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原子吸收光谱分析

原子吸收光谱分析. 应用化工技术专业. 学习目标. 1、了解原子吸收光谱分析法的 发展 历程。 2、掌握原子吸收光谱分析的基本 原理 与 特点 ，吸收峰形状与参数，吸收峰 变宽 的原因，峰值吸收 系数 与吸收系数。 3、掌握 原子化 法的基本过程。 4、掌握原子吸收光谱仪器的 结构 、流程及类型。 5、掌握原子吸收光谱仪的重要 部件 及其作用。. 1. 1 、原子光谱的产生及共振线. 第一激发态. 共振 发射 线. 共振 吸收 线. 发射光谱. 吸收光谱. 基态. 图2 原子的能级与跃迁. 元素的特征谱线.

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原子吸收光谱分析

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Presentation Transcript

  1. 原子吸收光谱分析 应用化工技术专业

  2. 学习目标 1、了解原子吸收光谱分析法的发展历程。 2、掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点，吸收峰形状与参数，吸收峰变宽的原因，峰值吸收系数与吸收系数。 3、掌握原子化法的基本过程。 4、掌握原子吸收光谱仪器的结构、流程及类型。 5、掌握原子吸收光谱仪的重要部件及其作用。

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  4. 1、原子光谱的产生及共振线 第一激发态 共振发射线 共振吸收线 发射光谱 吸收光谱 基态 图2 原子的能级与跃迁

  5. 元素的特征谱线 （1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 共振线: 跃迁吸收或发射能量不同——具有特征性。 特征谱线 （2）各种元素的基态第一激发态（共振线） 最易发生，吸收最强，最灵敏线,分析线。 （3）利用待测原子蒸气对同种元素的特征谱线 （共振线）的吸收可以进行定量分析

  6. 2、谱线轮廓 L I0 Iν hν 朗伯（Lambert)定律 Iν=I0exp(-K ν L) I ν为透过光的强度； K ν为在 辐射频率ν处的吸收系数； L为原子蒸气的厚度。

  7. 谱线变宽 （1）自然宽度 ΔVN 在无外界影响下，谱线仍有一定的宽度，这种谱线固有的宽度为自然宽度。它与激发态原子的寿命有关，不同谱线有不同的自然宽度。在大多数情况下，约为10-5nm数量级。 它与谱线的其它变宽宽度相比，可以忽略不计。

  8. （3）压力变宽（碰撞变宽）ΔVL频率改变 （2）多普勒变宽（热变宽）ΔVD 这是由于原子在空间作无规则热运动所导致的，故又称热变宽。通常为10-4～10-3nm，它是谱线变宽的主要因素。 劳伦兹变宽ΔVL：待测原子和其他粒子碰撞。10-4～10-3nm 共振变宽 ΔVR：同种待测原子间碰撞。浓度高时起作用，但在原子吸收中可忽略。 在一般分析条件下ΔVD 为主。谱线的变宽将导致原子吸收分析灵敏度的下降。

  9. 原子吸收光谱定量分析法的基础 1、原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与特征谱线吸收之间的关系来测定的。 2、只要测量吸收前后发射线强度的变化，便可求出被测元素的含量。 A=KLN0=KLN=Kc 3、当吸收厚度一定，在一定的工作条件下，峰值吸收测量的吸光度与被测元素的含量成正比。

  10. 样品室 光源 检测器

  11. 光路

  12. 空心阴极管 (Al) A hollow cathode lamp for Aluminum (Al)

  13. 空心阴极管安装位置

  14. 火焰原子化器

  15. 待测样品

  16. 样品在火焰中 被原子化 在样品室中品 被吸气管吸入火焰中.

  17. 一、光源 1.作用 提供待测元素的特征光谱。为获得较高的灵敏度和准确度 光源应满足如下要求； （1）能发射待测元素的共振线； （2）能发射锐线； （3）辐射光强度大，稳定性好。 2.空心阴极灯：

  18. 3.空心阴极灯的原理 • 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。 • 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。 优缺点： （1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 （2）每测一种元素需更换相应的灯。

  19. 二、原子化系统 1.作用 将试样中待测元素转变成原子蒸气。

  20. 2.原子化方法 火焰法：预混合型原子化器 无火焰法—电热高温石墨管

  21. 3.火焰原子化装置 ——雾化器和燃烧器 （1）雾化器 主要缺点：雾化效率低。

  22. （2）燃烧器 作用：使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原子化。 材料：不锈钢（耐腐蚀、耐高温） 喷灯：“孔型”和“长缝型”两种。预混合型燃烧器中，一般采用吸收光程较长的长缝型喷灯。 喷灯的缝长和缝宽： 空气－乙炔焰： 0.5mm×100mm; 氧化亚氮－乙炔焰：0.5mm×50mm; 高度：可上下调节，以便选择适宜的火焰原子化区域。

  23. （3）火焰 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； （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。

  24. 火焰类型 化学计量火焰(燃助比与化学计量比相近）： 中性火焰，温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。 富燃火焰（燃气量大)： 还原性火焰，燃烧不完全，温度稍低，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。 贫燃火焰(助燃气量大）： 火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。

  25. 4.石墨炉原子化装置 （1）结构 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。

  26. （2）原子化过程 原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（去除残渣） 四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。

  27. （3）优缺点 优点：原子化程度高，试样用量少（1-100μL），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限10-12 g/L。 缺点：重现性差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。

  28. 5.其他原子化方法 （1）低温原子化方法 主要是氢化物原子化方法，原子化温度700~900 ゜C； 主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素 原理： 在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。例 AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3↑+4NaCl +4HBO2+13H2 将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，送入原子化器中检测，氢化物易分解，原子化温度低。 特点：原子化温度低 ； 灵敏度高（对砷、硒可达10-9g）； 基体干扰和化学干扰小；

  29. （2）冷原子化法 主要应用于：各种试样中Hg元素的测量； 原理： 将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺完全还原为金属汞后，用气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体测量管中进行吸光度测量。 特点： 常温测量；灵敏度、准确度较高（可达10-8g汞）；

  30. 三、单色器 1.作用 将待测元素的共振线与邻近谱线分开。 2.组件 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。 3.单色器性能参数 （1）倒线色散率（D）两条谱线间的距离与波长差的比值Δl/Δλ为线色散率。实际工作中常用其倒数 Δλ/Δl （2）分辨率 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 /Δλ表示。 （3）通带宽度（W）指通过单色器出射狭缝的某标称波长处的辐射范围。当倒线色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定： W=DS

  31. 四、检测系统 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-------- 将单色器分出的光信号转变成电信号。 如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。 2.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------光强度与吸光度之间的转换。 4.显示、记录 新仪器配置：原子吸收计算机工作站

  32. 作业题 • 1、概述原子吸收光谱分析的基本原理与特点 • 2、表征吸收线轮廓的参数有哪些？ • 3、吸收峰变宽的原因有哪些？ • 4、原子吸收光谱分析对光源有什么要求？ • 5、画出空心阴极灯的结构

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