Ch原子吸收光譜法PPT課件

1、Atomic Absorption Spectroscopy1第1頁/共35頁4.1 概述及歷史概述及歷史2Overview & History 第2頁/共35頁Atomic absorption spectroscopy (AAS)is atechniquefor determining the concentration of a particular metalelementin a sample. The technique can be used to analyze the concentration of over 70 different metals in a sol

2、ution.3第3頁/共35頁原子吸收光譜法，是基于被測元素基態(tài)原子在蒸氣狀態(tài)對其原子共振輻射吸收進行定量分析的方法。概述4第4頁/共35頁天文學研究中經常需要測定各種恒星、行星的組成、結構，然而，這些星球距離我們非常遙遠并且恒星表面具有極高的溫度使我們無法接近，不可能直接取樣進行測定，天文學家是如何知道天體組成的呢？問題引入5第5頁/共35頁早在1802年，伍朗斯頓（W. H. Wollaston）在研究太陽連續(xù)光譜時，就發(fā)現(xiàn)了太陽連續(xù)光譜中出現(xiàn)的暗線。 太陽光譜的暗線6第6頁/共35頁1859年，基爾霍夫(G. Kirchhoff)與本生(R. Bunson)在研究堿金屬和堿土金屬的火焰光

3、譜時，發(fā)現(xiàn)鈉蒸氣發(fā)出的光通過溫度較低的鈉蒸氣時，會引起鈉光的吸收，并且根據(jù)鈉發(fā)射線與暗線在光譜中位置相同這一事實，斷定太陽連續(xù)光譜中的暗線，正是太陽外圍大氣圈中的鈉原子對太陽光譜中的鈉輻射吸收的結果。 原子吸收的發(fā)現(xiàn)7第7頁/共35頁1955年澳大利亞的瓦爾西(A. Walsh)發(fā)表了他的著名論文“原子吸收光譜在化學分析中的應用”奠定了原子吸收光譜法的基礎。之后經過幾代人的不懈努力，衍生出了石墨爐原子化技術、塞曼效應背景校正等先進技術，特別是近年來微電子技術的發(fā)展使原子吸收技術的應用不斷進步，尤其在臨床檢驗、環(huán)境保護、生物化學等方面應用廣泛。在分析科學中的應用8第8頁/共35頁p 依據(jù)原子蒸氣

4、對特征譜線的吸收進行定量分析。p 測定對象：金屬元素及少數(shù)非金屬元素。原子吸收法概述 9第9頁/共35頁p 靈敏度高，檢出限低:火焰法1 ng/ml級，石墨爐法10-10 10-14g。p 準確度高:火焰法誤差1% ，石墨爐法3 5。p 選擇性好：共存成分的干擾小 ，不經分離可直接測定 。p 操作簡便，分析速度快。p 應用廣泛：可測定的元素達70多個 ，應用于化工、醫(yī)藥、環(huán)境、食品、農業(yè)等領域。p 分析不同元素，必須使用不同元素燈。p 有些元素，如釷、鉿、鈮、鉭等的靈敏度比較低。p 對于復雜樣品需要進行化學預處理。原子吸收光譜法特點10第10頁/共35頁4.2 基本原理基本原理11Basic

5、Principles第11頁/共35頁p 當有輻射通過自由原子（如鎂、銅原子）蒸氣，且入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)所需要的能量頻率時，原子就要從輻射場中吸收能量，產生吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時伴隨著原子吸收光譜的產生。如鎂原子吸收285.2 nm，279.6 nm，銅原子吸收324.8 nm，327.4 nm的光?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)共振吸收共振發(fā)射cEhh基本原理12第12頁/共35頁p 共振吸收線：當電子吸收一定能量從基態(tài)躍遷到能量最低的激發(fā)態(tài)時所產生的吸收譜線，稱為共振吸收線，簡稱共振線。p 共振發(fā)射線：當電子從第一激發(fā)態(tài)躍回基態(tài)時，則發(fā)射出同樣頻率的光輻射，其對應的

6、譜線稱為共振發(fā)射線，也簡稱共振線。p 分析線：用于原子吸收分析的特征波長的輻射稱為分析線，由于共振線的分析靈敏度高，光強大常作分析線使 用。幾個基本概念13第13頁/共35頁p 原子吸收譜線并不是嚴格幾何意義上的線，而是具有著一定波長范圍的譜線，其形狀見下圖，譜線的形狀稱為譜線輪廓。 吸收線輪廓0：中心頻率；K0：峰值吸收系數(shù)； ：吸收曲線半寬度，約為10-310-2 nm 原子吸收譜線輪廓14第14頁/共35頁p 自然變寬：譜線本身固有的寬度稱為自然寬度 ，與激發(fā)態(tài)原子的平均壽命有關，平均壽命越長，則譜線寬度越窄 ，一般約10-5nm 。p 多普勒變寬D：多普勒變寬是由于原子在空間作無規(guī)則熱

7、運動而引起的,所以又稱熱變寬 。600.716 10DrTA 式中0為中心頻率；T為熱力學溫度； Ar為相對原子質量。多普勒寬度與元素的原子量、溫度和譜線頻率有關。隨溫度升高和原子量減小，多普勒寬度增加。多普勒變寬可達10-3 nm。 譜線變寬15第15頁/共35頁p 壓力變寬：壓力變寬是由被測元素的原子與蒸氣中原子或分子相互碰撞而引起譜線的變寬，又稱為碰撞變寬，壓力變寬約10-3 nm。 勞倫茲變寬：被測元素的原子與其他粒子碰撞而引起的譜線變寬。隨原子區(qū)內原子蒸氣壓力增大和溫度升高而增大,中心頻率發(fā)生位移,譜線輪廓不對稱。 赫魯茲馬克變寬：又稱共振變寬，它是由同種原子之間發(fā)生碰撞而引起的譜線

8、變寬。 譜線變寬16第16頁/共35頁積分吸收：在一定條件下，基態(tài)原子數(shù)N0正比于吸收曲線下面所包圍的整個面積 ：dK20eN fmc式中e為電子電荷，m為電子質量，c為光速，N0為單位體積原子蒸氣中吸收輻射的基態(tài)原子數(shù)，亦即基態(tài)原子密度；f為振子強度 。積分吸收17第17頁/共35頁峰值吸收：基態(tài)原子蒸氣對入射光中心頻率線的吸收。峰值吸收的大小以峰值吸收系數(shù)K0表示。由于在目前的技術條件下無法測量積分吸收，可以用峰值吸收代替積分吸收。在一定條件下峰值吸光度與基態(tài)原子濃度N0成正比，A N0，而N0 試樣中待測元素的濃度C，因此： A= KC A：原子吸收吸光度；C：試液中元素的濃度； 這是原

9、子吸收光譜分析的基本關系式。由于在原子吸收測量溫度下基態(tài)原子數(shù)近似等于原子總數(shù)，原子吸收光譜法靈敏度高。峰值吸收18第18頁/共35頁實現(xiàn)峰值吸收測量的條件：光源發(fā)射線的半寬度 應小于吸收線的半寬度，且通過原子蒸氣的發(fā)射線 的中心頻率恰好與吸收線的中心頻率0 0相重合。因此在選擇光源時不能采用鎢燈、氘燈等連續(xù)光源，而應采用空心陰極燈，無極放電燈等線光源。 0I吸收線發(fā)射線峰值吸收測量條件19第19頁/共35頁4.3 儀器儀器20Instrument第20頁/共35頁原子吸收光譜儀21第21頁/共35頁22空心陰極燈原子化器單色儀檢測器原子化系統(tǒng)霧化器樣品液廢液切光器助燃氣燃氣原子吸收光譜儀結構

10、示意圖第22頁/共35頁23光源光源的作用是發(fā)射被測元素的共振輻射。對光源的要求是：銳線光源，輻射強度大，穩(wěn)定性高，背景小等。目前應最廣泛的是空心陰極燈(Hollow Cathode Lamp)，其他還有蒸氣放電燈(Vapor Discharge Lamp)及高頻無極放電燈(High Frequency Electrodeless Discharge Lamp)等。第23頁/共35頁24空心陰極燈 Hollow Cathode Lamp第24頁/共35頁25第25頁/共35頁26第26頁/共35頁27第27頁/共35頁28Double Beam AAS Instruments account

11、for instability in the source. Other techniques are added to account for scattering if light in the sample and the absorption of light by non-atomic species in the sample.第28頁/共35頁29第29頁/共35頁30(most instruments sold now are simultaneous)第30頁/共35頁4.4 干擾及其消除方法干擾及其消除方法31Interferences and Its Eliminatio

12、n第31頁/共35頁干擾種類及消除干擾種類及消除 物理干擾：物理干擾：粘度、表面張力或溶液密度等粘度、表面張力或溶液密度等 配置與待測樣品組成近似的標準溶液或采用標準加入法。若試液濃度配置與待測樣品組成近似的標準溶液或采用標準加入法。若試液濃度高還可以采用稀釋法。高還可以采用稀釋法。 化學干擾：化學干擾：被測元素與共存組分發(fā)生反應生成穩(wěn)定化合物，影響被測原素原被測元素與共存組分發(fā)生反應生成穩(wěn)定化合物，影響被測原素原子化子化 選擇合適的原子化方法。提高原子化溫度，化學干擾會減小。使用高選擇合適的原子化方法。提高原子化溫度，化學干擾會減小。使用高溫火焰提高石墨爐原子化溫度可使難解離化合物分解；溫火焰提高石墨爐原子化溫度可使難解離化合物分解； 加入釋放劑；加入釋放劑； 加入保護劑，常用加入保護劑，常用EDTA、8-羥基喹啉等；羥基喹啉等； 化學分離等其他方法?；瘜W分離等其他方法。32第32頁/共35頁干擾種類及消除干擾種類及消除 電離干擾：電離干擾：高溫條件下，原子會電離，使基態(tài)原子數(shù)減少，吸光度值下降高溫條件下，原子會電離，使基態(tài)原子數(shù)減少，吸光度值下降 加入過量的消電離劑，其電離能較被測元素低，先期產生大量電子，加入過量的消電離劑，其電離能較被測元素低，先期產生大量電子，抑制被測元素電離。如測定抑制被測元素電離。如測定