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1、第12原子吸收分光光度法现在学习的是第1页，共30页1.概述1、原子光谱法的分类：、原子光谱法的分类：1.原子吸收分光光度法(AAS)2.原子发射分光光度法。3.原子荧光分光光度法。定义：基于原子蒸气相中被测元素的基态原子对其原子 共振辐射的吸收来测定样品中该元素含量的一种方法E基态基态第一激发态第一激发态热能热能现在学习的是第2页，共30页1.概述2、原子吸收分光光度法与紫外可见分光光度法的比较：、原子吸收分光光度法与紫外可见分光光度法的比较：原子吸收UV-VIS光谱形状线状光谱带状光谱样品存在形式基态原子分子仪器锐线光源连续光源应用范围无机元素定量分析无机与有机物的定性与定量现在学习的是第
2、3页，共30页1.概述3、原子吸收分光光度法的特点：、原子吸收分光光度法的特点：优点：优点：灵敏度高(10-610-9数量级）。选择性好，抗干扰能力强。精密度高。（RSD为1%3%）应用范围（可测元素达70多种）缺点缺点：测一种元素需更换一种相应灯。标准曲线线性范围窄仪器昂贵、进口 现在学习的是第4页，共30页2.基本原理一、共振吸收一、共振吸收线线定义：原子外层电子由基态定义：原子外层电子由基态第一激发态第一激发态,吸收一定频率的吸收一定频率的 辐射而产生的吸收线称为共振吸收线辐射而产生的吸收线称为共振吸收线（简称共振线）（简称共振线）注：元素的共振线是其特征谱线注：元素的共振线是其特征谱线
3、 1 1）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，基态基态第一激发态第一激发态:跃迁吸收能量不同跃迁吸收能量不同具有特征性具有特征性 2 2）各种元素的基态）各种元素的基态第一激发态第一激发态 最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。3 3）利用特征谱线可以进行定量分析。）利用特征谱线可以进行定量分析。现在学习的是第5页，共30页续前二、原子的量子能级和能量图二、原子的量子能级和能量图无机化学已学过，原子由原子核和核外电子组成，电子绕核运动。1 1、单个原子结构、单个原子结构2 2、原子核外电子的运动状态可用四个量子
4、数来表示、原子核外电子的运动状态可用四个量子数来表示：主量子数n：表示核外电子分布的层次，n=1,2,3,4,角量子数l：表示同一壳层的电子有不同的轨道形状 数值为：l=0，1，2，3，,n-1 符号为：S，P，D，F，自旋量子数s：表示电子的自旋状态，s=+1/2或-1/2内量子数j：表示电子在运动过程中轨道磁矩和自旋磁矩产生耦 合作用形成的能级分裂，取值数目由l和s决定。现在学习的是第6页，共30页续前 主量子数n：（只讨论一个价电子）总角量子数L：L=li（核外价电子角量子数矢量和）数值为：L=0，1，2，3，,n-1 符号为：S，P，D，F，总自旋量子数S：S=Si（核外价电子自旋量子
5、数矢量和）总内量子数J：J=L+S（两者矢量和）数值为：J=L+S，L+S-1，L-S。当LS时，J可取2S+1个数值 当LS时，J可取2L+1个数值 3 3、整个原子体系的量子能级、整个原子体系的量子能级（过程不要求，只要求结果）（过程不要求，只要求结果）在量子学中，用光谱项用来描述整个原子体系的能级 光谱项：光谱项：n2S+1L 表示整个原子体系能级表示整个原子体系能级 光谱支项：光谱支项：n2S+1LJ 表示分裂的原子能级表示分裂的原子能级 2S+1 表示光谱项的多重性。光谱支项的个数与J的个数相同。现在学习的是第7页，共30页续前4、示例：Na原子基态结构(1s)2(2s)2(2p)6
6、(3s)1基态32S1/2 (n=3,L=0,S=1/2,J=1/2)激发态32P3/2 (n=3,L=1,S=1/2,J=3/2)32P1/2 (n=3,L=1,S=1/2,J=1/2)589.6nm589.0nmn=3L=0，符号为，符号为SS=1/2J：有：有2L+1个数值个数值 J=1/2n=3L=1，符号为，符号为PS=1/2J：有：有2S+1个数值个数值 J=1/2和和3/2Na原子激发态光谱支项原子激发态光谱支项Na原子基态光谱支项原子基态光谱支项跃迁1跃迁2现在学习的是第8页，共30页续前看能级图，看能级图，3S电子至电子至3P轨，轨，589.0 589.6nm属共振吸收属共振
7、吸收而而3S14P 330.2nm 330.3nm3S15P 285.2 285.3m 不是不是共振吸收共振吸收现在学习的是第9页，共30页续前三、原子在各能级的分布三、原子在各能级的分布在正常情况下，原子是以基态形势存在的。在热平衡状态时，处于基态和激发态的原子数目N取决于该能态的能量E和体系的温度T，遵循玻耳兹曼分布律：式中：Nj、N0分别代表激发态和基态的原子数目；gj、g0为统计权重；T为热力学温度；K为玻耳兹曼常量。现在学习的是第10页，共30页续前2500K时，激发态Na原子仅占基态0.01%，当上升10K时，也只增了百万分之四，所以在原子吸收测定条件下（T3000K）Nj相对N0
8、可忽略不计（但在原子发射光谱要严格控制温度）。现在学习的是第11页，共30页续前四、原子吸收线的形状四、原子吸收线的形状（重点）（重点）原子吸收线的特点是由吸收线的频率、半宽度、强度来表征的。强度：跃迁概率决定半宽度：极大吸收系数一半处谱线轮廓上两点之间的频率差 原则上：原子吸收应是锐线光谱，但实际上由于多种因素 的影响，它具有一定的宽度。使其展宽因素有：DopplerDoppler变宽变宽，LorentzLorentz变宽变宽，Holtsmark变宽 和自然变宽现在学习的是第12页，共30页续前1 1、自然变宽、自然变宽（不是主要影响因素）（不是主要影响因素）被激发原子具有一定的寿命，据海森
9、堡测不准原理，能级的能量具有不确定量E,其关系式为：激发态原子的寿命激发态原子寿命越小，吸收线自然宽度越宽。共振线自然宽度10-5nm。2 2、DopplerDoppler变宽变宽（热变宽，主要因素）由原子无规则运动而产生（由声波引申而来）例：火车迎面开来，鸣笛声渐响，频率大 火车离我而去，鸣笛声渐粗，频率小 是谱线变宽的主要因素。现在学习的是第13页，共30页续前 同样：当火焰中的基态原子背向检测器运动时，被检测到的频率比静止波原发出的频率低波长红移；当火焰中的基态原子向着检测器运动时，被检测到的频率比静止波源发出的频率高波长紫移。Doppler线宽由下式决定：相对原子质量小的元素Doppl
10、er线宽较宽；温度越高，线宽越宽V010-3nm（主要影响因素）现在学习的是第14页，共30页3 3、HoltsmarkHoltsmark变宽变宽：共振变宽同种原子碰撞引起发射和吸收光量子频率改变而引起谱线变宽。与原子蒸气浓度有关，即压力有关（在原子吸收条件下，一般可忽略）4、Lorentz变宽变宽（主要因素）（主要因素）：原子与其它气体分子碰撞引起。与Doppler变宽同一数量级。外来气体的碰撞不仅引起谱线变宽，而且还引起中心波长的偏移。Holtzmork变宽和Lorentz变宽统称为压力变宽。在原子吸收条件下，吸收线主要受Doppler与lorentz效应控制，当局外元素原子浓度小时，主要
11、受Doppler效应控制。现在学习的是第15页，共30页续前五、原子吸收值与原子浓度的关系五、原子吸收值与原子浓度的关系A=KNL=KC（K比例常数，N总原子浓度）吸收度与被测试样中被测组分的浓度成线性关系。（类似于L-B要求单色光、稀溶液）原子吸收条件：1、发射线和吸收线的中心波长要重迭一致（用空心阴极灯）2、发射线半宽度要小于吸收线半宽度（相当于单色光）现在学习的是第16页，共30页3.原子吸收分光光度计 一一.主要部件：主要部件：UV：连续光谱（钨灯氘灯）、单色器（光栅棱镜）、吸收池、检测器（光电池）红外：光源（硅碳棒、Nernst灯）、单色器（光栅）、吸收池（岩盐窗片）、检测器（真空热
12、电偶）原子吸收：锐线光源（空心阴极灯），原子化器代替吸收池、单色器（光栅）、检测器（光电倍增管）不同点：原子化器放在单色器前边（阻止来自吸收池的所有辐射 进入检测器）现在学习的是第17页，共30页二、二、光源光源1 1、作用：、作用：提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。2 2、要求；、要求；（1 1）能发射待测元素的共振线；）能发射待测元素的共振线；（2 2）能发射锐线；）能发射锐线；（3 3）辐射光强度大，稳定性好。）辐射光强度大，稳定性好。3 3、空心阴极灯：结构如图所示、空心阴极灯：结构如图所示现在学习的是第18页，共30页
13、三、原子化系统三、原子化系统1.1.作用：将试样中离子转变成原子蒸气。作用：将试样中离子转变成原子蒸气。2.2.原子化方法：原子化方法：火焰法火焰法 非火焰法非火焰法电热高温石墨管，激光。电热高温石墨管，激光。3.3.火焰原子化装置火焰原子化装置雾化器和燃烧器。雾化器和燃烧器。（1 1）雾化器：结构如图所示：）雾化器：结构如图所示：主要缺点：雾化效率低。主要缺点：雾化效率低。现在学习的是第19页，共30页（2）火焰 试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。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
14、态原子越多；（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。现在学习的是第20页，共30页4.石墨炉原子化装置（1）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汽。现在学习的是第21页，共30页（2）原子化过程原原子子化化过过程程分分为为干干燥燥、灰灰化化（去去除除基基体体）、原原子子化化、净净化化（去去除残渣）除残渣）四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。现在学习的是第22页，共30页（3
15、）优缺点优优点点：原原子子化化程程度度高高，试试样样用用量量少少（1-1001-100LL），可可测测固固体体及及粘粘稠稠试试样，灵敏度高，检测极限样，灵敏度高，检测极限1010-12-12 g/Lg/L。缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。现在学习的是第23页，共30页三、三、单色器单色器作用：将所需的共振吸收线分离出来。常用单色器：光栅四、检测系统四、检测系统组成：检测器、放大器、对数变换器、指示仪表常用的检测器：光电倍增管。光电倍增管的结构现在学习的是第24页，共30页4.实验技术一、样品处理一、样品处理注意事项：取样要
16、有代表性，要注意防止污染。用于配制标准溶液的试剂用量较大时，必须是高纯度的，尤其不能含有被测元素。避免被测元素的损失。注意样品的含盐量不能太大，当大于0.1%时，标准溶液中也应加入等量的同一种盐。样品在测定前要经过预处理。现在学习的是第25页，共30页二、测定条件的选择二、测定条件的选择分析线共振吸收线 由于共振吸收线一般是最灵敏的吸收线原子化条件（自学）狭缝宽度试样量现在学习的是第26页，共30页三、干扰及其抑制三、干扰及其抑制电离干扰由于原子电离而使火焰中待测元素的基态原子数减小，测定结果偏低的效应。物理干扰抑制方法：用等组成法，即配制与试样相似组成的标准试 样。或采用标准加入法。由于样品
17、在转移、蒸发和原子化过程中物理特性的变化引起吸光度下降的一种效应。抑制方法：加入易电离元素，增加火焰中自由电子浓度。原子吸收测定的干扰效应主要有：电离干扰、物理干扰、光学干扰和化学干扰电离干扰、物理干扰、光学干扰和化学干扰现在学习的是第27页，共30页 四、定量分析方法四、定量分析方法：1 1、标标准准曲曲线线法法：类似于其它分光光度法，测一系列不同浓度的标液，测A，作AC曲线。2、标准加入法、标准加入法：当试样基体影响较大，又无纯基体空白，测定纯物质中极微量元素时。方法：若干份同样体积试样中，分别加入待测元素的标液，定容后测A。浓度：Cx Cx+C0 Cx+2C0 Cx+3C0 Cx+4C0 Cx+5C0吸光度：Ax A1 A2 A3 A4 A5 以加入元素的标准量为横坐标，A为纵坐标，作图得直线，现在学习的是第28页，共30页续前标准加入法标准加入法图解现在学习的是第29页，共30页5.小结主要要求基本原理、概念，不要求计算主要要求基本原理、概念，不要求计算现在学习的是第30页，共30页