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1、原子吸收光谱法模块 1 原子吸收光谱法基本原理 仪器结构：光源；检测系统；分光系统；原子化系统一、原子吸收法定义 原子吸收法是一种利用元素的基态原子对特征辐射线的吸收程度进行定量的分析方法。 测定对象：金属元素及少数非金属元素。二、原子吸收光谱的产生 当有光辐射通过自由原子蒸气，且入射光辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般 情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中吸收能量，产生吸收，电子由基态跃 迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。原子吸收光谱是原子由基态向激发态跃迁产生的原子线状光谱。 分光法：分子或离子的吸收为带状吸收。原子法：基态原子为线状吸收。
2、三、原子吸收光谱几个重要概念 共振吸收线:当电子吸收一定能量从基态跃迁到第一激发态时所产生的吸收谱线，称为共振吸收线，简 称共振线。共振发射线：当电子从第一激发态跃回基态时，则发射出同样频率的光辐射，其对应的谱线称为共振 发射线，也简称共振线。分析线：用于原子吸收分析的特征波长的辐射称为分析线，由于共振线的分析灵敏度高，光强大常作 分析线使用。 （亦称为特征谱线）原子及收光谱线并不是严格几何意义上的线而是具有一定的宽度。V0V四、原子吸收线的形状（光谱的轮廊 ） 原子对光的吸收是一系列不连续的线，即原子吸收光谱。V 18频率为V 0的入射光和透过光的强度 KV原子蒸气对频率V 0的入射光的吸收
3、系数 L原子蒸气的宽度 及收线轮廓描绘及收率随频率或波长变化的曲线。发射线轮廓描绘发射辐射强度随频率或波长变化的曲线。 原子吸收光谱的轮廓以原子吸收谱线的中心频率和半宽度来表征。中心频率：曲线极大值对应的频率u 0峰值吸收系数:中心频率所对应的吸收系数吸收线的半宽度：指在中心频率处，最大吸收系数一半处，吸收光谱线轮廓上A、B两点之间的频率差。 吸收曲线的半宽度Au的数量级约为0.0010.01nmAV =VB VA五、影响原子吸收谱线变宽的原因（1）自然变宽Av N不同谱线有不同的自然宽度，在多数情况下，自然宽度约相当于10-5nm数量级。在没有外界影响的情况 下，光谱线本身具有的宽度称为谱线
4、的自然宽度。（2）多普勒变宽Av D （热变宽）由于原子在空间作无规则热运动而引起的谱线的变宽称为多普勒变宽。（3）劳仑兹变宽Av L（压力变宽）由产生吸收的原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起谱线的变宽。六、原子吸收值与待测元素浓度的定量关系1、积分吸收 ：原子吸收光谱产生于基态原子对特征谱线的吸收。将原子蒸气所吸收的全部辐 射能量称为积分吸收，即图中吸收线下面所包括的整个面积。通过测量吸收线的面积可以测量 出基态原子的吸收，这种测量方法称为积分吸收。2、峰值吸收 峰值吸收是指基态原子蒸气对入射光中心频率线的吸收。峰值吸收的大小以峰值吸收系数 K0 表示。在一定实验条件下，基态原子蒸气的峰值
5、吸收与试液中待测元素的浓度成正比，因此可以通过峰值 吸收的测量进行定量分析。锐线光源：发射出谱线半宽度很窄的（0.00050.002nm）辐射线的光源。1. 必须使锐线光源的发射线的中心频率与吸收线的中心频率相重合2. 锐线光源的发射线的宽度必须比中心吸收线的宽度窄锐线光源的发射线的宽度0.00050.002nm 中心吸收线的宽度0.0010.01nm七、原子吸收光谱法特点优点：1.灵敏度高，检出限低:火焰法 Mg/ml级，石墨炉法10-10-10-14g。2.准确度高:火焰法误差1% , 石墨炉法35。 3.选择性好：共存成分的干扰小 ，不经分离可直接测定 。 4.操作简便，分析速度快。 5
6、.应用广泛：可测定的元素达70 多个 ，应用于化工、医药、环境、食品、农业等领域。 不足：分析 不同元素，必须使用不同元素灯。有些元素，如钍、铪、铌、钽等的灵敏度比较低。对于复杂样品需要进 行化学预处理。与 UVVis 的比较相同点：均属于吸收光谱分析；均服从光吸收定律 不同点：原子吸收光谱分析的吸收物质是基态原子蒸气；紫外-可见分光光度分析的吸光物质是溶液中的分 子或离子。原子吸收光谱是线状光谱；紫外-可见吸收光谱是带状光谱。分光法：光源单色器吸收池检测器检流计 光源单色器样品室检测室显示 原子吸收法：光源吸收池单色器检测器检流计 光源原子化器单色器检测器显示 原子吸收模块 2 原子吸收分光
7、光度计 仪器结构：由光源、原子化器、分光系统以及检测显示系统等四部分组成。一、光源作用：发射待测元素的特征谱线以供测量用。要求：锐线光源；光强大；稳定；背景小；寿命长。 种类：空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯 激光光源灯。1、空心阴极灯结构 外观：灯脚、玻璃管、石英透光窗； 阴极：待测元素金属或合金； 阳极：钨棒上镶钛丝或钽片； 管内充有低压惰性气体（氖或氩） 其中最主要的部分是阴极 空心阴极灯的工作原理两极间加电压一气体辉光放电一气体电离一阳离子撞击阴极一自由原子溅射一原子激发一发射特征谱线二、原子化系统 作用：将试样中待测元素变成气态的基态原子。种类：火焰原子化器、无火焰原子化器 原子化
8、过程：将试样溶液变成细小雾滴（即雾化阶段），然后使雾滴接受火焰供给的能量形成基态原子（即原子化阶段）。 原子化器的功能是提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。 火焰原子化器（一）火焰原子化器的结构1. 雾化器作用是将试液雾化，使之形成直径为微米级的气溶胶。是关键部件按国家规定雾化效率应不低于 8%，雾化效率一般在 1012%为宜。2. 混合室作用：使较大的气溶胶在室内凝聚为大的溶珠沿室壁流入泄液管排走。使进入火焰的气溶胶在混合室内充分混合均匀以减少它们进入火焰时对火焰的扰动，并让气溶胶在室内部 分蒸发脱溶。3. 燃烧器常用的是单缝燃烧器作用：产生火焰，使进入火焰的气溶胶蒸发和原子化。 原子吸收分
9、析的火焰应有足够高的温度，能有效地蒸发和分解试样，并使被测元素原子化。 火焰应该稳定、背景发射和噪声低、燃烧安全。（二）火焰原子化器工作原理通入助燃气燃气一预混合室混合后点燃一试样经物化后进入火焰产生原子蒸气（三）常用火焰 火焰的重要特性：温度 、氧化还原性1. 空气-乙炔火焰火焰燃烧稳定，重现性好，噪声低，燃烧速度不是很大，温度足够高2300C，对大 多数元素有足够的灵敏度。适合大部分元素测定，最常用。2. N2O-乙炔火焰一一火焰温度高，可达3000C。而燃烧速度并不快，是目前应用较广泛的一种高温火焰， 用它可测定 70 多种元素。3. 空气氢气火焰氧化性火焰，燃烧速度较乙炔-空气火焰高，
10、但温度较低（约 2050C ），优点是背 景发射较弱，透射性能好。适合分析线在200nm以下元素（如As、Se）的测定。非火焰原子化器管式石墨炉原子化器管式石墨炉原子化器加热电源 保护气控制系统 石墨管状炉 石墨炉原子化器特点：温度高，灵敏度高、样品用量少、能够直接测定固体样品。加热电源供给原子化器能量，电流通过石墨管产生高热高温，最高温度可达到 3000C。 保护气控制系统是控制保护气的。为防止试样和石墨管氧化不断通入氮气（或氩气），延长使用寿命。 火焰原子化法的优点是操作简便，重现性好，灵敏度高，因此应用广泛。缺点是火焰原子化法原子化 效率低（10%左右），一般不能直接分析固体样品。石墨炉
11、原子化法的优点是原子化效率高，灵敏度高。液体和固体试样均可直接进样。缺点是测定精密度不 如火焰原子化法。低温原子化器利用某些元素（如Hg）本身或元素的氢化物（如AsH3）在低温下的易挥发性，将其导入气体流动吸收 池内进行原子化。目前通过该原子化方式测定的元素有Hg、As、Sb、Se、Sn、Bi、Ge、Pb、Te等。以 As 为例，反应过程可表示如下：AsCl3 + 4NaBH4 + HCl + 8H2O = AsH3 f + 4KCl +4HBO2 + 13H2 AsH3在热力学上是不稳定的，在900C温度下就能分解析出自由As原子，实现快速原子化。三、分光器 分光器由入射和出射狭缝、反射镜和
12、色散元件组成，作用是将待测元素的共振发射线与邻近谱线分开。分 光器的关键部件是色散元件光栅。光栅放置在原子化器之后，以阻止来自原子化器内的所有不需要的辐射 进入检测器。分光系统工作原理光源发出的光经入射狭缝-凹面镜反射到达光栅光栅分光后由凹面镜聚焦于出射狭转动光栅 选择所需的吸收线四、检测系统 作用：将光吸收信号转变为电信号并放大读出。 组成：检测系统由光电元件，放大器和显示装置等。 主要部件：光电倍增管。 二、原子吸收分光光度计类型单道单光束原子吸收分光光度计 优点：仪器简单，操作方便，体积小，价格低，能满足一般原子吸收 分析的要求。 缺点：不能消除光源波动造成的影响。单道双光束原子吸收分光
13、光度计 优点：光源波动的影响通过参比光束的作用而得到补偿，能获得一个 稳定的输出信号。缺点：火焰扰动和背景吸收影响无法消除。原子吸收模块3原子吸收分光光度计操作 型号TAS990，北京普析通用仪器公司分析流程 原子吸收光谱法是基于原子对特征辐射的吸收建立的一种分析方法 光源（发射特征谱线）一原子化器（试样转化为原子蒸气）一分光系统（分离特征谱线）一检测系统（信 号转换、放大、显示）阅读说明书 请仔细阅读其中的仪器简介及操作方法部分，对仪器有个基本了解。对照仪器实物了解仪器 的电、气路连接，各功能钮的作用。仪器开关及步骤接通电源打开电脑安装空心阴极灯开主机打开操作软件初始化寻旷设置实验条件检查排
14、水安全联锁装置 f 开空气压缩机（调节出口压力0.25-0.3MPa）i 开乙烘钢瓶 （调节出口压力0.05-0.07MPa） 开排风点火一 品测定一数据保存测定完毕_ 关闭乙 烘钢瓶火焰熄灭后关空气压缩机关排风退出工作软件 r闭主机电源 庶闭电脑 填写仪器使用记录。基本操作演示 1 打开电源为保证仪器的供电稳定配备了稳压电源，A、轻按稳压电源后面板的开关 B、工作灯亮，电压显示220V 基本操作演示 2 打开电脑TAS990原子吸收分光光度计配备了微机系统，具有专用的操作软件。开机前首先打开电脑进入windows操 作系统基本操作演示 3 安装空心阴极灯 选择与测量元素相同的空心阴极灯对准灯
15、脚适配插入。1. 将灯脚的凸出部分对准灯座的凹槽插入；2.将灯装入灯室，记住等位编号；3.拧紧灯座固定螺丝；4.盖 好灯室门。基本操作演示 4 开启主机电源基本操作演示 5 调节燃烧器,对准光路 1、调节燃烧器旋转调节钮2、 调节燃烧器前后调节钮 3、使从光源发出的光斑在燃烧缝的正上方，与燃烧 缝平行。基本操作演示 6 工作软件的使用初始彳一空心阴极灯选择、预设置元素条彳一测量基本操作演示7气体压力调节：1.打开电源开关2顺时针旋转压力调节钮3.调节压力至0.3MPa4.逆时针打开钢瓶总阀5顺时针转动减压阀6.调节压力为0.05MPa基本操作演示 8 检查废液排放管、打开排风向排水安全槽内倒入少量水至有水从排水管内流出；按下排风开关“ON”打开排风；排风口有风排出。 基本操作演示 9 点火操作 单击“点火”按钮；点燃火焰。注意：仪器长时间不用由于乙炔管路内有空气进入，第一次点火可能无法点燃，多点几次即可。 基本操作演示 10 样品吸光度测量1、将吸样毛细管插入蒸镏水，待吸光度稳定后点击“校零”，吸光度显示为零。 2、提起毛细管，用滤纸 擦去水分。 3、插入试样溶液中，待吸光度稳定后读取并记录吸光度。基本操作演示 11 关机操作： 1、吸入蒸馏水 5min；2
