项目二任务四原子吸收检测技术

1、项目二任务四项目二任务四原子吸收分光光度检测技术原子吸收分光光度检测技术 食品分院：刘深勇食品分院：刘深勇 电话：电话习目标n1.掌握原子吸收的原理及结构；n2.掌握火焰法条件的选择与编制、仪器规范操作与检测；石墨炉仪器规范操作与检测；n3.掌握标准曲线法应用技术；n4.掌握原子吸收仪的使用与维护仪器的注意事项；n5.了解石墨炉条件的选择与编制；n6.能够规范填写原始记录表、检测报告。 第第 一节一节 概概 述述n我国多地饮用水和粮食受到重金属污染，2011年，全国排查4.46万家化学品企业中，70%分布在长江、黄河、珠江、太湖等重点流域沿岸，距离饮用水水源保护区、重

2、要生态功能区等环境敏感区不足1公里的占12.2%。2010年中国环境状况公报显示，全国地表水污染依然较重。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系总体为轻度污染。n2009年中国食品安全高层论坛报告上的数据显示，我国1/6的耕地受到重金属污染，重金属污染土壤面积至少有2000万公顷；国土资源部还曾公开表示，我国每年有1200万吨粮食遭到重金属污染，直接经济损失超过200亿元；国家疾控中心曾对1000余名0-6岁儿童铅中毒情况进行免费筛查、监测。结果显示，23.57%的儿童血铅水平超标。引言：何谓原子吸收光谱法？n 当一束光辐射照射处于基态的气态原子（原子蒸气）时，基态原子会选择性地

3、吸收一定波长的光，使原子跃迁到相应的激发态，被吸收了的光线就是原子的吸收线。一、原子吸收光谱的产生M（gas)hvn 电子由基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线，反之则称为共振发射线(都简称共振线)。n 共振线的频率：n hEE010一、原子吸收光谱的产生二、共振线和吸收线二、共振线和吸收线n当有入射光通过基态的原子蒸气时，如果入射光的频率等于原子中外当有入射光通过基态的原子蒸气时，如果入射光的频率等于原子中外层电子由基态跃迁至激发态所需要的能量频率，原子就会与对应频率层电子由基态跃迁至激发态所需要的能量频率，原子就会与对应频率的光相互作用，产生共振，电子从基态跃迁至激发态，同时

4、使入射光的光相互作用，产生共振，电子从基态跃迁至激发态，同时使入射光强度减弱，产生原子吸收光谱。电子从基态跃迁至第一激发态所需能强度减弱，产生原子吸收光谱。电子从基态跃迁至第一激发态所需能量最低，最易发生，所产生的吸收谱线称为共振吸收线，当它再返回量最低，最易发生，所产生的吸收谱线称为共振吸收线，当它再返回基态时，会发射出相同频率的谱线，称为共振发射线。共振吸收线和基态时，会发射出相同频率的谱线，称为共振发射线。共振吸收线和共振发射线统称为共振线。共振发射线统称为共振线。n各种元素的原子结构和外层电子排布各不相同，因而它们的共振线各各种元素的原子结构和外层电子排布各不相同，因而它们的共振线各有

5、特征，所以这种共振线称为元素的特征谱线。对大多数元素来说，有特征，所以这种共振线称为元素的特征谱线。对大多数元素来说，共振线是元素的分析灵敏线，又称为分析线。共振线是元素的分析灵敏线，又称为分析线。三、定义三、定义n原子吸收分光光度法（原子吸收分光光度法（AAS）亦称为原子吸收光谱法，它是基于试样）亦称为原子吸收光谱法，它是基于试样蒸气对待测元素特征谱线（共振线）的吸收特性来测定试样中待测元蒸气对待测元素特征谱线（共振线）的吸收特性来测定试样中待测元素含量的分析方法。当含有待测元素特征谱线的入射光通过基态的原素含量的分析方法。当含有待测元素特征谱线的入射光通过基态的原子蒸气时，原子就会与对应频

6、率的光相互作用，产生共振，电子从基子蒸气时，原子就会与对应频率的光相互作用，产生共振，电子从基态跃迁至激发态，同时使入射光强度减弱，产生原子吸收光谱，即原态跃迁至激发态，同时使入射光强度减弱，产生原子吸收光谱，即原子吸收光谱。子吸收光谱。n原子吸收分光光度分析，就是利用处于基态的待测原子蒸气对光源发原子吸收分光光度分析，就是利用处于基态的待测原子蒸气对光源发射的特征谱线光的吸收特性来进行分析测定的。射的特征谱线光的吸收特性来进行分析测定的。四、分析过程四、分析过程 1.1.铜空心阴极灯铜空心阴极灯2.2.火焰火焰3.3.气态铜原子气态铜原子4.4.单色器单色器5.5.光电检测器光电检测器6.6

7、.数据处理及输出装置数据处理及输出装置7.7.原子化系统原子化系统8.8.燃气燃气9.9.助燃气助燃气10.10.含铜试液含铜试液原子吸收分析示意图原子吸收分析示意图五、比色法与原子吸收分光光度五、比色法与原子吸收分光光度方法吸收机理光源样品状态仪器排布应用工作波长/(nm)比色法分子吸收带状光谱连续光源分子或离子的溶液光源单色器吸收池检测器定性分析定量分析结构分析A=bc190900原子吸收原子吸收线状光谱锐线光源原子蒸汽光源原子化器单色器检测器定量分析A=c190900六、特点六、特点n1. 选择性高、干扰少。分析不同元素需选择不同的元素灯，共存元素对被测元素不产生干扰，一般不需要分离共存

8、元素就可以进行测定。n2. 灵敏度高。用火焰原子吸收分光光度法可测到10-9 g/mL数量级。用无火焰原子吸收分光光度法可测到10-13 g/mL数量级。n3. 测定的范围广。它可用来测定70多种元素，既可做痕量组分分析，又可进行常量组分测定。应用无火焰法，试样溶液仅需1100 L。n4. 操作简便、分析速度快、用途很广。已在冶金、地质、采矿、石油、轻工、农药、医药、食品及环境监测等方面得到广泛应用。n5. 局限性。测定一些难熔元素，如稀土元素、锆、铪、铌、钽等以及非金属元素不能令人满意；测一种元素就得换一种空心阴极灯，使多元素的同时分析受到限制。第二节第二节原子吸收分光光度法基本原理原子吸收

9、分光光度法基本原理一、原子吸收分光光度法的定量基础一、原子吸收分光光度法的定量基础I I 与与v v 关系关系 原子对不同频率的光有不同程度的吸收，故透过光的强度I随着光的频率 而有所变化，其变化规律如图所示，称为吸收线。原子的吸收线并不是一条严格的几何意义上的线，而是占据着有限的、相当窄的频率或波长范围，即谱线具有一定宽度和轮廓。1. 吸收线吸收线n锐线光源：能发射锐线光源：能发射出谱线半宽度很窄出谱线半宽度很窄的光源的光源吸收线发射线第三节第三节原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计原子吸收仪器原子吸收仪器TAS-990原子吸收分光光度计一、流程一、流程二、光源二、光源1.1.作用作用 提供

10、待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。和准确度。 光源应满足如下要求；光源应满足如下要求；（1 1）能发射待测元素的共振线；）能发射待测元素的共振线；（2 2）能发射锐线；）能发射锐线；（3 3）辐射光强度大，稳定性好。）辐射光强度大，稳定性好。2.2.空心阴极灯空心阴极灯：结构如图所示：结构如图所示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电场作

11、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。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。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。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。 优缺点：优缺点：（1 1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。）辐射光强度大，稳定，谱

12、线窄，灯容易更换。（2 2）每测一种元素需更换相应的灯。）每测一种元素需更换相应的灯。三、原子化系统三、原子化系统1.1.作用作用 将试样中离子转变成原子蒸气将试样中离子转变成原子蒸气2.原子化方法 火焰法火焰法 火焰原子化装置火焰原子化装置 主要缺点：雾化效率低主要缺点：雾化效率低。火焰火焰 试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。程产生大量基态原子。 火焰温度的选择火焰温度的选择： （a a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采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；用低温火焰； （b

13、b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；火焰温度越高，产生的热激发态原子越多； （c c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气- -乙炔最乙炔最高温度高温度26002600K K，能测，能测3535种元素。种元素。 火焰类型：火焰类型： 化学计量火焰：化学计量火焰： 温度高，干扰少，稳定，温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。背景低，常用。 富燃火焰：富燃火焰： 还原性火焰，燃烧不完全还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的，测定较易形成难熔氧化物的元素元素MoMo、CrCr稀土等。稀土等。 贫燃火焰：贫燃火焰： 火焰温度低，氧化性气氛火焰温

14、度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。，适用于碱金属测定。无火焰法无火焰法-电热高温石墨管，激光电热高温石墨管，激光石墨炉原子化装置（1 1）结构：外气路中）结构：外气路中ArAr气体沿石墨管外壁流动，冷气体沿石墨管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中却保护石墨管；内气路中ArAr气体由管两端流向管中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汽。排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。（2 2）原子化过程）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（原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、

15、净化（去除残渣）去除残渣） 四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。（3）优缺点）优缺点 优点：原子化程度高，试样用量少（优点：原子化程度高，试样用量少（1-100L），），可测固可测固体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限体及粘稠试样，灵敏度高，检测极限10-12 g/L。 缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复缺点：精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。杂。四、分光系统：单色器四、分光系统：单色器 1.1.作用作用 将待测元素的共振线与邻近线分开。将待测元素的共振线与邻近线分开。 2.2.组件组件 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。

16、色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。 3. 3.单色器性能参数单色器性能参数 （1）线色散率线色散率（D）两条谱线间的距离与波长差的比值两条谱线间的距离与波长差的比值X/。实际工作中常用其倒数实际工作中常用其倒数 /X （2）分辨率分辨率 仪器分开相邻两条谱线的能力。用该两条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谱线的平均波长与其波长差的比值/表示。表示。 （3）通带宽度通带宽度（W）指通过单色器出射狭缝的某标称波指通过单色器出射狭缝的某标称波长处的辐射范围。当倒色散率（长处的辐射范围。当倒色散率（D）一定时，可通过选择一定时，可通过选择狭缝宽度（狭缝宽度（S）

17、来确定：来确定： W=D S五、检测系统五、检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器等装置组成。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。 分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的光电子又射向光敏阴极1，轰击出更多的光电子，依次倍增，在最后放出的光电子比最初多到106倍以上，最大电流可达 10A，电流经负载电阻转变为电压信号送入放大器。 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。 第四节第四节 定量分析方法及实验技术定量分析方法及实验技术一、一、定量分析方法定量分析方法1.1.标准曲线法标

18、准曲线法 配制一系列不同浓度的标准试样，由低到高依次分析，配制一系列不同浓度的标准试样，由低到高依次分析，将获得的吸光度将获得的吸光度A A数据对应于浓度作标准曲线，在相同条件下数据对应于浓度作标准曲线，在相同条件下测定试样的吸光度测定试样的吸光度A A数据，在标准曲线上查出对应的浓度值。数据，在标准曲线上查出对应的浓度值。 注意在高浓度时，标准注意在高浓度时，标准曲线易发生弯曲，压力变宽曲线易发生弯曲，压力变宽影响所致；影响所致；二、工作条件的选择二、工作条件的选择n（一）分析线的选择（一）分析线的选择 每种元素都有若干条吸收线，通常选用待测元素的共振线作为分析每种元素都有若干条吸收线，通常

19、选用待测元素的共振线作为分析线，因为这样可使测定具有较高的灵敏度。在光谱干扰、待测元素浓线，因为这样可使测定具有较高的灵敏度。在光谱干扰、待测元素浓度过高或最灵敏线位于远紫外或红外区时，也可选用次灵敏线或其它度过高或最灵敏线位于远紫外或红外区时，也可选用次灵敏线或其它谱线进行测定。谱线进行测定。n（二）空心阴极灯的工作电流（二）空心阴极灯的工作电流 空心阴极灯一般需要预热空心阴极灯一般需要预热 15 min 15 min 以上才能有稳定的光强输出。以上才能有稳定的光强输出。灯电流过小，放电不稳定，光强输出小；灯电流过大，造成被气体离灯电流过小，放电不稳定，光强输出小；灯电流过大，造成被气体离子

20、激发的金属原子数增多，由于热变宽和碰撞变宽的影响，使发射线子激发的金属原子数增多，由于热变宽和碰撞变宽的影响，使发射线明显变宽，导致灵敏度下降，灯寿命缩短。选用灯电流时应通过试验明显变宽，导致灵敏度下降，灯寿命缩短。选用灯电流时应通过试验选择灵敏度高、强度适当、稳定性好的最小工作电流。通常以空心阴选择灵敏度高、强度适当、稳定性好的最小工作电流。通常以空心阴极灯上标注的最大工作电流（约极灯上标注的最大工作电流（约 5 510 mA10 mA）的）的 40406060 为宜。为宜。n（三）原子化条件的选择（三）原子化条件的选择 用正交试验选择综合燃气、助燃气和燃烧器高度三因素用正交试验选择综合燃气

21、、助燃气和燃烧器高度三因素的最佳水平，作为最佳工作条件。其它诸如燃气、助燃气的最佳水平，作为最佳工作条件。其它诸如燃气、助燃气的种类，溶液中阴离子的性质，试液导入火焰的速度，试的种类，溶液中阴离子的性质，试液导入火焰的速度，试液的粘度等都是影响分析的因素，也应加以考虑。液的粘度等都是影响分析的因素，也应加以考虑。n（四）狭缝宽度（四）狭缝宽度 选择适宜的狭缝宽度，一方面要保证将共振吸收线与非选择适宜的狭缝宽度，一方面要保证将共振吸收线与非吸收线分开，另一方面又要考虑适宜的光强度输出。一般吸收线分开，另一方面又要考虑适宜的光强度输出。一般对于谱线较简单的元素，如碱金属、碱土金属等，宜选用对于谱线

22、较简单的元素，如碱金属、碱土金属等，宜选用较宽的狭缝；而对于谱线复杂的元素，如过渡元素、稀土较宽的狭缝；而对于谱线复杂的元素，如过渡元素、稀土元素等，宜选用较窄的狭缝。元素等，宜选用较窄的狭缝。 三、分析的灵敏度和检出限三、分析的灵敏度和检出限n（一）灵敏度（一）灵敏度 在原子吸收分析中，将灵敏度定义为工作曲线的斜率在原子吸收分析中，将灵敏度定义为工作曲线的斜率S S（S S = d= dA A /d/dc c），它表示当被测元素浓度或含量改变一个单位时吸光度的变化），它表示当被测元素浓度或含量改变一个单位时吸光度的变化量。事实上常用特征浓度和特征含量量。事实上常用特征浓度和特征含量能产生能产生1 1 吸收的被测元素吸收的被测元素的浓度或含量，来比较在低浓度或含量区域工作曲线的斜率。的浓度或含量，来比较在低浓度或含量区域工作曲线的斜率。n（二）检出限（二）检出限 检出限是原子吸收分光光度计的综合性技术指标，它