六章节原子吸收分光光度法

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1、第六章第六章 原子吸收分光光原子吸收分光光度法度法第一节第一节 基本原理基本原理第二节第二节 原子吸收光谱仪器及其组成原子吸收光谱仪器及其组成第三节第三节 定量分析方法定量分析方法第四节第四节 原子吸收分光光度法的干扰及其原子吸收分光光度法的干扰及其 抑制方法抑制方法第五节第五节 原子吸收分光光度法的实验技术原子吸收分光光度法的实验技术 及应用实例及应用实例第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法概述：原子吸收分光光度法（概述：原子吸收分光光度法（atomic absorption spectro-photometry, AAS）1.

2、AAS概念：通过测量样品蒸气中基态原子对特征谱概念：通过测量样品蒸气中基态原子对特征谱 线吸收程度建立的定量分析方法线吸收程度建立的定量分析方法2.AAS的发展：的发展：20世纪世纪50年代提出由年代提出由walsh创立创立 。3. AAS与与UV-Vis的比较：的比较： (1)对象：对象：(2)吸收谱线类型：吸收谱线类型：(3)样品池：样品池：(4)光源：光源： (5)单色器位置：单色器位置：4.AAS法优点：灵敏度高、选择性和好、干扰少。法优点：灵敏度高、选择性和好、干扰少。 不足：不利多元素同时测定；不足：不利多元素同时测定；BP易形成化合物元易形成化合物元 素灵敏度低；复杂样品预处理。

3、素灵敏度低；复杂样品预处理。第一节第一节 基本原理基本原理一、原子吸收光谱的产生及共振线一、原子吸收光谱的产生及共振线二、谱线轮廓及谱线展宽二、谱线轮廓及谱线展宽三、原子吸收值与原子浓度的关系三、原子吸收值与原子浓度的关系第一节第一节 基本原理基本原理一、原子吸收光谱的产生及共振线一、原子吸收光谱的产生及共振线1.原子吸收光谱的产生：原子吸收辐射能，其电子由基态原子吸收光谱的产生：原子吸收辐射能，其电子由基态 跃迁到激发态，原子对辐射能的选择吸收而产生的跃迁到激发态，原子对辐射能的选择吸收而产生的 光谱。光谱。2.原子吸收光谱的特点：原子吸收光谱的特点：（1）分布于紫外可见光区不连续线光谱；）

4、分布于紫外可见光区不连续线光谱； （2 2）较发射光谱简单、干扰少。）较发射光谱简单、干扰少。3.共振线：电子由基态跃迁到第一激发态吸收光能而产生共振线：电子由基态跃迁到第一激发态吸收光能而产生 吸收谱线。吸收谱线。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法二、谱线轮廓及谱线展宽二、谱线轮廓及谱线展宽1.谱线轮廓：原子吸收光谱线有相当窄的频率或波谱线轮廓：原子吸收光谱线有相当窄的频率或波 长范围，即有一定宽度，称为谱线宽度。长范围，即有一定宽度，称为谱线宽度。I- 表示方法：表示方法：中心频率中心频率0；谱线轮廓中，吸收系数极大值所对；谱线轮廓中，吸收系数极大值所对 应的频率。应的频率

5、。半宽度半宽度 ：吸收系数极大值一半处，谱线轮廓两：吸收系数极大值一半处，谱线轮廓两 点间频率或波长的距离。点间频率或波长的距离。2谱线展宽原因：自然线宽、热展宽（多普勒）、谱线展宽原因：自然线宽、热展宽（多普勒）、 碰撞展宽。碰撞展宽。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法I0K0/2 K K0 0I 0 I （吸收强度与频率的关系）（吸收强度与频率的关系）吸收线轮廓吸收线轮廓K （谱线轮廓）（谱线轮廓）吸收系数轮廓吸收系数轮廓 根根据据吸吸收收定定律律的的表表达达式式，以以 I 和和 K - 分分别别作作图图得得吸收强度与频率的关系及谱线轮廓。可见谱线是有宽度的。吸收强度与频率

6、的关系及谱线轮廓。可见谱线是有宽度的。图中：图中： K 吸吸收收系系数数；K0最最大大吸吸收收系系数数； 0， 0中中心心频频率率或或波波长长(由原子能级决定由原子能级决定)； ，谱线轮廓半宽度（谱线轮廓半宽度（K0/2处的宽度）；处的宽度）； 第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法三、原子吸收值与原子浓度的关系三、原子吸收值与原子浓度的关系1.积分吸收：在吸收线轮廓内，吸收系数所包括的积分吸收。积分吸收：在吸收线轮廓内，吸收系数所包括的积分吸收。 它表示吸收的全部能量。即吸收线下的全部面积。它表示吸收的全部能量。即吸收线下的全部面积。 积分吸收与原子蒸汽中的吸收辐射的原子数成正比

7、。积分吸收与原子蒸汽中的吸收辐射的原子数成正比。2.峰值吸收：直接测量吸收线轮廓的中心频率峰值吸收：直接测量吸收线轮廓的中心频率( (或中心波长或中心波长) )所所 对应的峰值吸收系数（对应的峰值吸收系数（K K）, ,而确定蒸气中原子的浓度。而确定蒸气中原子的浓度。 实实际际工工作作中中：原原子子吸吸收收的的测测定定，是是以以一一定定强强度度的的单单色色光光I0通过原子蒸汽，测其透光强度通过原子蒸汽，测其透光强度I。符合光学定律。符合光学定律。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法3.吸收值与浓度关系：当实验条件一定时，吸收值与浓度关系：当实验条件一定时，N N正比于待测元素浓度

8、正比于待测元素浓度 吸光度与待测元素浓度成线性关系，通过测吸光度与待测元素浓度成线性关系，通过测A,求求C。 A=KC (3000K时，时，NjN0)第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法在一定的条件下，试液中被测组分的浓度c与N成正比：Nac K，a均为常数，令KaK，则 AKLc A c 原子吸收遵循朗伯原子吸收遵循朗伯-比耳定律：比耳定律： 吸光系数吸光系数光程：光经过原光程：光经过原子蒸气的距离子蒸气的距离火焰中被测元素火焰中被测元素的基态原子数的基态原子数AKLac锐线光源锐线光源：能发射出半宽：能发射出半宽度很窄的谱线的光源。其度很窄的谱线的光源。其发射线的半宽度比吸收

9、谱发射线的半宽度比吸收谱线的半宽度小得多，约为线的半宽度小得多，约为吸收谱线宽度的吸收谱线宽度的1/5。 第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法空心阴极灯空心阴极灯 原子化器原子化器 单色仪单色仪检测器检测器 原子化系统原子化系统 雾化器雾化器 样品液样品液 第二节原子吸收光谱仪器及其组成第二节原子吸收光谱仪器及其组成 AAS仪仪器器由由光光源源、原原子子化化系系统统（类类似似样样品品容容器器）、分分光光系系统统及及检检测测系系统。统。废液废液 切光器切光器 助燃气助燃气 燃气燃气 原子吸收仪器结构示意图原子吸收仪器结构示意图第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法第二节

10、第二节 原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计 结构：光源、原子化系统、分光系统、检测系统四结构：光源、原子化系统、分光系统、检测系统四 部分。部分。一、光源一、光源：发射待测元素基态原子所吸收的特征共：发射待测元素基态原子所吸收的特征共 振线。振线。要求：发射线半宽度小；强度大；光强稳定性好，要求：发射线半宽度小；强度大；光强稳定性好， 使用寿命长。使用寿命长。种类：种类：1.1.空心阴极灯；空心阴极灯；2.2.无极放电灯；无极放电灯；3. 蒸汽放电灯。蒸汽放电灯。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法二、原子化器二、原子化器：将待测元素转变成能吸收辐射共振：将待测元素转变成能吸收

11、辐射共振 线的基态原子。线的基态原子。要求：原子化效率高；稳定性和重现性好；操作简要求：原子化效率高；稳定性和重现性好；操作简 单和低干扰。单和低干扰。原子化过程：试样原子化过程：试样干燥干燥蒸发蒸发原子化。原子化。（一）火焰原子化器：原子化能力取决于原子化温（一）火焰原子化器：原子化能力取决于原子化温 度及气体组成。度及气体组成。火焰原子化法：利用化学火焰固有的温度、气温等火焰原子化法：利用化学火焰固有的温度、气温等 特性，使待测元素原子化的方法。特性，使待测元素原子化的方法。 1. 1.优点：简便、快速、稳定性好、精密度高。优点：简便、快速、稳定性好、精密度高。 缺点：原子化效率低、用样量

12、多。缺点：原子化效率低、用样量多。 第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法2.2.结构：组成：雾化器、雾化室、燃烧器。结构：组成：雾化器、雾化室、燃烧器。（1 1）雾化器：试样雾化。要求：喷雾稳定）雾化器：试样雾化。要求：喷雾稳定/ /雾滴雾滴 小、雾化效率高。小、雾化效率高。原理：影响雾滴形成因素：样液物理性质、助燃气原理：影响雾滴形成因素：样液物理性质、助燃气 压力、流速等压力、流速等 （2）雾化室：雾滴、燃气、助燃气混合；雾滴排除）雾化室：雾滴、燃气、助燃气混合；雾滴排除 ，减小记忆。，减小记忆。（3）燃烧器：形成火焰，试液燃烧、蒸发、原子化）燃烧器：形成火焰，试液燃烧、蒸发

13、、原子化3.火焰状态：贫燃、化学计量性、富燃。火焰状态：贫燃、化学计量性、富燃。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法（二）石墨炉原子化器：（二）石墨炉原子化器：（1500-3000） 1.无焰原子化法：利用电热、等离子体、激光等无焰原子化法：利用电热、等离子体、激光等 方法原子化。方法原子化。 2.石墨原子化：石墨原子化：（1）优点：原子化效率高；样量少；灵敏度高。）优点：原子化效率高；样量少；灵敏度高。（2）缺点：基体效应大，重现性差（比火焰）。）缺点：基体效应大，重现性差（比火焰）。 3.结构：石墨管。长结构：石墨管。长40m

14、m/内径内径5mm/外径外径8mm 4.工作过程：干燥、灰化、原子化、高温净化。工作过程：干燥、灰化、原子化、高温净化。（三）氢化物发生原子化器：（三）氢化物发生原子化器：原理：试样在酸中被原理：试样在酸中被NaBH4还原为气态氢化物而进还原为气态氢化物而进 行原子化。行原子化。优点：基体干扰小、简便、快速。优点：基体干扰小、简便、快速。 缺点：精密度缺点：精密度 差（比火焰）差（比火焰）第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法三、分光系统三、分光系统：把共振线与灯的杂质、惰性气体及：把共振线与灯的杂质、惰性气体及 邻近谱线分开。阻止原子化过程产生的杂邻近谱线分开。阻止原子化过程产生

15、的杂 散光干扰，防止光电管的疲劳。散光干扰，防止光电管的疲劳。 组成：色散元件、反射镜、狭缝。组成：色散元件、反射镜、狭缝。四、检测系统四、检测系统：将分光系统的光信号变成电信号、：将分光系统的光信号变成电信号、 放大、显示放大、显示. 组成：检测器、放大器、读数装置。组成：检测器、放大器、读数装置。五、原子吸收分光光度计类型五、原子吸收分光光度计类型： 1.单道单光束型；单道单光束型； 2.单道双光束型；单道双光束型； 3.双道双光束型双道双光束型第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法第三节第三节 定量分析方法定量分析方法一、标准曲线法一、标准曲线法：绘制：绘制AC曲线。适于快速

16、、曲线。适于快速、 大批简单、相似样品分析大批简单、相似样品分析二、标准加入法二、标准加入法：又称直线外推法。：又称直线外推法。 适于基体复杂试样适于基体复杂试样方法：方法：Cx、Cx +Co、Cx +C1、Cx +C2等，作图等，作图A-C02.优点：消除基体干扰（物理干扰），优点：消除基体干扰（物理干扰）， 不扣除背景吸收，需样量大。不扣除背景吸收，需样量大。注意：注意：1.Cx=C0 至少采用四点至少采用四点 2.A在线性关系区域在线性关系区域 3.曲线斜率太小误差大曲线斜率太小误差大 第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法第四节第四节 原子吸收分光光度法的干扰原子吸收分光光

17、度法的干扰 及其抑制方法及其抑制方法一、光谱干扰一、光谱干扰：光谱线重叠引起的干扰。：光谱线重叠引起的干扰。消除方法：减小狭缝；另选分析线；分离干扰元素。消除方法：减小狭缝；另选分析线；分离干扰元素。二、电离干扰二、电离干扰： 待测元素电离，基态原子数减小，待测元素电离，基态原子数减小，A降低降低 消除方法：加入更易电离的元素（消电离剂）。消除方法：加入更易电离的元素（消电离剂）。三、化学干扰三、化学干扰：待测元素与共存组分发生化学反应生：待测元素与共存组分发生化学反应生 成稳定的化合物成稳定的化合物, ,原子化效率降低。使结果偏低。分原子化效率降低。使结果偏低。分 析的主要干扰。析的主要干扰

18、。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法 消除方法：加释放剂；保护剂；缓冲剂；消除方法：加释放剂；保护剂；缓冲剂；1、加释放剂：与干扰组分形成更难挥发物。、加释放剂：与干扰组分形成更难挥发物。2、保护剂：与待测元素形成稳定物。、保护剂：与待测元素形成稳定物。3、缓冲剂：加过量干扰元素（缓冲剂）于试样和标、缓冲剂：加过量干扰元素（缓冲剂）于试样和标 液中液中四、物理干扰四、物理干扰：试液物理性质变化引起的干扰。：试液物理性质变化引起的干扰。 消除方法：采用标准加入法，稀释样液。消除方法：采用标准加入法，稀释样液。五、背景吸收五、背景吸收：原子化器连续光谱的干扰。：原子化器连续光谱的干

19、扰。 分子吸收、光的散射、折射和火焰气体。分子吸收、光的散射、折射和火焰气体。 消除方法：另选分析线，氘灯背景校正。消除方法：另选分析线，氘灯背景校正。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法第五节第五节 原子吸收分光光度法的实原子吸收分光光度法的实验技术及应用实例验技术及应用实例一、分析条件的选择一、分析条件的选择1.分析线：选共振线；选最适波长谱线。分析线：选共振线；选最适波长谱线。2.狭缝宽度：选去除临近干扰谱线的最大狭缝。狭缝宽度：选去除临近干扰谱线的最大狭缝。3.灯电流：保证光强稳定、合适的最低灯电流。灯电流：保证光强稳定、合适的最低灯电流。4.原子化条件：原子化条件： 火

20、焰原子化：火焰类型、燃烧头高度、雾化器调火焰原子化：火焰类型、燃烧头高度、雾化器调 节。节。 石墨炉原子化：温度、时间。石墨炉原子化：温度、时间。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法二、进样技术：二、进样技术：脉冲进样、原子捕集技、脉冲进样、原子捕集技、 流动注射技术流动注射技术三、探针原子化技术三、探针原子化技术四、灵敏度和检出限四、灵敏度和检出限（一）灵敏度：单位被测物含量改变引起测量信（一）灵敏度：单位被测物含量改变引起测量信 号变化。号变化。S=S=dA/dCdA/dC 特征浓度：特征浓度：1%1%吸收吸收( (A=0.0044)A=0.0044)所对应的被测物浓所对应的

21、被测物浓 度。分析灵敏度度。分析灵敏度（二）检出限：（二）检出限：定义：更好反映仪器的性能（灵敏度和噪声），定义：更好反映仪器的性能（灵敏度和噪声）， 越低，分析方法或仪器性能越好，检出能越低，分析方法或仪器性能越好，检出能 力强。力强。第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法五、应用实例五、应用实例空气样品空气样品PbPb、HgHg、MnMn、CoCo；水样水样PbPb、HgHg、CuCu、ZnZn；食品食品AlAl、SnSn、CdCd、CrCr； 生物样品生物样品SnSn、NiNi、ZnZn、BeBe；化妆品化妆品PbPb、AsAs、HgHg、CdCd。 第六章第六章 原子吸收分

22、光光度法原子吸收分光光度法几种光学分析法的比几种光学分析法的比较（UV-Vis、MFS和和AAS）分子光分子光谱原子光原子光谱UV-VisMFSAAS原原理理定量依据定量依据基于物质对光的吸收基于物质对光的吸收测定定对象象溶液中分子溶液中分子溶液中分子溶液中分子气气态基基态原子原子吸收吸收谱线类型型宽带连续光光谱宽带连续光光谱线光光谱(锐线光源光源)仪器器光源光源连续光源光源连续光源光源锐线光源光源样品池品池比色杯比色杯(或吸或吸收池收池)石英比色杯石英比色杯原子化器原子化器单色器位色器位置置在光源与在光源与样品池之品池之间1.光源与光源与样品池品池间2.样品池与品池与检测器器间原子化器与原子化器与检测器器之之间单色器作色器作用用将将连续光光谱色散成色散成单色色光光1.滤去非特征波去非特征波长的的激激发光。光。2.滤去反射光、散色去反射光、散色光和光和杂质荧光。光。1.将共振将共振线与与邻近近谱线分开。分开。2.阻止原子化阻止原子化时产生的生的辐射干射干扰/第六章第六章 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法