的基态 第一激发态跃迁最易发生，吸第一激发态跃迁最易发生，吸收最强，是最灵敏线，是各种元素的特征谱线。收最强，是最灵敏线，是各种元素的特征谱线。u利用利用基态原子蒸气基态原子蒸气基态原子蒸气基态原子蒸气对该原
8、子特征谱线的吸收可以对该原子特征谱线的吸收可以进行定量分析进行定量分析。第10页，讲稿共131张，创作于星期日-11-1.2 谱线的轮廓与谱线变宽谱线的轮廓与谱线变宽吸收定律：吸收定律：吸收定律：吸收定律：当强度为当强度为I0的单色光通过吸收厚度为的单色光通过吸收厚度为l的基态原子蒸气的基态原子蒸气时，入射光的强度因基态原子的吸收而减弱，被透过光的时，入射光的强度因基态原子的吸收而减弱，被透过光的强度强度I服从服从光的吸收定律光的吸收定律光的吸收定律光的吸收定律：式中，式中，K K 是基态原子对频率为的单色光是基态原子对频率为的单色光的吸收系数。的吸收系数。第11页，讲稿共131张，创作于星期
9、日-12-u原子结构较分子结构简单，不存在振动能级和转动能原子结构较分子结构简单，不存在振动能级和转动能级，只有电子能级，级，只有电子能级，理论上应产生线状光谱吸收线理论上应产生线状光谱吸收线理论上应产生线状光谱吸收线理论上应产生线状光谱吸收线。u理论和实验证明：理论和实验证明：无论是原子发射线还是原子吸无论是原子发射线还是原子吸收线，都不是一条严格的几何线，都具有一定收线，都不是一条严格的几何线，都具有一定的形状，即的形状，即谱线具有一定的轮廓谱线具有一定的轮廓谱线具有一定的轮廓谱线具有一定的轮廓。第12页，讲稿共131张，创作于星期日-13-u当用特征吸收频率辐射光照射气态基态原子时，获得
10、的当用特征吸收频率辐射光照射气态基态原子时，获得的是是峰形吸收峰形吸收峰形吸收峰形吸收 (具有一定宽度具有一定宽度)。第13页，讲稿共131张，创作于星期日-14-uu吸收线轮廓：吸收线轮廓：吸收线轮廓：吸收线轮廓：谱线强度谱线强度I或吸收系数或吸收系数K与频率与频率的吸收的吸收曲线，以吸收线的中心频率曲线，以吸收线的中心频率0和半宽度和半宽度来表示。来表示。中心频率中心频率中心频率中心频率峰值吸收峰值吸收峰值吸收峰值吸收系数系数系数系数KK0 0半宽度简称为吸收线宽度，约为半宽度简称为吸收线宽度，约为10-3-10-2 nm。第14页，讲稿共131张，创作于星期日-15-吸收峰变宽原因：吸收
11、峰变宽原因：(1)(1)自然宽度自然宽度自然宽度自然宽度uu无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度：用用N 或或N表示。表示。uu自然宽度与自然宽度与自然宽度与自然宽度与 激发态的平均寿命和能级宽度有关激发态的平均寿命和能级宽度有关激发态的平均寿命和能级宽度有关激发态的平均寿命和能级宽度有关，平，平均寿命越短、能级宽度越宽，谱线自然宽度越大，均寿命越短、能级宽度越宽，谱线自然宽度越大，不同谱线具有不同的自然宽度。不同谱线具有不同的自然宽度。u对大多数元素而言
12、，共振线自然宽度一般为对大多数元素而言，共振线自然宽度一般为10-6-10-5 nm，和其它变宽宽度相比，和其它变宽宽度相比，可忽略不计可忽略不计可忽略不计可忽略不计。第15页，讲稿共131张，创作于星期日-16-(2)(2)多普勒变宽多普勒变宽多普勒变宽多普勒变宽uu由于原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽，又称由于原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽，又称由于原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽，又称由于原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽，又称热变宽热变宽热变宽热变宽：用用D 或或D表示。表示。u温度升高，原子相对热运动剧烈，热变宽增大。温度升高，原子相对热运动剧烈，热变宽增大。u热变宽
13、宽度一般为热变宽宽度一般为10-4-10-3 nm，是，是谱线变宽的主要谱线变宽的主要谱线变宽的主要谱线变宽的主要因素因素因素因素。第16页，讲稿共131张，创作于星期日-17-(3)(3)碰撞变宽碰撞变宽碰撞变宽碰撞变宽uu由于同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互由于同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互由于同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互由于同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互碰撞而产生：碰撞而产生：碰撞而产生：碰撞而产生：前者为赫尔兹马克变宽，用前者为赫尔兹马克变宽，用R 表示表示、后者为后者为洛伦兹变宽洛伦兹变宽，用，用L表示。表示。u通常通常L为为10-4-10-3
14、 nm，是，是谱线变宽主要因素谱线变宽主要因素谱线变宽主要因素谱线变宽主要因素。第17页，讲稿共131张，创作于星期日-18-u赫尔兹马克变宽赫尔兹马克变宽R 随待测元素原子密度升高而增随待测元素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，测定元素的含量较低，大，在原子吸收法中，测定元素的含量较低，R一般可忽略不计。一般可忽略不计。uu碰撞变宽都与气体压力有关：碰撞变宽都与气体压力有关：碰撞变宽都与气体压力有关：碰撞变宽都与气体压力有关：压力升高，粒子间相互压力升高，粒子间相互碰撞加剧，碰撞变宽越严重，因此碰撞变宽又称碰撞加剧，碰撞变宽越严重，因此碰撞变宽又称压压压压力变宽力变宽力变宽力变宽。第18页
15、，讲稿共131张，创作于星期日-19-(4)(4)自吸变宽自吸变宽自吸变宽自吸变宽u光源空心阴极灯内，光源空心阴极灯内，共振发射线被灯内同种基态原共振发射线被灯内同种基态原共振发射线被灯内同种基态原共振发射线被灯内同种基态原子吸收产生自吸现象子吸收产生自吸现象子吸收产生自吸现象子吸收产生自吸现象，导致光源发射线变宽。，导致光源发射线变宽。u灯电流越大，自吸变宽越严重，灯电流越大，自吸变宽越严重，第19页，讲稿共131张，创作于星期日-20-(5)(5)场致变宽场致变宽场致变宽场致变宽u外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象
16、。谱线变宽的现象。u影响较小。影响较小。第20页，讲稿共131张，创作于星期日-21-uu吸收线变宽：吸收线变宽：吸收线变宽：吸收线变宽：主要受多普勒变宽（热变宽）和主要受多普勒变宽（热变宽）和L洛洛仑兹变宽影响。仑兹变宽影响。uu锐线光谱发射线变宽：锐线光谱发射线变宽：锐线光谱发射线变宽：锐线光谱发射线变宽：主要受多普勒变宽（热变宽）主要受多普勒变宽（热变宽）和自吸变宽影响。和自吸变宽影响。在原子吸收光谱的工作条件下：在原子吸收光谱的工作条件下：在原子吸收光谱的工作条件下：在原子吸收光谱的工作条件下：第21页，讲稿共131张，创作于星期日-22-2.基态原子数与原子化温度的关系基态原子数与原
17、子化温度的关系u原子吸收光谱是利用待测元素气态基态原子对同种原子吸收光谱是利用待测元素气态基态原子对同种原子的特征辐射的吸收来测定的。原子的特征辐射的吸收来测定的。uu样品在分析前需原子化样品在分析前需原子化样品在分析前需原子化样品在分析前需原子化，而原子化过程中试样原子不，而原子化过程中试样原子不可能全部处于基态，部分原子处于激发态。可能全部处于基态，部分原子处于激发态。uu基态原子化程度愈高，原子吸收光谱法的灵敏度也愈基态原子化程度愈高，原子吸收光谱法的灵敏度也愈基态原子化程度愈高，原子吸收光谱法的灵敏度也愈基态原子化程度愈高，原子吸收光谱法的灵敏度也愈高。高。高。高。第22页，讲稿共13
18、1张，创作于星期日-23-uu在一定条件的热平衡状态下，在一定条件的热平衡状态下，在一定条件的热平衡状态下，在一定条件的热平衡状态下，激发态原子数激发态原子数Ni和基态和基态原子数原子数N0之间的关系可以用之间的关系可以用玻耳兹曼方程玻耳兹曼方程玻耳兹曼方程玻耳兹曼方程表示：表示：式中，式中，gi和和g0分别为激发态和基态的统计权重，分别为激发态和基态的统计权重，Ei为激发能。为激发能。第23页，讲稿共131张，创作于星期日-24-u温度越高，温度越高，Ni/N0值愈大；在相同温度下，激发能值愈大；在相同温度下，激发能Ei小的元素其小的元素其Ni/N0值愈大。值愈大。u原子吸收光谱法中，原子化
19、温度一般为原子吸收光谱法中，原子化温度一般为2000-3000 K，大多数元素，大多数元素Ni/N0值小于值小于0.01，即，即Ni可忽略不计，可忽略不计，实实实实际上可用际上可用际上可用际上可用N N0 0代表原子化器中原子总数代表原子化器中原子总数代表原子化器中原子总数代表原子化器中原子总数。u由于基态原子数总是占原子总数由于基态原子数总是占原子总数99%以上，且基本上以上，且基本上保持恒定，保持恒定，受温度影响小，精密度高。受温度影响小，精密度高。受温度影响小，精密度高。受温度影响小，精密度高。第24页，讲稿共131张，创作于星期日-25-第25页，讲稿共131张，创作于星期日-26-3
20、.原子吸收的测量原子吸收的测量uu如果采用连续光源如果采用连续光源如果采用连续光源如果采用连续光源，如钨丝灯或氘灯。，如钨丝灯或氘灯。u分光后，光谱通带分光后，光谱通带0.2 nm，而原子吸收线半宽度：，而原子吸收线半宽度：10-3 nm。u光源发出的光照射到基态原子时，吸收光的强度光源发出的光照射到基态原子时，吸收光的强度变化非常小，仅为变化非常小，仅为0.5%左右，左右，灵敏度极差灵敏度极差灵敏度极差灵敏度极差。第26页，讲稿共131张，创作于星期日-27-连续光源测定吸光度：连续光源测定吸光度：连续光源测定吸光度：连续光源测定吸光度：第27页，讲稿共131张，创作于星期日-28-3.1
21、积分吸收测量法积分吸收测量法 定义：测量气态基态原子吸收共振线的总能量的方定义：测量气态基态原子吸收共振线的总能量的方法。法。吸收线轮廓内的总面积吸收线轮廓内的总面积吸收线轮廓内的总面积吸收线轮廓内的总面积即吸收系数对频率的积分称即吸收系数对频率的积分称为积分吸收。为积分吸收。第28页，讲稿共131张，创作于星期日-29-根据光吸收定律和爱因斯坦辐射量子理论，谱线的根据光吸收定律和爱因斯坦辐射量子理论，谱线的积分吸收与基态原子密度的关系由下式表达：积分吸收与基态原子密度的关系由下式表达：由于由于N0N 积分吸收与原子密度成正比积分吸收与原子密度成正比积分吸收与原子密度成正比积分吸收与原子密度成
22、正比，如果能求得积分吸，如果能求得积分吸收，便可求得待测元素的浓度。收，便可求得待测元素的浓度。第29页，讲稿共131张，创作于星期日-30-u将公式左边求出，即谱线下所围面积（积分吸收），将公式左边求出，即谱线下所围面积（积分吸收），即可得到待测元素的原子总数（基态原子总数），即可得到待测元素的原子总数（基态原子总数），这是一种这是一种绝对测量方法绝对测量方法绝对测量方法绝对测量方法。第30页，讲稿共131张，创作于星期日-31-u由于吸收线半宽度仅为由于吸收线半宽度仅为10-3 nm，实现积分吸收测定实现积分吸收测定实现积分吸收测定实现积分吸收测定需要高分辨的色散仪需要高分辨的色散仪需要高
23、分辨的色散仪需要高分辨的色散仪，目前的分光装置难以实现。，目前的分光装置难以实现。(=10-3 nm，若，若取取600 nm，单色器分辨率，单色器分辨率R=/=6105)。uu长期以来无法解决的难题，阻碍了原子吸收方法的应用。长期以来无法解决的难题，阻碍了原子吸收方法的应用。长期以来无法解决的难题，阻碍了原子吸收方法的应用。长期以来无法解决的难题，阻碍了原子吸收方法的应用。第31页，讲稿共131张，创作于星期日-32-3.2 峰值吸收测量法峰值吸收测量法 1955年，澳大利亚物理学家沃尔什提出：年，澳大利亚物理学家沃尔什提出：采用锐线采用锐线采用锐线采用锐线光源，测量吸收线的峰值吸收光源，测量
24、吸收线的峰值吸收光源，测量吸收线的峰值吸收光源，测量吸收线的峰值吸收。他认为在一定的条件下，峰值吸收同被测元素原子他认为在一定的条件下，峰值吸收同被测元素原子他认为在一定的条件下，峰值吸收同被测元素原子他认为在一定的条件下，峰值吸收同被测元素原子密度也成线性关系，因此，解决了原子吸收光谱分析法密度也成线性关系，因此，解决了原子吸收光谱分析法密度也成线性关系，因此，解决了原子吸收光谱分析法密度也成线性关系，因此，解决了原子吸收光谱分析法的实际测量问题。的实际测量问题。的实际测量问题。的实际测量问题。第32页，讲稿共131张，创作于星期日-33-锐线光源：锐线光源：uu锐线光源发射线与基态原子吸收
25、锐线光源发射线与基态原子吸收锐线光源发射线与基态原子吸收锐线光源发射线与基态原子吸收线中心频率线中心频率线中心频率线中心频率 0 0完全一致。完全一致。完全一致。完全一致。uu锐线光源发射线的半宽度比吸锐线光源发射线的半宽度比吸锐线光源发射线的半宽度比吸锐线光源发射线的半宽度比吸收线的半宽度更窄收线的半宽度更窄收线的半宽度更窄收线的半宽度更窄，一般为吸收，一般为吸收线半宽度的线半宽度的1/5 1/10。原子吸收分析中，锐线光源需要满足的条件：原子吸收分析中，锐线光源需要满足的条件：提供锐线光源的方法：提供锐线光源的方法：空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯！第33页，讲稿共131张，创作于
26、星期日-34-峰值吸收：峰值吸收：uu采用锐线光源时，峰值吸收与积分吸收非常接近采用锐线光源时，峰值吸收与积分吸收非常接近采用锐线光源时，峰值吸收与积分吸收非常接近采用锐线光源时，峰值吸收与积分吸收非常接近，在此条件下，用峰值吸收测量法就可代替积分吸收测量在此条件下，用峰值吸收测量法就可代替积分吸收测量法。法。u测定吸收前后发射线强度测定吸收前后发射线强度的变化，就可以求出被测的变化，就可以求出被测元素的含量。元素的含量。第34页，讲稿共131张，创作于星期日-35-发发射射线线半半宽宽度度远远小小于于吸吸收收线线，在在在在辐辐辐辐射射射射线线线线宽宽宽宽度度度度范范范范围围围围内内内内，K
27、K 可近似认为不变，等于峰值吸收系数可近似认为不变，等于峰值吸收系数可近似认为不变，等于峰值吸收系数可近似认为不变，等于峰值吸收系数K K0 0。第35页，讲稿共131张，创作于星期日-36-在在原原子子化化器器中中，吸吸收收线线的的变变宽宽以以多多普普勒勒变变宽宽D为为主主，根根根根据据据据经经经经典典典典理理理理论论论论，峰峰峰峰值值值值吸吸吸吸收收收收系系系系数数数数KK0 0与与与与 D D 成成成成反反反反比比比比，与与与与积分吸收成正比积分吸收成正比积分吸收成正比积分吸收成正比，则：，则：第36页，讲稿共131张，创作于星期日-37-当使用锐线光源时，可用当使用锐线光源时，可用K0
28、代替代替Kv，则：则：原原原原子子子子吸吸吸吸收收收收光光光光谱谱谱谱定定定定量量量量分分分分析析析析的的的的基基基基础础础础：在在一一定定条条件件下下，峰峰值吸收测量的吸光度与浓度成线性关系。值吸收测量的吸光度与浓度成线性关系。第37页，讲稿共131张，创作于星期日-38-章节重点：章节重点：u吸收峰变宽的原因。吸收峰变宽的原因。u基态原子数与原子化温度的关系。基态原子数与原子化温度的关系。u锐线光源的条件。锐线光源的条件。u积分吸收与峰值吸收。积分吸收与峰值吸收。第38页，讲稿共131张，创作于星期日第七章第七章原子吸收光谱法原子吸收光谱法1.1.锐线光源锐线光源锐线光源锐线光源2.2.原
29、子化器原子化器原子化器原子化器3.3.分光系统分光系统分光系统分光系统4.4.检测系统检测系统检测系统检测系统5.5.原子吸收光谱仪类型原子吸收光谱仪类型原子吸收光谱仪类型原子吸收光谱仪类型第三节第三节 原子吸收光谱原子吸收光谱仪器仪器第39页，讲稿共131张，创作于星期日-40-第40页，讲稿共131张，创作于星期日-41-第41页，讲稿共131张，创作于星期日-42-第42页，讲稿共131张，创作于星期日-43-第43页，讲稿共131张，创作于星期日-44-原子吸收光谱仪器结构流程：原子吸收光谱仪器结构流程：第44页，讲稿共131张，创作于星期日-45-u采用锐线光源。采用锐线光源。u单色
30、器在火焰与检测器之间。单色器在火焰与检测器之间。u具有原子化系统。具有原子化系统。原子吸收光谱仪器特点：原子吸收光谱仪器特点：第45页，讲稿共131张，创作于星期日-46-1.锐线光源锐线光源 提提供供待待测测元元素素的的特特征征光光谱谱，发发射射谱谱线线宽宽度度很很窄窄的的元元素素共振线，获得较高的灵敏度和准确度。共振线，获得较高的灵敏度和准确度。1.1 锐线光源作用锐线光源作用第46页，讲稿共131张，创作于星期日-47-u能发射待测元素的共振线。能发射待测元素的共振线。u能发射锐线。能发射锐线。u辐射光强度大。辐射光强度大。u稳定性好。稳定性好。1.2 对锐线光源的要求对锐线光源的要求空
31、心阴极灯符合要求空心阴极灯符合要求空心阴极灯符合要求空心阴极灯符合要求第47页，讲稿共131张，创作于星期日-48-1.3 空心阴极灯的构造空心阴极灯的构造u由由空心圆筒状阴极空心圆筒状阴极空心圆筒状阴极空心圆筒状阴极和一个和一个阳极阳极阳极阳极组成：阴极空心圆筒内衬组成：阴极空心圆筒内衬入被测金属元素纯金属、合金或化合物。入被测金属元素纯金属、合金或化合物。u两电极密封于充有两电极密封于充有低压惰性气体低压惰性气体低压惰性气体低压惰性气体的带有的带有石英窗石英窗石英窗石英窗的玻璃壳的玻璃壳内，电场作用下惰性气体发光。内，电场作用下惰性气体发光。第48页，讲稿共131张，创作于星期日-49-1
32、.4 空心阴极灯的工作原理空心阴极灯的工作原理u电场作用下，空心阴极产生电场作用下，空心阴极产生辉光放电辉光放电辉光放电辉光放电。u阴极发射电子奔向阳极，与惰性气体碰撞，惰性气体阴极发射电子奔向阳极，与惰性气体碰撞，惰性气体电离产生正电荷，在电场作用下向阴极内壁猛烈轰击，电离产生正电荷，在电场作用下向阴极内壁猛烈轰击，阴极内衬金属物质发生阴极内衬金属物质发生阴极溅射阴极溅射阴极溅射阴极溅射。u溅射出来金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发溅射出来金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生生撞碰激发撞碰激发撞碰激发撞碰激发，金属原子从基态跃迁到激发态，于是发射，金属原子从基态跃迁到激发态，于是发射
33、出金属元素出金属元素特征谱线特征谱线特征谱线特征谱线。第49页，讲稿共131张，创作于星期日-50-1.5 空心阴极灯的特点空心阴极灯的特点u不同待测元素作阴极材料可制成相应空心阴极灯。不同待测元素作阴极材料可制成相应空心阴极灯。u空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。u辐射光强度大、稳定，谱线窄。辐射光强度大、稳定，谱线窄。u缺点：每次只能测定一个元素，缺点：每次只能测定一个元素，每测一种元素需更换相应的空每测一种元素需更换相应的空心阴极灯。心阴极灯。第50页，讲稿共131张，创作于星期日-51-1.6 空心阴极灯的电源调制空心阴极灯的电源调制 在在
34、在在原原原原子子子子化化化化过过过过程程程程中中中中，原原子子受受到到辐辐射射跃跃迁迁到到激激发发态态后后，处处于于不不稳稳定定状状态态，将将再再跃跃迁迁回回基基态态，故故存存存存在在在在原原原原子子子子发发发发射射射射现象现象现象现象。产生的辐射对测量将产生一定干扰。产生的辐射对测量将产生一定干扰。第51页，讲稿共131张，创作于星期日-52-u早期阴极灯采用直流供电，不能消除原子发射的干扰。早期阴极灯采用直流供电，不能消除原子发射的干扰。u目前采用调制光源：将光源与检波放大器电源同步调制，目前采用调制光源：将光源与检波放大器电源同步调制，采用方波脉冲供电。采用方波脉冲供电。uu检测器只接受
35、检测器只接受检测器只接受检测器只接受调制调制调制调制频率的光信号频率的光信号频率的光信号频率的光信号，从而消除了原子发射，从而消除了原子发射，从而消除了原子发射，从而消除了原子发射产生的直流信号的干扰。产生的直流信号的干扰。产生的直流信号的干扰。产生的直流信号的干扰。u方波脉冲供电平均灯电流很小，但锐线辐射很强，提高方波脉冲供电平均灯电流很小，但锐线辐射很强，提高了信噪比，延长了灯寿命。了信噪比，延长了灯寿命。第52页，讲稿共131张，创作于星期日-53-2.原子化器原子化器 作作作作用用用用：将将试试样样蒸蒸发发，并并使使待待测测定定元元素素转转化化为为基基态态原原子子蒸气。蒸气。uu火焰原
36、子化法：火焰原子化法：火焰原子化法：火焰原子化法：操作简单，分析时间短，对大多数操作简单，分析时间短，对大多数元素有较高的灵敏度，应用广泛。元素有较高的灵敏度，应用广泛。uu非火焰原子化法：非火焰原子化法：非火焰原子化法：非火焰原子化法：原子化效率要远远高于火焰原子原子化效率要远远高于火焰原子化法，灵敏度很高，但仪器装置复杂、昂贵，分析化法，灵敏度很高，但仪器装置复杂、昂贵，分析速度较慢。速度较慢。原子化器的类型：原子化器的类型：第53页，讲稿共131张，创作于星期日-54-火焰原子化法火焰原子化法火焰原子化法火焰原子化法非非非非火火火火焰焰焰焰原原原原子子子子化化化化法法法法：电电电电热高温
37、石墨管热高温石墨管热高温石墨管热高温石墨管第54页，讲稿共131张，创作于星期日-55-2.1 火焰原子火焰原子化装置化装置u雾化器雾化器u雾化室雾化室u供气系统供气系统u燃烧器燃烧器火焰火焰火焰火焰燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器撞击球撞击球撞击球撞击球毛细管毛细管毛细管毛细管雾化器雾化器雾化器雾化器试样试样试样试样废液废液废液废液雾化室雾化室雾化室雾化室助燃气助燃气助燃气助燃气燃烧器燃烧器雾化器雾化器第55页，讲稿共131张，创作于星期日-56-第56页，讲稿共131张，创作于星期日-57-(1)(1)雾化器雾化器雾化器雾化器uu作用：作用：作用：作用：将试液雾化。将试液雾化。uu类型：类型：类型
38、：类型：普遍采用同心型气动雾化器。普遍采用同心型气动雾化器。uu雾化原理：雾化原理：雾化原理：雾化原理：压缩空气或其它助燃气从雾化器的环形压缩空气或其它助燃气从雾化器的环形间隙高速喷出，喷雾口产生负压，通过毛细管吸入间隙高速喷出，喷雾口产生负压，通过毛细管吸入试液，由雾化喷管喷出，同时被高速气流分散成雾试液，由雾化喷管喷出，同时被高速气流分散成雾粒，撞击球使雾粒进一步雾化。粒，撞击球使雾粒进一步雾化。第57页，讲稿共131张，创作于星期日-58-uu雾化效率：雾化效率：雾化效率：雾化效率：一般在一般在10%左右，与试液的物理性质左右，与试液的物理性质（粘度、张力、密度等）有关，也与助燃气压力、
39、（粘度、张力、密度等）有关，也与助燃气压力、毛细管孔径及撞击球相对位置有关。毛细管孔径及撞击球相对位置有关。u提高助燃气流速，可使雾粒变细，但同时增大溶液提高助燃气流速，可使雾粒变细，但同时增大溶液提升量，降低了雾化效率。提升量，降低了雾化效率。第58页，讲稿共131张，创作于星期日-59-u使大雾粒沉降、凝聚，从废液口排出。使大雾粒沉降、凝聚，从废液口排出。u使雾粒与燃气、助燃气均匀混合，形成气溶胶，再使雾粒与燃气、助燃气均匀混合，形成气溶胶，再进入火焰原子化。进入火焰原子化。u缓冲作用，稳定混合气气压，使燃烧器产生稳定火缓冲作用，稳定混合气气压，使燃烧器产生稳定火焰。焰。(2)(2)雾化室
40、雾化室雾化室雾化室第59页，讲稿共131张，创作于星期日-60-uu作用：作用：作用：作用：产生火焰，使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原产生火焰，使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原子化。子化。uu结构：结构：结构：结构：耐腐蚀、耐高温，不锈钢材料制成。耐腐蚀、耐高温，不锈钢材料制成。uu燃烧器高度：燃烧器高度：燃烧器高度：燃烧器高度：可以上下调节，以选择适宜的火焰原子可以上下调节，以选择适宜的火焰原子化区域。化区域。uu燃烧器角度：燃烧器角度：燃烧器角度：燃烧器角度：可旋转一定角度，改变吸收光程。可旋转一定角度，改变吸收光程。(3)(3)燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器第60页，讲稿共131张，创作于星期日-
41、61-燃燃气气和和助助燃燃气气混混合合后后，在在燃燃烧烧器器缝缝口口点点燃燃形形成成火火火火焰焰焰焰。试试样样雾雾滴滴在在火火焰焰中中蒸蒸发发、干干燥燥、离离解解，产产生生大大量量基基态态原原子。子。根据燃气和助燃气的不同，火焰有不同的类型。根据燃气和助燃气的不同，火焰有不同的类型。uu空气空气空气空气-乙炔焰：乙炔焰：乙炔焰：乙炔焰：最常用火焰，最高温度约最常用火焰，最高温度约2600 K，能，能测测35种元素。种元素。uuN N2 2O-O-乙炔焰：乙炔焰：乙炔焰：乙炔焰：温度高，可测定元素温度高，可测定元素70多种。多种。(4)(4)火焰火焰火焰火焰第61页，讲稿共131张，创作于星期日
42、-62-火焰类型：火焰类型：火焰类型：火焰类型：第62页，讲稿共131张，创作于星期日-63-u火焰温度取决于燃气与助燃气类型。火焰温度取决于燃气与助燃气类型。u火焰温度越高，产生的激发态原子越多。火焰温度越高，产生的激发态原子越多。uu总原则：总原则：总原则：总原则：保证待测元素充分离解为基态原子的前保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰。提下，尽量采用低温火焰。火焰温度的选择：火焰温度的选择：火焰原子化的能力取决于火焰的温度，还与火火焰原子化的能力取决于火焰的温度，还与火火焰原子化的能力取决于火焰的温度，还与火火焰原子化的能力取决于火焰的温度，还与火焰的氧化还原性质有关！
43、焰的氧化还原性质有关！焰的氧化还原性质有关！焰的氧化还原性质有关！第63页，讲稿共131张，创作于星期日-64-空气空气-乙炔焰的三种类型：乙炔焰的三种类型：uu化学计量火焰：化学计量火焰：化学计量火焰：化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。用。uu富燃火焰：富燃火焰：富燃火焰：富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。稀土等。uu贫燃火焰：贫燃火焰：贫燃火焰：贫燃火焰：温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。定。第64页，讲稿共
44、131张，创作于星期日-65-火焰原子化法的缺点：火焰原子化法的缺点：雾化效率低，原子化效率低。雾化效率低，原子化效率低。雾化效率低，原子化效率低。雾化效率低，原子化效率低。基态气态原子在火焰吸收区中停留时间很短，约基态气态原子在火焰吸收区中停留时间很短，约基态气态原子在火焰吸收区中停留时间很短，约基态气态原子在火焰吸收区中停留时间很短，约1010-4-4 s s。原子蒸气在火焰中被大量气体稀释。原子蒸气在火焰中被大量气体稀释。原子蒸气在火焰中被大量气体稀释。原子蒸气在火焰中被大量气体稀释。火焰原子吸收法灵敏度提高受到限制！火焰原子吸收法灵敏度提高受到限制！火焰原子吸收法灵敏度提高受到限制！火
45、焰原子吸收法灵敏度提高受到限制！第65页，讲稿共131张，创作于星期日-66-2.2 非火焰原子化法非火焰原子化法 利利用用电电电电热热热热、阴阴阴阴极极极极溅溅溅溅射射射射、高高高高频频频频感感感感应应应应或或或或激激激激光光光光等等方方法法使使试试样样中中待待测测定定元元素素原原子子化化，目目前前应应用用最最广广泛泛的的是是石石石石墨墨墨墨炉炉炉炉原子化法。原子化法。原子化法。原子化法。第66页，讲稿共131张，创作于星期日-67-2.2.1 石墨炉原子化器的结构石墨炉原子化器的结构 主主要要由由炉炉炉炉体体体体、石石石石墨墨墨墨管管管管和和电电电电、水水水水、气气气气供供供供给给给给系系
46、系系统统统统三三部部分分组组成。成。第67页，讲稿共131张，创作于星期日-68-(1)(1)加热电源加热电源加热电源加热电源uu作用：作用：作用：作用：电加热，提供试样蒸发、灰化、原子化所需电加热，提供试样蒸发、灰化、原子化所需的温度条件。的温度条件。uu加热原理：加热原理：加热原理：加热原理：惰性气体保护下，惰性气体保护下，10-25 V10-25 V低电压、低电压、低电压、低电压、400-400-600 A600 A大电流的交流电大电流的交流电大电流的交流电大电流的交流电向石墨管供电。石墨管作为一个向石墨管供电。石墨管作为一个电阻发热体迅速升温，使石墨管中样品原子化，最高温电阻发热体迅速
47、升温，使石墨管中样品原子化，最高温度可达度可达3000 K以上。以上。uu石墨炉原子化又称为：石墨炉原子化又称为：石墨炉原子化又称为：石墨炉原子化又称为：电热原子化电热原子化电热原子化电热原子化。第68页，讲稿共131张，创作于星期日-69-致致密密石石墨墨制制成成，管管中中央央有有进进样样孔孔，可可通通过过微微量量进进样样器或自动进样器进样。器或自动进样器进样。(2)(2)石墨管石墨管石墨管石墨管第69页，讲稿共131张，创作于星期日-70-uu电极：电极：电极：电极：通电。通电。uu石墨锥：石墨锥：石墨锥：石墨锥：固定石墨管和导电作用。固定石墨管和导电作用。uu冷却水：冷却水：冷却水：冷却
48、水：使炉体降温。使炉体降温。uu载气（载气（载气（载气（ArAr）：）：）：）：石墨管两端流入，进样孔流出，除去石墨管两端流入，进样孔流出，除去干燥和灰化过程产生的基体蒸气。干燥和灰化过程产生的基体蒸气。uu保护气（保护气（保护气（保护气（ArAr）：）：）：）：防止高温下石墨管被氧化。防止高温下石墨管被氧化。(3)(3)炉体炉体炉体炉体第70页，讲稿共131张，创作于星期日-71-石墨管石墨管石墨管石墨管进样孔进样孔进样孔进样孔石墨锥石墨锥石墨锥石墨锥载气入口载气入口载气入口载气入口保护气保护气保护气保护气电极电极电极电极石英窗石英窗石英窗石英窗冷却水冷却水冷却水冷却水载气载气载气载气载气载
49、气载气载气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气保护气第71页，讲稿共131张，创作于星期日-72-2.2.2 原子化器升温程序原子化器升温程序 为为改改善善加加热热性性能能，石石墨墨炉炉原原子子化化器器大大都都采采用用斜斜斜斜坡坡坡坡程程程程序序序序升升升升温温温温，而而不不采采用用阶阶梯梯式式升升温温，将将试试样样干干燥燥、灰灰化化、原原子子化、除残四个过程分步进行化、除残四个过程分步进行。第72页，讲稿共131张，创作于星期日-73-uu温度：温度：温度：温度：通常控制稍高于溶剂的沸点，如常用水溶通常控制稍高于溶剂的沸点，如常用水溶液样
50、品干燥温度为液样品干燥温度为105-110。uu时间：时间：时间：时间：10-20 s。uu作用：作用：作用：作用：脱溶剂，避免在灰化、原子化时试样飞溅。脱溶剂，避免在灰化、原子化时试样飞溅。(1)(1)干燥干燥干燥干燥第73页，讲稿共131张，创作于星期日-74-uu温度：温度：温度：温度：500-800。uu时间：时间：时间：时间：10-20 s。uu作用：作用：作用：作用：除去易挥发的基体和有机物，减少分子除去易挥发的基体和有机物，减少分子吸收。吸收。(2)(2)灰化灰化灰化灰化第74页，讲稿共131张，创作于星期日-75-uu温度：温度：温度：温度：1800-3000 时间：时间：时间