掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件

原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析应用化工技术专业应用化工技术专业原子吸收光谱分析应用化工技术专业11、了解原子吸收光谱分析法的、了解原子吸收光谱分析法的发展发展历程。历程。2、掌掌握握原原子子吸吸收收光光谱谱分分析析的的基基本本原原理理与与特特点点，吸吸收收峰峰形形状状与参数，吸收峰与参数，吸收峰变宽变宽的原因，峰值吸收的原因，峰值吸收系数系数与吸收系数。与吸收系数。3、掌握、掌握原子化原子化法的基本过程。法的基本过程。4、掌握原子吸收光谱仪器的、掌握原子吸收光谱仪器的结构结构、流程及类型。、流程及类型。5、掌握原子吸收光谱仪的重要、掌握原子吸收光谱仪的重要部件部件及其作用。及其作用。学习目标学习目标1、了解原子吸收光谱分析法的发展历程。学习目标21131、原子光谱的产生及共振线、原子光谱的产生及共振线图图2 2 原子的能级与跃迁原子的能级与跃迁基态基态第一激发态第一激发态共共振振吸吸收收线线共共振振发发射射线线吸收光谱吸收光谱发射光谱发射光谱1、原子光谱的产生及共振线图2 原子的能级与跃迁基态第一4 （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共振线共振线:跃迁吸收或发射能量不同跃迁吸收或发射能量不同具有特征性。具有特征性。特征谱线特征谱线 （2 2）各种元素的基态）各种元素的基态第一激发态（共振线）第一激发态（共振线）最易发生，吸收最强，最灵敏线最易发生，吸收最强，最灵敏线,分析线。分析线。（3 3）利用待测原子蒸气对同种元素的特征谱线）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（共振线）的吸收可以进行定量分析元素的特征谱线 （1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同元素的特征谱线52、谱线轮廓、谱线轮廓朗伯（Lambert)定律 I=I0exp(-K L)I 为透过光的强度；为透过光的强度；K 为在为在 辐射频率辐射频率处的处的吸收系数；吸收系数；L为原子蒸气的厚度。为原子蒸气的厚度。LI0Ih2、谱线轮廓朗伯（Lambert)定律 I=I06谱线变宽谱线变宽 （1 1）自然宽度）自然宽度 VN 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。谱线变宽（1）自然宽度 VN7（2）多普勒变宽多普勒变宽（热变宽）（热变宽）VD 这是由于原子在空间作无规则热运动所导致的，故又称热热变宽变宽。通常为10-410-3nm，它是谱线变宽的主要因素。（3 3）压力变宽（碰撞变宽）VL频率改变劳伦兹变宽劳伦兹变宽VL：待测原子和其他粒子碰撞。10-410-3nm共振变宽 VR：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。在在一一般般分分析析条条件件下下VD 为为主主。谱谱线线的的变变宽宽将将导导致致原原子子吸吸收收分析灵敏度的下降。分析灵敏度的下降。（2）多普勒变宽（热变宽）VD（3）压力变宽（碰撞变宽）83、当吸收厚度一定，在一定的工作条件下，峰值吸收测量、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。的吸光度与被测元素的含量成正比。原子吸收光谱定量分析法的基础原子吸收光谱定量分析法的基础A=KLN0=KLN=Kc2、只要测量吸收前后发射线强度的变化，便可求出被测元、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。素的含量。1 1、原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子、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。与特征谱线吸收之间的关系来测定的。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9掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件10掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件11掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件12掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件13光源光源光源光源检测器检测器检测器检测器样品室样品室样品室样品室光源检测器样品室14光路光路光路光路光路15A hollow cathode lamp for Aluminum(Al)A hollow cathode lamp for Aluminum(Al)空心阴极管空心阴极管空心阴极管空心阴极管(Al)Al)A hollow cathode lamp for Alum16空空空空心心心心阴阴阴阴极极极极管管管管安安安安装装装装位位位位置置置置空心阴极管安装位置17火火火火焰焰焰焰原原原原子子子子化化化化器器器器火焰原子化器18掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件19待待待待测测测测样样样样品品品品待测样品20样品在火焰中样品在火焰中样品在火焰中样品在火焰中被原子化被原子化被原子化被原子化在样品室中品在样品室中品在样品室中品在样品室中品被吸气管吸入被吸气管吸入被吸气管吸入被吸气管吸入火焰中火焰中火焰中火焰中.样品在火焰中在样品室中品21掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件22掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件23掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件24一、光源一、光源1.1.作用作用 提供提供待测待测元素的元素的特征光谱特征光谱。为获得较高的灵敏度和准确度。为获得较高的灵敏度和准确度 光源应满足如下要求；光源应满足如下要求；（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。2.2.空心阴极灯空心阴极灯：一、光源1.作用25掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件263.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。优缺点优缺点：（1 1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。（2 2）每测一种元素需更换相应的灯。）每测一种元素需更换相应的灯。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27二、原子化系统1.1.作用作用 将试样中待测元素转变成原子蒸气。二、原子化系统1.作用 282.原子化方法 火焰法：预混合型原子化器火焰法：预混合型原子化器 无火焰法无火焰法电热高温石墨管电热高温石墨管2.原子化方法 火焰法：预混合型原子化器29掌握原子吸收光谱分析的基本原理与特点课件303.火焰原子化装置（1 1）雾化器）雾化器 主要缺点：雾化效率低主要缺点：雾化效率低。雾化器和燃烧器雾化器和燃烧器3.火焰原子化装置（1）雾化器 主要缺点：雾化效率低。31（2）燃烧器）燃烧器作用：作用：使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原子化。使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原子化。材料：材料：不锈钢（耐腐蚀、耐高温）不锈钢（耐腐蚀、耐高温）喷灯：喷灯：“孔型孔型”和和“长缝型长缝型”两种。预混合型燃烧器中，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。一般采用吸收光程较长的长缝型喷灯。喷灯的缝长和缝宽：喷灯的缝长和缝宽：空气乙炔焰：空气乙炔焰：0.5mm100mm;氧化亚氮乙炔焰：氧化亚氮乙炔焰：0.5mm50mm;高度：高度：可上下调节，以便选择适宜的火焰原子化区域。可上下调节，以便选择适宜的火焰原子化区域。（2）燃烧器作用：使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原子化。32（3）火焰火焰温度的选择火焰温度的选择：（a a）保保证证待待测测元元素素充充分分离离解解为为基基态态原原子子的的前提下，尽量采用前提下，尽量采用低温低温火焰；火焰；（b b）火火焰焰温温度度越越高高，产产生生的的热热激激发发态态原原子子越多；越多；（c c）火火焰焰温温度度取取决决于于燃燃气气与与助助燃燃气气类类型型，常用空气常用空气乙炔最高温度乙炔最高温度26002600K K能测能测3535种元素。种元素。（3）火焰火焰温度的选择：33 火焰类型火焰类型化学计量火焰化学计量火焰(燃助比与化学计量比相近）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。贫燃火焰贫燃火焰(助燃气量大）：助燃气量大）：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。火焰类型化学计量火焰(燃助比与化学计量比相近）：富燃火焰（344.石墨炉原子化装置（1）结构）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。4.石墨炉原子化装置（1）结构35（2）原子化过程）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（去除残渣）（去除残渣）四个阶段四个阶段，待测元素在，待测元素在高温下生成基态原子高温下生成基态原子。（2）原子化过程原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化36（3）优缺点 优优点点：原子化程度高，试样用量少（1-100L），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限10-12 g/L。缺点：缺点：重现性差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。（3）优缺点 优点：原子化程度高，试样用量少（1-1375.其他原子化方法（1）低温原子化方法）低温原子化方法 主要是氢化物原子化方法，原子化温度700900 C；主要应用于主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素 原原理理：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；5.其他原子化方法（1）低温原子化方法38（2 2）冷原子化法）冷原子化法 主要应用于主要应用于：各种试样中Hg元素的测量；原原理理：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。特点特点：常温测量；灵敏度、准确度较高（可达10-8g汞）；（2）冷原子化法 主要应用于：各种试样中Hg39三、单色器 1.1.作用作用 将待测元素的共振线与邻近谱线分开分开。2.2.组件组件 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。3.3.单色器性能参数单色器性能参数 （1）倒倒线线色色散散率率（D）两条谱线间的距离与波长差的比值l/为线色散率。实际工作中常用其倒数/l （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。当倒线色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定：W=DS三、单色器 1.作用 将待测元素的共振线与邻近谱线分开40四、检测系统四、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。1.1.检测器检测器-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。2.2.放放大大器器-将光电倍增管输出的较弱信号，经电子线路进一步放大。3.3.对数变换器对数变换器-光强度与吸光度之间的转换。4.4.显示、记录显示、记录 新仪器配置：原子吸收计算机工作站新仪器配置：原子吸收计算机工作站四、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41作业题作业题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作业题1、概述原子吸收光谱分析的基本原理与特点42