考研必备《仪器分析》第6章 原子吸收分光光度分析法课件

1、第6章 原子吸收分光光度分析法第一节 原子吸收光谱分析基本原理basic principle of atomic absorption spectroscopy第二节 原子吸收分光光度仪atomic absorption spectrometer第三节 干扰的类型与抑制interferences and elimination第四节 操作条件选择与应用choice of operating condition and applicationatomic absorption spectrometry,AAS2022/9/3一、概述generalization 原子吸收现象：原子蒸气对其原子共振

2、辐射吸收的现象； 1802年被人们发现；1955年以前，一直未用于分析化学，为什么？ 澳大利亚物理学家瓦尔西发表了著名论文：原子吸收光谱法在分析化学中的应用奠定了原子吸收光谱法的基础，之后迅速发展。特点：(1) 检出限低：10-1010-14 g； (2) 准确度高：1%5%； (3) 选择性高：一般情况下，共存元素不干扰； (4) 应用广：可测定70多个元素（各种样品中）；局限性：难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时多元素；2022/9/3二、原子吸收光谱的产生 formation of AAS1.原子的能级与跃迁 基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线）-吸

3、收光谱。 激发态基态，发射出一定频率的辐射。 产生共振吸收线（也简称共振线）-发射光谱。2022/9/3 理论与实验已证明，在原子吸收光谱分析的实验条件下（火焰温度3000K， 波长通常不大于600nm），大多数化合物均已离解 实际工作中要求测定的是待测元素的浓度，此浓度与吸收辐射的原子总数成正比关系 在一定的实验条件下（一定的原子化率和一定的火焰宽度），吸光度与试样中待测元素的浓度成正比，即A = k C上式就是原子吸收分光光度分析的理论基础二、定量基础2022/9/3第二节 原子吸收光谱仪atomic absorption spectrometer （AAS）一、流程二、光源三、原子化装置

4、四、单色器五、检测器 2022/9/3原子吸收仪器（1）2022/9/3原子吸收仪器（2）2022/9/3原子吸收仪器（4）2022/9/3二、光源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。2.空心阴极灯： 结构见下页2022/9/3三、原子化系统1.作用 将试样中离子转变成原子蒸气。2022/9/32.原子化方法 火焰法 无火焰法: 电热高温石墨管 激光2022/9/33.火焰原子化装置 雾化器和燃烧器。 （1）雾化器 结构如图所示 主要缺点：雾化效率低。2022/9/3原子

5、化器2022/9/3（2）火焰 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。2022/9/3 按火焰燃气(fuel gas)和助燃气(oxidant gas)比例的不同，可将火焰分为三类：化学计量火焰(中性火焰、富燃性火焰和贫燃性火焰。 化学计量火焰：燃气与助燃气之比与化学反应计量关系相近。此火焰温度高、稳定、干扰小、背景低。 富燃火焰：燃气大于化学计量的火焰，称还

6、原性火焰。火焰温度稍低，火焰的还原性较强，适合于易形成难离解氧化物元素的测定。 贫燃火焰：又称氧化性火焰，即助燃比大于化学计量的火焰。温度较低，适于易离解、易电离元素的原子化，如碱金属等。2022/9/3 乙炔-空气 火焰 是原子吸收测定中最常用的火焰。 氢-空气火焰 是氧化性火焰。 乙炔-一氧化二氮火焰 的优点是火焰温度高，适用于难原子化元素的测定，用它可测定70多种元素。 火焰类型：2022/9/34.石墨炉原子化装置（1）结构 如图所示：石墨炉的基本结构包括：石墨管（杯）、炉体（保护气系统）、电源等三部分组成。2022/9/3（2）原子化过程原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、原子化、

7、净化（去除残渣） 四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。2022/9/32022/9/32022/9/3（3）优缺点优点：原子化程度高，试样用量少（1-100L），可测固体及粘稠试样，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，装置复杂。2022/9/3（2）冷原子化法 低温原子化方法（一般700900C）； 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10-8g汞）；2022/9/3四、分光系

8、统（单色器） 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.单光束光路的特点：简单、价廉、维修方便、用方波供电方式可消除光源波动的影响，满足一般分析要求。但背景无法进行精确校正。 4.双光束光路的特点：精密、价高、能较彻底消除背景的干扰，稳定性好，满足高精度分析要求，便于接石墨炉原子化或其它原子化器，灵活性好。2022/9/3五、检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器、显示器组成。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

9、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。 4.显示器 新仪器配置：原子吸收计算机工作站2022/9/3配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液，在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光度值。绘制吸光度对浓度的校准曲线。测定试样的吸光度，从校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。六、原子吸收定量分析1.标准曲线法ACCxAxOCalibration curve of AASProblem:

10、使用工作曲线时应该考虑哪些因素？2022/9/32.标准加入法分取几份相同量的被测试液，分别加入不同量的被测元素的标准溶液，其中一份不加被测元素的标准溶液，最后稀释至相同体积，使加入的标准溶液浓度为0，CS、2CS 、3CS ，然后分别测定它们的吸光度，绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离Cx 即是被测元素经稀释后的浓度。2022/9/3七、原子吸收定量分析干扰因素 原子吸收光谱法的主要干扰有物理干扰、化学干扰、光谱干扰、电离干扰和背景干扰等。1.物理干扰 物理干扰：是指试液与标准溶液 物理性质有差异而产生的干扰。如粘度、表面张力或溶液的密度等的变化，

11、影响样品的雾化和气溶胶到达火焰传送等引起原子吸收强度的变化而引起的干扰。 消除办法：配制与被测试样组成相近的标准溶液或采用标准加入法。若试样溶液的浓度高，还可采用稀释法。2022/9/32.化学干扰 化学干扰是由于被测元素原子与共存组份发生化学反应生成稳定的化合物，影响被测元素的原子化，而引起的干扰。消除化学干扰的方法：（1）选择合适的原子化方法（2）加入释放剂（3）加入保护剂（4）加入消电离剂 (5) 缓冲剂（6）加入基体改进剂3.光谱干扰2022/9/3八、原子吸收测定条件 1、分析线的选择 2、空心阴极灯电流选择 3、火焰类型的选择 4、燃烧器高度的选择 5、狭缝宽度的选择灵敏度、特征浓

12、度及检出限1. 灵敏度及特征浓度 当待测元素的浓度c 或质量m改变一个单位时，吸光度A的变化量。在AAS中，常用特征浓度或特征质量来表示灵敏度。2022/9/3S = dAdcS = dAdmOr 特征浓度： 产生1%的吸收或0.0044吸光度值时溶液中待测元素的质量浓度（mg.mL-1/1%）或质量分数(mg.g-1/1%). C0 = CX0.0044 / A （g.cm-3）CX表示待测元素的浓度；A为多次测量的吸光度值。 例如，1mg.g-1的镁溶液，测得其吸光度为 0.55，则镁的特征浓度为： ( 1/0.55)0.0044= 8ng.g-1/1%2022/9/3特征质量：产生1%的吸收或0.0044吸光度值时溶液中待测元素的质量（g/1%）,在石墨炉原子化法中应用较为普遍。 m0 = 0.0044/S = 0.0044m/AS （Pg或ng）检出限：产生一个能够确证在试样中存在某元素的分析信号所需要的该元素的最小