光谱分析-工业循环水中钙含量测定

项目1.3工业循环冷却水中钙的测定

模块1：光分析任务引入潍坊热电厂，需定期测定循环冷却水中Ca含量，保证仪器设备正常运行。分析检测人员按照检测标准和规范化操作要求，完成工业循环冷却水中Ca含量测定并提交检测报告。配位滴定法测定钙水样→NaOH调pH>12，钙指示剂，用EDTA滴定，酒红色变蓝色分光光度法测定钙常用显色剂：二甲酚橙，三氯偶氮氯膦，正丁胺，铬黑T，钙指示剂等电位法测定钙离子电位滴定法任务分析★原子吸收光谱分析的基本原理；★原子吸收分光光度计的基本构造及操作使用方法；★标准工作曲线的定量分析方法；★标准溶液的配制、数据处理。任务分析完成工业循环水中Ca含量的测定，需要具备的基本知识和基本技能原子吸收分光光度法测定钙任务资讯

制定检测方案

决策计划

实施样品检测任务实施

任务检查评价

检查评价获取相关知识Ca含量测定

什么是原子吸收光谱？谱线轮廓有何特点？

任务资讯天文学研究中经常需要测定各种恒星、行星的组成、结构，然而，这些星球距离我们非常遥远并且恒星表面具有极高的温度使我们无法接近，不可能直接取样进行测定，天文学家是如何知道天体组成的呢？问题引入任务资讯早在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。

太阳光谱的暗线任务资讯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。原子吸收的发现任务资讯1955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。之后经过几代人的不懈努力，衍生出了石墨炉原子化技术、塞曼效应背景校正等先进技术，特别是近年来微电子技术的发展使原子吸收技术的应用不断进步，尤其在临床检验、环境保护、生物化学等方面应用广泛。在分析化学中的应用任务资讯依据原子蒸气对特定谱线的吸收进行定量分析。（动画m2-1-3.swf）A0+hν→A*（原子中电子能级跃迁）

测定对象：金属元素。原子吸收的概念任务资讯当有辐射通过自由原子（如镁、铜原子）蒸气，且入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中吸收能量，产生吸收，电子由基态跃迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。（如镁原子吸收285.2nm279.6nm，铜原子吸收324.8nm327.4nm的光）

基态激发态共振吸收共振发射基本原理任务资讯共振吸收线:当电子吸收一定能量从基态跃迁到能量最低的激发态时所产生的吸收谱线，称为共振吸收线，简称共振线。共振发射线：当电子从第一激发态跃回基态时，则发射出同样频率的光辐射，其对应的谱线称为共振发射线，也简称共振线。分析线：用于原子吸收分析的特征波长的辐射称为分析线，由于共振线的分析灵敏度高，光强大常作分析线使用。几个基本概念任务资讯原子吸收谱线并不是严格几何意义上的线，而是具有着一定波长范围的谱线，其形状见下图，谱线的形状称为谱线轮廓。

吸收线轮廓υ0：中心频率；K0:峰值吸收系数；△υ:吸收曲线半宽度，约为10-3～10-2nm

原子吸收谱线轮廓任务资讯自然变宽⊿υ：谱线本身固有的宽度称为自然宽度，与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，则谱线宽度越窄，一般约10-5nm。多普勒变宽⊿υD：多普勒变宽是由于原子在空间作无规则热运动而引起的,所以又称热变宽。多普勒宽度与元素的原子量、温度和谱线频率有关。随温度升高和原子量减小，多普勒宽度增加。多普勒变宽可达10-3nm。谱线变宽1任务资讯谱线变宽2压力变宽：压力变宽是由被测元素的原子与蒸气中原子或分子相互碰撞而引起谱线的变宽，又称为碰撞变宽，压力变宽约10-3nm。劳伦兹变宽：被测元素的原子与其他粒子碰撞而引起的谱线变宽。随原子区内原子蒸气压力增大和温度升高而增大,中心频率发生位移,谱线轮廓不对称。赫鲁兹马克变宽：又称共振变宽，它是由同种原子之间发生碰撞而引起的谱线变宽。

谱线变宽3任务资讯原子吸收曲线的轮廓谱线宽度产生的原因：自然宽度多普勒变宽压力变宽（劳伦兹变宽、共振变宽）任务资讯原子吸收值与元素浓度有何关系？任务资讯积分吸收：在一定条件下，基态原子数N0正比于吸收曲线下面所包围的整个面积：式中e为电子电荷，m为电子质量，c为光速，N0为单位体积原子蒸气中吸收辐射的基态原子数，亦即基态原子密度；f为振子强度。原子吸收值与元素浓度的关系任务资讯峰值吸收：基态原子蒸气对入射光中心频率线的吸收。峰值吸收的大小以峰值吸收系数K0表示。由于在目前的技术条件下无法测量积分吸收，可以用峰值吸收代替积分吸收。在一定条件下峰值吸光度与基态原子浓度N0成正比，A∝N0，而N0∝试样中待测元素的浓度C，因此：A=KC

A：原子吸收吸光度；C：试液中元素的浓度；这是原子吸收光谱分析的基本关系式。由于在原子吸收测量温度下基态原子数近似等于原子总数，原子吸收光谱法灵敏度高。任务资讯实现峰值吸收测量的条件：光源发射线的半宽度应小于吸收线的半宽度，且通过原子蒸气的发射线的中心频率恰好与吸收线的中心频率ν0相重合。因此在选择光源时不能采用钨灯、氘灯等连续光源，而应采用空心阴极灯，无极放电灯等线光源。

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吸收线发射线峰值吸收测量条件任务资讯灵敏度高，检出限低。准确度高。选择性好。操作简便，分析速度快。应用广泛。分析不同元素，必须使用不同元素灯。有些元素，如钍、铪、银、钽等的灵敏度比较低。对于复杂样品需要进行化学预处理。原子吸收光谱法特点任务资讯原子吸收分光光度计主要部件有哪些

？任务资讯光源（发射特征谱线）→原子化器（试样转化为原子蒸气）→分光系统（分离特征谱线）→检测系统（信号转换、放大、显示）（动画m2-2-1.swf）分析流程任务资讯光源原子化系统检测系统分光系统仪器结构任务资讯

作用：产生原子吸收所需要的特征辐射。要求：光强大；稳定；背景小；寿命长；价格便宜。种类：空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯、激光光源灯。空心阴极灯光源任务资讯外观：灯脚、玻璃管、石英透光窗；阴极：待测元素金属或合金；阳极：钨棒上镶钛丝或钽片；管内充有几百帕低压惰性气体（氖或氩）

空心阴极灯的结构任务资讯空心阴极灯的工作原理两极间加电压气体辉光放电气体电离阳离子撞击阴极自由原子溅射原子激发发射特征谱线（动画工作原理.swf）任务资讯HCL操作参数：灯电流。为了获得稳定高强度的窄线光谱，空心阴极灯通常采用脉冲供电方式，灯电流的大小是脉冲信号的平均值。

灯电流的设置一般在1～20mA。不同的元素灯根据需要选用合适的灯电流。使用灯电流过小，放电不稳定；灯电流过大，溅射作用增加，原子蒸气密度增大，谱线变宽，甚至引起自吸，导致测定灵敏度降低，灯寿命缩短。灯电流设置任务资讯空心阴极灯使用前应预热20min～30min以上；灯在点燃后可从灯的阴极辉光的颜色判断灯的工作是否正常；（充氖气，橙红色；充氩气，淡紫色；汞灯是蓝色。灯内有杂质气体时，负辉光颜色变淡，如充氖气的灯颜色可变为粉红，发蓝或发白，此时应对灯进行处理。）元素灯长期不用，应定期（每月或每隔二、三个月）点燃处理，即在工作电流下点燃1h。若灯内有杂质气体，辉光不正常，可进行反接处理。使用元素灯时，应轻拿轻放。低熔点的灯用完后，要等冷却后才能移动。为了使空心阴极灯发射强度稳定，要保持空心阴极灯石英窗口洁净，点亮后要盖好灯室盖。空心阴极灯使用任务资讯作用：将试样中待测元素变成气态的基态原子。种类：火焰原子化器；无火焰原子化器。

火焰原子化器雾化器原子化器预混合室无火焰（电热）原子化器原子化系统任务资讯通入助燃气\燃气预混合室混合后点燃试样经雾化后进入火焰产生原子蒸气火焰原子化器工作原理（动画火焰原子化器工作原理.swf）任务资讯管式石墨炉原子化器工作原理任务资讯光源发出的光经入射狭缝-凹面镜反射到达光栅光栅分光后由凹面镜聚焦于出射狭缝转动光栅选择所需的吸收线分光系统光谱通带：单色器出射狭缝所包括的波长范围。光谱通带＝狭缝（mm）X线色散率倒数（nm/mm）（动画分光系统.swf）作用：将待测元素的吸收线与邻近线分开。组成：入射狭缝，出射狭缝和色散元件（棱镜或光栅）。

工作原理任务资讯作用：将吸收信号转变为电信号读出。组成：检测系统由光电元件，放大器和显示装置等。主要部件：光电倍增管。

检测系统光由出射狭缝照射到光敏阴极K上经打拿极逐级放大最后照射到阳极将光电流转换为电压输出工作原理任务资讯与UV－Vis的比较相同点均属于吸收光谱分析均服从光吸收定律。不同点原子吸收光谱分析的吸收物质是基态原子蒸气；紫外-可见分光光度分析的吸光物质是溶液中的分子或离子。原子吸收光谱是线状光谱；紫外-可见吸收光谱是带状光谱。任务资讯单道双光束原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计类型光源的漂移通过参比光束的作用而得到补偿，能获得一个稳定的输出信号。但是火焰扰动和背景吸收影响无法消除。单道单光束原子吸收分光光度计这类仪器简单，操作方便，体积小，价格低，能满足一般原子吸收分析的要求。其缺点是不能消除光源波动造成的影响，基线漂移。

如何使用原子吸收分光光度计？任务资讯

阅读说明书在同学们面前摆放着原子吸收分光光度计的仪器使用说明书，请仔细阅读其中的仪器简介及操作方法部分，对仪器有个基本了解。对照仪器实物了解仪器的电、气路连接，各功能钮的作用。任务资讯仪器开关及步骤接通电源打开电脑安装空心阴极灯开主机打开操作软件初始化寻峰设置实验条件检查排水安全联锁装置开空气压缩机（调节出口压力0.25-0.3MPa)开乙炔钢瓶（调节出口压力0.05-0.07MPa)开排风点火样品测定数据保存测定完毕关闭乙炔钢瓶火焰熄灭后关空气压缩机关排风退出工作软件关闭主机电源关闭电脑填写仪器使用记录。任务资讯打开电源为保证仪器的供电稳定配备了稳压电源，A、轻按稳压电源后面板的开关B、工作灯亮，电压显示220V基本操作演示1任务资讯打开电脑TAS990原子吸收分光光度计配备了微机系统，具有专用的操作软件。开机前首先打开电脑进入wendous操作系统基本操作演示2AAWinV2.1工作软件任务资讯选择与测量元素相同的空心阴极灯对准灯脚适配插入。安装空心阴极灯2、将HCL灯装入灯室，记住等位编号；1、将HCL灯脚的凸出部分对准灯座的凹槽插入；3、拧紧灯座固定螺丝；4、盖好灯室门。基本操作演示3任务资讯开启主机电源基本操作演示4任务资讯1、调节燃烧器旋转调节钮调节燃烧器,对准光路3、使从光源发出的光斑在燃烧缝的正上方，与燃烧缝平行。2、调节燃烧器前后调节钮基本操作演示5任务资讯初始化工作软件的使用空心阴极灯选择、预热设置元素条件测量基本操作演示6任务资讯4.逆时针打开钢瓶总阀5.顺时针转动减压阀6.调节压力为0.05MPa气体压力调节2.顺时针旋转压力调节钮1.打开电源开关3.调节压力至0.3MPa基本操作演示7任务资讯检查废液排放管、打开排风按下排风开关“ON”打开排风；向排水安全槽内倒入少量水至有水从排水管内流出；排风口有风排出。基本操作演示8任务资讯点火操作单击“点火”按钮；点燃火焰。注意：仪器长时间不用由于乙炔管路内有空气进入，第一次点火可能无法点燃，多点几次即可。基本操作演示9任务资讯样品吸光度测量1、将吸样毛细管插入蒸镏水，待吸光度稳定后点击“校零”，吸光度显示为零。2、提起毛细管，用滤纸擦去水分。3、插入试样溶液中，待吸光度稳定后读取并记录吸光度。基本操作演示10任务资讯关机操作：1、吸入蒸馏水5min2、关闭乙炔总阀3、熄火关闭减压阀5、关闭排风4、关闭空压机6、关闭主机电源基本操作演示11任务资讯仪器操作方法小结接通电源，打开电脑；安装空心阴极灯；打开主机电源；打开操作软件，初始化；设置实验条件，寻峰；检查排水装置；开空气压缩机,调节出口压力为0.3MPa；开乙炔钢瓶，调出口压力为0.05MPa；点火；样品测定；结束工作，按相反顺序关机，并填写仪器使用记录。任务资讯点火时先开空气，后开乙炔。关机时先关乙炔后关空气。完成寻峰，点火之前有时需要调节燃烧器的位置，使空心阴极灯发出的光线在燃烧缝的正上方，与之平行。与氮气、空气、氧气钢瓶不同，乙炔钢瓶内充活性炭与丙酮，乙炔溶解在丙酮中，使用时不可完全用完，必须留出0.5MPa，否则乙炔挥发进入火焰是背景增大，燃烧不稳定。仪器在接入电源时应有良好的接地。原子吸收分析中经常接触电器设备，高压钢瓶，使用明火，因此应时刻注意安全，掌握必要的电器常识，急救知识，灭火器的使用操作注意事项1任务资讯安装好空心阴极灯后应将灯室门关闭，灯在转动时不得将手放入灯室内。当按下点火按钮时应确保其他人员手、脸不在燃烧室上方，最好关闭燃烧室防护罩。不得在火焰上放置任何东西，或将火焰挪作他用。在燃烧过程中不可用手接触燃烧器。测定过程中最好将燃烧室防护罩关闭，高温火焰可能产生紫外线，灼伤人的眼睛。火焰熄灭后燃烧器仍有高温，20分种内不可触摸。操作注意事项2任务资讯试验过程中如发生气体泄漏，停电等紧急情况应首先按下紧急熄火开关，关闭乙炔钢瓶总阀，打开实验室窗户，检查事故的原因，排除后重新开始。仪器内部设置了完整的安全保护装置，包括燃气泄漏报警器（当有燃气泄漏时仪器会发出警报声）；空气压力检测（当空气压力低于2.0bar，仪器报警）；废液液位检测；火焰状态监测。只有当全部的安全装置都处在正常状态下时，仪器才能点火测量。任何异常情况都可能使火焰熄灭，并提供报警信号。紧急情况处理任务资讯请同学们根据我们前面图片讲解的内容对照仪器实物认知仪器。注意仪器组成、各部分的作用、关键部件、气体管路的连接。学生认知任务资讯如何利用原子吸收分光光度计测定元素含量？

任务资讯根据光吸收定律A=KbC=K′C式中：A－原子吸收吸光度；K－常数；b－光程长度；C－试液中待测元素浓度。吸光度A与试液浓度C呈直线关系，通过测量试液的吸光度求得待测元素的浓度。工作曲线法定量原理1任务资讯工作曲线的绘制与样品浓度的测量：配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液，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。在与标准系列测定完全相同的条件下测定试样的吸光度，从校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。工作曲线工作曲线法定量原理2任务资讯决策计划查阅资料◆1.GB/T14636—2007工业循环冷却水中钙、镁含量的测定原子吸收光谱法◆2.GB/T4470

火焰发射、原子吸收和原子荧光光谱分析法术语。◆3.GB6682

分析实验室用水规格和试验方法◆

4.GB6819

溶解乙炔

配制标准系列；制备样品溶液；开机预热，设置仪器条件；测量标准系列及样品溶液的吸光度；绘制工作曲线；利用内插法查得试液浓度。测定工业循环水中Ca含量决策计划原子吸收分光光度计；（型号TAS990，北京普析通用仪器公司）空气压缩机；乙炔钢瓶；钙空心阴极灯；玻璃量器、容器：100mL容量瓶2个；50mL容量瓶5个；5、10mL移液管各一支；100mL烧杯一个。仪器任务实施钙标准贮备液：准确称取105-110℃烘干至恒重的碳酸钙（A.R.)2.4973g，加入20mL水，小心滴加硝酸溶液(1+1)至溶解，再多加10mL硝酸溶液(1+1)，加热煮沸，冷却后用水定容至1000mL。此溶液钙的浓度为ρ（Ca)=1000μgmL-1；贮存期-1年。二级蒸镏水；盐酸（G.R）含钙水试样。标准贮备液ρMg=1.000mgmL-1

试剂任务实施溶液配制（参考方案）4、配制样品溶液：吸取试样溶液10mL，定容至100mL2、配制标准工作液ρ（Ca）＝50.0μg/mL

1、配制标准储备液ρ（Ca）＝1000μg/mL3、配制标准系列溶液ρ（Ca）＝0、0.500、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00μg/mL任务实施设置下列实验条件分析线：422.7nm；光谱通带：0.4nm；实验条件空心阴极灯电流：2mA；乙炔流量：2000mL/min；燃烧器高度：5mm。任务实施绘制工作曲线，从工作曲线上查得试液浓度。从工作曲线上查得的浓度是经稀释后的浓度。稀释过程5.00mL→50mL。计算公式：ρ（Ca）=CV0/V1式中：ρ（Ca）水样中钙含量，μg/mL；C工作曲线查得数值，μg/mL；V0样品溶液定容体积，mL；V1取样量，mL。结果计算任务实施■仪器规范使用方面■数据记录、计算方面■结果准确度、精密度方面■误差原因分析检查与评价工作曲线法特点：简单快速；适合组成较简单的大批量样品分析。注意事项：标准溶液与试液的基体要相似，以消除基体效应；浓度要合适