第十二章 原子吸收分光光度法

1、第十二章 原子吸收分光光度法,1知道原子吸收分光光度法的基本原理,2说出原子吸收分光光度计的主要部件及作用,3知道原子吸收分光光度计的主要分类及特点,4. 学会用标准曲线法、标准加入法测定元素含量的方 法与操作技能,第一节 基本原理,原子吸收分光光度法又称为原子吸收光谱分析法。它是基于元素所以产生的原子蒸气对同种元素所发射的特征谱线的吸收作用来测定元素含量的一种分析方法。由于它在仪器结构及操作上与紫外可见分光光度法有许多相似之处，故常称为原子吸收分光光度法。,第一节 基本原理,原子吸收分光光度法与紫外可见分光光度法都是基于物质对紫外可见光的吸收作用而建立的分析方法，同属吸收光谱法的范围，但其差

2、别在于：紫外可见分光光度法是研究溶液中的分子或离子对光的吸收，分子吸收谱带较宽是带状光谱；原子吸收分光光度法中吸收光幅射的是气态基态原子，原子吸收谱线较窄是线状光谱。,第一节 基本原理,表12-1 原子吸收分光光度法与紫外可见分光光度法的比较,第一节 基本原理,1. 灵敏度高 用火焰原子化器时，对大多数金 属元素可测到10-6g/ml；用非火焰原子化器 时，一般可达到10-910-13g/ml。,2. 选择性好 不同元素由于其吸收的谱线不同， 元素间干扰很小且较易克服，对大多数试样 可不经分离直接测定。,原子吸收分光光度法的特点如下：,第一节 基本原理,3. 准确度较高 一般情况下，火焰原子吸

3、收法 的相对误差约1%。石墨炉原子吸收法的相 对误差约3%5%。 4. 操作简单、分析速度快、应用范围广 仪器操作简便，测定速度快且重现性较好，不仅可作痕量分析，也可作常量分析，既可测定金属也可用间接原子吸收法测定非金属和有机化合物，可测定元素达到70多种。,第一节 基本原理,一、共振线和吸收线 原子吸收光谱的基础是测量气态基态原子对共振辐射的吸收。在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态），称为基态（E0）。在高温火焰中，气态基态原子由于吸收外界能量，其最外层电子被激发，可跃迁到较高的不同能级上，这时原子的状态称为激发态。,第一节 基本原理,处于激发态的电子很不稳定，一般在极短的时间内又

4、可能跃回到低能级呈基态，此时，被激发的电子会辐射出一定频率的光子，该辐射光子的频率与其基态电子跃迁到激发态时所吸收辐射光子的频率相同，各种元素的原子结构和外层电子排布不同，不同元素的原子从基态跃迁至激发态(或由激发态跃迁返回基态)时，吸收(或发射)的能量不同，因而各种元素的共振线不同而各有其特征性，是元素的特征谱线。,第一节 基本原理,共振发射线：原子外层电子由第一激发态 直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共 振发射线。 共振吸收线：原子外层电子从基态跃迁至 第一激发态所吸收的一定波长的谱线 称为共振吸收线； 共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。,第一节 基本原理,原子吸收一定频率的辐射后从基态

5、到第一激发态的跃迁最容易发生，吸收最强。对大多数元素来说，共振线（特征谱线）是元素所有原子吸收谱线中最灵敏的谱线。因此，在原子吸收光谱分析中，常用元素最灵敏的第一共振吸收线作为分析线。,第一节 基本原理,二、定量分析基础 每个元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线，而且也可以吸收与发射波长相同的特征谱线。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线 。,第一节 基本原理,在一定条件下，入射光被吸收而减弱的程度与样品中待测元素的含量呈正相关，原子蒸气对入射光吸收的程度符合朗伯-比尔定律。即：,第一节 基本原理,在原子吸收分光光度法中，通过采用

6、火焰使试样蒸发产生原子蒸气。通常情况下，火焰中激发态的原子数和离子数可以忽略不计，可以用蒸气中的基态原子数目代替吸收辐射的原子总数，与试样中被测元素的浓度成正比。,第一节 基本原理,因此在一定的浓度范围和一定的火焰宽度下，有： 它表示在一定实验条件下，通过测定基态原子的吸光度(A)，就可求得试样中待测元素的浓度(A)。此式是原子吸收分光光度法的定量分析基础。,第二节 原子吸收分光光度计,一、原子吸收分光光度计的主要部件 原子吸收分光光度计主要由光源、原子化器、分光系统和检测系统等四大部分组成。,第二节 原子吸收分光光度计,1. 光源：光源的作用是发射出被测元素的特征谱线，目前应用最广泛的是空心

7、阴极灯，其它还有蒸气放电灯、高频无极放电灯等。 空心阴极灯是由玻璃管制成的封闭着低压气体的放电管。其发射的光谱主要是阴极元素的光谱，因此用不同的待测元素作为阴极材料可以制成各种待测元素的空心阴极灯。,第二节 原子吸收分光光度计,空心阴极灯的光强度与灯的工作电流有关，灯电流过小，放电不稳定，光强输出小；灯电流过大，造成被气体离子激发的金属原子数增多，使发射线明显变宽，导致灵敏度下降，灯寿命缩短。通常以空心阴极灯上标注的最大工作电流（约 510 mA）的 4060 为宜。 空心阴极灯在使用前必须经过1015分钟时间的预热，以使灯的发射强度达到稳定，从而得到较好的灵敏度和精确度。,第二节 原子吸收分

8、光光度计,2.原子化系统：原子化系统的功能是提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。 由于样品的原子化是原子吸收分光光度法的关键，直接影响元素测定的灵敏度、准确度和测定的重复性，所以原子化系统是原子吸收分光光度计中的重要部件。,第二节 原子吸收分光光度计,第二节 原子吸收分光光度计,原子化的方法可分为火焰原子化法和非火焰原子化法。其中前者应用较普遍。 1火焰原子化器 火焰原子化器是通过可燃性气体燃烧的高温使试样发生解离、被测元素原子化的装置。可分为全消耗型和预混合型两类。,第二节 原子吸收分光光度计,全消耗型原子化器是将试液直接喷入火焰内，

9、结构简单，常用于试样溶剂具有可燃性的样品分析。 预混合型原子化器由雾化器，雾化室和燃烧器三部分构成。它是将试液经雾化器雾化后在雾化室与燃料气混合，然后在燃烧器上燃烧，使细雾被火焰蒸发并热分解成蒸气状态的基态原子。,第二节 原子吸收分光光度计,火焰是原子蒸气吸收光的介质，分析不同的元素，需要不同的火焰温度。火焰的温度取决于所用的燃料及助燃气体的种类和混合比。在原子吸收分光光度法中，要求火焰的温度能够使被测元素的化合物离解成原子，最常用的火焰是空气乙炔火焰，最高温度2600K，能测30多种元素。,第二节 原子吸收分光光度计,2非火焰原子化器 目前广泛应用的非火焰原子化器是石墨炉原子化器。 石墨炉原

10、子化法的过程是将试样注入石墨管中间位置，用大电流通过石墨管以产生高达2000 3000的高温使试样经过干燥、蒸发和原子化。,第二节 原子吸收分光光度计,第二节 原子吸收分光光度计,其特点有： 原子化效率高，几乎可达到100%； 试样用量少，固体几毫克，液体几微升； 可直接分析悬浮液、乳状液、粘稠的液体及固 体试样； 操作在封闭体系中进行，适合于有毒物质分析。,第二节 原子吸收分光光度计,非火焰原子化器与火焰原子化器相比灵敏度高但精密度差，重现性差，干扰较大，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。,第二节 原子吸收分光光度计,3.分光系统：原子吸收分光光度计的分光系统又称单色器。有光珊单色器和棱镜

11、单色器两种。单色器的作用是将被测元素的共振线与其它谱线分开。 单色器位于原子化器之后。,第二节 原子吸收分光光度计,4. 检测系统：检测系统主要由检测器、放大器、 对数变换器和显示器组成。 (1)检测器-将单色器分出的光信号转变成电信 号。 (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-显示和输出实验结果,第二节 原子吸收分光光度计,二、原子吸收分光光度计的类型 从类型上来讲，原子吸收分光光度计可分为单光束原子吸收分光光度计和双光束原子吸收分光光度计。双光束原子吸收分光光度计可以消除由于光源不稳定以及背景吸收而对

12、测定结果造成的影响。另外，为了适应同时测定多种元素的需要，市场上还有多道多检测器原子吸收分光光度计，可同时测定多种元素。,第二节 原子吸收分光光度计,1. 单光束原子吸收分光光度计 光路系统结构简单，共振线在传播过程中辐射能量损失较少，单色器能获得较大的能量，故灵敏度较高、价格低廉、操作简便，易于维护。为获得稳定的光源辐射，元素灯要充分的预热。,第二节 原子吸收分光光度计,2. 双光束原子分光光度计 由切光器将同一光源发出的光切为两束光：一束通过火焰，另一束不通过火焰直接经单色器。光源和检测器的任何变动，都由参比光束得到校正，可消除光源强度变化及检测器灵敏度变动的影响。,第二节 原子吸收分光光

13、度计,3. 双波道或多波道原子分光光度计 使用两种或多种空心阴极灯，使光辐射同时通过原子蒸气而被吸收，然后再分别引到不同分光和检测系统，测定各元素的吸光度值。此类仪器准确度高，可同时测定两种以上元素。但装置复杂，仪器价格昂贵。,第二节 原子吸收分光光度计,第三节 定量分析方法,原子吸收分光光度法的定量分析方法主要有标准曲线法、标准加入法、内比法等。本章主要介绍的标准曲线法、标准加入法都是以试样中待测元素的浓度与吸光度之间呈线性函数的关系，由标准溶液的浓度换算出样品溶液的浓度。,第三节 定量分析方法,一、标准曲线法 标准曲线最重要的是绘制一条标准曲线，它与紫外可见分光光度法中的标准曲线法类似。

14、在仪器推荐的浓度范围内，制备一组含待测元素的标准溶液，同时以相应试剂制备空白对照溶液。 将仪器按规定启动后，依次测定空白对照溶液和各浓度对照品溶液的吸光度A，记录读数。以每一浓度的吸光度读数为纵坐标、相应浓度C为横坐标，绘制标准曲线。,第三节 定量分析方法,在完全相同的条件下，使待测元素的估计浓度在标准曲线浓度范围内，测定吸光度，从标准曲线上查得相应的浓度，计算元 素的含量。也可由标准试样数据 获得线性方程，将测定试样的吸 光度A数据带入计算。,第三节 定量分析方法,当待测元素浓度较高时，标准曲线易发生弯曲，此外一些干扰因素也会导致标准曲线弯曲。为了提高标准曲线法分析数据的精密度和准确度，要求

15、标准溶液的组成应与试样尽可能相近，分析过程中，操作条件应保持恒定，同时应使试液的吸光度值落在标准曲线的线性范围内。,第三节 定量分析方法,二、标准加入法 若样品中被测元素成分很少或样品的基体组成复杂，且对测定有明显影响或难以配制与样品组成相似的标准溶液时，可采用标准加入法。,第三节 定量分析方法,取同体积相同的试液（cx）若干份（例如4份），分别置4个同体积的容量瓶中，除(1)号量瓶外，依次按比例加入不同量的待测元素的标准溶液（c0），分别用去离子水稀释至刻度，定容后浓度依次为：cx ， cx +c0 ， cx +2c0 ，cx +3c0 ，制成从零开始递增的一系列溶液。按上述标准曲线法自“将

16、仪器按规定启动后”操作，分别测得吸光度为：Ax，A1，A2，A3，记录读数；,第三节 定量分析方法,将吸光度A与相应的浓度作图，延长此直线至与浓度轴的延长线相交，图中cx点即待测溶液浓度。再以此计算试样中待测元素的含量。如果试样不含被测元素，则曲线通过原点。,第三节 定量分析方法,使用标准加入法应注意以下几点： （1）标准加入法的基础是待测元素浓度与其吸光度成正比，因此待测元素的浓度应在此线性范围内。 （2）为了得到较为准确的外推结果，最少应采用4个点来作校准曲线。加入标准溶液的量应适当，以保证曲线的斜率适宜，太大或太小的斜率，会引起较大的误差。,第三节 定量分析方法,（3）此法能消除物理干扰

17、，但不能消除背景吸收的干扰。如存在背景吸收，必须予以扣除，否则将得到偏高的结果。,第三节 定量分析方法,达标测评,一、单项选择题 ： 1原子吸收分光光度法适宜于( )。 A元素定性分析 B痕量定量分析 C常量定量分析 D常量定性分析 E半定量分析 2在原子吸收分光光度计中，目前常用的光源是( )。 A火焰 B空心阴极灯 C氙灯 D交流电弧 E蒸气放电灯,达标测评,3原子吸收分析中光源的作用是（ ） A供试样蒸发和激发所需的能量 B发射待测元素的特征谱线 C产生紫外线 D产生具有足够浓度的散射光 E在广泛的光谱区域内发射连续光谱 4在火焰原子化过程中，伴随着产生一系列的化学反应，下列哪些反应是可

18、能发生的（ ） A电离 B化合 C还原 D聚合 E缩合,达标测评,5在原子吸收分析中，测定元素的灵敏度、准 确度在很大程度上取决于（ ） A空心阴极灯 B火焰 C原子化系统 D分光系统 E检测系统 6原子化器的主要作用是（ ）。 A将试样中待测元素转化为基态原子 B将试样中待测元素转化为激发态原子 C将试样中待测元素转化为中性分子 D将试样中待测元素转化为阳离子 E将试样中待测元素转化为阴离子,达标测评,7原子吸收光谱是（ ）。 A分子的振动能级跃迁时对光的选择吸收 产生的 B分子的转动能级跃迁时对光的选择吸收 产生的 C基态原子吸收了特征辐射跃迁到激发态 后又回到基态时所产生的 D. 分子的电子吸收特征辐射后跃迁到激发 态所产生的 E基态原子吸收特征辐射后跃迁到激发态 所产生的,达标测评,8在原子吸收光谱法中, 火焰原子化器与石墨炉原子化器相比较,应该是（ ）。 A灵敏度要高, 检出限却低 B灵敏度要低, 检出限也低 C灵敏度要低, 检出限却高 D灵敏度要低, 检出限也低 E灵敏度要高, 检出限也高,达标测评,二、判断题 1原子吸收分光光度法与紫外-可见光光度法都 是利用物质对