原子吸收分光光度法研究进展

1、现代仪器分析原子吸收分光光度法研究进展学生姓名 学 号 所属学院 专 业 班 级 原子吸收分光光度法研究进展一、原子吸收分光光度法又称“原子吸收光谱法”，由待测元素灯发出的特征谱线通过供试品经原子化产生的原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收，通过测定辐射光强度减弱的程度，求出供试品中待测元素的含量。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)、其它原子吸收21火焰原子吸收适用于测定易原子化的元素，是原子吸收光谱法应用最为普遍的一种，对大多数元素有较高的灵敏度和检测极限，且重现性好，易于操作。22石墨炉原子吸

2、收石墨炉原子吸收也称无火焰原子吸收，简称CFAAS。火焰原子化虽好，但缺点在于仅有10%的试液被原子化，而90%由废液管排出，这样低的原子化效率成为提高灵敏度的主要障碍，而石墨炉原子化装置可提高原子化效率，使灵敏度提高10200倍。该法一种是利用热解作用，使金属氧化物解离，它适用于有色金属、碱土金属；另一种是利用较强的碳还原气氛使一些金属氧化物被还原成自由原子，它主要针对于易氧化难解离的碱金属及一些过渡元素。23氢化物发生原子吸收对某些易形成氢化物的元素，如Sb、As、Bi、Pb、Te、Hg和Sn用火焰原子化法测定时灵敏度很低，若采用在酸性介质中用硼氢化钠处理得到氢化物，可将检测限降低至ng/

3、mL级的浓度。24其它原子吸收金属器皿原子化法，针对挥发元素，操作方便，易于掌握，但抗干扰能力差，测定误差较大，耗气量较大；粉末燃烧法，测定Hg、Bi等元素时，此法灵敏度高于普通火焰法；溅射原子化法，适用于易生成难溶化合物的元素和放射性元素；电极放电原子化法，适用于难熔氧化物金属Al、Ti、Mo、W的测定；等离子体原子化法，适用于难熔金属Al、Y、Ti、V、Nb、Re；激光原化法，适用于任何形式的固体材料，比如测定石墨中的Ca、Ag、Cu、Li；闪光原子化法，是一种用高温炉和高频感应加热炉的方法。三、原子吸收分光光度法原理原子吸收光谱法基于从光源发出的被测元素的特征辐射通过样品蒸气时，被待测元

4、素基态原子所吸收，由辐射的减弱程度求得样品中被测元素的含量。在锐线光源条件下，光源的发射线通过一定厚度的原子蒸气，并被基态原子所吸收，吸光度与原子蒸气中待测元素的基态原子数间的关系遵循朗伯比耳定律：AlogI0/I KLN 在火焰温度低于3000K的条件下，可以认为原子蒸气中基态原子的数目实际上接近于原子总数。特定的实验条件下，原子总数与试样浓度cB的比例是恒定的，所以，上式又可以写成：这就是原子吸收分光光度法的定量基础。常用的定量方法为标准曲线法和标准加入法等。原子吸收分光光度计主要组成部分包括光源、原子化器、分光系统和检测系统。其光路如图321所示。 图321 原子吸收分光光度计

5、光路图1空心阴极灯；2火焰；3入射狭缝；4凹面反射镜；5光栅；6出射狭缝；7检测器 原子吸收分光光度计的光源用空心阴极灯，它是一种锐线光源。灯管由硬质玻璃制成，一端由石英或玻璃制成光学窗口，两根钨棒封入管内，一根连有由钛、锆、钽等有吸气性能金属制成的阳极，另一根上镶有一个圆筒形的空心阴极。筒内衬上或熔入被测元素，管内充有几百Pa低压载气，常用氖或氩气。当在阴阳两极间加上电压时，气体发生电离，带正电荷的气体离子在电场作用下轰击阴极，使阴极表面的金属离子溅射出来，金属原子与电子、惰性气体的原子及离子碰撞激发而发出辐射。最后，金属原子又扩散回阴极表面而重新沉积下来。通常，改变空心阴极灯的电

6、流可以改变灯的发射强度。在忽略自吸收的前提下，其经验公式为Iain，其中a、n均为常数，i为电流强度。n与阴极材料、灯内所充气体及谱线的性质有关。对于Ne、Ar等气体，n值在23之间，由此可见，灯的发光强度受灯电流的影响较大，影响吸光度值。四、原子吸收分光光度法历史1802年，乌拉斯登（W.H.Wollaston）发现太阳连续光谱中存在许多暗线。1814年，夫劳霍弗（J.Fraunhofer）再次观察到这些暗线，但无法解释这些暗线，称为夫劳霍弗暗线。1820年，布鲁斯特（D.Brewster）首先解释了这些暗线是由于太阳外围大气圈对太阳光吸收而产生。1860年，克希霍夫（G.Kirchoff）

7、、本生(R.Runsen），真正对吸收现象的解释，他们根据钠发射线和夫劳霍弗线在光谱中的位置相同这一事实，证明太阳连续光谱中的暗线D线正是太阳外围大气圈中钠原子对太阳光谱中钠辐射吸收的结果，并进一步阐明了吸收与发射之间的关系（气态的原子能发射某些特征谱线，也能吸收同样波长的这些谱线）。可以说，这是历史上用原子吸收光谱进行定性分析的第一例证。1929年，由于汞（Hg）的广泛应用，对大气中微量汞的测定曾利用原子吸收光谱原理设计了测汞仪，这是原子吸收在分析中的最早应用。1954年，世界上第一台原子吸收分光光度计，由澳大利亚墨尔本物理研究所在展览会上展出，空心阴极灯的使用，是原子吸收分光光度计商品仪器

8、得到了发展。1955年，澳大利亚联邦科学与工业研究所物理学家沃尔什（A.Walsh）首先提出原子吸收光谱作为一般分析方法用于分析各元素的可能性，并探讨了原子浓度与吸收值的关系及实验中的有关问题，并于光谱化学学报上发表了一篇著名的论文“原子吸收光谱在分析上的应用”。至此，各国科学家竟相开展这方面的研究，并取得了巨大的进展。1960年，里沃夫（B.B.JLBBOB）提出了电热原子化（即非火焰原子吸收法），使原子吸收分析的灵敏度有了很大提高。1965年，威尼斯（J.B.Willis）将氧化亚氮乙炔火焰用于原子吸收法中，使可测定元素大大增加，达70个元素。 60年代后，发展了“间接原子吸收分光光度法”

9、，使过去难于用于直接法测定的元素与有机化合物的测定有了可能。至今，采用了最新的电子技术，使仪器显示数字化，进样自动化并带有数据处理系统，与电传打字机、数字打字机联用，甚至与大型计算机联用，使整个分析实现自动化。我国应用的历史进展：1963年，我国对原子吸收分光光度法仅有一般性介绍。1965年，复旦大学电光源实验室和冶金工业部有色金属研究所分别研制成功了空心阴极灯光源。1970年，北京科学仪器厂试制成WFD-Y型单光束火焰原子吸收分光光度计。分析范围：主要用于元素分析中。应用领域：广泛应用于地质、冶金、原子能、化工、环保、医药卫生、生物农业、食品等。五、原子吸收分光光度法研究进展5.1第一阶段原

10、子吸收现象的发现与科学解释早在1802年，伍朗斯顿（W.H.Wollaston）在研究太阳连续光谱时，就发现了太阳连续光谱中出现的暗线。1817年，弗劳霍费（J.Fraunhofer）在研究太阳连续光谱时，再次发现了这些暗线，由于当时尚不了解产生这些暗线的原因，于是就将这些暗线称为弗劳霍费线。1859年，克希荷夫（G.Kirchhoff）与本生（R.Bunson）在研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且根据钠发射线与暗线在光谱中位置相同这一事实，断定太阳连续光谱中的暗线，正是太阳外围大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果。5.

11、2第二阶段原子吸收光谱仪器的产生原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。这一年澳大利亚的瓦尔西(A.Walsh)发表了他的著名论文'原子吸收光谱在化学分析中的应用'奠定了原子吸收光谱法的基础。50年代末和60年代初，Hilger, Varian Techtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器，发展了瓦尔西的设计思想。到了60年代中期，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。5.3第三阶段电热原子吸收光谱仪器的产生1959年,苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。电热原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达到10-12-10-14g,使原子吸

12、收光谱法向前发展了一步。近年来,塞曼效应和自吸效应扣除背景技术的发展,使在很高的的背景下亦可顺利地实现原子吸收测定。基体改进技术的应用、平台及探针技术的应用以及在此基础上发展起来的稳定温度平台石墨炉技术(STPF)的应用,可以对许多复杂组成的试样有效地实现原子吸收测定。5.4第四阶段原子吸收分析仪器的发展随着原子吸收技术的发展，推动了原子吸收仪器的不断更新和发展，而其它科学技术进步，为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。近年来，使用连续光源和中阶梯光栅，结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析检测器，设计出了微机控制的原子吸收分光光度计，为解决多元素同时测定开辟了新的前景。微机控

13、制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构，提高了仪器的自动化程度，改善了测定准确度，使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。联用技术(色谱-原子吸收联用、流动注射-原子吸收联用)日益受到人们的重视。色谱-原子吸收联用，不仅在解决元素的化学形态分析方面，而且在测定有机化合物的复杂混合物方面，都有着重要的用途六、原子吸收分光光度法的特点（1）灵敏度高：对火焰原子化讲，大多数元素的灵敏度可达ppm级，少数元素可达ppb级。对石墨炉原子化讲，灵敏度可达10-910-14。这是其他分析方法难以比拟的。故其特别适用于痕量分析。（2）选择性好：抗干扰能力强，由于原子吸收用的光源空心阴极灯，只发射被测元素的光谱线，

14、故在大多数情况下，共存元素不会对原子吸收测定产生干扰，选择性好。一般讲，分析样品不必进行复杂的予处理。（3）应用广：目前能用于原子吸收测定的元素达70多个（理论上推断）。加上仪器设备较简单，操作方便，试样不必进行复杂的予处理，故在许多部门中得到广泛的应用。原子吸收分光光度法的局限性：1.需特殊光源：每种被分析元素都要有一个能发射特定波长谱线的光源。2.需进行原子化：原子吸收分析中，首先要使被测元素呈原子状态，而原子化往往是将溶液喷雾到火焰中实现，这就存在着物理方面和化学方面的干扰。对于难熔元素的测定灵敏度还不够满意，所以，在可测的70多种元素中，实际有效的仅30余个。3.需注意安全：由于仪器使用中，需用各种气体，如乙炔、氢气、氩气、N2O（氧化亚氮，俗称笑气）等。故操作中一定要注意安全。七、近年研究展望近年来国内外都有人致力于研究激光在原子吸收分析方面的应用：（1）用可调谐激光代替空心阴极灯光源。 （2）用激光使样品原子化。它将为微区和薄膜分析提供新手段、为难熔元素的原子化提供了新方法。塞曼效应的应用，使得能在很高的背景下也能顺利地实现测定。连续光源、中阶梯光栅单色器、波长调制原子吸收法（简称CEWMAA