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1、原子吸收-课件-生工食品 8.1 8.1 概述概述概述概述原子吸收光谱分析是基于物质所产生的原子蒸气原子吸收光谱分析是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线（待测元素的特征谱线）的吸收作用对特定谱线（待测元素的特征谱线）的吸收作用来进行定量分析的方法。来进行定量分析的方法。它是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸它是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸它是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸它是基于物质所产生的原子蒸气对特征谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。收作用来进行定量分析的一种方法。收作用来进行定量分析的一种方法。收作用来进行定量分析的一种方法。优优 势势专一性：空心阴极灯只发出
2、所需要的特征波长的专一性：空心阴极灯只发出所需要的特征波长的辐射线，不发射邻近波长的辐射线，因此干扰小。辐射线，不发射邻近波长的辐射线，因此干扰小。高灵敏度：原子吸收过程中，所测定的是大部分高灵敏度：原子吸收过程中，所测定的是大部分的原子。的原子。1.1.1.1.共振线与吸收线共振线与吸收线共振线与吸收线共振线与吸收线每种原子的核外电子能级分布不同，当产生由基态第一激发态的跃迁时，吸收特定频率的辐射能量。原子吸收光谱是线状光谱。1.原子在两个能态之间的跃迁伴随着能量的吸收和发射。2.原子可具有多种能级状态。原子受外界能量激发时，可跃迁到不同能级，因此具有不同激发态。3.3.原子由基态第一激发态
3、的跃迁,最易发生。原子的外层电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要原子的外层电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频率的光，当它再跃迁回基态时，则发射出吸收一定频率的光，当它再跃迁回基态时，则发射出同样频率的光（谱线），这种谱线称为共振吸收线。同样频率的光（谱线），这种谱线称为共振吸收线。8.2 8.2 基本原理基本原理基本原理基本原理特点特点共振线是元素的特征谱线。各种元素的原子结构和外层电子排布不同，不同元素的原子从基态激发至第一激发态时，吸收的能量不同，因此各种元素的共振线不同。共振线是元素的灵敏线。从基态到第一激发态间的直接跃迁最容易发生。原子吸收分析的根据原子吸收分析的根据 吸收
4、线（原子群从基态跃迁到激发态所吸收的谱线）并不是绝对单色的几何线，而是具有一定宽度，称之为谱线轮廓。2.2.2.2.谱线轮廓与谱线变宽谱线轮廓与谱线变宽谱线轮廓与谱线变宽谱线轮廓与谱线变宽谱线轮廓：谱线轮廓：原子吸收共振线 后光的强度（不同频率的光通过原子蒸气后有一部分光被吸收，透过的光的强度）与原子蒸气的宽度（火焰的宽度）有关。当原子蒸气中原子密度一定，则透过光的强度与原子蒸气宽度呈正比朗比伯尔定律：为透过光的强度；L为原子蒸气的宽度，为原子蒸气对频率为v的光的吸收系数。I I0 0I It tL L由于物质的原子对光的吸收具有选择性，所以 随着光源的辐射频率而改变。即对不同频率的光，原子的
5、吸收程度不同，因此 随光的频率变化。在频率Vo处透过的光最少，即吸收最大，称为原子蒸气在特征频率处的吸收线。以吸收系数等于极大值的一半处以吸收系数等于极大值的一半处以吸收系数等于极大值的一半处以吸收系数等于极大值的一半处吸收线轮廓上两点间的距离来表吸收线轮廓上两点间的距离来表吸收线轮廓上两点间的距离来表吸收线轮廓上两点间的距离来表征吸收线的宽度征吸收线的宽度征吸收线的宽度征吸收线的宽度吸收线的半吸收线的半吸收线的半吸收线的半宽度宽度宽度宽度VoVoVoVo原子吸收光谱线轮廓图原子吸收光谱线轮廓图原子吸收光谱线轮廓图原子吸收光谱线轮廓图谱线半宽度谱线半宽度谱线半宽度谱线半宽度(10(10-2-2
6、)谱线中心频率谱线中心频率谱线中心频率谱线中心频率最大吸收系数最大吸收系数最大吸收系数最大吸收系数 0 0K Kv vK K0 0K K0 0/2/2表征吸收线轮廓特征的是中心频率和半宽度。表征吸收线轮廓特征的是中心频率和半宽度。中心频率有原子的能及分布特征决定中心频率有原子的能及分布特征决定半宽度除去自身宽度外还有多种影响因素。半宽度除去自身宽度外还有多种影响因素。变宽的因素变宽的因素变宽的因素变宽的因素谱线变宽谱线变宽1.自然宽度2.多普勒变宽3.压力变宽4.自吸变宽5.场致变宽1.1.自然宽度自然宽度自然宽度自然宽度 N N谱线自身具有一定宽度，不同谱线有不同的自然宽度。谱线自身具有一定
7、宽度，不同谱线有不同的自然宽度。谱线自身具有一定宽度，不同谱线有不同的自然宽度。谱线自身具有一定宽度，不同谱线有不同的自然宽度。与与与与原原原原子子子子外外外外层层层层电电电电子子子子发发发发生生生生能能能能级级级级间间间间跃跃跃跃迁迁迁迁时时时时激激激激发发发发态态态态原原原原子子子子的的的的寿寿寿寿命命命命有有有有关关关关，是是是是客客客客观存在。观存在。观存在。观存在。一般情况下约相当于一般情况下约相当于一般情况下约相当于一般情况下约相当于1010-5-5,通常可以忽略。通常可以忽略。通常可以忽略。通常可以忽略。2.2.多普勤宽度多普勤宽度多普勤宽度多普勤宽度 D D （Doppler
8、BroadeningDoppler Broadening）这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。这是由原子在空间作无规热运动所引致的。故又称热变宽。多普勒效应：多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，当运动方向离开观测者，则表现为其频率比其静止时所发出的光的频率低；反之，原子向观测者方向运动，其频率比静止原子发出的光的频率高。式中：式中：式中：式中：M M-原子量；原子量；原子量；原子量；T T-绝对温度；绝对温度；绝对温度；绝对温度；0 0-谱线中心频率谱线中心频率谱线中心频率
9、谱线中心频率 即即即即使使使使在在在在较较较较低低低低的的的的温温温温度度度度，也也也也比比比比自自自自然然然然宽宽宽宽度度度度 N N来来来来得得得得严严严严重重重重，是是是是谱谱谱谱线线线线变变变变宽的主要因素宽的主要因素宽的主要因素宽的主要因素.一般情况一般情况一般情况一般情况:D D=10=10-2-2 .原子吸收分析中，气体中的原子是处于无规则热运动中，仪器检测方向上具有不同的运动速度分量，这种运动着的发光粒子的多普勒效应，使检测器接受到很多频率稍有不同的光，于是发生谱线变宽。以上说的频率分布和气体中原子热运动的速率分布相同，以上说的频率分布和气体中原子热运动的速率分布相同，具有近似
10、的高斯曲线分布。具有近似的高斯曲线分布。多普勒变宽可由公式决定：3.3.压力变宽（碰撞变宽）压力变宽（碰撞变宽）压力变宽（碰撞变宽）压力变宽（碰撞变宽）原子与等离子体中的其他粒子（原子、离子、电子）相互碰撞原子与等离子体中的其他粒子（原子、离子、电子）相互碰撞原子与等离子体中的其他粒子（原子、离子、电子）相互碰撞原子与等离子体中的其他粒子（原子、离子、电子）相互碰撞而使谱线变宽，等离子体蒸气压力愈大，谱线愈宽。而使谱线变宽，等离子体蒸气压力愈大，谱线愈宽。而使谱线变宽，等离子体蒸气压力愈大，谱线愈宽。而使谱线变宽，等离子体蒸气压力愈大，谱线愈宽。vv 异种粒子碰撞异种粒子碰撞异种粒子碰撞异种粒
11、子碰撞称罗论兹（称罗论兹（称罗论兹（称罗论兹（LorentzLorentz）变宽。变宽。变宽。变宽。压力变宽的主要原因。导致谱线轮廓变宽、漂移和不对称。vv同种粒子碰撞同种粒子碰撞同种粒子碰撞同种粒子碰撞称赫尔兹马克（称赫尔兹马克（称赫尔兹马克（称赫尔兹马克（HoltzmankHoltzmank）变宽或共振变宽。）变宽或共振变宽。）变宽或共振变宽。）变宽或共振变宽。共振变宽在被测元素浓度较高时才有影响。压力变宽（碰撞变宽）压力变宽（碰撞变宽）压力变宽（碰撞变宽）压力变宽（碰撞变宽）为为为为1010-2-2 。5.5.场致变宽场致变宽场致变宽场致变宽斯斯塔塔克克变变宽宽(Stark Broade
12、ning):由由于于外外部部的的电电场场或或等等离离子子体体 中中离离子、电子所形成的电场引起。子、电子所形成的电场引起。多普勤宽度多普勤宽度 D和压力变宽和压力变宽(碰撞变宽碰撞变宽)是谱线变宽的主要因素。是谱线变宽的主要因素。齐齐曼曼变变宽宽(Zeeman Broadening):由由于于外外部部的的磁磁场场影影响响，导导致致谱谱线线的的分分裂裂，在在单单色色器器分分辨辨率率无无法法分分辨时，也产生谱线变宽。辨时，也产生谱线变宽。4.4.自吸变宽自吸变宽自吸变宽自吸变宽当基态、气态原子密度较大时产生。当基态、气态原子密度较大时产生。多普勤宽度和压力变宽多普勤宽度和压力变宽(碰撞变宽碰撞变宽
13、)是谱线变是谱线变 宽的主要因素。宽的主要因素。积分吸收和峰值关系积分吸收和峰值关系积分吸收和峰值关系积分吸收和峰值关系通常的分光光度法使用的是连续光源。右图是连续光源经单色器和狭缝后分离所得的入射光的谱带。在进行原子吸收分光分析时，将狭缝调至最小值（0.1nm），其光普通带约为0.2nm。原子的吸收线半宽度为10-3nm。若以具有宽通带的光源来对窄的吸收线进行测量，待测原子吸收线引起的吸收值仅为总入射光强度的0.5%。吸收的光的强度只占入射光强度的极小部分，致使灵敏度极差。一一一一.积分吸收积分吸收积分吸收积分吸收 f f-振子强度振子强度振子强度振子强度e-e-为电子电荷为电子电荷为电子电
14、荷为电子电荷N-N-单位积内的自由原子数单位积内的自由原子数单位积内的自由原子数单位积内的自由原子数m-m-电子的质量电子的质量电子的质量电子的质量积积积积 分分分分 公公公公 式式式式 0 0K Kv vK K0 0K K0 0/2/2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。积分吸收与单位体积原子蒸气中吸收辐射的原子数呈简单线性积分吸收与单位体积原子蒸气中吸收辐射的原子数呈简单线性关系。关系。与频率无关，与产生吸收线轮廓的物理条件和方法无关。由于原子吸收线的半宽度很小，要精确测量其由于原子吸收线的半宽度很小，要精确测量其积分吸收值，对光栅、单色器和检测器的要求积分吸收值，对光
15、栅、单色器和检测器的要求很高，目前无法做到。很高，目前无法做到。只需测得积分吸收值，就可以计算出待测元只需测得积分吸收值，就可以计算出待测元素的原子密度。素的原子密度。1.1.平面衍射光栅分辨率平面衍射光栅分辨率平面衍射光栅分辨率平面衍射光栅分辨率R R式中：式中：式中：式中：是相邻两谱线的平均波长；是相邻两谱线的平均波长；是相邻两谱线的平均波长；是相邻两谱线的平均波长；是相邻两谱线的波长差；是相邻两谱线的波长差；是相邻两谱线的波长差；是相邻两谱线的波长差；k k 是光谱的级次；是光谱的级次；是光谱的级次；是光谱的级次；N N 是光栅的刻线数。是光栅的刻线数。是光栅的刻线数。是光栅的刻线数。在
16、在在在50005000的波长，要积分半宽度为的波长，要积分半宽度为的波长，要积分半宽度为的波长，要积分半宽度为0.010.01的谱线，至少要取的谱线，至少要取的谱线，至少要取的谱线，至少要取1010点，每点点，每点点，每点点，每点为为为为0.0010.001。根据。根据。根据。根据分辨率公式，可以计算光栅所需的分辨率分辨率公式，可以计算光栅所需的分辨率分辨率公式，可以计算光栅所需的分辨率分辨率公式，可以计算光栅所需的分辨率R R R R 和光栅常数和光栅常数和光栅常数和光栅常数d d d d。目前，目前，目前，目前，光栅常数光栅常数光栅常数光栅常数d d d d 无法达到此要求。无法达到此要求
17、。无法达到此要求。无法达到此要求。2.2.单色器的光谱通带单色器的光谱通带单色器的光谱通带单色器的光谱通带光谱通带光谱通带光谱通带光谱通带WW ：WW=D D S S 当光谱通带：当光谱通带：当光谱通带：当光谱通带：WW=0.001=0.001 ，S S=0.007=0.007（mmmm）式中：式中：式中：式中：S S-缝宽度（缝宽度（缝宽度（缝宽度（mmmm）D D-倒线色散率（倒线色散率（倒线色散率（倒线色散率（nm/mmnm/mm）倒线色散率：倒线色散率：倒线色散率：倒线色散率：D D=S S/WW=0.001=0.001 10 10-6-6nm /0.007(mm)nm /0.007(
18、mm)=1.4 =1.4 10 10-7-7(nm/mm(nm/mm）目前，目前，目前，目前，倒线色散率倒线色散率倒线色散率倒线色散率D D也无法达到此要求。也无法达到此要求。也无法达到此要求。也无法达到此要求。3.3.检测器的灵敏度检测器的灵敏度检测器的灵敏度检测器的灵敏度即使即使即使即使光栅常数光栅常数光栅常数光栅常数d d d d 、光谱通带光谱通带光谱通带光谱通带WW、倒线色散率倒线色散率倒线色散率倒线色散率D D都达到此要求，还要都达到此要求，还要都达到此要求，还要都达到此要求，还要考虑到检测器的灵敏度考虑到检测器的灵敏度考虑到检测器的灵敏度考虑到检测器的灵敏度;在以上条件下检测器的
19、灵敏度也无法达到要求。在以上条件下检测器的灵敏度也无法达到要求。在以上条件下检测器的灵敏度也无法达到要求。在以上条件下检测器的灵敏度也无法达到要求。综合以上讨论综合以上讨论综合以上讨论综合以上讨论:如果我们测量如果我们测量如果我们测量如果我们测量 K Kv vd d ,就可求出原子浓度就可求出原子浓度就可求出原子浓度就可求出原子浓度N N，但是谱线宽度为，但是谱线宽度为，但是谱线宽度为，但是谱线宽度为1010-2-2 左左左左右。需要用高分辨率的分光仪器，右。需要用高分辨率的分光仪器，右。需要用高分辨率的分光仪器，右。需要用高分辨率的分光仪器，高灵敏度的检测器高灵敏度的检测器高灵敏度的检测器高
20、灵敏度的检测器这是目前难以达到的。这是目前难以达到的。这是目前难以达到的。这是目前难以达到的。这就是早在这就是早在这就是早在这就是早在100100多年前就已发现原子吸收的现象，但一直难以使用于分析多年前就已发现原子吸收的现象，但一直难以使用于分析多年前就已发现原子吸收的现象，但一直难以使用于分析多年前就已发现原子吸收的现象，但一直难以使用于分析科学的原因。科学的原因。科学的原因。科学的原因。2.使用锐线光源测量谱线峰值吸收。使用锐线光源测量谱线峰值吸收。锐线光源：锐线光源：光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，而且光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，而且发射线的半宽度比吸收线的半
21、宽度小得多时，则发射线光源叫做锐发射线的半宽度比吸收线的半宽度小得多时，则发射线光源叫做锐线光源。线光源。“光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致”：是为了实现峰值吸收的测量。在实际使用中使用一个与待测元素同种元素制成的锐线光源。例如：测镁时，使用镁空心阴极灯作光源。峰值吸收峰值吸收峰值吸收峰值吸收1.1.积分吸收与峰值吸收的关系：积分吸收与峰值吸收的关系：19551955年澳大利亚学者沃尔森年澳大利亚学者沃尔森(Walsh)(Walsh)提出，在温度不太高的稳定火焰条件下，提出，在温度不太高的稳定火焰条件下，峰值吸收系峰值吸收系数与火焰中被测元素
22、的原子浓度也正比。数与火焰中被测元素的原子浓度也正比。3.使用锐线光源进行吸收测量：使用锐线光源进行吸收测量：在在使使用用锐锐线线光光源源的的条条件件下下原原子子蒸蒸气气的的吸吸光光度度与与峰峰值值吸吸收收有有如如下下关关系系：A=lgI0/I=0.4343K0L式中式中A A为中心频率处的吸光度；为中心频率处的吸光度；L L为原子蒸气的厚度；为原子蒸气的厚度；A=lgI0/I=0.4343K0L由此式可知，只要测定吸光度并固定L，就可求得K0，而K0与原子蒸气中原子的浓度成正比。并且在稳定的测定条件下，被测定试液中待测元素的浓度与原子蒸气中的原子浓度也成正比。基态原子数与原子吸收定量基础基态
23、原子数与原子吸收定量基础基态原子数与原子吸收定量基础基态原子数与原子吸收定量基础广泛的使用的火焰原子化方法，常用温度为3000K。此时大部分化合物解离成原子状态。被解离的原子中部分会被激发。一定温度下，基态原子和被激发原子数有一定比值。比值和温度相关。其关系可用波尔兹曼方程表示。和 分别为单位体积内激发态和基态的原子数。和 分别为激发态和基态能级的统计权重。k为波尔兹曼常数，T是热力学温度。由于电子是从基态跃迁到第一激发态，可得:可见，温度越高，电子跃迁能级 越小，越大。常用的火焰温度低于3000K，大多数共振线波长小于600nm，因此 都很小（1%）。说明火焰中激发态原子数远小于基态原子数。
24、可用基态原子数可用基态原子数 代表吸收辐射的原子总数。代表吸收辐射的原子总数。实际分析中，要获得待测物质的浓度。此浓度与待测元实际分析中，要获得待测物质的浓度。此浓度与待测元素吸收辐射的原子总数成正比。素吸收辐射的原子总数成正比。吸光度与浓度呈正比关系。吸光度与浓度呈正比关系。可简单的用下式表示：A=kC K包含了所有的常数 此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础。思思 考考基本原理基本原理共振线与吸收线共振线与吸收线谱线轮廓与谱线变宽，几种变宽效应谱线轮廓与谱线变宽，几种变宽效应积分吸收和峰值吸收积分吸收和峰值吸收基态原子数与原子吸收定量基
25、础基态原子数与原子吸收定量基础一一一一.组成框图与工作原理组成框图与工作原理组成框图与工作原理组成框图与工作原理8.3 8.3 原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计1.1.组成框图组成框图组成框图组成框图空空空空心心心心阴阴阴阴极极极极灯灯灯灯原原原原子子子子化化化化器器器器单单单单色色色色器器器器检检检检测测测测器器器器处处处处理理理理与与与与控控控控制制制制数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制火焰原子化器火焰原子化器火焰原子化器火焰原子化器单色器单色器单色器单色器光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管雾化器和雾化室雾
26、化器和雾化室雾化器和雾化室雾化器和雾化室空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯2.2.组成类型组成类型组成类型组成类型单道单光束单道单光束单道单光束单道单光束单道双光束单道双光束单道双光束单道双光束3.3.光源的调制：机械调制：切光器；电学调制：占空比光源的调制：机械调制：切光器；电学调制：占空比光源的调制：机械调制：切光器；电学调制：占空比光源的调制：机械调制：切光器；电学调制：占空比1 1构造构造构造构造 二二二二.光源（空心阴极灯）光源（空心阴极灯）光源（空心阴极灯）光源（空心阴极灯）空空空空心心心心阴阴阴阴极极极极:钨钨钨钨棒棒棒棒作作作作成成成成圆圆圆圆筒筒筒筒形形形形筒筒筒筒内内
27、内内熔熔熔熔入入入入被测元素被测元素被测元素被测元素阳阳阳阳 极极极极:钨棒装有钛、锆钨棒装有钛、锆钨棒装有钛、锆钨棒装有钛、锆,钽金属钽金属钽金属钽金属作成的阳极作成的阳极作成的阳极作成的阳极管内充气：管内充气：管内充气：管内充气：氩或氖氩或氖氩或氖氩或氖 133.3266.6Pa 133.3266.6Pa工作电压：工作电压：工作电压：工作电压：150300150300伏伏伏伏启启启启动动动动电电电电压压压压：300500300500伏伏伏伏 要要要要求求求求稳稳稳稳流流流流电电电电源供电。源供电。源供电。源供电。即发射线半宽度远小于吸收即发射线半宽度远小于吸收即发射线半宽度远小于吸收即发射
28、线半宽度远小于吸收线半宽度光源线半宽度光源线半宽度光源线半宽度光源.Hollow Cathode Lamp-HCLHollow Cathode Lamp-HCL2空心阴极灯：空心阴极灯：空心阴极灯是一种气体放电管，其结构如图：空心阴极灯是一种气体放电管，其结构如图：钨棒构成的阳极和一个圆柱形的空心阴极，空心阴极是由待测元素的纯金属或合金构成，或者由空穴内衬有待测元素的其它金属构成。当在正负电极上施加适当电压（一般为200500伏）时，在正负电极之间便开始放电，这时，电子从阴极内壁射出，经电场加速后向阳极运动。电子在由阴极射向阳极的过程中，与载气（惰性气体）原子碰撞使其电离成为阳离子。带正电荷的
29、惰性气体离子在电场加速下，以很快的速度轰击阴极表面，使阴极内壁的待测元素的原子溅射出来，在阴极腔内形成待测元素的原子蒸气云。蒸气云中的待测元素的原子再与电子、惰性气体原子、离子发生碰撞而被激发，从而发射出所需频率的光。阴极发射出的光谱，主要是阴极元素的光谱（待测元素的光谱，另外还杂有内充惰性气体和阴极杂质的光谱）。工作过程：高压直流电（300V）-阴极电子-撞击隋性原子-电离(二次电子维持放电)-正离子-轰击阴击-待测原子溅射-聚集空心阴极内被激发-待测元素特征共振发射线。2.2.锐线光产生原理锐线光产生原理锐线光产生原理锐线光产生原理 在高压电场下在高压电场下在高压电场下在高压电场下,阴极电
30、子向阳极高速飞溅放电阴极电子向阳极高速飞溅放电阴极电子向阳极高速飞溅放电阴极电子向阳极高速飞溅放电,并与载并与载并与载并与载气原子碰撞气原子碰撞气原子碰撞气原子碰撞,使之电离放出二次电子使之电离放出二次电子使之电离放出二次电子使之电离放出二次电子,而使场内正离子和而使场内正离子和而使场内正离子和而使场内正离子和电子增加以维持电流。电子增加以维持电流。电子增加以维持电流。电子增加以维持电流。载气阳离子在电场中大大加速载气阳离子在电场中大大加速载气阳离子在电场中大大加速载气阳离子在电场中大大加速,轰击阴极表面时可将轰击阴极表面时可将轰击阴极表面时可将轰击阴极表面时可将被测元素的原子从晶格中轰击出来
31、被测元素的原子从晶格中轰击出来被测元素的原子从晶格中轰击出来被测元素的原子从晶格中轰击出来,即溅射。即溅射。即溅射。即溅射。溅射出的原子大量聚集在空心阴极内溅射出的原子大量聚集在空心阴极内溅射出的原子大量聚集在空心阴极内溅射出的原子大量聚集在空心阴极内,经与其它粒子经与其它粒子经与其它粒子经与其它粒子碰撞而被激发碰撞而被激发碰撞而被激发碰撞而被激发,发射出相应元素的特征谱线发射出相应元素的特征谱线发射出相应元素的特征谱线发射出相应元素的特征谱线-共振谱线共振谱线共振谱线共振谱线。3.3.对光源的要求对光源的要求对光源的要求对光源的要求辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度大大大大，稳稳稳稳定定定定性
32、性性性高高高高，锐锐锐锐线线线线性性性性强强强强，背背背背景景景景小小小小等等等等。要要要要用用用用被被被被测测测测元元元元素素素素做做做做阴阴阴阴极材料极材料极材料极材料 所以有些物质无法实现。所以有些物质无法实现。所以有些物质无法实现。所以有些物质无法实现。四原子吸收的测量：需测量的是原子的峰值吸收。为了测定K0值，使用的光源必须是锐线光源。（一）锐线光源：光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，而且（一）锐线光源：光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，而且发射线的半宽度比吸收线的半宽度小得多时，则发射线光源叫做锐线光源。发射线的半宽度比吸收线的半宽度小得多时，则发射线光源叫做锐
33、线光源。0 0I I 吸收线吸收线发射线发射线1、光源的能量能被原子充分吸收，测定的灵敏度较高。、光源的能量能被原子充分吸收，测定的灵敏度较高。如果用连续光源，则吸收的光的强度只占入射光强度的极小部分，使测如果用连续光源，则吸收的光的强度只占入射光强度的极小部分，使测定的灵敏度极差。定的灵敏度极差。火焰原子化火焰原子化火焰原子化火焰原子化石墨炉石墨炉石墨炉石墨炉(电热电热电热电热)原子化原子化原子化原子化ICPICP原子化原子化原子化原子化氢化物原子化氢化物原子化氢化物原子化氢化物原子化冷原子化冷原子化冷原子化冷原子化1.1.原子化器的作用原子化器的作用原子化器的作用原子化器的作用:将样品中的
34、待测组份转化为基态原子的装置。将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。2.2.原子化器的类型原子化器的类型原子化器的类型原子化器的类型 气态、基态原子蒸气越多，测定的灵敏度、准确度越高。气态、基态原子蒸气越多，测定的灵敏度、准确度越高。气态、基态原子蒸气越多，测定的灵敏度、准确度越高。气态、基态原子蒸气越多，测定的灵敏度、准确度越高。下列的副反应越少，测定的灵敏度、准确度越高。下列的副反应越少，测定的灵敏度、准确度越高。下列的副反应越少，测定的灵敏度、准确度越高。下列的副反应越少，测定的灵敏度、准确度越高。原子化器：原子化器：火焰火焰燃烧器燃烧器混合室混合室混合室混合室撞击球撞击球撞击球撞击球
35、毛细管毛细管毛细管毛细管助燃助燃助燃助燃气入气入气入气入口口口口燃气入口燃气入口燃气入口燃气入口排液口排液口排液口排液口1 1）火焰原子化器）火焰原子化器）火焰原子化器）火焰原子化器:利用气体燃烧形成的火焰来进行原子化。利用气体燃烧形成的火焰来进行原子化。火火火火焰焰焰焰原原原原子子子子化化化化器器器器图图图图雾化器雾化器雾化器雾化器混合室混合室混合室混合室自动进样器自动进样器自动进样器自动进样器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器A.A.构造：四部分组成：雾化器，预混合室，燃烧器，火焰。构造：四部分组成：雾化器，预混合室，燃烧器，火焰。构造：四部分组成：雾化器，预混合室，燃烧器，火焰。构造：四部分组成：
36、雾化器，预混合室，燃烧器，火焰。雾雾雾雾 化化化化 器：器：器：器：由不锈钢或聚四氟乙烯由不锈钢或聚四氟乙烯由不锈钢或聚四氟乙烯由不锈钢或聚四氟乙烯做成。做成。做成。做成。预预预预混混混混合合合合室室室室：由由由由不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢、聚聚聚聚四四四四氟氟氟氟乙乙乙乙烯烯烯烯等材料做成。等材料做成。等材料做成。等材料做成。燃燃燃燃 烧烧烧烧 器：器：器：器：单缝、双缝和三缝。单缝、双缝和三缝。单缝、双缝和三缝。单缝、双缝和三缝。5 5、10cm10cm。火火火火 焰：焰：焰：焰：雾化器雾化器雾化器雾化器混合室混合室混合室混合室燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器火焰火焰火焰火焰火焰火焰火焰火焰a)a)
37、燃烧速度：燃烧速度：燃烧速度：燃烧速度：是指火焰由着火点向可燃混凝气其它点传播的速度。是指火焰由着火点向可燃混凝气其它点传播的速度。是指火焰由着火点向可燃混凝气其它点传播的速度。是指火焰由着火点向可燃混凝气其它点传播的速度。B.B.化学火焰的基本特性化学火焰的基本特性化学火焰的基本特性化学火焰的基本特性b)b)火焰温度与发火温度火焰温度与发火温度火焰温度与发火温度火焰温度与发火温度火焰类型火焰类型火焰类型火焰类型发火温度发火温度发火温度发火温度 0 0C C燃烧速度燃烧速度燃烧速度燃烧速度cmcm s s-1-1火焰温度火焰温度火焰温度火焰温度0 0C C空气空气空气空气-乙炔乙炔乙炔乙炔35
38、035016016023002300空气空气空气空气-氢气氢气氢气氢气53053032032020502050笑气笑气笑气笑气-乙炔乙炔乙炔乙炔40040018018029552955燃气供气速度过大，导致燃气供气速度过大，导致燃气供气速度过大，导致燃气供气速度过大，导致吹灭吹灭吹灭吹灭燃气供气速度不足将会引起燃气供气速度不足将会引起燃气供气速度不足将会引起燃气供气速度不足将会引起回火回火回火回火点点点点火火火火时时时时：先先先先通通通通助助助助燃燃燃燃气气气气，后后后后通通通通燃气燃气燃气燃气，立即，立即，立即，立即点火点火点火点火.熄熄熄熄灭灭灭灭时时时时：先先先先断断断断燃燃燃燃气气气气
39、，待待待待火火火火焰焰焰焰熄熄熄熄灭灭灭灭后后后后，再再再再断断断断助助助助燃燃燃燃气气气气.三三三三种种种种不不不不同同同同类类类类型型型型火火火火焰焰焰焰的的的的吸吸吸吸收收收收率率率率空气空气-乙炔乙炔空气空气-氢气氢气氧气氧气-氢气氢气c)c)火焰的吸收率火焰的吸收率火焰的吸收率火焰的吸收率e.g.196.0 nm e.g.196.0 nm 测定测定测定测定SeSe 193.7 nm 193.7 nm 测定测定测定测定As As 宜采用宜采用宜采用宜采用氩气氩气-氢气火焰氢气火焰波长小于波长小于波长小于波长小于190.0nm190.0nm属于真紫外区，一般的仪器无法测定属于真紫外区，一
40、般的仪器无法测定属于真紫外区，一般的仪器无法测定属于真紫外区，一般的仪器无法测定a)a)中性火焰：中性火焰：中性火焰：中性火焰：这类火焰，温度高、稳定、干扰小、背景低，适合这类火焰，温度高、稳定、干扰小、背景低，适合这类火焰，温度高、稳定、干扰小、背景低，适合这类火焰，温度高、稳定、干扰小、背景低，适合于许多元素的测定。于许多元素的测定。于许多元素的测定。于许多元素的测定。b)b)富燃火焰：还原性火焰，富燃火焰：还原性火焰，富燃火焰：还原性火焰，富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，温度略低于中性火焰；燃烧不完全，温度略低于中性火焰；燃烧不完全，温度略低于中性火焰；燃烧不完全，温度略低于中性火焰；
41、具有还原性；适合于易形成难解离氧化物的元素测具有还原性；适合于易形成难解离氧化物的元素测具有还原性；适合于易形成难解离氧化物的元素测具有还原性；适合于易形成难解离氧化物的元素测定；干扰较多；背景高。如锡等。定；干扰较多；背景高。如锡等。定；干扰较多；背景高。如锡等。定；干扰较多；背景高。如锡等。c)c)贫燃火焰：氧化性火焰；贫燃火焰：氧化性火焰；贫燃火焰：氧化性火焰；贫燃火焰：氧化性火焰；它的温度较低，有较强的氧化性，有它的温度较低，有较强的氧化性，有它的温度较低，有较强的氧化性，有它的温度较低，有较强的氧化性，有利于测定易解离，易电离元素，如碱、碱土金属。利于测定易解离，易电离元素，如碱、碱
42、土金属。利于测定易解离，易电离元素，如碱、碱土金属。利于测定易解离，易电离元素，如碱、碱土金属。C.C.化学火焰的氧化与还原特性化学火焰的氧化与还原特性化学火焰的氧化与还原特性化学火焰的氧化与还原特性按照火焰按照火焰按照火焰按照火焰燃气燃气燃气燃气与与与与助燃气助燃气助燃气助燃气的比例不同，火焰可以分为三类。的比例不同，火焰可以分为三类。的比例不同，火焰可以分为三类。的比例不同，火焰可以分为三类。优点：优点：优点：优点：空气空气空气空气-乙炔火焰乙炔火焰乙炔火焰乙炔火焰(2300(23000 0C):C):3030多种金属元素的测定多种金属元素的测定多种金属元素的测定多种金属元素的测定,10,
43、10-4-4%10%10%含量。含量。含量。含量。笑气笑气笑气笑气-乙炔火焰乙炔火焰乙炔火焰乙炔火焰(2955(29550 0C):C):7070多种金属元素的测定多种金属元素的测定多种金属元素的测定多种金属元素的测定,10,10-4-4%10%10%含量。含量。含量。含量。D.D.火焰原子化器特点火焰原子化器特点火焰原子化器特点火焰原子化器特点雾化器和雾化室雾化器和雾化室雾化器和雾化室雾化器和雾化室火焰原子化器火焰原子化器火焰原子化器火焰原子化器2 2）石墨炉原子化器（非火焰、电热原子化器）石墨炉原子化器（非火焰、电热原子化器）石墨炉原子化器（非火焰、电热原子化器）石墨炉原子化器（非火焰、电
44、热原子化器）A A 工作原理工作原理工作原理工作原理数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制单色器单色器单色器单色器光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯石墨炉原子化器石墨炉原子化器石墨炉原子化器石墨炉原子化器缺点：缺点：缺点：缺点：同轴气动雾化器的雾化效率低。同轴气动雾化器的雾化效率低。同轴气动雾化器的雾化效率低。同轴气动雾化器的雾化效率低。510%510%火焰的原子化效率低、还伴随着复杂的火焰反应火焰的原子化效率低、还伴随着复杂的火焰反应火焰的原子化效率低、还伴随着复杂的火焰反应火焰的原子化效率低、还伴随着复杂的火焰
45、反应 原子蒸气在光程中的滞留时间短原子蒸气在光程中的滞留时间短原子蒸气在光程中的滞留时间短原子蒸气在光程中的滞留时间短 10 10-4-4s s 大量气体的稀释作用，限制了检测限的降低大量气体的稀释作用，限制了检测限的降低大量气体的稀释作用，限制了检测限的降低大量气体的稀释作用，限制了检测限的降低 只能测定液体样品只能测定液体样品只能测定液体样品只能测定液体样品+-石墨管石墨管石墨管石墨管正电极正电极正电极正电极负电极负电极负电极负电极外保护气套外保护气套外保护气套外保护气套石英窗石英窗石英窗石英窗外保护外保护外保护外保护气入口气入口气入口气入口冷却水套冷却水套冷却水套冷却水套冷却水入口冷却水
46、入口冷却水入口冷却水入口冷却水出口冷却水出口冷却水出口冷却水出口进样进样进样进样内保护内保护内保护内保护气入口气入口气入口气入口外保护气出口外保护气出口外保护气出口外保护气出口内保护气出口内保护气出口内保护气出口内保护气出口样品烟气出口样品烟气出口样品烟气出口样品烟气出口入射光入射光入射光入射光 I I0 0透射光透射光透射光透射光 I It tB.B.构造构造构造构造a)a)电源：电源：电源：电源：1224V 0500 A 1224V 0500 A 直流电直流电直流电直流电 b)b)炉体炉体炉体炉体:冷却水、套；内、外惰性气体冷却水、套；内、外惰性气体冷却水、套；内、外惰性气体冷却水、套；内
47、、外惰性气体Ar Ar c)c)石墨管石墨管石墨管石墨管:光谱纯石墨光谱纯石墨光谱纯石墨光谱纯石墨 长长长长28mm28mm、内径、内径、内径、内径8mm 8mm 温温温温度度度度或或或或电电电电流流流流时间时间时间时间C.C.石墨炉原子化器的工作程序石墨炉原子化器的工作程序石墨炉原子化器的工作程序石墨炉原子化器的工作程序a)a)进样程序进样程序进样程序进样程序 01000100 l lb)b)干燥程序干燥程序干燥程序干燥程序 溶剂的沸点溶剂的沸点溶剂的沸点溶剂的沸点 1.5s/1.5s/l l 2060s2060s室室室室温温温温干燥干燥干燥干燥升温升温升温升温斜率斜率斜率斜率干燥保干燥保干
48、燥保干燥保持温度持温度持温度持温度与时间与时间与时间与时间c)c)灰化程序灰化程序灰化程序灰化程序 (分离干扰元素分离干扰元素分离干扰元素分离干扰元素)100200010020000 0C C 0.55min 0.55min灰化灰化灰化灰化升温升温升温升温斜率斜率斜率斜率灰化保灰化保灰化保灰化保持温度持温度持温度持温度与时间与时间与时间与时间原子原子原子原子化升化升化升化升温斜温斜温斜温斜率率率率原子化保持原子化保持原子化保持原子化保持温度与时间温度与时间温度与时间温度与时间d)d)原子化程序原子化程序原子化程序原子化程序 20003000200030000 0C C 510s 510se)e
49、)高温除残程序高温除残程序高温除残程序高温除残程序 3000 30000 0C C 35 s35 s除残温度与时间除残温度与时间除残温度与时间除残温度与时间干燥程序干燥程序干燥程序干燥程序灰化程序灰化程序灰化程序灰化程序原子化程序原子化程序原子化程序原子化程序高高高高温温温温除除除除残残残残程程程程序序序序D.D.D.D.石墨炉原子化器自动进样系统石墨炉原子化器自动进样系统石墨炉原子化器自动进样系统石墨炉原子化器自动进样系统优点：优点：v具有较高的可控温度。具有较高的可控温度。34000Cvv原子蒸气在光程中的滞留时间长。原子蒸气在光程中的滞留时间长。原子蒸气在光程中的滞留时间长。原子蒸气在光
50、程中的滞留时间长。1010-1-11010-2-2s sv样品消耗量少。样品消耗量少。v抗干扰能力强抗干扰能力强-灰化分离。灰化分离。v灵敏度高。灵敏度高。10-610-9 E.E.E.E.石墨炉原子化器特点石墨炉原子化器特点石墨炉原子化器特点石墨炉原子化器特点缺点：缺点：缺点：缺点：精密度、重现性较差。精密度、重现性较差。精密度、重现性较差。精密度、重现性较差。510%510%存在记忆效应。存在记忆效应。存在记忆效应。存在记忆效应。杂散光引起的背景干扰较严重，杂散光引起的背景干扰较严重，杂散光引起的背景干扰较严重，杂散光引起的背景干扰较严重，需要校正。需要校正。需要校正。需要校正。只能测定液