第4章 原子吸收与原子荧光光谱法.ppt

第四章原子吸收与原子荧光光谱法,AtomicAbsorptionSpectrometryAtomicFluorescenceSpectrometry,原子吸收与原子荧光光谱法（AAS&AFS）4.1原子吸收光谱法的基本原理4.2原子吸收光谱仪器4.3原子吸收光谱法的干扰及其抑制4.4原子吸收光谱定量分析4.5原子荧光光谱法,耶拿novAA400,原子吸收光谱法（原子吸收分光光度法）AtomicAbsorptionSpectrometryAAS原子吸收：指气态的自由原子对于同种原子发射出来的特征光谱辐射具有吸收现象。原子吸收光谱法：根据物质的基态原子蒸气对特征辐射的吸收作用来进行元素定量分析的方法。,原子吸收与原子荧光光谱法（AAS&AFS）,AAS发展历史,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,1.原子吸收现象的发现,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：,AAS发展历史,2.空心阴极灯的发明1955年Walsh发表了一篇论文“Applicationofatomicabsorptionspectrometrytoanalyticalchemistry”，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。,空心阴极灯,光电管,火焰,棱镜,AAS发展历史,3.电热原子化技术的提出1959年里沃夫提出电热原子化技术（electrothermalatomizationatomic），大大提高了原子吸收的灵敏度。,利用低压大电流将石墨管、石墨棒、金属丝或金属舟加热到20003000C，使置于其上的试样蒸发并转化为基态原子。,AAS发展历史,1.灵敏度高、检出限低（火焰法：1ng/mL，石墨炉1000.01pg/mL)；2.准确度好（火焰法：RSD1%，石墨炉35%）；3.选择性高（可测元素达70多个，共存元素相互干扰很小）。局限性：难熔元素、非金属元素测定困难，不能多元素同时分析,AAS特点,ComparisonofAASandUV-vis,共同点：都是利用物质对辐射的吸收来进行分析的方法差异点：吸收机理不同UV-vis是分子吸收，为宽带吸收，使用的是连续光源AAS是原子吸收，为窄带吸收，使用的是锐线光源,AAS选择性高，干扰较少且易于克服由于原于的吸收线比发射线的数目少得多，这样谱线重叠的几率小得多。而且空心阴极灯一般并不发射那些邻近波长的辐射线，因此其它辐射线干扰较小。AAS具有较高的灵敏度在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态原于数比激发态原子数多得多，测定的是大部分原子。,ComparisonofAASandAES,AAS比AES具有更佳的信噪比由于激发态原子数的温度系数显著大于基态原子,AASintrinsicallymoresensitivethanAESSimilaratomizationtechniquestoAESAdditionofradiationsourceHightemperatureforatomizationnecessaryflameandelectrothermalatomization,ComparisonofAASandAES,原子吸收光谱分析的基本过程：以欲测定元素的锐线光源为特征辐射（A），试样在原子化器中被蒸发、解离为气态基态原子（B），当（A）通过（B）区域时，（A）因被（B）吸收而减弱，经色散系统和检测系统，测定吸光度，据吸光度与被测定元素的浓度关系，进行元素定量分析。,原子荧光光谱法AtomicFluorescenceSpectrometryAFS通过测量被测定元素的原子蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度进行元素定量分析的方法，属于发射光谱分析法。AFS是1964年以后发展起来的分析方法，其所用仪器与原子吸收光谱法相近，故与AAS一起介绍。,原子吸收与原子荧光光谱法（AAS&AFS）,第一节原子吸收光谱法的基本原理,基态原子激发态（选择性地吸收一定频率的辐射能量）产生原子吸收线基态第一激发态，产生共振吸收线（简称共振线）共振吸收线特征谱线定量分析,一、原子吸收光谱的产生,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基态第一激发态:跃迁吸收能量不同具有特征性(2)各种元素的基态第一激发态最易发生，吸收最强，最灵敏线特征谱线(3)利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定量分析,一、原子吸收光谱的产生,AAS就是利用基态的待测原子蒸气对从光源辐射的共振线（特征谱线）的吸收来进行定量分析的。,一、原子吸收光谱的产生,第一节原子吸收光谱法的基本原理,AAS是以基态原子蒸气对同种原子的特征辐射的吸收为基础，基态原子化程度越高，AAS的灵敏度越高。一定热平衡状态下，激发态原子数Ni与基态原子数N0之间的关系遵循MaxwellBoltzmann分布定律：,二、基态原子数与原子化温度的关系,Ni/N0与温度T成正比，与激发能Ei成反比！,第一节原子吸收光谱法的基本原理,AAS中原子化温度一般为20003000K，大多数元素的Ni/N099%，且Ni/N0受温度影响很小，因此AAS的灵敏度、精密度比AES好很多。,二、基态原子数与原子化温度的关系,几种元素共振线的Ni/N0值,三、原子吸收谱线的轮廓与变宽,基态原子蒸气,I0,Iv,l,朗伯（Lambert）定律：透射光强度Iv和吸收系数Kv与辐射频率有关以Iv或Kv对作图：,?,1.吸收定律,2.吸收谱线的轮廓,原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线实际上用特征吸收频率辐射光照射时，获得一峰形吸收（具有一定宽度）。,原子从基态跃迁至激发态所吸收的具有一定宽度的谱线称之为谱线轮廓常用吸收线的中心频率0和半宽度表示吸收线的轮廓,表征吸收线轮廓(峰)的参数：中心频率0(峰值频率)：最大吸收系数对应的频率中心波长：0(nm)半宽度：(103102nm),2.吸收谱线的轮廓,1)自然宽度2)多普勒（Doppler）变宽热变宽3)碰撞变宽（压力变宽）劳伦兹（Lorentz）变宽赫尔兹马克（Holtzmark）变宽（共振变宽）4)自吸变宽5)场致变宽,3.谱线宽度及变宽,三、原子吸收谱线的轮廓与变宽,1)自然宽度无外界影响时，谱线具有一定的宽度，以N或N表示。N=106105nm（可忽略不计）2)多普勒（Doppler）变宽热变宽主要因素由原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽，D或D,D=104103nm,3.谱线宽度及变宽,3)碰撞变宽（压力变宽）劳伦兹（Lorentz）变宽：L=D异种原子碰撞产生的变宽，随原子区压力增加而增大赫尔兹马克（Holtzmark）变宽（共振变宽）：R同种原子碰撞产生的变宽4)自吸变宽光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子吸收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现象越严重。,3.谱线宽度及变宽,5)场致变宽外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象，影响较小。一般工作条件下：谱线变宽：以D和L为主。,3.谱线宽度及变宽,三、原子吸收谱线的轮廓与变宽,四、原子吸收光谱的测量,积分吸收测量法、峰值吸收测量法,1.积分吸收测量法测量气态基态原子吸收共振线的总能量，吸收线轮廓内的总面积即吸收系数对频率的积分。,钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原子吸收线半宽度：103nm，如右图：,若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0.5%，灵敏度极差。理论上：积分吸收（原子蒸气所吸收的全部能量）可用下式求出：,1.积分吸收测量法,四、原子吸收光谱的测量,讨论,如果将公式左边求出，即谱线下所围面积测量出（积分吸收），即可得到单位体积原子蒸气中吸收辐射的基态原子数N0或浓度。AAS是一种不需要标准比较的绝对分析方法！,测量积分吸收需要高分辨率的色散仪：如=103nm,=600nm,R=/=6105能否提供共振辐射（锐线光源），测定峰值吸收？,1.积分吸收测量法,锐线光源,在原子吸收分析中需要使用锐线光源，测量谱线的峰值吸收，锐线光源需要满足的条件：光源的发射线与吸收线的0一致发射线的1/2吸收线的1/2提供锐线光源的方法：空心阴极灯,能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源。,2.峰值吸收测量法,1955年，Walsh提出以“峰值吸收”来代替“积分吸收”，从此，积分吸收难以测量的问题得以间接解决。,当发射线和吸收线满足以下两个条件：ea，且e=a。,在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应D影响，则：,在一定温度下，D为常数；吸收厚度l一定；原子密度N与被测物质元素浓度c成正比，则,2.峰值吸收测量法,上式的前提条件：辐射线e吸收线a辐射线与吸收线的中心频率一致,即e=a,原子吸收光谱定量分析法基础：峰值吸收测量的吸光度与被测元素的含量成线性关系。,2.峰值吸收测量法,第二节原子吸收光谱仪器,AtomicAbsorptionSpectrometry,美国PerkinElmerAAnalyst原子吸收光谱仪,美国VARIANAA原子吸收光谱仪,原子吸收光谱仪又叫原子吸收分光光度计。,德国耶拿novAA300火焰原子吸收光谱仪,五大部件：锐线光源原子化系统分光系统检测系统电源同步调制系统,AAS组成,AAS分类,1.特点(1)采用锐线光源(2)单色器位于火焰与检测器之间(3)原子化系统,AAS流程,2.原子吸收中的原子发射现象在原子化过程中，原子受激跃迁到激发态，再跃迁至基态，故在原子吸收测定中，存在原子发射。返回释放的能量有多种形式，且辐射不在一个方向上，对原子吸收测定将产生一定干扰。消除干扰的措施：将发射的光调制成一定频率，检测器只接受该频率的光信号原子化过程发射的非调频干扰信号不被检测,AAS流程,1.作用提供待测元素的特征光谱，获得较高的灵敏度和准确度。光源应满足如下要求：(1)能发射待测元素的共振线；(2)能发射锐线；(3)辐射光强度大，稳定性好。,一、锐线光源,第三节原子吸收光谱仪器,2.空心阴极灯（HCL）的构造,HCL是一个封闭的低压气体放电管。用被测元素纯金属或合金制成圆柱形空心阴极，用钨、钛或锆做成阳极。灯内充Ne/Ar,惰性气体，压力为数百帕。发射线波长在370.0nm以下的用石英窗口，370.0nm以上的用光学玻璃窗口。,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。,3.空心阴极灯的原理,优缺点：(1)辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。(2)每测一种元素需更换相应的灯。,3.空心阴极灯的原理,可制成单元素灯、多元素灯，但多元素灯谱线干扰大，价格贵使用受限制。灯电流：空心阴极灯的光强度和稳定性与灯电流有关，增大灯的工作电流，可增加发射强度；但太大，温度上升，热变宽增加，谱线变宽，寿命缩短；灯电流过低，光强度减弱，导致稳定性信噪比下降。灯工作电流一般在120mA，根据情况选择合适的灯电流，满足测定要求的情况下，选用较低的工作电流。,3.空心阴极灯的原理,采用调制光源将光源与检波放大器电源进行同步调制，消除原子化器中背景发射而产生的直流电信号的干扰。1)将直流信号滤去，使测量信号变为纯吸收的交流信号，通过电流放大，消除背景发射干扰；2)采用方波脉冲供电以很小的平均灯电流，就可获得很高强度的锐线光辐射，改善了放电特性，提高了信噪比，延长了灯的使用寿命。,4.空心阴极灯的供电方式,1.作用将试样中的待测元素转化为气态的基态原子的装置。,二、原子化系统,2.原子化方法,火焰原子化法非火焰原子化法电热高温石墨管、激光低温原子化法,（一）火焰原子化法,火焰原子化用火焰的热能使试样原子化的方法。全消耗型原子化器，将试样直接喷入火焰预混合型原子化器优：操作简便，原子化条件稳定，火焰稳定干扰少，应用广。缺：原子化效率不高,2.原子化方法,火焰原子化系统是利用火焰的温度和气氛使试样原子化的装置。如图所示，主要的部分有：雾化器、雾化室、供气系统、燃烧器,预混合型原子化器,雾化器：使试液雾化（效率低10%）雾化室：1)使较大雾粒沉降、凝聚从废液口排出；2)使雾粒与燃气、助燃气均匀混合形成气溶胶，再进入火焰原子化（预混合室）；3)起“缓冲”稳定混合气气压作用，使燃烧器产生稳定火焰。燃烧器：产生火焰，使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原子化。,预混合型原子化器,预混合型原子化器,工作过程,预混合型原子化器,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。火焰温度的选择：a)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；b)火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；c)火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气乙炔最高温度2600K能测35种元素。,预混合型原子化器火焰,化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr、稀土等。贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。,预混合型原子化器火焰类型,火焰的类型及温度,火焰种类及对光的吸收：,选择火焰时，还应考虑火焰本身对光的吸收。根据待测元素的共振线，选择不同的火焰，可避开干扰。,例：As的共振线193.7nm由图可见，采用空气乙炔火焰时，火焰产生吸收，而选N2O乙炔火焰则较好；空气乙炔火焰：最常用，可测定30多种元素；N2O乙炔火焰：火焰温度高，可测定70多种元素。,火焰原子化过程：,复杂的物理化学过程：试样经雾化、干燥、汽化、解离，成为基态原子蒸气：,MX(l)MX(s)MX(g)M0(g)+X0(g)基态原子蒸气可被进一步激发和电离：,M*(g)M0(g)M+(g)+e基态气态原子在火焰中形成的单氧化物(MO)或单氢氧化物(MOH)也可能被激发，形成分子光谱干扰：,M0(g)+OMO(g)MO*(g)M0(g)+OHMOH(g)MOH*(g),火焰原子化系统的优缺点,优点：火焰原子吸收法装置不太复杂，操作方便快速，测定精度好，已经成为完善和定型的方法，广泛用于常规分析。,缺点：灵敏度还不够高。,缺点：灵敏度还不够高。(1)雾化效率低，到达火焰的试样仅为提升量（46mL/min）的10%，大部分试液排泄掉了；(2)火焰气氛的稀释作用和高速燃烧限制了灵敏度的提高。这些作用不但使原子化效率低而且使基态原子在吸收区内停留的时间很短（约103s）。消耗试液一般为0.51mL。对于数量很少的试样（如血液、活体组织等）的分析，受到限制。不能直接分析固体试样。,火焰原子化系统的优缺点,（二）非火焰原子化器石墨炉原子化装置,GFAAAS结构：炉体、石墨管和水、电、气供给系统,加热电源：石墨炉原子化器是一个电加热装置（电热原子化法）,石墨炉原子化装置,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气。,原子化过程,原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、净化（去除残渣）四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。,斜坡程度升温,干燥：蒸发除去溶剂，或样品中挥发性较大的组分。灰化：在不损失被测元素的前提下，将沸点较高的基体蒸发除去，或是对脂肪和油等基体物质进行热解。原子化：施加大功率于石墨炉上，使待测残渣受到突然的功率脉冲，从而原子化。净化：用较高温度除去残留在管内的残渣（空烧、清洗）。,优缺点,优点：原子化程度高（达100%），试样用量少（1100L），可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限1012g/L。缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。,（三）低温原子化方法,(1)氢化物发生原子化方法原子化温度700900C，主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Te等元素。原理：在酸性介质中，与强还原剂NaBH4反应生成气态氢化物。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。特点：原子化温度低；灵敏度高（对砷、硒可达109g）；基体干扰和化学干扰小。,(2)汞低温原子化,主要应用于：各种试样中Hg元素的测量。原理：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：常温测量；灵敏度、准确度较高（可达108g汞）。,（三）低温原子化方法,三、分光系统,AAS分光系统：外光路、单色器,1.外光路（照明系统）组件：锐线光源和2个透镜作用：使锐线光源辐射的共振发射线能正确地通过或聚焦于原子化区，并把透过光聚焦于单色器的入射狭缝。,2.单色器（内光路）,1.作用将待测元素的共振线与邻近线分开。2.组件色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。3.单色器性能参数(1)线色散率(D)两条谱线间的距离与波长差的比值l/。实际工作中常用其倒数/l。(2)分辨率(R)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)通带宽度(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。,2.单色器（内光路）,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.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.放大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.对数变换器光强度与吸光度之间的转换。4.显示、记录新仪器配置：原子吸收计算机工作站。,五、原子分光光度计类型,单道单光束原子吸收分光光度计,单道双光束原子吸收分光光度计,优点：可消除因光源和检测器不稳引起的基线漂移！,第四节原子吸收光谱法的干扰及其抑制,AASInterferencesandElimination,AAS的干扰及其抑制AASinterferencesandelimination一、物理干扰及抑制physicalinterferenceandelimination二、化学干扰及抑制Chemicalinterferenceandelimination三、电离干扰及抑制Ionizationinterferenceandelimination四、光谱干扰及抑制Spectruminterferenceandelimination,一、物理干扰及抑制,物理干扰是由于试液和标准溶液的物理性质的差异，引起进样速度、进样量、雾化效率、原子化效率的变化所产生的干扰。干扰因素：溶液的粘度、表面张力、密度、,溶剂的蒸气压、雾化气体的压力等。,非选择性干扰消除和抑制方法：1.标液与试液溶液组成相似，并在相同条件下测定；若试样组成不详，采用标准加入法。,2.避免使用粘度大的试剂（硫酸、磷酸）处理试样；若试样浓度较高，适当稀释试液。,一、物理干扰及抑制,由于待测元素与共存组分之间发生化学反应所引起的干扰效应，主要影响到待测元素的原子化效率，是主要干扰源，具有选择性。,1.化学干扰的类型(1)待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子数减少。例：a)钴、硅、硼、钛、铍在火焰中易生成难熔化合物；b)硫酸盐、硅酸盐与铝生成难挥发物。,二、化学干扰及抑制,1.化学干扰的类型(2)待测原子发生电离反应，生成离子，不产生吸收，总吸收强度减弱。电离电位6eV的元素易发生电离，火焰温度越高，干扰越严重（如碱及碱土元素）。,2.消除及抑制方法1)提高火焰温度：难挥发、难解离的化合物提高火焰温度较完全基态原子化；难挥发、难解离的金属盐类、氧化物、氢氧化物N2OC2H2火焰提高原子化效率。,二、化学干扰及抑制,2)加入释放剂：与干扰元素生成更稳定或更难挥发的化合物，从而使被测定元素从含有干扰元素的化合物中释放出来。如测钙时，磷酸盐+CaCa2P2O7（难挥发）加入释放剂LaCl3：La3+PO43LaPO4（热稳定性高）3)加入保护剂：与被测定元素或干扰元素形成稳定的络合物，避免待测定元素与干扰元素生成难挥发的化合物。如铝的存在干扰镁的测定：MgOAl2O3（难挥发）加入保护剂8羟基喹啉：Al(C9H6ON)3（热稳定性更高）,2.消除及抑制方法,4)加入基体改进剂：GFAAAS中，加入某些化学试剂于试液或石墨管中，改变基体或被测定元素化合物的热稳定性；或避免其与石墨管中的碳形成热稳定性很高的碳化物。如测定NaCl中镉时，加入基本改进剂NH4NO3：NaClNH4Cl+NaNO3（易挥发，灰化时完全除去）如测定水中硅时，Si+CSiC（原子化温度达3000K）加入基体改进剂CaO：Si+CaOCaSi（易解离）5)化学分离法：用化学方法将待测定元素与干扰元素分离。,2.消除及抑制方法,问题：(1)PO43对测定Ca有干扰，加入EDTA：EDTA+CaEDTACa（易于原子化）(2)测定NaCl中Cu时，有CuCl生成，加入硫脲，可防止生成CuCl,2.消除及抑制方法,二、化学干扰及抑制,电离干扰：某些易电离元素在火焰中产生电离，使基态原子数减少，降低了元素测定的灵敏度。火焰温度越高，电离干扰越严重。消除及抑制方法：1)采用低温火焰原子化；2)采用消电离剂：在试液中加入过量的更易电离的元素或化合物，从而抑制待测元素的电离。如测定Ca时存在电离干扰，加入一定量的消电离剂KCl可以抑制Ca的电离干扰。,三、电离干扰及抑制,待测元素的共振线与干扰物质谱线分离不完全，这类干扰主要来自光源和原子化装置，主要有以下几种：1.在分析线附近有单色器不能分离的待测元素的邻近线。可以通过调小狭缝宽度的方法来抑制这种干扰。2.空心阴极灯内有单色器不能分离的干扰元素的辐射。换用纯度较高的单元素灯减小干扰。3.灯的辐射中有连续背景辐射。用较小通带或更换灯。,四、光谱干扰及抑制,（一）谱线干扰及其抑制1.谱线干扰单色器光谱通带内除了元素的吸收分析线外，还进入了发射线的邻近线或其它吸收线，使AAS的灵敏度和准确度下除。发射线邻近线干扰：空心阴极灯的元素、杂质或载气元素的发射线与待测元素共振吸收线的重叠干扰。其它吸收线干扰：试样中共存元素吸收线与待测元素共振线的重叠干扰。,四、光谱干扰及抑制,（一）谱线干扰及其抑制2.谱线干扰的抑制减小狭缝宽度（减小单色器的光谱通带），提高仪器的分辨率，使元素共振吸收线与干扰谱线完全分开。降低灯电流、选择无干扰的其它吸收线、选用高纯度的单元素空心阴极灯、分离共存干扰元素等。,四、光谱干扰及抑制,（二）背景干扰及其抑制1.背景干扰原子化过程中产生的分子吸收和固体微粒产生的光散射干扰效应。背景干扰使吸光度增大，产生正误差。分子吸收是一种宽带吸收，来源于原子化过程中生成的气体分子、单氧化物、单氢氧化物、盐类分子等对元素共振线的吸收！,四、光谱干扰及抑制,（二）背景干扰及其抑制2.背景干扰的抑制和校正(1)背景干扰的抑制火焰原子化法中采用改变火焰类型、燃助比、调节火焰观测区高度等来抑制分子吸收干扰；石墨炉原子化法中选用适当的基体改进剂，采用选择性挥发抑制分子吸收干扰。利用空白试样溶液扣除背景。,四、光谱干扰及抑制,（二）背景干扰及其抑制2.背景干扰的抑制和校正(2)背景干扰的校正背景校正方法：仪器调零吸收法、邻近线校正背景法、谱线自吸背景校正法、氘灯（deuteriumlamp）背景校正法、Zeeman效应（Zeemaneffect）背景校正法,四、光谱干扰及抑制,外光路采用双光束：参比光束：锐线光源总吸光度（原子吸收+背景吸收）氘灯光束：连续光谱(190350nm)背景吸收（连续光谱的原子吸收相对于总吸收可忽略）旋转切光器使氘灯提供的连续辐射和空心阴极灯提供的锐线辐射交替通过火焰。优缺点：装置简单、可校正吸光度(0.5)和波长范围有限,氘灯背景校正法,Zeeman效应：在磁场作用下简并的谱线发生裂分的现象校正原理：原子化器加磁场后，随旋转偏振器的转动，当平行磁场的偏振光通过火焰时，产生总吸收；当垂直磁场的偏振光通过火焰时，只产生背景吸收。方式：光源调制法和共振线调制法（应用较多），后者又分为恒定磁场调制方式和可变磁场调制方式。优点：校正能力强（可校正背景A1.52.0，可校正波长范围宽190900nm）,Zeeman效应背景校正法,恒定磁场调制方式Zeeman效应背景校正原理示意图,在磁场作用下，共振吸收线分裂为和组分。与磁场方向平行，波长不变；和+与磁场方向垂直，波长改变。发射线经起偏器后变为偏振光，平行磁场偏振光通过原子化区产生总吸收(组分和背景吸收)，垂直磁场偏振光通过原子化区仅产生背景吸收(吸收)，则A待测=A线A线=A总A背,第五节原子吸收光谱定量分析,AASQuantitativeAnalysis,一、定量分析方法二、特征参数三、测定条件的选择四、AAS特点及应用,一、定量分析方法,定量分析的基础是朗伯比尔定律：A=Kc在一定条件下，A与c呈线性关系，可采用标准曲线法、标准加入法和双标准比较法。,（一）标准曲线法,配制一系列基体相同的不同浓度的标准溶液，由低到高依次分析，将获得的吸光度A数据对浓度c作标准曲线，在相同条件下测定试样的吸光度Ax，在标准曲线上查出对应的浓度值（内插法）。,（一）标准曲线法,在相同条件下测定试样的吸光度Ax数据，在标准曲线上查出对应的浓度值cx；或由标准试样数据获得线性方程，将测定试样的吸光度Ax数据带入方程计算。注意：高浓度时，标准曲线易发生弯曲，压力变宽影响所致。,为保证测定结果的准确性，应注意以下几点：(1)标准溶液与样品的基体组成应尽可能一致，基体元素不同可能带来影响。(2)标准溶液浓度应使Ac在线性范围内，c不能太大，一般控制A在0.10.8之间。(3)测定过程中应保持测定条件不变。标准曲线法简便、快速，适用于组分比较简单的样品，适用于大批量的样品分析。但样品的情况不清或很复杂时分析误差较大，可用其它方法定量。,（一）标准曲线法,取若干份体积相同的试液（cx），依次按比例加入不同量的待测物的标准溶液（c0），定容后浓度依次为：cx，cx+c0，cx+2c0，cx+3c0，cx+4c0分别测得吸光度为：Ax，A1，A2，A3，A4以A对浓度c做图得一直线，图中cx点即待测溶液浓度。,该法可消除基体干扰；不能消除背景干扰。,（二）标准加入法,优点：可最大限度的消除基体的影响，还可消除化学干扰和电离干扰的影响。适用于基体未知，成分复杂的样品。缺点：不适于大批量的测定；不能消除分子光谱干扰。注意：(1)测定应在直线范围内进行，只能测低含量的样品；(2)加入标液与待测物的浓度要在同一数量级内，否则斜率过大或过小将引起很大的误差；(3)适合于测定样品数目不多的情况。,（二）标准加入法,二、特征参数,1.灵敏度,(1)灵敏度：1975年，国际纯粹和应用化学联合会IUPAC建议把校正曲线的斜率S称为灵敏度，即S=A/c。灵敏度指在一定浓度时，当被测元素浓度或含量改变一个单位时，吸光度的变化量。S越大，灵敏度越高。浓度型Sc=A/c，质量型Sm=A/m。习惯上常采用标准曲线斜率的倒数来表征测定元素的灵敏度，即用特征浓度和特征质量表征灵敏度。,(2)特征浓度,火焰原子吸收法中，常用特征浓度来表示仪器对某一元素在一定条件下的相对灵敏度。把能产生1%净吸收或0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量浓度定义为元素的特征浓度。,(gml1/1%),s为试液的质量浓度(gml1)，A为试液的吸光度。,二、特征参数,(3)特征质量,石墨炉原子吸收法中，用特征质量来表征元素测定的绝对灵敏度。把能产生1%净吸收或0.0044吸光度时所对应的被测定元素的质量定义为元素的特征质量。,(g/1%),s为试液的质量浓度(gml1)，V为试液进样体积（ml），A为试液的吸光度。,二、特征参数,2.检出限,指仪器能以适当的置信度检出元素的最低浓度或最低质量。在原子吸收中，检出限D表示被测元素能产生的信号为空白值的标准偏差3倍时元素的质量浓度或质量。相对检出限为,(gml1),绝对检出限为,或(g),2.检出限讨论,是至少十次连续测量空白值的标准偏差。S大、空白值及其波动越小，方法的D越低。D比特征浓度有更明确的意义。重要的技术指标。发表论文需报道：检出限D、相对标准偏差、回收率、线性回归方程、相关系数等。,(gml1),或(g),三、测定条件的选择,分析方法的灵敏度、检出限和准确度，除与仪器的性能有关外，在很大程度上取决于测定条件的最优化选择。,1.分析线选择无干扰，选共振线，激发能低，灵敏度高。若主共振线附近有干扰线，为避免干扰，可选择灵敏度稍低的其它共振线为分析线。测高含量元素时，可用元素次灵敏线作分析线。,原则：以排除光谱干扰和具有一定透光强度对于谱线简单的元素（如碱金属，碱土金属），通带可大些，以便提高信噪比和测量精密度，降低检出限；对于谱线复杂的元素（如过渡金属、稀土金属），用较小的通带，以便提高仪器的分辨率，改善线性范围，提高灵敏度。狭缝宽度测量不同狭缝宽度时的吸光度A，以不引起A减小的最大狭缝宽度为最合适的狭缝宽度。,2.单色器光谱通带选择狭缝宽度,原则：在保证HCL光强度和稳定辐射情况下，尽量选用低工作电流16mA。灯电流过小，光强不足，信噪比下降，精密度差；灯电流过大，发射线变宽，灵敏度下降，灯寿命缩短。实际工作中，通过绘制吸光度灯电流曲线或灵敏度灯电流曲线，选择最佳灯电流（吸光度或灵敏度最大时的最小灯电流）。空心阴极灯在5mA工作电流下，使用寿命可达1000h。,3.灯电流的选择,(1)火焰原子吸收法调整喷雾器至最佳雾化状态，改变燃助比，选择最佳火焰类型和状态，调节燃烧器高度，从原子密度最大处通过入射光。(2)石墨炉原子吸收法原子化程序要经过干燥、灰化、原子化、除残四个阶段，各阶段的温度及持续时间，要通过实验选择。低温干燥去溶时，应防止试样飞溅；待测元素不损失下，灰化温度尽可能高；完全原子化条件下，原子化温度尽可能低；原子化阶段宜降低基态原子逸出速度。,4.原子化条件选择,四、AAS特点及应用,原子吸收分析法与其他一些仪器分析法（如经典发射光谱、极谱、分光光度法）比较，有一些突出的特点：a)选择性高大多数情况下共存元素对原子吸收分析不产生干扰，所以一般不需要分离共存元素。b)灵敏度高一般来说，原子吸收的灵敏度比较高。火焰原子化法灵敏度在mg/L级以上，少数达到g/L级。无火焰原子化有更高的灵敏度。,c)重现性好火焰原子吸收重现性较好，一般可使相对偏差控制在2%以内。若仪器性能良好，测试条件控制严格，同一样品重复测定的误差可控制在千分之几。d)测定范围广应用原子吸收分析可测定mg/L、g/L数量级的物质，也可以进行常量分析。e)可进行小量样品的测定应用无火焰原子化吸收分析法，试样用量只需要5100L或0.0530mg。这对于提供量十分有限的试样的分析具有特殊的作用。,四、AAS特点及应用,原子吸收分析法的这些特点，使它在分析工作中发挥了愈来愈大的作用，不少元素的日常分析工作都逐渐为它所承担。不少国家已把原子吸收法列入国家标准。原子吸收法已在冶金、地质、石油、农业、医药、环保、商检等部门得到广泛的应用。,四、AAS特点及应用,应用广泛的微量金属元素的首选测定方法（非金属元素可采用间接法测量）。(1)头发中微量元素的测定微量元素与健康关系；(2)水中微量元素的测定环境中重金属污染分布规律；,(3)水果、蔬菜中微量元素的测定；(4)矿物、合金及各种材料中微量元素的测定；(5)各种生物试样中微量元素的测定。,四、AAS特点及应用,第五节原子荧光光谱法,AtomicFluorescenceSpectrometry,AFS-9800全自动四灯位原子荧光光度计,第五节原子荧光光谱分析法AtomicFluorescenceSpectrometry,AFS,一、原子荧光光谱法的基本原理二、原子荧光光谱仪器三、定量分析方法及应用,原子荧光光谱法（AFS）,AFS是利用原子荧光谱线的波长和强度进行物质的定性及定量分析方法，是介于AES和AAS之间的光谱分析技术。AFS的基本原理是原子蒸气吸收特征波长的光辐射之后，原子被激发至高能级，在跃迁至低能级的过程中，原子所发射的光辐射称为原子荧光。AFS是1964年以后发展起来的痕量元素分析方法，属发射光谱，但所用仪器与原子吸收光谱法相近。,优点1)检出限低、灵敏度高Cd:1012gcm3，Ag:1011gcm3；对20种元素的检出限优于AAS；2)谱线简单、干扰小；3)线性范围宽（可达35个数量级）；4)易实现多元素同时测定（产生的荧光向各个方向发射）。缺点存在荧光淬灭效应、散射光干扰等问题。,原子荧光光谱法（AFS）,一、原子荧光光谱法的基本原理,1.原子荧光的产生产生过程：当气态基态原子受到强特征辐射时，由基态跃迁到激发态，约在108s后，再由激发态跃迁回到基态，辐射出与吸收光波长相同或不同波长的荧光。各种元素有特定的原子荧光光谱。特征波长定性分析荧光强度定量分析,特点：属光致发光（photoluminescence），二次发光；激发光源停止后，荧光立即消失；发射的荧光强度与照射的光强有关；不同元素的荧光波长不同；浓度很低时，强度与蒸气中该元素的密度成正比，定量依据（适用于微量或痕量分析）。,一、原子荧光光谱法的基本原理,2.原子荧光的类型,三种类型：共振荧光、非共振荧光与敏化荧光,(1)共振荧光共振荧光：气态原子吸收共振线被激发后，激发态原子再发射出与共振线波长相同的荧光，如图A、C；,热共振荧光：若原子受热激发处于亚稳态，再吸收辐射进一步激发，然后再发射出相同波长的共振荧光，如图B、D。,A=F,(2)非共振荧光当荧光的波长与激发光的波长不相同时，称非共振荧光。分类：直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes荧光。,abcd,i)直跃线荧光直跃线荧光（Stokes荧光）：跃迁回到高于基态的亚稳态时所发射的荧光。荧光波长大于激发线波长（荧光能量间隔小于激发线能量间隔）。,aBcd,Pb原子：吸收线283.3nm荧光线405.8、722.9nm,ii)阶跃线荧光阶跃线荧光：有2种情况正常阶跃荧光：光照激发，以非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回基态。荧光波长大于激发线波长。热助阶跃线荧光：光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光。荧光波长小于激发线波长（荧光能量间隔大于激发线能量间隔）。,Cr原子：吸收线359.35nm荧光线357.87nm,iii)anti-Stokes荧光anti-Stokes荧光、热助anti-Stokes荧光当自由原子跃迁至某一能级，先热激发再光照激发（或反之），然后返回低能级所发射的荧光为anti-Stokes荧光。其荧光能大于激发能，荧光波长小于激发线波长。,In原子：先热激发光吸收线451.13nm发射荧光410.18nm,(3)敏化荧光受光激发的原子与另一种原子碰撞时，把激发能传递给另一个原子使其激发，后者发射荧光。火焰原子化中观察不到敏化荧光；非火焰原子化中可观察到。在以上各种类型的原子荧光中，共振荧光强度最大，最为常用。,3.原子荧光强度,荧光猝灭：受激发原子与其它原子碰撞，能量以热或其它非荧光发射方式给出，产生非荧光去激发过程，使荧光减弱或完全不发生的现象。荧光猝灭程度与原子化气氛有关，氩气气氛中荧光猝灭程度最小。如何恒量荧光猝灭程度？,荧光量子效率：=f/af发射荧光的光量子数，a吸收激发光的光量子数，荧光量子效率1。,待测原子浓度与荧光的强度,当光源强度稳定、辐射光平行、自吸可忽略，受激原子发射荧光的强度If正比于基态原子对特定频率吸收光的吸收强度Ia：,在理想情况下：,I0单位面积光入射强度，A入射光照射有效面积