原子吸收光谱1..优秀PPT.ppt

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1、第一章第一章 原子吸取光谱法原子吸取光谱法Atomic Absorption Spectrometry(AAS)第一节 光分析法导论以物质的光学性质为基础建立的分析方法，称为光学分析法以物质的光学性质为基础建立的分析方法，称为光学分析法 光光电磁辐射（电磁波）能量 频率 波长 光速普朗克常量 h=能谱分析能谱分析波谱分析波谱分析光谱分析光谱分析蓝移蓝移 blue-shift 红移红移 red-shift往高波数、短波方向移动往低波数、长波方向移动光与物质的相互作用光与物质的相互作用吸取、放射、透射、折射、散射、干涉、衍射和偏振等 吸取：当光与物质接触时，某些频率的光被选择性吸取并使其强度减弱，

2、这种现象称为物质对光的吸取。I0L，cI折射、反射、色散、干涉等 光学分析法的分类：光学分析法的分类：光谱法：基于测量辐射的波长及强度非光谱法：主要利用电磁辐射与物质的相互作用依据电磁辐射的本质，光谱方法可分为分子光谱及原子光谱。依据辐射能量的传递，分为放射光谱、吸取光谱、荧光光谱、拉曼光谱等。不涉及光谱的测定，亦即不涉及能级的跃迁，利用电磁辐射在方向上的变更或物理性质的变更为什么原子光谱是线状的，分子光谱是带状的为什么原子光谱是线状的，分子光谱是带状的?其次节 原子吸取光谱 原子吸取光谱法，是原子吸取光谱法，是20世纪世纪50年头中期（年头中期（1955年）年）由澳大利亚物理学家沃尔什（由澳

3、大利亚物理学家沃尔什（A.Walsh)首先确定的，并首先确定的，并在以后渐渐发展起来的一种新型仪器分析法。在以后渐渐发展起来的一种新型仪器分析法。基于测量待测元素的基态原子对其特征谱线的吸取基于测量待测元素的基态原子对其特征谱线的吸取程度而建立起来的分析方法。程度而建立起来的分析方法。v灵敏度高v选择性好v精密度和精确度高v测定元素多v需样量少v分析速度快 Atomatic AbsorptionSpectrophotometry原子吸取光谱法原子吸取光谱法原子吸取分光光度法原子吸取分光光度法原子吸取分析示意图原子吸取分析示意图 原子的核外电子一般处在基态运动，当获得足够的能量后，就会原子的核外

4、电子一般处在基态运动，当获得足够的能量后，就会从基态跃迁到激发态，得到吸取光谱从基态跃迁到激发态，得到吸取光谱.处于激发态不稳定（寿命小于处于激发态不稳定（寿命小于10-8 s10-8 s），快速回到基态时，），快速回到基态时，就要释放出多余的能量，若此能量以光的形式出现，即得到放射光谱。就要释放出多余的能量，若此能量以光的形式出现，即得到放射光谱。原子光谱的产生原子光谱的产生共振放射线：原子外层电子由第一激发态干脆跃迁至基态所辐射的谱线称为共振放射线；共振吸取线：原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所吸取的确定波长的谱线称为共振吸取线；共振线：共振放射线和共振吸取线都简称为共振线。由由较较低低

5、级级的的激激发发态态（第第一一激激发发态态）干干脆脆跃跃迁迁至至基基态态的的谱谱线线称称为为第一共振第一共振线线，一般也是元素的最灵敏，一般也是元素的最灵敏线线。当当该该元元素素在在被被测测物物质质里里降降低低到到确确定定含含量量时时，出出现现的的最最终终一条一条谱线谱线，这这是最是最终线终线，也是最灵敏，也是最灵敏线线。用来用来测测量量该该元素的元素的谱线谱线称分析称分析线线。灵敏线、最终线及分析线：灵敏线、最终线及分析线：若将一束不同频率，强度为 I0 的平行光通过厚度为1cm的原子蒸气时，一部分光被吸取透射光的强度 In 仍听从朗伯-比尔定律：式中：Kn 基态原子对频率为的光的吸取系数，

6、它是光源辐射频率 n的函数原子吸取光谱法和可见光光度法的区分?基态原子与待测元素含量的关系基态原子与待测元素含量的关系 在在确确定定的的火火焰焰温温度度下下，当当处处于于热热力力学学平平衡衡时时，火火焰焰中中激激发发态原子数与基态原子数之比听从玻尔茨曼分布定律。态原子数与基态原子数之比听从玻尔茨曼分布定律。即：即：式中：式中：Nq-激发态原子数激发态原子数 No-基态原子数基态原子数 gq,g0-激发态、基态统计权重激发态、基态统计权重 k-玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 T-热力学温度热力学温度 例如：钠原子，核外电子组成为：例如：钠原子，核外电子组成为：（1 1S S）2 2（2S2S）2 2（

7、2P2P）6 6（3S3S）1 1l 此此时间谱项为：l 32S1/2 32S1/2 表表示示n=3 n=3 L=0 L=0 S=1/2 S=1/2 M=2 M=2 J=1/2,J=1/2,-为基基态光光谱项。l 32P3/2 n=3 L=1 S=1/2 J=3/2 32P3/2 n=3 L=1 S=1/2 J=3/2 l 32P1/2 n=3 L=1 S=-1/2 J=1/2 32P1/2 n=3 L=1 S=-1/2 J=1/2 l 钠谱线：5889.96 32S1/2-32P3/25889.96 32S1/2-32P3/2l 5895.93 32S1/2-32P1/2 5895.93 3

8、2S1/2-32P1/2例1 用原子吸取光谱法测定某试样中Na的质量分数，吸取线为589.0nm。试计算在火焰原子化温度为2500K和3000K时，此谱线的激发态与基态原子数的比值，计算结果说明白什么问题？589.0nm谱线是由 跃迁产生的。为什么原子吸取光谱法的精确度和灵敏度高于原子放射光谱？原子吸取谱线原子吸取谱线吸吸收收系系数数KvK00频率频率 K0自然宽度natural width：无外界影响下，谱线仍有确定宽度 与原子发生能级跃迁时激发态原子的有限寿命有关多普勒变宽Doppler broadening：由于原子在空间作无规则热运动所导致，又称为热变宽 与元素的相对原子质量、温度和谱

9、线的频率有关碰撞变宽（压力变宽）pressure broadening：吸光原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起的能级略微变更，使放射或吸取光量子频率变更而导致的谱线变宽自吸变宽：空心阴极灯光源放射的共振线被灯内同种基态原子所吸取产生自吸现象。场致变宽：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，一般影响较小。原子吸取线的宽度：原子吸取线的宽度：谱线的自吸与自蚀谱线的自吸与自蚀2.2.自自蚀在谱线上，常用在谱线上，常用r r表示自吸，表示自吸，R R表示自蚀。表示自蚀。共振线上，自吸严峻时谱线变宽，共振线上，自吸严峻时谱线变宽，称为共振变宽称为共振变宽 原原子子蒸蒸气气所所

10、吸吸取取的的全全部部能能量量，在在原原子子吸吸取取光光谱谱分分析析中中称为积分吸取，亦即吸取线下面所包括的整个面积。称为积分吸取，亦即吸取线下面所包括的整个面积。原子吸取测量方法原子吸取测量方法1、积分吸取法2、极大（峰）值吸取法锐线光源：能辐射出谱线宽度很窄的原子线光源。为了测量K0值：1、必需使光源放射线的中心频率与吸取线的中心频率一样2、放射线的半宽度必需比吸取线的半宽度小得多（必需运用锐线光源）用于测量和记录待测物质在确定条件下形成的基态原子蒸气对其特征光谱线的吸取程度并进行分析测定的仪器，称为原子吸取光谱仪或原子吸取分光光度计。第三节 原子吸取光谱仪信号处理光源 原子化系统 外光路系

11、统 分光系统 检测器 检测系统 显示装置 单色器原子吸取分光光度计原子吸取分光光度计1 1、光源光源v能辐射锐线，即放射线的半宽度比吸取线的半宽度窄得多，否则测出的不是峰值吸取。v能辐射待测元素的共振线，并且具有足够的强度，以保证有足够的信噪比。v辐射的光强度必需稳定且背景小，而光强度的稳定性与供电系统的稳定性有关。作用：辐射待测元素的特征光谱。作用：辐射待测元素的特征光谱。空心阴极灯示意图空心阴极灯示意图空心阴极阳极光窗惰性气体玻璃管优点：辐射光强度大，稳定，谱线窄局限性：每测一种元素需更换相应的灯2 2、原子化器原子化器 作用：将试样中的待测元素转化为原子蒸气。作用：将试样中的待测元素转化

12、为原子蒸气。火焰原子化法：雾化器，燃烧器（flame atomization）无火焰原子化法：石墨炉原子化，低温原子化（flameless atomization）雾化器示意图雾化器示意图撞击球试液助燃气毛细管节流管 优点：重现性好，易于操作缺点：原子化效率低，灵敏度不高火焰原子化火焰原子化石墨炉原子化石墨炉原子化 原子化效率高，基态原子浓度高 灵敏度高 取样量少，能干脆分析液体和固体样品 操作条件不易限制操作条件不易限制 重现性差，精确度低重现性差，精确度低 设备困难，费用较高设备困难，费用较高优点优点缺点缺点石墨管试样入口试样无火焰无火焰原子化法原子化法石墨炉原子化石墨炉原子化低温原子化低

13、温原子化氢化物发生法氢化物发生法冷原子化法冷原子化法3 3、分光系统分光系统 作用：将待测元素的分析线与干扰线分开，作用：将待测元素的分析线与干扰线分开，使检测系统只能接受分析线。使检测系统只能接受分析线。反射镜 分光系统的辨别实力取决于色散元件的色散率和狭缝宽度。光谱通带：色散率倒数：4 4、检测系统检测系统 光电转换器、放大器和显示器 作用：将光信号转换为足够大的电信号作用：将光信号转换为足够大的电信号光电倍增管光电倍增管避开非信号光照射和长时间无间隙运用不用过高的电压 配置一组合适的标准溶液，由低浓度到高浓度，依次喷入火焰，分别测定其吸光度A。以测得的吸光度为纵坐标，待测元素的含量或浓度

14、c为横坐标，绘制A-c标准曲线。标准曲线法标准曲线法缺点：1、测量个别样品比较麻烦 2、标准样的组成须与待测样品相近标准加入法标准加入法 将试样分成体积相同的若干份，除一份外，其余各份分别加入已知量的不同浓度的标准溶液，稀释定容后分别测量其吸光度。以加入待测元素的标准量为横坐标，相应的吸光度为纵坐标作图，得始终线。将此直线外推至横坐标相交处，得稀释后待测元素的浓度。留意留意1、得到的是稀释后待测元素的浓度2、对于斜率太小的曲线，简洁引进较大的误差 例1 用原子吸取光谱法测定某试样中Pb2+的浓度，取5.00 mL未知Pb2+试液，放入50 mL容量瓶中，稀释至刻度，测得吸光度为0.275，另取

15、5.00 mL 未知液和2.00 mL 的Pb2+标准溶液，也放入50 mL容量瓶中稀释至刻度，测得吸光度为0.650，未知液中Pb2+的浓度是多少？例2 用冷原子吸取法测定排放废水中的微量汞，分别吸取试液10.00 mL于一组25 mL的容量瓶中，加入不同体积的标准汞溶液（质量浓度为 ），稀释至刻度。测得下列吸光度：V(Hg)/mL 0.000.501.001.502.002.50A0.0670.1450.2220.2940.3710.445在相同条件下作空白试验，吸光度为0.015。计算每升水样中汞的质量浓度（用 表示）。能产生1%光吸取或0.0044吸光度所须要的被测定元素溶液的质量浓度

16、（特征浓度）。灵敏度灵敏度例3 接受原子吸取光谱法分析试样中的微量硅，硅空心阴极灯放射出三条较强的谱线251.43nm，251.61nm，251.92nm。初步试验时，当Si质量浓度为5.0 ，三条波长下测定的吸光度值分别为0.044，0.44，0.022。（1）选择哪一条谱线测量为宜？（2）当仪器的倒线色散率D为2nm/mm时，应选用多大的狭缝宽度？在选定的狭缝宽度下相应的光谱通带应是多少？例4 球墨铸铁试样中Mg的质量分数为0.010，接受原子吸取法测定时，求其最适宜的质量范围是多少？制备试液25mL，应称取多少克试样？(已知Mg的灵敏度为0.0050mgL-1/1%)检出限检出限 检出限

17、是指一个元素能被测出的最小量（浓度或质量）。其中D为检出限，A为吸光度，为噪声水平，c为待测元素的浓度，V为待测溶液的用量 干扰类型：物理干扰、化学干扰和光谱干扰锐线光源锐线光源共振吸取线共振吸取线基态原子基态原子原子吸取光谱原子吸取光谱干扰小干扰小 第四节 干扰及其消退 试样在转移、蒸发过程中任何物理因素变更而引起的干扰效应。1 1、物理干扰、物理干扰 physical interference（基体效应）基体效应）试液的粘度：影响试样喷入火焰的速度试液的粘度：影响试样喷入火焰的速度表面张力：影响雾滴的大小及分布表面张力：影响雾滴的大小及分布溶剂的蒸气压：影响蒸发速度和凝合损失溶剂的蒸气压：

18、影响蒸发速度和凝合损失雾化气体的压力：影响喷入量的多少雾化气体的压力：影响喷入量的多少 这些因素最终都影响进入火焰中的待测元素的原子数量，因而影响吸光度的测定。消退方法消退方法 配制与待测溶液组成相像的标准溶液，或接受标准加入法，使试液与标准溶液的物理干扰一样。2 2、化学干扰、化学干扰 chemical interference 化学干扰是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。主要影响待测元素的原子化效率待测元素与共存物质作用生成难挥发的化合物致使参与吸取的基态原子数削减电离干扰高温火焰高温火焰消电离剂消电离剂 消电离剂 释放剂：与干扰元素形成更稳定、更难挥发化合物 爱护剂：与

19、待测元素形成稳定又易于原子化的化合物 缓冲剂：超过缓冲量的干扰元素使干扰趋于稳定用标准加入法来限制化学干扰沉淀法、离子交换、溶剂萃取等分别干扰组分与待测元素抑制干扰：抑制干扰：有机溶剂的影响有机溶剂的影响1、对试样雾化过程的影响（物理干扰）2、火焰燃烧过程的影响变更火焰温度和组成，影响原子化效率溶剂的产物引起放射及吸取，有的溶剂燃烧不完全将产生微粒碳而引致散射酯类、酮类燃烧完全，火焰稳定，是最合适的溶剂。3 3、光谱干扰、光谱干扰 spectral interference1、与光源有关的光谱干扰非共振线干扰 主要来自光源和原子化器主要来自光源和原子化器减小狭缝宽度减小狭缝宽度u与分析线相邻的

20、待测元素的谱线u u 其它特征谱线的吸取系数小于共振线的吸取系数，导致吸光度降低，标准曲线弯曲。u与分析线相邻的非待测元素的谱线提高阴极材料纯度提高阴极材料纯度2、光谱线重叠干扰 共振线重叠引起干扰，可选用待测元素的其它谱线来避开干涉，或分别干扰元素。被测元素共振线 （nm）干扰元素共振线 （nm）信号相等时元素浓度比火焰Cu 324.754Eu 324.753500:1乙炔-氧化亚氮Mn 403.307Ca 403.29820:1乙炔-氧化亚氮Hg 253.652Co 253.6498:1乙炔-空气3、与原子化器有关的干扰 背景吸取 background absorption（分子吸取）是来

21、自原子化器（火焰或无火焰）的一种光谱干扰，它是由所引起的。气态分子对光的吸取 高浓度盐的固体微粒对光的散射接近线校正法 测量与分析线邻近的非吸取线的吸取（即背景吸取），再从分析线的总吸取中扣除非吸取线的吸取。用与试样溶液有相像组成的标准溶液来校正氘灯校正 同时运用空心阴极灯和氘灯两个光源，让两灯发出的光辐射交替通过原子化器。塞曼效应校正 塞曼效应：把产生光谱的光源置于强磁场内，在磁场的作用下，光源辐射的每条线便分裂成几条偏振化的分线。背景吸取及消退背景吸取及消退l分析线：灵敏度高，干扰少l空心阴极灯电流：l 保证稳定和合适光强输出，选用最低的工作电流l火焰：保证原子化效率，避开电离l燃烧器高度：l 使测量光束从自由原子浓度最大的火焰区通过l狭缝宽度：保证光强，分别干扰线 测试条件的选择：测试条件的选择：应用：应用：干脆原子吸取：干脆测定试样中待测元素。间接原子吸取：待测元素本身不能或不简洁干脆用原子吸取光谱法测定，而利用它与其次种元素或化合物发生化学反应，再测定产物或过量的反应物中其次种元素的含量，依据反应方程式即可算出试样中待测元素的含量。灵敏度高、稳定性好，适用范围广，仪器简洁，操作便利，在测定矿物、金属及其合金、玻璃、陶瓷、水泥、化工产品、土壤、食品、血液、生物试样、环境污染物等等试样中的金属元素含量时，是首选的定量方法。