第八章 原子吸收光谱(xiu).

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1、第八章 原子吸收光谱分析 Atomic Absorption Spectrometry (AAS)第一节 概述一、历史1、原子吸收现象的发现1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线；1859年Kirchhoff和 Bunson解释了暗线产生的原因；太阳光暗线暗线是由于大气层中的钠原子对太阳光选择性吸收的结果：ECE = h = h基态第一激发态热能2、空心阴极灯的发明 1955年Walsh发表了论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用”,解决了原子吸收光谱的光源问题，50年代末 PE 和 Varian公司推出了原子吸收商品仪器。棱镜火焰光电管空心阴极灯3、电热原子化技术的提出 1959年里沃

2、夫提出电热原子化技术，大大提高了原子吸收的灵敏度。灵敏度高；（火焰法：1 ng/ml， 石墨炉100-0.01 pg)；准确度好；（火焰法：RSD 1%，石墨炉 3-5%）选择性高。（可测元素达70个， 相互干扰很小）二、原子吸收光谱法的特点三、应用三、应用测定矿物测定矿物,金属及其合金金属及其合金,玻璃玻璃,陶陶瓷瓷,水泥水泥,化工产品化工产品,土壤土壤,食品食品,血血液液,生物试样生物试样,环境污染物等试样环境污染物等试样中的金属元素。中的金属元素。第二节 原子吸收光谱的原理它是基于物质所产生的原子蒸它是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的

3、一种方法。行定量分析的一种方法。一、原子吸收光谱的产生 当适当波长的光通过含有基态原子的蒸气时，基态原子就可以吸收某些波长的光而从基态被激发到激发态，从而产生原子吸收光谱。 原子吸收光的波长通常在紫外和可见区。二、谱线的轮廓与谱线变宽 原子群从基态跃迁到激发态所吸收的谱线是具有一定宽度的，通常被称为谱线宽度。若将吸收系数对频率作图，所得曲线为吸收线轮廓。V0= E/h中心频率:（ v0）宽度（半宽）:（ v）K为吸收系数，表示单位体积内原子对光的吸收值；为频率；吸收最大处所对应的频率叫中心频率；最大吸收值叫峰值吸收；最大吸收值的一半处所对应的宽度叫谱线宽度，用表示。自然宽度，与激发态原子的平均

4、寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。不同谱线有 不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级。多普勒变宽，又称热变宽，由于原子在空 间做无规则热运动所致。由于热运动导致多普勒效应，使观测者接受到很多频率稍有不同的光，于是产生谱线变宽。一般可达10-3nm，是谱线变宽的主要因素。压力变宽，又称碰撞变宽，由于吸光原子与蒸气中原子或分子相互作用而引起的能级稍微变化，使发射或吸收光量子频率改变而导致的谱线变宽。压力变宽通常随压力增大而增大。包括劳伦兹变宽和共振变宽。三、原子吸收光谱的测量1.锐线光源：光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，而且发射线的半宽度比吸收线的半宽度小得多时的发射线光

5、源。为什么要采用锐线光源？如果用连续光源，则吸收的光的强度只占入射光强度的极小部分，使测定的灵敏度极差。在锐线光源半宽度范围内，可以认为原子的吸收系数为常数，并等于中心波长处的吸收系数。原子吸收的测量 在使用锐线光源的条件下原子蒸气的吸光度与峰值吸收有如下关系： A=lgI0/I=0.4343K0L 式中A为中心频率处的吸光度；L为原子蒸气的厚度； 由此式可知，只要测定吸光度并固定L，就可求得K0，而K0与原子蒸气中原子的浓度成正比。并且在稳定的测定条件下，被测定试液中待测元素的浓度与原子蒸气中的原子浓度也成正比。所以，吸光度与试液中待测元素的C也成正比，可简单的用下式表示： A=KC K包含

6、了所有的常数。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础。第三节 原子吸收分光光度计原子分光光度计由光源、原子化系统、光学系统及检测显示系统四个部分构成。激发光源激发光源原子化器原子化器分光系统分光系统检测系统检测系统控制和记录系统控制和记录系统一光源1光源应满足的条件1）能辐射出半宽度比吸收线半宽度还窄的谱线，并且发射线的中心频率应与吸收线的中心频率相同。2）辐射的强度应足够大。3）辐射光的强度要稳定，且背景小。 （钨棒（钨棒)待测元素或含待待测元素或含待测元素的合金测元素的合金工作过程：高压直流电（300V）-阴极电子射出-撞击隋性原子-电离(二次电子维持放电)-正离子-轰击阴击-待测原

7、子溅射-聚集空心阴极内被激发-待测元素特征共振发射线。二. 原子化器原子化器是将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。（一）火焰原子化器火焰原子化法是利用气体燃烧形成的火焰来进行原子化的。火焰型的原子化系统我们把它叫做火焰原子化器。1结构：（预混合型火焰原子化器）火焰原子化装置包括雾化器和燃烧器。火焰原子化装置包括雾化器和燃烧器。（1）雾化器）雾化器 当助燃气高速通过时，在毛细管外壁与当助燃气高速通过时，在毛细管外壁与喷嘴口构成的环形间隙中，形成负压区，喷嘴口构成的环形间隙中，形成负压区，将试样溶液吸入，并被高速气流分散成气将试样溶液吸入，并被高速气流分散成气溶胶（雾滴），在出口与撞击球碰撞，

8、进溶胶（雾滴），在出口与撞击球碰撞，进一步分散成细雾。一步分散成细雾。（2）燃烧器）燃烧器 试液雾化后进入雾化室，与燃气（乙试液雾化后进入雾化室，与燃气（乙炔）充分混合，大雾滴凝结在壁上，经废炔）充分混合，大雾滴凝结在壁上，经废液器排出，小雾滴进入火焰中。液器排出，小雾滴进入火焰中。2原子化过程MeX 脱水 MeX 蒸发 MeX 分解（溶液）（固体微粒） （气态分子）Me X (基态原子)3.火焰火焰试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。（还原）等过程产生大量基态原子。火焰组成燃气助燃气温度（K）乙炔空气 2500 氧气 300

9、0氢气空气 2300保证待测元素充分离解为基态原子的前提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；下，尽量采用低温火焰；火焰温度越高，产生的热激发态原子越多，火焰温度越高，产生的热激发态原子越多，不利于原子吸收；不利于原子吸收；火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用的是乙炔的是乙炔-空气火焰，最高温度可达空气火焰，最高温度可达2600K。火焰温度的选择火焰温度的选择火焰类型火焰类型中性火焰中性火焰(化学计量火焰化学计量火焰)温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富燃火焰富燃火焰 还原性火焰，燃烧不完全，测定较易

10、形成难熔氧还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素，如化物的元素，如Mo、Cr时使用。时使用。贫燃火焰贫燃火焰火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。（二）非火焰原子化法常用的非火焰原子化法主要有电热高温石墨管原子化法和化学原子化法。1.包括电源、保护系统和石墨管三部分。电源：1025V，500A。用于产生高温。保护系统： 保护气（Ar）分成两路石墨管：多采用石墨炉平台技术。结构保护系统：管外气防止空气进入，保护石墨管不 被氧化、烧蚀。管内气流经石墨管两端及加样口，可 排出空气并驱 除加热初始阶段 样品产生的蒸汽 冷却水金属炉体周围通水，