原子吸收分光光度法研究进展

现代仪器分析原子吸收分光光度计的研究进展学生姓名学号所属大学转业半级原子吸收分光光度计的研究进展一、原子吸收分光光度法原子吸收光谱，也称为原子吸收光谱仪，通过测试元素通过雾化生成的原子蒸汽时，在蒸汽中被测试元素的基态原子吸收，测量发射光强度下降的程度，确定测试对象元素的含量。二、原子吸收分光光度法分类火焰原子吸收(FAAS)、石墨炉原子吸收(GF-AAS)、氢化物发生原子吸收(HG-AAS)和其他原子吸收2.1火焰原子吸收适合于测定可原子化元素，是原子吸收光谱法最普遍的应用，对大多数元素具有很高的灵敏度和检测限度，重现性好，易于操作。2.2石墨炉原子吸收石墨炉原子吸收又称为无火焰原子吸收，又称为CFAAS。火焰雾化很好，但缺点是只有10%的试液雾化，90%会排出废液管，这样低的雾化效率是提高灵敏度的主要障碍，石墨炉雾化装置可以提高雾化效率，使灵敏度提高10200倍。该方法利用热分解分解金属氧化物，适用于有色金属、碱土金属。另一种是利用强烈的碳还原气氛，将一些金属氧化物还原为自由原子，主要针对难以轻易氧化的碱金属和一些过渡元素。2.3氢化物发生原子吸收一些易通过火焰雾化形成氢化物的元素(例如Sb、As、Bi、Pb、Te、Hg、Sn)的灵敏度很低，因此在酸性介质中用硼氢化钠处理氢化物时，可以将检测限制降低到ng/mL单位的浓度。2.4其他原子吸收对金属器具雾化方法、挥发性元素，操作容易，容易掌握，但抗干扰能力下降，测量误差大，气体消耗大；测量粉末燃烧法、Hg、Bi等因素时，此方法比一般火焰法敏感；适合容易产生不溶性化合物的元素和放射性元素的溅射雾化方法；适合熔融氧化物金属Al、Ti、Mo、w测量的电极放电雾化方法；适用于耐火金属Al、y、Ti、v、Nb、re的等离子雾化方法；适用于所有形式固体材料(例如石墨的Ca、Ag、Cu、Li晶体)的激光韩元化方法；闪光雾化法是利用高温炉和高频感应炉的方法。三、原子吸收分光光度法原理原子吸收光谱法根据光源发射的测量要素的特征辐射通过样品蒸汽时被测试要素的基态原子吸收，辐射的减弱程度确定样品的测量要素含量。在尖锐的线光源条件下，光源的发射线通过一定厚度的原子蒸汽，被基态原子吸收，吸光度和原子蒸汽中测量的元素基态原子数之间的关系遵循朗伯-维尔定律。A=logi0/I=kln火焰温度低于3000K的情况下，可以认为原子蒸汽的基态原子数实际上接近原子总数。在某些实验条件下，原子总数与样品浓度cB的比率是常量，因此常识可以再次写为：这是原子吸收分光光度计的定量基础。常用的定量方法包括标准曲线方法和标准添加方法等。原子吸收分光光度计的主要组成部分包括光源、雾化、分光系统和检测系统。光路径如图32-1所示。图32-1原子吸收分光光度计光路图1.空心阴极灯；火焰；火焰。入射狭缝；凹镜；凹镜。5.光栅；光栅。发射狭缝；7.探测器原子吸收分光光度计的照明空心阴极灯是尖锐的线光源。灯管是用坚硬的玻璃制成的，一端是石英或玻璃的光学窗，两个钨棒用管子密封，一个连接着钛、锆、钽等吸入性能金属的阳极，另一个嵌入圆柱中空阴极。筒衬或熔化的测量元素；填充了数百Pa低压负载的管子，通常为氖或氩。在阳极之间加上电压，气体就会电离，带正电荷的气体离子在电场作用下轰击阴极，溅射阴极表面的金属离子，使金属原子与电子、惰性气体中的原子和离子相碰撞，释放辐射。最后，金属原子又扩散到阴极表面，再次沉积。通常，通过改变空心阴极灯的电流，可以改变灯的发射强度。如果忽略自吸收，则经验公式为I=ain。其中a，n是常数，I是电流强度。n与阴极材料、灯中填充的气体和谱线的特性有关。对于Ne、Ar等气体，n的值在2 3之间，这表明灯的发光强度受灯电流的影响很大，影响吸光度值四、原子吸收分光光度法的历史1802年，伍拉斯登(W.H.Wollaston)发现太阳的连续光谱中有很多暗线。1814年，Fraunhofer再次观察了这些岩线，但没有解释这些岩线，它被称为Fraunhofer岩线。1820年，布鲁斯特首先解释说，这些暗线是由太阳周围大气层吸收太阳光而产生的。1860年，克希霍夫(G.Kirchoff)、本生(R.Runsen)、吸收现象的真正解释基于钠发射线和布劳伯线在光谱中处于相同位置的事实，证明太阳连续光谱的暗线d线正是太阳周围大气层中钠原子对太阳光谱的钠辐射吸收结果，并证明了吸收和发射的关系(气体的原子发射的特定特征线)可以说是历史上原子吸收光谱法定性分析的第一个例子。1929年，汞(Hg)被广泛使用，因此大气中微量汞的测量是利用原子吸收光谱法原理设计的，这是原子吸收分析中的第一个应用。1954年，澳大利亚墨尔本物理研究所展出的世界上第一个原子吸收分光光度计，通过使用空心阴极灯研制了原子吸收分光光度计商品仪表。1955年，澳大利亚联邦科学产业研究所物理学家沃尔什(a . Walsh)首先将原子吸收光谱作为一般分析方法，分析了各要素的可能性，讨论了原子浓度与吸收值的关系以及实验相关问题，然后在光谱化学期刊上发表了著名论文原子吸收光谱分析方法的分析应用。因此，各国科学家实际上进行了这方面的研究，取得了很大的进展。1960年，利比夫(B.B.JLBBOB)提出了电热原子化，即不是火焰的原子吸收方法，大大提高了原子吸收分析的灵敏度。1965年，威尼斯(J.B.Willis)使用亚氧化氮-乙炔焰作为原子吸收光谱，将可测量的元素大幅增加到70个元素。20世纪60年代以后，随着“间接原子吸收分光光度法”的开发，过去难以直接测定的元素和有机化合物的测定成为可能。到目前为止，使用了最新的电子技术，使仪器显示器数字化，自动进入，配备数据处理系统，与电传打字机或数字打字机相结合，甚至与大型计算机相结合，自动化了整个分析。我国应用的历史进步：1963年，我国只有对原子吸收分光光度计的一般介绍。1965年，复旦大学电气光源研究所和冶金工业部有色金属研究所分别开发了空心阴极光源，并取得了成功。1970年在北京科学仪器厂用WFD-Y单束火焰原子吸收分光光度计试制。分析范围：主要用于元素分析。应用领域：广泛应用于地质、冶金、核能、化学、环境保护、医疗卫生、生物农业、食品等领域。五、原子吸收分光光度计的研究进展5.1第一阶段原子吸收现象的发现和科学解释早在1802年，乌斯顿(W.H.Wollaston)就研究太阳的连续光谱，发现了太阳连续光谱中出现的暗线。1817年，弗拉霍费(J.Fraunhofer)在研究太阳的连续光谱时，再次发现了这些暗线，因为还不知道这些暗线产生的原因，所以把这些暗线称为弗洛霍维线。1859年，克希霍夫和本森研究碱金属和碱土金属的火焰光谱，发现钠蒸汽发出的光通过温度较低的钠蒸汽时，钠光的吸收，钠发射线在岩线和光谱上处于相同位置，太阳连续光谱的暗线正是太阳周围大气层的5.2原子吸收光谱仪生产的第二阶段使用原子吸收光谱作为实用的分析方法是从1955年开始的。今年澳大利亚的沃尔什(A.Walsh)在化学分析中他著名的论文原子吸收光谱法的应用为原子吸收光谱法奠定了基础。50年代末和60年代初，Elmer、varian tech tron和Perkin-Elmer引入原子吸收光谱商品仪表，发展了沃尔什的设计思想。到了20世纪60年代中期，原子吸收光谱开始迅速发展。5.3电原子吸收光谱仪生产的第三阶段1959年，苏联的利维夫发表了关于电原子化技术的第一篇论文。电热原子吸收光谱的绝对灵敏度达到10-12-10-14g，可以进一步发展原子吸收光谱。近年来，塞曼效应和自吸效应扣除背景技术的发展，使原子吸收测量在高背景下顺利进行。应用矩阵改进技术的应用、平台和探针技术的应用，以及在此基础上应用先进的稳定温度平台石墨炉技术(STPF)，可以有效地对多个复杂的配置样品进行原子吸收测量。5.4原子吸收分析设备发展的第四阶段随着原子吸收技术的发展，促进了原子吸收装置的持续更新和发展，其他科学技术也在发展，为原子吸收装置的持续更新和发展提供了技术和物质基础。近年来，利用连续光源和中间阶梯光栅，与光导管、二极管阵列多因素分析检测仪相结合，设计了计算机控制原子吸收分光光度计，为解决多因素同时测量开辟了新的前景。计算机控制的原子吸收光谱方法简化了仪器结构，提高了仪器的自动化水平，提高了测量精度，大大改变了原子吸收光谱方法的面貌。结合技术(色谱-原子吸收光谱法、流动注射-原子吸收法)越来越受到关注。色谱-原子吸收光谱法不仅分析元素，而且测定有机化合物的复杂混合物也有重要用途六、原子吸收分光光度法特性(1)高灵敏度：在火焰雾化的情况下，大多数元素达到ppm水平，少数元素达到ppb水平。对石墨炉雾化，灵敏度达到10-9-10-14。这不能与其他分析方法相比。因此，特别适用于跟踪分析。(2)选择性良好：抗干扰能力强。原子吸收光谱法测定的空心阴极灯只发射正在测量的元素的光谱线，所以在大多数情况下，共存元素不影响原子吸收测定，选择性很好。通常，样品分析不需要进行复杂的处理。(3)适用范围：目前可用于原子吸收测量的元素有70多种(理论上推断)。此外，仪器设备简单，操作方便，试件无需复杂处理，在很多部门得到广泛应用。原子吸收分光光度计的局限性：1.需要特殊光源：分析的每个元素都必须有发射特定波长线的光源。2.需要雾化：在原子吸收分析中，通常先测试的元素达到原子状态，雾化将溶液喷射到火焰中来实现，这有物理和化学方面的扰动。无法熔化的元素的测量灵敏度不够令人满意，因此在可测量的70多个元素中，实际上只有30个以上是无效的。3.要注意安全：使用仪器时需要乙炔、氢、氩、N2O(一氧化二氮，俗称笑气)等各种气体。因此，操作中必须注意安全。七、近年来的研究展望近年来国内外都致力于将激光应用于原子吸收分析的研究：(1)使用可变激光代替空心阴极光源。(2)用激光雾化样品。将为微区和薄膜分析提供新的手段和原子化尴尬元素的新方法。Zeeman效果的应用确保了高背景下的测量顺利进行。连续光源、中间阶梯光栅单色器、波长调制原子吸