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1、原子吸收光谱实验原子吸收光谱实验教学课件教学课件（一）仪器基本原理（一）仪器基本原理制作：徐制作：徐 强强化学与材料科学学院化学与材料科学学院实验实验1 原子吸收光谱实验原子吸收光谱实验一一、原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理二二、原子吸收分光光度计结构原子吸收分光光度计结构三三、实验技术和分析方法实验技术和分析方法四四、干扰效应及其消除方法干扰效应及其消除方法五五、仪器操作方法仪器操作方法 1.1 原理原理 原子吸收光谱法是基于从光源发出的待测元素的特征谱线（锐线光源），通过一定厚度的原子蒸气时，被待测元素基态原子吸收，辐射的减弱程度（吸光度）与原子蒸气中待测元素的基态原子数N0的
2、关系遵循朗伯-比尔定律：一、原子吸收光谱法原理一、原子吸收光谱法原理 而试样中待测元素浓度c与蒸气中基态原子总数N0有确定关系，因此在确定实验条件下，吸光度与试样中待测元素浓度呈线性关系：这就是原子吸收光谱法进行定量分析的基本公式 相似之处相似之处不同之处不同之处吸收机理光源仪器分布紫外可见光谱均属于吸收光谱的范围工作波段190900nm光源单色光吸收池检测器分子吸收带状谱线连续光源（钨灯、氘灯）光源 单色器吸收池检测器原子吸收光谱锐线光源原子化器单色器检测器原子吸收线状光谱锐线光源（空心阴极灯）锐线光源原子化器单色器检测器1.2 原子吸收光谱与紫外吸收光谱比较原子吸收光谱与紫外吸收光谱比较二
3、、原子吸收分光光度计结构二、原子吸收分光光度计结构 原子吸收分光光度计主要组成：（1）锐线光源 （2）原子化器 （3）分光系统 （4）检测系统2.1 光源光源发射被测元素的特征共振辐射。光源应满足以下要求：（1）发射的共振辐射的半宽度 要明显小于吸收线的半宽度 （2）辐射的强度大 （3）辐射光稳定，使用寿命长。目前广泛应用的光源是空心阴极灯光源的作用：（1）结构如图所示：空心阴极灯（2）作用原理 施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极，与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击;使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离
4、子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。（3）用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关（4）优缺点 辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换 每测一种元素需更换相应的灯。2.2.1 作用作用 将试样中待测元素变成基态原子蒸气 2.2.2 原子化器类型原子化器类型 A.火焰原子化器 B.石墨炉原子化器 C.氢化物原子化器2.2 原子化装置原子化装置（1）结构:由雾化器和燃烧器两部分组成2.2.1 火焰原子化器火焰原子化器 按燃助比的不同，可将火焰分为三类：正常焰：焰助比为14，温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富燃焰
5、：焰助比大于13，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 贫燃焰：焰助比小于16，火焰温度较高，氧化性 气氛，适用于碱土金属测定（2）作用 使待测物质分解为基态自由原子。（3）火焰类型分类（4）火焰温度的选择：（a）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；（b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多，对 测定不利 （c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空 气乙炔，最高温度2600K，能测35种元素。2.2.2 石墨炉原子化器石墨炉原子化器（1）结构 外气路中氩气沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中氩气体由管两端流向管中心，从中心孔流
6、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汽。优点：优点：原子化程度高，试样用量少（1100L），可测固 体及 粘稠试样，灵敏度高，检测限10-12 g/L。缺点：缺点：精密度较差，测定速度慢，操作不够简便，装置复 杂。四个阶段：干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化 （去除残渣），待测元素在高温下生成基态原子。（2）原子化过程2.3 单色器单色器2.3.1 作用作用 将待测元素的共振线与邻近线分开。2.3.2 组件组件 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。2.3.3 单色器性能参数单色器性能参数（1）线色散率线色散率（D）：两条谱线间的距离与波长差的比值X/。实际工作中常用
7、其倒数/X （2）分分辨辨率率：仪器分开相邻两条谱线的能力。用该两条谱线的平均波长与其波长差的比值/表示。（3）通通带带宽宽度度（W）：指通过单色器出射狭缝的某标称波长处的辐射范围。当倒色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定：W=D S2.4 检测器检测器 主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装 置组成。1.检测器检测器-将单色器分出的光信号变成电信号。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。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.对数变换器对数变换器-光强度与吸光度之间的转换。4.显示、记录显示、记录2.5 仪器类型仪器类型1.单光束型单光束
8、型 有一个单色器、一个检测器，只能同时测定一种元素。该仪器结构简单、灵敏度高，满足日常分析工作。缺点：不能消除光源波动而导致的基线漂移。2.双光束型双光束型 光源辐射被旋转斩光器分为两束光，试样光束通过火焰，参比光束不通过火焰，然后用半透半反射镜将试样光束及参比光束交替通过单色器而投射至检测系统，得参比讯号和试样讯号，并得到得到其比值，可消除光源的漂移。特点：灵敏度高，火焰原子吸收（特点：灵敏度高，火焰原子吸收（0.x g/mL），石），石墨炉原子吸收（墨炉原子吸收（0.00 x g/mL），选择性好，准确度高，），选择性好，准确度高，操作简便，分析速度快。操作简便，分析速度快。应用：用于冶金
9、、地质、机械、化工、医药卫生和环应用：用于冶金、地质、机械、化工、医药卫生和环境保护等部门。境保护等部门。2.6 原子吸收光谱法的特点和应用原子吸收光谱法的特点和应用三三 实验技术和分析方法实验技术和分析方法、测定条件的选择测定条件的选择、定量分析方法定量分析方法、灵敏度、特征浓度和灵敏度、特征浓度和 检出限检出限、测定条件的选择、测定条件的选择 1、分析线 一般选待测元素的共振线作为分析线，测量高浓度时，也可选次灵敏线 2、峡缝宽度 无邻近干扰线（如测碱及碱土金属）时，选较大的通带，反之（如测过渡及稀土金属），宜选较小通带。3、空心阴极灯的工作电流 在保证有稳定和足够的辐射光通量的情况下，尽
10、量选较低的电流。4、原子化条件的选择 火焰类型是影响原子化效率的的主要因素。依据不同试样元素选择不同火焰类型。低、中温元素，使用乙炔空气火焰；高温元素，使用乙炔氧化亚氮高温火焰。5、进样量 在实际工作中，应测定吸光度随进样量的变化，使用达到最满意的吸光度进样量。、定量分析方法、定量分析方法、标准曲线法1、标准曲线的制作 用纯的试剂配制一组浓度合适的标准溶液，用试剂空白溶液做参比，在选择的条件下，由低浓度到高浓度依次喷入火焰，分别测定其吸光度A，以A为纵坐标，以c为横坐标，绘制A-c 标准曲线。在相同条件下，喷入被测试液，测定其吸光度，在标准曲线上，求出试样的待测元素的含量和浓度。（1）非吸收线
11、的影响（2）共振变宽的影响（3）发射线与吸收线的相对宽度（4）电离效应标准曲线弯曲的原因标准曲线弯曲的原因 取若干份体积相同的试液（CX），依次按比例加入不同量的待测物的标准溶液（C0），定容后浓度依次CX CX+C0，CX+2C0，CX+3CO，CX+4C0 分别测得吸光度为：AX，A1，A2，A3，A4。以A对浓度c 做图得一直线，图中cX点即待测溶液浓度。3.2.2 标准加入法标准加入法、灵敏度、特征浓度和检出限、灵敏度、特征浓度和检出限 1、灵敏度（、灵敏度（S）指在一定浓度时，测定值（吸光度）的增量（A）与相应的待测元素浓度（或质量）的增量（c或m）的比值：Sc=A/c 或 Sm =
12、A/m 2、特征浓度、特征浓度指对应于1%净吸收（IT-IS）/IT=1/100的待测物浓度（cc），或对应与吸光度的待测元素浓度.ccc/A 单位：g(mol 1%)-1 3、特征质量特征质量 mcm/A 单位：g (mol 1%)-1 3、检出限、检出限 在适当置信度下，能检测出的待测元素的最小浓度或最小量。用空白溶液，经若干次（10-20次）重复测定所得吸光度的标准偏差的3倍求得。(1)火焰法火焰法 cDL=3Sb/Sc 单位：gml-1 (2)石墨炉法石墨炉法 mDL=3Sb/Sm Sb：标准偏差 S3c（Sm）：待测元素的灵敏度，即工作曲线的斜率。它表示能被仪器检出的元素的最低浓度或
13、最低质量。四、四、干扰效应及其消除干扰效应及其消除4.1 化学干扰 化化学学干干扰扰指待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应。主要影响到待测元素的原子化效率，是主要干扰源。（1）待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子减少。例：a、钴、硅、硼、钛、铍在火焰中易生成难熔化合物。b、硫酸盐、硅酸盐与铝生成难挥发物。（2）待待测测离离子子发发生生电电离离反反应应，生生成成离离子子，不不产产生生吸吸收收，总总吸吸收收强强度度减减弱弱，电电离离电电位位6eV的的元元素素易易发发生生电电离离，火火焰焰温温度越高，干扰越严重，（如碱及碱土元素）。度越高，干扰越严重，（如碱
14、及碱土元素）。通过在标准溶液和试液中加入某种光谱化学缓冲剂来抑制或减少化学干扰：（1）释释放放剂剂与干扰元素生成更稳定化合物使待测元素释放出来。例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。（2）保保护护剂剂与待测元素形成稳定的络合物，防止干扰物质与其作用。例：加入例：加入EDTA生成生成EDTA-Ca，避免磷酸根与钙作用。，避免磷酸根与钙作用。（3）饱和剂饱和剂加入足够的干扰元素，使干扰趋于稳定。例例：用用N2OC2H2火火焰焰测测钛钛时时，在在试试样样和和标标准准溶溶液液中中加加入入300mgL-1以上的铝盐，使铝对钛的干扰趋于稳定。以上的铝盐，使铝对钛的干扰
15、趋于稳定。（4）电电离离缓缓冲冲剂剂加入大量易电离的一种缓冲剂以抑制待测元素的电离。例：加入足量的铯盐，抑制例：加入足量的铯盐，抑制K、Na的电离。的电离。化学干扰的抑制化学干扰的抑制（2）某些易电离的元素在火焰中易发生电离，使参与原子吸收的基态原子减少，引起原子吸收信号降低，这就称为电离干扰，是化学干扰的一种重要形式。消除方法：一般采取在试液中加入更易电离的元素，有效地抑制待测元素的电离，这种试剂称消电离剂。例：加入足量的铯盐，抑制K、Na的电离。消电离剂是在火焰中能够提供大量电子，又不会在所用波长发生吸收的易电离的元素。试样在转移、蒸发过程中物理因素变化引起的干扰效应，主要影响试样喷入火焰的速度、雾化效率、雾滴大小等。可通过控制试液与标准溶液的组成尽量一致的方法来消除。4.2 物理干扰4.3 光谱干扰 待测元素的共振线与干扰物质谱线分离不完全，这类干扰主要来自光源和原子化装置，主要有以下几种：（1）在分析线附近有单色器不能分离的待测元素的邻近 线，可以通过调小狭缝的方法来抑制这种干扰。（2）空心阴极灯内有单色器不能分离的干扰元素的辐射 换用纯度较高的单元素灯减小干扰。（3）灯的辐射中有连续背景辐射 用较小通带或更换灯