生物仪器分析-原子光谱.ppt

第三章原子发射光谱法(AES),AtomicEmissionSpectroscopy,AES:元素的原子在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据所发射的光谱的波长和强度可以进行元素的定性与定量分析。,特征辐射,基态,激发态,能量,因此发现了Rb和Cs,原子发射光谱分析的优缺点,优点：1、具有多元素同时分析能力，既可进行定性、也可进行定量分析2、具有较高的灵敏度和选择性（ng/ml-pg/ml）3、准确度高4、试样用量少（毫克）,应用范围：血液，中草药，茶叶微量元素的分析,缺点：不适于部分非金属元素如卤素、惰性气体元素等的分析；只能测元素浓度，不能测元素存在形态,激发电位（激发能）:原子中某一外层电子由基态激发到高能态所需要的能量，称该高能态为激发电位，eV表示电离电位（电离能）:把原子中外层电子电离所需要的能量，称为电离电位，以eV表示,原子线()：原子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。M*MI离子线(,)：离子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。M+*M+M2+*M2+,相关术语,主共振线：原子由第一激发态到基态的跃迁，能量最小，易发生,灵敏线：具有一定强度能标记某种元素存在的特征谱线,最后线：当被测某元素含量降低到最低限度时，仍能坚持出现的最后一条谱线（最灵敏线）,最强的谱线通常是？,相关术语,原子由某一激发态i向基态j跃迁，发射谱线强度：,gi，gj为激发态和基态的统计权重；Aij两个能级间的跃迁几率；h为Plank常数；ij发射谱线的频率N0单位体积的基态原子数；Ei为谱线的激发电位k为玻尔兹曼常数；T为激发的绝对温度,谱线强度及其影响因素,谱线强度及其影响因素,激发电位,激发温度,样品浓度,原子发射光谱仪,蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用,分光按照波长顺序排列的光谱,发射光谱进行检测记录,原子发射光谱仪,激发源：,高灵敏度和低检出限,工作过程中比较稳定,无背景或背景较小,高压火花,电感耦合等离子体（ICP）,Plasma物理学：电离度大于0.1的气体。（等离子体由离子、电子和不带电的粒子组成的电中性的、高度离子化的气体，它是与固体、液体和正常气体相区别的一种物质状态）,点火引燃工作气，磁场加速等离子，感应涡流产高热，气体受热成焰炬。,原子发射光谱仪,分光系统：,a、棱镜分光系统（折射）b、光栅分光系统（衍射和干涉）,由激发光源发出的含有不同波长的复合光分解成按波长排列的单色光,检测器：,目视法、摄谱法、光电法,看谱镜,感光板记录光谱，得到黑度不同的光谱线。,映谱仪,光电倍增管,光信号转变为电信号，并进行放大,原子发射光谱仪,光谱定性和定量分析,摄谱法,标准样品光谱比较法用标准样品与试样在相同的条件下摄谱比较标准样品与试样所出现的特征谱线若试样光谱中出现标准样品所含元素的23条特征谱线就可以证实试样中含有该元素,铁光谱比较法,光谱定性和定量分析,谱线多在210-660nm范围内有几千条谱线。,波长标尺,每条谱线的波长均已精确测定,元素标准光谱图,光谱定性和定量分析,光谱定量分析主要是根据谱线强度与被测元素浓度的关系来进行的。当温度一定时谱线强度I与被测元素浓度c成正比，即I=ac,I=acb,a值受试样组成、形态及放电条件等的影响，在实验中很难保持为常数,自吸,内标法(相对强度法),光谱定性和定量分析,在分析元素的谱线中选一根谱线，称为分析线；再在共存的其他元素谱线中选一根谱线，作为内标线。这两条线组成分析线对。然后根据分析线对的相对强度与被分析元素含量的关系式进行定量分析。,设分析线强度I，内标线强度I0，被测元素浓度与内标元素浓度分别为c和c0(定值)，b和b0(1)分别为分析线和内标线的自吸系数I=acbI0=a0c0bo,R=I/I0=acb/a0c0b0,A=a/a0c0b0为常数,内标元素与被测元素在光源作用下应有相近的蒸发性质。分析线对选择要匹配：或两条都是原子线，或两条都是离子线，尽量避免一条是原子线、一条是离子线。内标元素的含量，应不随分析元素的含量变化而变化分析线自吸要小,不受其他谱线干扰分析线对的波长、强度及宽度也尽量接近,使用内标法必须具备下列条件,光谱定性和定量分析,工作曲线法：三标准试样法,光谱定性和定量分析,光谱定性和定量分析,标准加入法：,测定低含量元素时，找不到合适的基体来配制标准试样,设试样中被测元素含量为Cx，在数个等份试样中分别加入不同浓度C1、C2、C3的被测元素；在同一实验条件下，激发光谱，测定强度,原子荧光分析（AFS）,热致激发,光致激发（空心阴极灯，高压氙灯）,共振荧光,非共振荧光,第四章原子吸收光谱法(AAS),AAS：基于从光源辐射出待测元素的特征谱线，通过试样蒸气时被待测元素的基态原子吸收，由特征谱线被减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。,基态,激发态,吸收能量,外层电子,放出能量,Ba,Na,K,吸收线,发射线,元素定性分析,190nm,900nm,Cu,能量跃迁,Eo,E2,E3,E1,1,2,3,4,1,2,3,4,共振吸收线：原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的一定波长的谱线,灵敏度高选择性好精密度和准确度高测定元素多需样量少分析速度快,不能多种元素同时测定,原子吸收光谱的特点,预期值,0：特征频率,实际情况,半宽度,原子吸收谱线,原子吸收谱线,（1）自然宽度10-4nm原子发生能级间跃迁时，激发态原子寿命不一样而产生。,(2)多普勒变宽(热变宽)原子无规则的热运动产生。,(3)压力（碰撞）变宽原子与外界气体分子间的相互作用引起的。,劳伦兹变宽：待测原子与其他粒子相互碰撞。,赫尔兹马克变宽：待测原子之间相互碰撞。,原子吸收谱线的测量,（1）积分吸收,在吸收曲线的轮廓内，对吸收系数的积分。,原子吸收谱线的测量,（2）峰值吸收,锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源（1/51/10），并且发射线与吸收线的中心频率一致。如空心阴极灯。,原子吸收分光光度计,原子吸收分光光度计由光源、原子化器、分光器、检测系统等几部分组成,原子吸收分光光度计,锐线光源,1.作用：发射被测元素的特征光谱。,2.种类：空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯。,1)结构,阳极：钨或镍棒,阴极：待测元素金属,内充低压惰性气体,2)工作原理：,锐线光源,原子化器,原子吸收分光光度计,将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。,主要有火焰原子化、石墨炉原子化和低温原子化,空气乙炔火焰：火焰温度达2500K；N2O乙炔火焰：火焰温度达3000K；,原子吸收分光光度计,原子化效率高灵敏度高取样量少，能直接分析液体和固体样品,原子吸收分光光度计,氢化物原子化方法(化学原子化),原理：在酸性介质中，与强还原剂NaBH4反应生成易解离的气态氢化物，送入原子化器中检测。,原子化温度700900C；主要应用于：As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、Se、Ti等元素。,原子吸收分光光度计,冷原子化法：Hg,单色器,将待测元素的共振线与邻近线分开,检测系统,原子吸收分光光度计,AAS定量分析方法,标准曲线法,组成简单的试样分析,Ax,标准加入法,AAS定量分析方法,干扰及其消除方法,干扰及其消除方法,指试样在转移、蒸发和原子化过程中由于试样任何物理因素的变化而引起的,一、物理干扰(基体效应),干扰及其消除方法,二、化学干扰,在溶液中或气相中由于待测元素与其它组分之间的化学反应而引起的干扰。,与干扰组分形成更稳定的或更难挥发的化合物，使待测元素释放出来。,与待测元素形成稳定又易于原子化的化合物,干扰及其消除方法,三、光谱干扰,来源：,1.与分析线相邻的待测元素的谱线,2.与分析线相邻的非待测元素的谱线,消除：减小狭缝宽度、选用高纯度的单元素灯,干扰及其消除方法,四、背景干扰,指原子化过程中产生的光谱干扰,来源：分子吸收与光散射