荧光光谱分析仪和原子光谱分析仪

1、第十七章第十七章 荧光光谱分析仪荧光光谱分析仪 和原子光谱分析仪和原子光谱分析仪 荧光光谱分析仪的原理与结构荧光光谱分析仪的原理与结构 荧光光谱分析仪的特点和应用荧光光谱分析仪的特点和应用 原子光谱分析仪的原理与结构原子光谱分析仪的原理与结构 原子光谱分析仪的特点和应用原子光谱分析仪的特点和应用 主 要 内 容 学学 习习 要要 求求 J掌握荧光光谱仪的基本原理和结构。掌握荧光光谱仪的基本原理和结构。 J掌握原子吸收分光光度计和原子发射光谱掌握原子吸收分光光度计和原子发射光谱 仪的基本原理和结构。仪的基本原理和结构。 J熟悉荧光光谱仪的使用与维护熟悉荧光光谱仪的使用与维护, ,原子发射原子发射

2、 光谱仪的特点。光谱仪的特点。 J了解荧光光谱分析法和原子光谱分析法在了解荧光光谱分析法和原子光谱分析法在 临床检验中的应用。临床检验中的应用。 光谱分析技术的分类光谱分析技术的分类 分子吸收法分子吸收法: :紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法 分子光谱分子光谱 分子发射法分子发射法: : 分子荧光光谱法分子荧光光谱法 光谱技术光谱技术 原子吸收法：原子吸收法：原子吸收光谱法原子吸收光谱法 原子光谱原子光谱 原子发射法：原子发射法：原子发射光谱法、原子荧光光谱法原子发射光谱法、原子荧光光谱法 光谱分析技术的分类光谱分析技术的分类 根据物质对光谱响应特征的不同分类根据物质对光谱响应特征的

3、不同分类 吸收光谱分析技术：吸收光谱分析技术：利用物质的特征吸收光谱进利用物质的特征吸收光谱进 行分析行分析 光谱技术光谱技术 发射光谱分析技术：发射光谱分析技术：通过测量原子或分子的特征通过测量原子或分子的特征 发射光谱来研究物质结构发射光谱来研究物质结构 和测定其化学组成和测定其化学组成 散射光谱分析技术：散射光谱分析技术：利用悬浮颗粒混浊液的散射利用悬浮颗粒混浊液的散射 光强度或对入射光减弱的原光强度或对入射光减弱的原 理进行定量分析理进行定量分析 光谱分析技术的分类光谱分析技术的分类 X X射线吸收光谱法射线吸收光谱法 原子吸收光谱法原子吸收光谱法 吸收光谱分析技术：吸收光谱分析技术：

4、 紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法 （根据吸收光谱所在光谱区不同）（根据吸收光谱所在光谱区不同） 红外吸收光谱法红外吸收光谱法 磁共振光谱法磁共振光谱法 X X射线光谱法射线光谱法 原子发射光谱法原子发射光谱法 光谱技术光谱技术 发射光谱分析技术：发射光谱分析技术： 原子荧光光谱法原子荧光光谱法 （根据光谱区和激发方式不同）（根据光谱区和激发方式不同） 分子荧光光谱法分子荧光光谱法 化学发光分析法化学发光分析法 散射光谱分析技术：散射光谱分析技术： 散射比浊法散射比浊法 （根据测定仪器和方法的不同）（根据测定仪器和方法的不同） 透射比浊法透射比浊法 第一节第一节 荧光光谱分析仪荧光光

5、谱分析仪 荧光荧光：某些物质吸收光能量后，可发射波长：某些物质吸收光能量后，可发射波长 与激发光波长相同或不同的光，当激发光源与激发光波长相同或不同的光，当激发光源 停止照射试样时，再发射过程立即停止，这停止照射试样时，再发射过程立即停止，这 种再发射的光称为荧光（种再发射的光称为荧光（fluorescencefluorescence）。）。 荧光包括分子荧光和原子荧光。荧光包括分子荧光和原子荧光。 一、概一、概 述述 荧光产生机制荧光产生机制 物质的分子吸收了照射光的能量物质的分子吸收了照射光的能量 后，处于基态最低能级的分子被激发到电子激发后，处于基态最低能级的分子被激发到电子激发 态的各

6、个振动能级。被激发的分子与周围的分子态的各个振动能级。被激发的分子与周围的分子 碰撞，并把部分能量以热能的形式传给周围的分碰撞，并把部分能量以热能的形式传给周围的分 子，自己降落到单线第二电子激发态的最低振动子，自己降落到单线第二电子激发态的最低振动 能级。然后能级。然后，由此最低振动能级向基态的各个振由此最低振动能级向基态的各个振 动能级跃迁，同时以发光的形式释放出其能量动能级跃迁，同时以发光的形式释放出其能量。 这种光即为荧光。这种光即为荧光。 一、概一、概 述述 （一）激发光谱和荧光光谱（一）激发光谱和荧光光谱 任何发射荧光的物质都具有两个特征光谱，即任何发射荧光的物质都具有两个特征光谱

7、，即 激发光谱激发光谱（excitation spectrum）和荧光光谱荧光光谱 (fluorescence spectrum)。 激发光谱和荧光光谱是荧光分析中定性和定量激发光谱和荧光光谱是荧光分析中定性和定量 的基础。的基础。 二、荧光分析的基本原理二、荧光分析的基本原理 激发光谱：激发光谱：将激发光的光源用单色器分光，将激发光的光源用单色器分光，连续改连续改 变激发光波长，固定荧光发射波长，测定不同波长变激发光波长，固定荧光发射波长，测定不同波长 的激发光照射下，物质溶液发射的荧光强度的变化。的激发光照射下，物质溶液发射的荧光强度的变化。 以激发光波长为横坐标，荧光强度为纵坐标作图，以

8、激发光波长为横坐标，荧光强度为纵坐标作图， 即可得到荧光物质的激发光谱。从激发光谱图上可即可得到荧光物质的激发光谱。从激发光谱图上可 找到发生荧光强度最强的激发波长找到发生荧光强度最强的激发波长exex。 二、荧光分析的基本原理二、荧光分析的基本原理 荧光光谱荧光光谱：用最强激发波长：用最强激发波长exex作激发光源，并作激发光源，并 固定强度，固定强度，而让物质发射的荧光通过单色器分光，而让物质发射的荧光通过单色器分光， 测定不同波长的荧光强度。测定不同波长的荧光强度。 以荧光波长为横坐标，荧光强度为纵坐标作图，以荧光波长为横坐标，荧光强度为纵坐标作图， 便得荧光光谱。荧光强度最强时的波长称

9、为最大便得荧光光谱。荧光强度最强时的波长称为最大 发射波长发射波长em em 。 荧光物质的荧光物质的exex和和emem是鉴定物质的依据，也是鉴定物质的依据，也 是定量测定中所选用的最灵敏的波长是定量测定中所选用的最灵敏的波长。 二、荧光分析的基本原理二、荧光分析的基本原理 （二）物质的分子结构和荧光的关系（二）物质的分子结构和荧光的关系 强荧光物质的分子结构特征：强荧光物质的分子结构特征： 具有大的共轭具有大的共轭- 双键结构，共轭体系越大，双键结构，共轭体系越大， 越容易产生荧光；越容易产生荧光； 具有刚性平面结构；具有刚性平面结构； 具有最低的单线电子激发态，具有最低的单线电子激发态，

10、S S1 1为为- 型；型； 若取代基团为给电子取代基，荧光强度增加。若取代基团为给电子取代基，荧光强度增加。 二、荧光分析的基本原理二、荧光分析的基本原理 三、荧光光谱仪的原理与分类三、荧光光谱仪的原理与分类 荧光分析法荧光分析法：通过测定物质分子产生的荧光：通过测定物质分子产生的荧光 强度进行物质的定性与定量分析的方法。强度进行物质的定性与定量分析的方法。 荧光光谱仪荧光光谱仪：采用荧光分析法来测量的仪器。：采用荧光分析法来测量的仪器。 三、荧光光谱仪的原理与分类三、荧光光谱仪的原理与分类 荧光光谱仪的工作原理荧光光谱仪的工作原理 在激发光的频率、强度以及液层厚度不变在激发光的频率、强度以

11、及液层厚度不变 的情况下，荧光物质所发射的荧光强度与溶的情况下，荧光物质所发射的荧光强度与溶 液的浓度成正比。因此，可以通过测定荧光液的浓度成正比。因此，可以通过测定荧光 强度来求出该物质的含量。强度来求出该物质的含量。 荧光分析法所测量的是待测物质所发射的荧光分析法所测量的是待测物质所发射的 荧光强弱，属于发射光谱分析。荧光强弱，属于发射光谱分析。 三、荧光光谱仪的原理与分类三、荧光光谱仪的原理与分类 荧光分析的特点荧光分析的特点 J优点：优点：灵敏度高（可达灵敏度高（可达10101212个数量级）；个数量级）； 选择性强，有利于分析复杂的多组分混合物；选择性强，有利于分析复杂的多组分混合物

12、； 用样量少、特异性好、操作简便。用样量少、特异性好、操作简便。 L缺点：缺点：对温度、对温度、pHpH值等因素变化比较敏感；值等因素变化比较敏感； 应用范围较窄，只能用来测量发荧光的物质，应用范围较窄，只能用来测量发荧光的物质， 或与某些试剂作用后发荧光的物质。或与某些试剂作用后发荧光的物质。 三三、荧光光谱仪的原理与分类、荧光光谱仪的原理与分类 荧光光谱仪分类荧光光谱仪分类 荧光光度计（荧光光度计（fluorophotometerfluorophotometer） 荧光分光光度计（荧光分光光度计（fluorospectrophotometerfluorospectrophotometer）

13、 二者的区别在于荧光光度计采用二者的区别在于荧光光度计采用滤光片滤光片做单色器做单色器 ，结构较简单，功能也较差。而荧光分光光度计，结构较简单，功能也较差。而荧光分光光度计 采用采用棱镜或光栅棱镜或光栅为色散元件，结构较复杂，功能为色散元件，结构较复杂，功能 较强，但价格远远高于荧光光度计。较强，但价格远远高于荧光光度计。 三、荧光光谱分析仪的原理与分类三、荧光光谱分析仪的原理与分类 Fluoscence荧光分光光度计 FP-6500FP-6500荧光分光光度计荧光分光光度计 三、荧光光谱仪的原理与分类三、荧光光谱仪的原理与分类 三、荧光光谱仪的原理与分类三、荧光光谱仪的原理与分类 Jasco

14、Jasco荧光光谱仪荧光光谱仪 三、荧光光谱仪的原理与分类三、荧光光谱仪的原理与分类 ARL 9800 ARL 9800 系列系列 X X射线荧光光谱仪射线荧光光谱仪 荧光光谱仪的主要结构荧光光谱仪的主要结构 激发光源：激发光源：用来激发荧光物质产生荧光，可以用用来激发荧光物质产生荧光，可以用 卤钨灯、氙灯、汞灯、氙卤钨灯、氙灯、汞灯、氙- -汞弧灯、激光器以及闪汞弧灯、激光器以及闪 光灯等，最常用的是氙灯。光灯等，最常用的是氙灯。 单色器：单色器：分离出所需要的单色光。荧光光谱仪有分离出所需要的单色光。荧光光谱仪有 两个单色器，一是激发单色器，用于将入射的激两个单色器，一是激发单色器，用于将

15、入射的激 发光变成单色光；二是发射单色器，用于将发射发光变成单色光；二是发射单色器，用于将发射 的荧光变成单色光。的荧光变成单色光。 四、荧光光谱仪的结构四、荧光光谱仪的结构 荧光光谱仪的主要结构荧光光谱仪的主要结构 样品池：样品池：放置测试样品，用石英做成。放置测试样品，用石英做成。 检测器：检测器：接受光信号并将其转变为电信号。接受光信号并将其转变为电信号。 记录显示系统：记录显示系统：检测器出来的电信号经过放大器检测器出来的电信号经过放大器 放大后，由记录仪记录下来，并可数字显示。放大后，由记录仪记录下来，并可数字显示。 四、荧光光谱仪的结构四、荧光光谱仪的结构 激发激发 荧光分光光度计

16、结构示意图荧光分光光度计结构示意图 0.2080.208 发射发射 四、荧光光谱仪的结构四、荧光光谱仪的结构 紫外紫外- -可见分光光度计结构示意图可见分光光度计结构示意图 荧光分光光度计光路图荧光分光光度计光路图 四四、荧光光谱仪的结构、荧光光谱仪的结构 荧光光谱仪的性能指标主要包括：荧光光谱仪的性能指标主要包括： 灵敏度灵敏度 波长范围波长范围 波长精度波长精度 分辨率分辨率 光谱带宽光谱带宽 信噪比信噪比 五、荧光光谱仪的性能指标五、荧光光谱仪的性能指标 灵敏度灵敏度 灵敏度是指能被仪器检出的最低信号，或某一标准灵敏度是指能被仪器检出的最低信号，或某一标准 荧光物质稀溶液在选定波长的激发

17、光照射下能检出荧光物质稀溶液在选定波长的激发光照射下能检出 的最低浓度，是仪器最重要的性能指标之一。的最低浓度，是仪器最重要的性能指标之一。 多数荧光光谱仪的灵敏度较高，可达多数荧光光谱仪的灵敏度较高，可达1010-10 -10g g10 10-12 -12g g 水平，有利于检测体液中的微量物质。水平，有利于检测体液中的微量物质。 五、荧光光谱仪的性能指标五、荧光光谱仪的性能指标 波长范围波长范围 波长范围指荧光光谱仪的有效工作波段，包括激发波长范围指荧光光谱仪的有效工作波段，包括激发 通道波长范围、投射通道波长范围和荧光通道波长通道波长范围、投射通道波长范围和荧光通道波长 范围。范围。 波

18、长范围越大，应用范围越广。波长范围越大，应用范围越广。 一般荧光分光光度计都采用氙灯作光源，光栅为单一般荧光分光光度计都采用氙灯作光源，光栅为单 色器分光元件，其有效工作波段在色器分光元件，其有效工作波段在200nm200nm1000nm1000nm 范围之内。范围之内。 五五、荧光光谱仪的性能指标、荧光光谱仪的性能指标 波长精度波长精度 指其波长计数器的指示值与真实光波长的数值相符指其波长计数器的指示值与真实光波长的数值相符 的程度。的程度。 特定的激发波长和发射波长是定性分析和定量测定特定的激发波长和发射波长是定性分析和定量测定 的基础，因此波长精度也是荧光光谱仪的核心指标的基础，因此波长

19、精度也是荧光光谱仪的核心指标 之一。之一。 目前荧光分光光度计的波长精度误差在目前荧光分光光度计的波长精度误差在 （0.2nm0.2nm2nm2nm）范围之内。）范围之内。 五、荧光光谱仪的性能指标五、荧光光谱仪的性能指标 分辨率分辨率 指荧光仪器对靠近的峰尖分开的能力，它与波长精指荧光仪器对靠近的峰尖分开的能力，它与波长精 度有密切关系，决定着对混合物成分分析特异性的度有密切关系，决定着对混合物成分分析特异性的 好坏。好坏。 常用仪器的分辨率在常用仪器的分辨率在0.2nm0.2nm5nm5nm之间，主要由光栅之间，主要由光栅 的每毫米刻线数决定。的每毫米刻线数决定。 五、荧光光谱仪的性能指标

20、五、荧光光谱仪的性能指标 光谱带宽光谱带宽 指仪器主机狭缝宽窄程度的指数。指仪器主机狭缝宽窄程度的指数。 以一定狭缝几何密度对应的光谱半宽度来直接表示以一定狭缝几何密度对应的光谱半宽度来直接表示 光谱纯度。光谱纯度。 光谱纯度直接影响仪器的分辨率、灵敏度以及背景光谱纯度直接影响仪器的分辨率、灵敏度以及背景 干扰。干扰。 目前的荧光分光光度计的光谱带宽在目前的荧光分光光度计的光谱带宽在0.15nm0.15nm20nm20nm 之间，一般都采用连续可调方式。之间，一般都采用连续可调方式。 五、荧光光谱仪的性能指标五、荧光光谱仪的性能指标 信噪比与响应速度信噪比与响应速度 用空白样品测得的峰值叫做噪

21、声峰值，待测样品测用空白样品测得的峰值叫做噪声峰值，待测样品测 得的峰值和噪声峰值之比就叫做信噪比。得的峰值和噪声峰值之比就叫做信噪比。 信噪比越高，检测结果的准确性也越高。信噪比越高，检测结果的准确性也越高。 仪器的响应速度是指电路样品通道对光电信号反映仪器的响应速度是指电路样品通道对光电信号反映 的快慢。响应速度关系到波长扫描速度的选择、光的快慢。响应速度关系到波长扫描速度的选择、光 谱峰的尖锐程度以及随机噪声的大小。谱峰的尖锐程度以及随机噪声的大小。 五、荧光光谱仪的性能指标五、荧光光谱仪的性能指标 荧光光谱仪的使用与维护荧光光谱仪的使用与维护 严格按照仪器规定的操作步骤进行操作。严格按

22、照仪器规定的操作步骤进行操作。 电源：电源：电压、电流、电源的稳定须符合仪器规定。电压、电流、电源的稳定须符合仪器规定。 光源：光源：需预热需预热20min20min，灯及其窗口要保持清洁。，灯及其窗口要保持清洁。 单色器：应注意防潮、防尘、防污和防机械损伤。单色器：应注意防潮、防尘、防污和防机械损伤。 光电倍增管：加高压时切不可受外来光线直接照射。光电倍增管：加高压时切不可受外来光线直接照射。 样品池：样品池：使用时应同一个方向插放，不能经常磨擦。使用时应同一个方向插放，不能经常磨擦。 六、荧光光谱仪的使用与维护六、荧光光谱仪的使用与维护 仪器出现故障，必须请专门人员进行检修。仪器出现故障，

23、必须请专门人员进行检修。 安全防护：操作者不能直视光源，以免紫外线损安全防护：操作者不能直视光源，以免紫外线损 伤眼睛伤眼睛。 六、荧光光谱仪的使用与维护六、荧光光谱仪的使用与维护 荧光光谱仪的故障排除荧光光谱仪的故障排除 七、荧光光谱仪的临床应用七、荧光光谱仪的临床应用 荧光光谱仪主要应用于以下方面：荧光光谱仪主要应用于以下方面： J常规分析：常规分析：用于荧光物质的定性和定量分析、用于荧光物质的定性和定量分析、 化学表征、色谱流出物的检测等；化学表征、色谱流出物的检测等； J获得分子信息：获得分子信息：如测量分子内间距、决定键合如测量分子内间距、决定键合 平衡、研究结构变化等；平衡、研究结

24、构变化等； J医药研究：医药研究：研究膜结构和功能、确定抗体的形态、研究膜结构和功能、确定抗体的形态、 研究生物分子的异质性、评价药物的相互作用、研究生物分子的异质性、评价药物的相互作用、 确定酶的活性和反应、荧光免疫分析、监测体内确定酶的活性和反应、荧光免疫分析、监测体内 化学过程等；化学过程等； J环境监测：环境监测：水和空气中污染物的鉴别和计量等。水和空气中污染物的鉴别和计量等。 七、荧光光谱仪的临床应用七、荧光光谱仪的临床应用 第二节第二节 原子光谱分析仪原子光谱分析仪 一、概一、概 述述 原子光谱原子光谱 分析仪器分析仪器 原子吸原子吸 收光收光 谱仪谱仪 原子发原子发 射光射光 谱

25、仪谱仪 原子荧原子荧 光光光光 谱仪谱仪 原子光谱分析仪的分类原子光谱分析仪的分类 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱法原子吸收光谱法 (Atomic Absorption Spectroscopy，AAS) 基本原理：基本原理：从空心阴极灯或光源中发射出一束特定波从空心阴极灯或光源中发射出一束特定波 长的入射光，在原子化器中待测元素的基态原子蒸汽长的入射光，在原子化器中待测元素的基态原子蒸汽 对其产生吸收，根据朗伯对其产生吸收，根据朗伯- -比尔定律，吸光度与待测比尔定律，吸光度与待测 元素浓度及测量光程成正比关系，通过测量透射光的元素浓度及测量光程成正比关系，通过测量透射光

26、的 变化，可求出样本中待测元素的含量。变化，可求出样本中待测元素的含量。 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪（atomic absorption spectrometer） 采用原子吸收光谱法进行测量的仪器，又称原采用原子吸收光谱法进行测量的仪器，又称原 子吸收分光光度仪，是子吸收分光光度仪，是2020世纪世纪5050年代中期出现并逐年代中期出现并逐 渐发展起来的一种新型仪器。渐发展起来的一种新型仪器。 结构原理与普通分光光度计相似，只是用结构原理与普通分光光度计相似，只是用锐线光源锐线光源 代替了代替了连续光源连续光源，用原子化器代替通常的吸收池。，用原子化器代替通常的吸收池。 二、原子吸收光谱仪

27、二、原子吸收光谱仪 线光谱：线光谱：由一系列分立的谱线所组成，是气态原子或离子被由一系列分立的谱线所组成，是气态原子或离子被 激发而发射的光谱。激发而发射的光谱。 带光谱：带光谱：由数个分立的谱带组成，每个谱带又由许多密集的由数个分立的谱带组成，每个谱带又由许多密集的 谱线所组成。是气态分子被激发而发射的光谱。谱线所组成。是气态分子被激发而发射的光谱。 连续光谱：连续光谱：由波长连续的光谱组成，没有分立的谱线和谱带。由波长连续的光谱组成，没有分立的谱线和谱带。 由炽热的固体或液体受激发而发射的光谱。由炽热的固体或液体受激发而发射的光谱。 连续光谱和带光谱不能用于发射光谱分析，在发射光谱连续光谱

28、和带光谱不能用于发射光谱分析，在发射光谱 中只会造成背景，叠加在所要检测的谱线上而干扰测定。中只会造成背景，叠加在所要检测的谱线上而干扰测定。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱仪工作原理原子吸收光谱仪工作原理 光源发出与待测元素特征波长相应的射线，把试光源发出与待测元素特征波长相应的射线，把试 样的溶液以细粒子流的形式喷射到火焰上，部分样的溶液以细粒子流的形式喷射到火焰上，部分 射线被吸收。吸收的强度与试样的浓度成正比，射线被吸收。吸收的强度与试样的浓度成正比， 通过测量吸收量，即可确定待测物质浓度。通过测量吸收量，即可确定待测物质浓度。 不同元素外层电子结构不同，其原子的吸

29、收光谱不同元素外层电子结构不同，其原子的吸收光谱 也不同，因此测量原子吸收光谱也可以对物质进也不同，因此测量原子吸收光谱也可以对物质进 行定性分析。行定性分析。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱仪的种类原子吸收光谱仪的种类 单光束型：单光束型：仪器结构简单，价格便宜，维护仪器结构简单，价格便宜，维护 方便，应用比较普遍，但不能克服光源灯不方便，应用比较普遍，但不能克服光源灯不 稳定带来的零漂稳定带来的零漂 。 双光束型：双光束型：仪器构造比较复杂，能够克服零仪器构造比较复杂，能够克服零 漂，而且速度也较快，但价格也较昂贵。漂，而且速度也较快，但价格也较昂贵。 二、原子吸收光谱

30、仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱法优点：原子吸收光谱法优点： J灵敏度高、精确高灵敏度高、精确高 J选择性好、干扰少选择性好、干扰少 J速度快，易于实现自动化速度快，易于实现自动化 J可测元素多、范围广可测元素多、范围广 J结构简单、成本低结构简单、成本低 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱仪主要部件原子吸收光谱仪主要部件 （1 1）光源系统）光源系统 （2 2）原子化器）原子化器 （3 3）分光系统）分光系统 （4 4）检测系统）检测系统 （1 1）光源系统：）光源系统：发射被测元素的特征共振辐射。发射被测元素的特征共振辐射。 基本要求

31、：基本要求： 光谱纯度高，只发射待测元素光谱；光谱纯度高，只发射待测元素光谱； 发射较窄的谱线；发射较窄的谱线； 稳定性好，稳定性好，3030分钟内漂移不超过分钟内漂移不超过1 1； 结构牢固可靠，使用方便；结构牢固可靠，使用方便； 常用类型：常用类型：空心阴极灯空心阴极灯 蒸气放电灯蒸气放电灯 无极放电灯无极放电灯 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 空心阴极灯空心阴极灯 是一种低压气体放电管，由一是一种低压气体放电管，由一 个阳极和呈空心杯形的阴极组成，个阳极和呈空心杯形的阴极组成， 阳极用钨棒制成，阴极是用被测元阳极用钨棒制成，阴极是用被测元 素的纯金属或者合金制成。将阴极素的纯金属或

32、者合金制成。将阴极 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 和阳极低压密封于充有惰性气体的玻璃管中。玻璃管中设有石和阳极低压密封于充有惰性气体的玻璃管中。玻璃管中设有石 英窗，以便透过紫外线。惰性气体采用氖和氩。当两个电极施英窗，以便透过紫外线。惰性气体采用氖和氩。当两个电极施 加电压时（约加电压时（约500V500V），电子由阴极高速飞向阳极，并与惰性气），电子由阴极高速飞向阳极，并与惰性气 体碰撞而电离，电离后产生的正离子在电场的作用下强烈地轰体碰撞而电离，电离后产生的正离子在电场的作用下强烈地轰 击阴极表面，导致阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的击阴极表面，导致阴极表面的金属原子溅射出

33、来，溅射出来的 原子再与电子、惰性气体原子及离子碰撞而被激发，便发射出原子再与电子、惰性气体原子及离子碰撞而被激发，便发射出 被测元素的特征光谱。被测元素的特征光谱。 （2 2）原子化器：）原子化器：提供能量将液态试样中的待提供能量将液态试样中的待 测元素干燥蒸发使之转变成气态的基态原子。测元素干燥蒸发使之转变成气态的基态原子。 原子化器的性能直接影响测定的灵敏度和重原子化器的性能直接影响测定的灵敏度和重 现性。原子化过程是整个原子吸收法的关键。现性。原子化过程是整个原子吸收法的关键。 二、二、原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪 基态原子的产生基态原子的产生 经历经历蒸发、热分解和激发蒸发、热分解和

34、激发三个过程三个过程 以金属盐以金属盐MXMX为例，试样的蒸发过程就是发生脱水和气化作用：为例，试样的蒸发过程就是发生脱水和气化作用： MX MX（雾粒）（雾粒） 脱水 脱水 MX( MX(干气溶胶干气溶胶) ) 气化 气化 MX(g) MX(g) 气态分子气态分子MXMX在高温下发生热分解：在高温下发生热分解： MX(g) MX(g) 热分解 热分解 M(g)+ X(g) M(g)+ X(g) M(g)M(g)就是可吸收某些特征谱线的基态原子。基态原子在高温下还可以进一就是可吸收某些特征谱线的基态原子。基态原子在高温下还可以进一 步发生激发和电离作用，生成激发态原子或离子：步发生激发和电离作

35、用，生成激发态原子或离子： M(M(基态原子基态原子) ) Mi( Mi(激发态原子激发态原子) ) Mn+ Mn+ 激发过程需要的能量低，电离过程需要的能量较高，电离会使分析的灵激发过程需要的能量低，电离过程需要的能量较高，电离会使分析的灵 敏度降低，所以原子化过程中要求控制一定的温度条件。敏度降低，所以原子化过程中要求控制一定的温度条件。 二、二、原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪 （2 2）原子化器：）原子化器： 常用类型：常用类型： 火焰原子化器火焰原子化器 无火焰原子化器无火焰原子化器 二、二、原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪 火焰原子化器火焰原子化器 利用可燃性气体和助燃气燃烧产生的火焰使被

36、测利用可燃性气体和助燃气燃烧产生的火焰使被测 元素原子化的装置。分为元素原子化的装置。分为全消耗型全消耗型和和预混合型预混合型两类两类 全消耗型原子化器全消耗型原子化器将试液直接喷入火焰内将试液直接喷入火焰内,常用于常用于 燃气燃烧速度快、试液溶剂具有可燃性的样品分析燃气燃烧速度快、试液溶剂具有可燃性的样品分析 预混合型原子化器预混合型原子化器是将试液雾化后再喷入火焰，是是将试液雾化后再喷入火焰，是 目前应用最常用的一种火焰原子化器目前应用最常用的一种火焰原子化器 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 火焰原子化器火焰原子化器 预混合型原子化器包括雾预混合型原子化器包括雾 化器、雾化室和燃烧器

37、化器、雾化室和燃烧器 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 主要缺点：主要缺点： 雾化效率低雾化效率低 （约（约10%） 火焰原子化器火焰原子化器 火焰的结构火焰的结构 火焰可以分为预热区、第一反应区、中间薄火焰可以分为预热区、第一反应区、中间薄 层区和第二反应区四个部分。大部分试液在预层区和第二反应区四个部分。大部分试液在预 热区热区( (干燥区干燥区) )被干燥成固体颗粒，干燥的固体被干燥成固体颗粒，干燥的固体 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 火焰结构示意图火焰结构示意图 颗粒在第一反应区颗粒在第一反应区( (蒸发区蒸发区) )被熔化、蒸发，中间薄层区被熔化、蒸发，中间薄层区( (原

38、子化原子化 区区) )温度最高，蒸气在这里离解产生基态原子，是气态原子密度温度最高，蒸气在这里离解产生基态原子，是气态原子密度 较高的区域，一般情况下，测量光束通过这个区可获得最佳灵较高的区域，一般情况下，测量光束通过这个区可获得最佳灵 敏度。第二反应区敏度。第二反应区( (电离化合区电离化合区) )温度下降，导致部分原子被电温度下降，导致部分原子被电 离，部分原于由于产生强烈高温化合作用而形成化合物。离，部分原于由于产生强烈高温化合作用而形成化合物。 无火焰原子化器无火焰原子化器 常用的是石墨炉原子化器。本质上是一个电加热器，利用电流常用的是石墨炉原子化器。本质上是一个电加热器，利用电流 加

39、热石墨炉，使之达到高温，以实现试样的蒸发和原子化。加热石墨炉，使之达到高温，以实现试样的蒸发和原子化。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 石墨炉原子化器石墨炉原子化器 石墨炉电热原子化分为四个阶石墨炉电热原子化分为四个阶 段，即干燥、灰化、原子化和段，即干燥、灰化、原子化和 净化（除残），各阶段对应一净化（除残），各阶段对应一 定的升温阶段。定的升温阶段。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子化温度随元素而异，一般是原子化温度随元素而异，一般是1800-3000K1800-3000K之间，之间， 在保证被测元素完全原子化的前提下，原子化时间在保证被测元素完全原子化的前提下，原子化时间

40、 越短越好。越短越好。 石墨炉原子化器石墨炉原子化器 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 J优点：优点：与火焰原子化器相比具有较高的原子化与火焰原子化器相比具有较高的原子化 效率（几乎效率（几乎100%100%）和灵敏度（比火焰原子化器）和灵敏度（比火焰原子化器 高高10102 2-10-103 3倍）。倍）。 L缺点：缺点：由于进样量小，进样量和进样位置的变由于进样量小，进样量和进样位置的变 动都会引起误差，故重现性比火焰原子化器要动都会引起误差，故重现性比火焰原子化器要 差，设备复杂、不易掌握。差，设备复杂、不易掌握。 （3 3）分光系统：）分光系统： 组成：组成：入射和出射狭缝、入射和

41、出射狭缝、 反射镜和色散元件反射镜和色散元件 关键部件：关键部件：色散元件，可色散元件，可 以是棱镜或衍射光栅。要以是棱镜或衍射光栅。要 保证既要将谱线分开，又保证既要将谱线分开，又 要有一定的出射光强度。要有一定的出射光强度。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 （4 4）检测系统）检测系统 ： 组成：组成：检测器（光电倍增管）、同检测器（光电倍增管）、同 步检波放大器、对数变换器、指示步检波放大器、对数变换器、指示 仪表等。仪表等。 作用：作用：将光信号转变成电信号，然将光信号转变成电信号，然 后再经同步检波放大器放大，把非后再经同步检波放大器放大，把非 被测信号滤掉。放大了的信号进入被

42、测信号滤掉。放大了的信号进入 对数变换器进行对数变换，变成线对数变换器进行对数变换，变成线 性信号，在指示仪表上显示出来。性信号，在指示仪表上显示出来。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 光电倍增管光电倍增管 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱仪结构示意图原子吸收光谱仪结构示意图 紫外紫外- -可见分光光度计结构示意图可见分光光度计结构示意图 原子吸收光谱仪分光系统示意图原子吸收光谱仪分光系统示意图 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱仪的性能评价指标原子吸收光谱仪的性能评价指标 特征浓度：特征浓度：指产生指产生1 1吸收或吸收或0.00440.0044吸光度

43、时吸光度时 所对应的被测元素的浓度或质量。所对应的被测元素的浓度或质量。 特征浓度特征浓度S S值越小，表示原子吸收光谱仪对某值越小，表示原子吸收光谱仪对某 个元素在一定条件下的分析灵敏度越高。个元素在一定条件下的分析灵敏度越高。 特征浓度不能用来表征某仪器对某元素能被特征浓度不能用来表征某仪器对某元素能被 检出所需要的最小浓度，但可以用于估算较检出所需要的最小浓度，但可以用于估算较 适宜的浓度测量范围及取样量。适宜的浓度测量范围及取样量。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 检出限：检出限：表示在选定的实验条件下，被测元素溶液表示在选定的实验条件下，被测元素溶液 能给出的测量信号能给出的测

44、量信号3倍于标准偏差时所对应的浓度倍于标准偏差时所对应的浓度 （单位：（单位：mg/L）。无火焰光谱仪器中常用绝对检）。无火焰光谱仪器中常用绝对检 出限表示，单位为出限表示，单位为g。 检出限既反映仪器的质量和稳定性，也反映仪器对检出限既反映仪器的质量和稳定性，也反映仪器对 某元素在一定条件下的检出能力。某元素在一定条件下的检出能力。 检出限比特征浓度有更明确的意义。检出限越低，检出限比特征浓度有更明确的意义。检出限越低， 说明仪器性能越好，对元素的检出能力越强。说明仪器性能越好，对元素的检出能力越强。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收光谱仪常见故障及处理方法原子吸收光谱仪常见故

45、障及处理方法 原子吸收光谱仪在工作过程中常见的故障有：没原子吸收光谱仪在工作过程中常见的故障有：没 有吸收、灵敏度低、重现性差、表头回零差、仪有吸收、灵敏度低、重现性差、表头回零差、仪 器噪音大、曲线弯曲、分析结果误差大和废液不器噪音大、曲线弯曲、分析结果误差大和废液不 畅通等，要根据具体情况作出不同处理畅通等，要根据具体情况作出不同处理。 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计.flv 二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 原子发射光谱法：原子发射光谱法：是根据处于激发态的待测元是根据处于激发态的待测元 素原子回到基态

46、时发射的特征谱线对待测元素素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素 进行分析的方法。进行分析的方法。 由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射 谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析； 根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度 不同，可实现元素的定量检测。不同，可实现元素的定量检测。 常用激发方式：常用激发方式：火花式与火花式与ICPICP两种两种 火花式：火花式：激发源是高压电火花源，它提供单变或激发源是高压电火花源，它提供单变或 振荡电流脉冲。该方法能进行固体样品的多

47、元素振荡电流脉冲。该方法能进行固体样品的多元素 分析；分析； 电感耦合等离子体（电感耦合等离子体（ICP）式）式：等离子体是由无：等离子体是由无 线电波或在微波范围内的电磁波在惰性气体（氩线电波或在微波范围内的电磁波在惰性气体（氩 气）中进行无极或单极感应放电所产生。该方法气）中进行无极或单极感应放电所产生。该方法 可进行溶液元素分析。可进行溶液元素分析。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 原子发射光谱仪：原子发射光谱仪：利用试样中原子或离子利用试样中原子或离子 所发射的特征谱线的波长或强度来检测元所发射的特征谱线的波长或强度来检测元 素的存在和含量的仪器。素的存在和含量的仪器。 常用类型

48、：常用类型： 1.火焰光度计和火焰分光光度计火焰光度计和火焰分光光度计 2.摄谱仪和光电直读光谱仪摄谱仪和光电直读光谱仪 3.激光显微发射光谱仪激光显微发射光谱仪 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 6400A 6400A 火焰光度计火焰光度计 摄谱仪：摄谱仪：是用光栅或棱镜做色散元件，采用照是用光栅或棱镜做色散元件，采用照 相方式用感光板记录试样光谱的原子发射光谱相方式用感光板记录试样光谱的原子发射光谱 的仪器。摄谱仪价格便宜，携带轻便，而且可的仪器。摄谱仪价格便宜，携带轻便，而且可 以把试样的谱线拍摄长期保存备查。以把试样的谱线拍摄长期保存备查。 类

49、型：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪类型：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪 构成：光源、分光系统、检测系统构成：光源、分光系统、检测系统 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 摄谱仪的激发光源摄谱仪的激发光源 基本功能：基本功能：提供使试样中被测元素原子化和原提供使试样中被测元素原子化和原 子激发发光所需要的能量。子激发发光所需要的能量。 要求：要求：灵敏度高，稳定性好，光谱背景小，结灵敏度高，稳定性好，光谱背景小，结 构简单，操作安全。构简单，操作安全。 常用激发光源：常用激发光源：电弧光源、电火花光源、电感电弧光源、电火花光源、电感 耦合等离子体光源（耦合等离子体光源（ICP光源）等。光源）等。 三、原子发射

50、光谱仪三、原子发射光谱仪 摄谱仪的光学系统摄谱仪的光学系统 作用：作用：把样品被蒸发和激发产生的辐射光进把样品被蒸发和激发产生的辐射光进 行分光。行分光。 组成：组成：照明系统、准光系统、色散系统和投照明系统、准光系统、色散系统和投 影系统。影系统。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 照明系统：照明系统：由透镜组组成，作用是把光源的光聚由透镜组组成，作用是把光源的光聚 焦于狭缝上，使尽可能多的光进入狭缝；让光源焦于狭缝上，使尽可能多的光进入狭缝；让光源 不同部位发出的光均匀地照射到狭缝各个部位；不同部位发出的光均匀地照射到狭缝各个部位； 并使光源电极头所发射出的连续光谱不进入狭缝。并使光源

51、电极头所发射出的连续光谱不进入狭缝。 准光系统：准光系统：由狭缝和准直镜构成，作用是将光源由狭缝和准直镜构成，作用是将光源 发出的光转变为平行光束，使其到达分光元件的发出的光转变为平行光束，使其到达分光元件的 第一入射面的各点时，入射角度都相同。第一入射面的各点时，入射角度都相同。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 色散系统：色散系统：指光谱仪的分光元件或色散元件。可指光谱仪的分光元件或色散元件。可 以是光栅、单个棱镜或多个棱镜。其作用是通过以是光栅、单个棱镜或多个棱镜。其作用是通过 分光元件所产生的色散，将复合光分成单色光。分光元件所产生的色散，将复合光分成单色光。 投影系统：投影系统：

52、从物镜到其焦面这一部分称为光谱仪从物镜到其焦面这一部分称为光谱仪 的投影系统或的投影系统或“暗箱暗箱”。作用是将色散后的单色。作用是将色散后的单色 光束，经物镜聚焦在其焦面上，形成按波长顺序光束，经物镜聚焦在其焦面上，形成按波长顺序 排列的狭缝的像，即光谱。排列的狭缝的像，即光谱。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 摄谱仪的检测系统摄谱仪的检测系统 摄谱仪用感光板来检测发射光谱。摄谱仪用感光板来检测发射光谱。 感光板由照相乳剂均匀地涂布在玻璃板上而成。感光板由照相乳剂均匀地涂布在玻璃板上而成。 用测微光度计测量感光板上的照相乳剂感光后变用测微光度计测量感光板上的照相乳剂感光后变 黑的黑度以

53、确定谱线的强度。与相同条件下的标黑的黑度以确定谱线的强度。与相同条件下的标 准样品谱线比较，从而测定试样成分含量。准样品谱线比较，从而测定试样成分含量。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 光电直读光谱仪光电直读光谱仪 用光电倍增管接收和记录谱线的方法称为光电直用光电倍增管接收和记录谱线的方法称为光电直 读法。读法。 光电直读光谱仪与摄谱仪的主要差别是检测部分，光电直读光谱仪与摄谱仪的主要差别是检测部分， 光电直读光谱仪用的是光电倍增管和有关电子电光电直读光谱仪用的是光电倍增管和有关电子电 路，摄谱仪用的是感光板。路，摄谱仪用的是感光板。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 光电直读光谱仪

54、分类光电直读光谱仪分类 多道直读光谱仪：多道直读光谱仪：采用光电倍增管作为检测器，采用光电倍增管作为检测器， 分析速度快，信号放大能力强，可同时分析含量分析速度快，信号放大能力强，可同时分析含量 差别较大的不同元素。差别较大的不同元素。 单道扫描光谱仪：单道扫描光谱仪：用光电倍增管为检测器，波长用光电倍增管为检测器，波长 选择更为灵活方便，适用于较宽的波长范围。选择更为灵活方便，适用于较宽的波长范围。 全谱直读光谱仪：全谱直读光谱仪：采用固体检测器，具有较好的采用固体检测器，具有较好的 波长稳定性。波长稳定性。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 SPE

55、CTROMAXxSPECTROMAXx全谱直读光谱仪全谱直读光谱仪 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 ICP光谱仪 光电直读光谱仪特点光电直读光谱仪特点 速度快，可在速度快，可在1min1min2min2min显示分析结果；显示分析结果； 精密度较好，理想条件下测试的重复性可达实际含量的精密度较好，理想条件下测试的重复性可达实际含量的 1 1数量级；数量级； 一般只能测量一种基体材料内一般只能测量一种基体材料内8 82424种元素，可通过将种元素，可通过将 接收器组合成几个接收器组合成几个“桥桥”的方式来扩展测量能力，每个的方式来扩展测量能力，每个 “桥桥”用于一种类型的基体材料；用于一种

56、类型的基体材料； 不能象摄谱仪那样长久保存图谱。不能象摄谱仪那样长久保存图谱。 三、原子发射光谱仪三、原子发射光谱仪 四、原子荧光光谱仪四、原子荧光光谱仪 原子荧光光谱分析法（原子荧光光谱分析法（XRF）：）： 利用原子荧光谱线的波长和强度进行物利用原子荧光谱线的波长和强度进行物 质的定性与定量分析的方法。质的定性与定量分析的方法。 在一定实验条件下，被测元素的浓度与荧光在一定实验条件下，被测元素的浓度与荧光 强度成正比，据此可对物质进行定量分析。强度成正比，据此可对物质进行定量分析。 特点：设备简单、灵敏度高、光谱干扰少，特点：设备简单、灵敏度高、光谱干扰少， 工作曲线线性范围宽，可以进行多

57、元素测定，工作曲线线性范围宽，可以进行多元素测定， 应用广泛。应用广泛。 原子荧光光谱仪分类原子荧光光谱仪分类 色散型原子荧光光谱仪色散型原子荧光光谱仪 非色散型原子荧光光谱仪非色散型原子荧光光谱仪 两类仪器的结构基本相似，主要区别在于非色两类仪器的结构基本相似，主要区别在于非色 散型原子荧光光谱仪采用散型原子荧光光谱仪采用滤光片滤光片做单色器，而色散做单色器，而色散 型原子荧光光谱仪型原子荧光光谱仪采用采用棱镜或光栅棱镜或光栅做为色散元件。做为色散元件。 四、原子荧光光谱仪四、原子荧光光谱仪 色散型原子荧光光谱仪结构特点色散型原子荧光光谱仪结构特点 辐射光源：辐射光源：激发产生原子荧光；激发

58、产生原子荧光； 单色器：单色器：选择荧光谱线，排除其他光的干扰；选择荧光谱线，排除其他光的干扰； 原子化器：原子化器：将被测元素转化为原子蒸气；将被测元素转化为原子蒸气； 检测器：检测器：检测光信号并转换为电信号，常用光电检测光信号并转换为电信号，常用光电 倍增管；倍增管； 显示和记录装置：显示和记录装置：显示和记录测量结果，包括了显示和记录测量结果，包括了 电表、数字表、记录仪等。电表、数字表、记录仪等。 四、原子荧光光谱仪四、原子荧光光谱仪 AF-610D环保型原子荧光光谱仪 四、原子荧光光谱仪四、原子荧光光谱仪 AF-630环保型原子荧光光谱仪 四、原子荧光光谱仪四、原子荧光光谱仪 荧光光谱仪的性能指标：荧光光谱仪的性能指标： 检测灵敏度检测灵敏度 特征浓度特征浓度 分辨率分辨率 基线稳定度基线稳定度 波长精度波长精度 测量精度测量精度 五、原子光谱分析仪的性能指标五、原子光谱分析仪的性能