Ch原子吸收光譜法PPT課件

1、Atomic Absorption Spectroscopy1第1頁(yè)/共35頁(yè)4.1 概述及歷史概述及歷史2Overview & History 第2頁(yè)/共35頁(yè)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(yè)/共35頁(yè)原子吸收光譜法，是基于被測(cè)元素基態(tài)原子在蒸氣狀態(tài)對(duì)其原子共振輻射吸收進(jìn)行定量分析的方法。概述4第4頁(yè)/共35頁(yè)天文學(xué)研究中經(jīng)常需要測(cè)定各種恒星、行星的組成、結(jié)構(gòu)，然而，這些星球距離我們非常遙遠(yuǎn)并且恒星表面具有極高的溫度使我們無(wú)法接近，不可能直接取樣進(jìn)行測(cè)定，天文學(xué)家是如何知道天體組成的呢？問題引入5第5頁(yè)/共35頁(yè)早在1802年，伍朗斯頓（W. H. Wollaston）在研究太陽(yáng)連續(xù)光譜時(shí)，就發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)連續(xù)光譜中出現(xiàn)的暗線。 太陽(yáng)光譜的暗線6第6頁(yè)/共35頁(yè)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(shí)，發(fā)現(xiàn)鈉蒸氣發(fā)出的光通過溫度較低的鈉蒸氣時(shí)，會(huì)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(shí)，斷定太陽(yáng)連續(xù)光譜中的暗線，正是太陽(yáng)外圍大氣圈中的鈉原子對(duì)太陽(yáng)光譜中的鈉輻射吸收的結(jié)果。 原子吸收的發(fā)現(xiàn)7第7頁(yè)/共35頁(yè)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(xué)分析中的應(yīng)用”奠定了原子吸收光譜法的基礎(chǔ)。之后經(jīng)過幾代人的不懈努力，衍生出了石墨爐原子化技術(shù)、塞曼效應(yīng)背景校正等先進(jìn)技術(shù)，特別是近年來微電子技術(shù)的發(fā)展使原子吸收技術(shù)的應(yīng)用不斷進(jìn)步，尤其在臨床檢驗(yàn)、環(huán)境保護(hù)、生物化學(xué)等方面應(yīng)用廣泛。在分析科學(xué)中的應(yīng)用8第8頁(yè)/共35頁(yè)p 依據(jù)原子蒸氣

4、對(duì)特征譜線的吸收進(jìn)行定量分析。p 測(cè)定對(duì)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(yè)/共35頁(yè)p 靈敏度高，檢出限低:火焰法1 ng/ml級(jí)，石墨爐法10-10 10-14g。p 準(zhǔn)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(jīng)分離可直接測(cè)定 。p 操作簡(jiǎn)便，分析速度快。p 應(yīng)用廣泛：可測(cè)定的元素達(dá)70多個(gè) ，應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、環(huán)境、食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。p 分析不同元素，必須使用不同元素?zé)?。p 有些元素，如釷、鉿、鈮、鉭等的靈敏度比較低。p 對(duì)于復(fù)雜樣品需要進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理。原子吸收光譜法特點(diǎn)10第10頁(yè)/共35頁(yè)4.2 基本原理基本原理11Basic

5、Principles第11頁(yè)/共35頁(yè)p 當(dāng)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(shí)，原子就要從輻射場(chǎng)中吸收能量，產(chǎn)生吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時(shí)伴隨著原子吸收光譜的產(chǎn)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(yè)/共35頁(yè)p 共振吸收線：當(dāng)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(shí)所產(chǎn)生的吸收譜線，稱為共振吸收線，簡(jiǎn)稱共振線。p 共振發(fā)射線：當(dāng)電子從第一激發(fā)態(tài)躍回基態(tài)時(shí)，則發(fā)射出同樣頻率的光輻射，其對(duì)應(yīng)的

6、譜線稱為共振發(fā)射線，也簡(jiǎn)稱共振線。p 分析線：用于原子吸收分析的特征波長(zhǎng)的輻射稱為分析線，由于共振線的分析靈敏度高，光強(qiáng)大常作分析線使 用。幾個(gè)基本概念13第13頁(yè)/共35頁(yè)p 原子吸收譜線并不是嚴(yán)格幾何意義上的線，而是具有著一定波長(zhǎng)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(yè)/共35頁(yè)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(guān)，平均壽命越長(zhǎng)，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(wú)規(guī)則熱

7、運(yùn)動(dòng)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(xué)溫度； Ar為相對(duì)原子質(zhì)量。多普勒寬度與元素的原子量、溫度和譜線頻率有關(guān)。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(dá)10-3 nm。 譜線變寬15第15頁(yè)/共35頁(yè)p 壓力變寬：壓力變寬是由被測(cè)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(cè)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(nèi)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(duì)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(yè)/共35頁(yè)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(gè)面積 ：dK20eN fmc式中e為電子電荷，m為電子質(zhì)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(qiáng)度 。積分吸收17第17頁(yè)/共35頁(yè)峰值吸收：基態(tài)原子蒸氣對(duì)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(shù)條件下無(wú)法測(cè)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(cè)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(guān)系式。由于在原子吸收測(cè)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(yè)/共35頁(yè)實(shí)現(xiàn)峰值吸收測(cè)量的條件：光源發(fā)射線的半寬度 應(yīng)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(shí)不能采用鎢燈、氘燈等連續(xù)光源，而應(yīng)采用空心陰極燈，無(wú)極放電燈等線光源。 0I吸收線發(fā)射線峰值吸收測(cè)量條件19第19頁(yè)/共35頁(yè)4.3 儀器儀器20Instrument第20頁(yè)/共35頁(yè)原子吸收光譜儀21第21頁(yè)/共35頁(yè)22空心陰極燈原子化器單色儀檢測(cè)器原子化系統(tǒng)霧化器樣品液廢液切光器助燃?xì)馊細(xì)庠游展庾V儀結(jié)構(gòu)

10、示意圖第22頁(yè)/共35頁(yè)23光源光源的作用是發(fā)射被測(cè)元素的共振輻射。對(duì)光源的要求是：銳線光源，輻射強(qiáng)度大，穩(wěn)定性高，背景小等。目前應(yīng)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(wú)極放電燈(High Frequency Electrodeless Discharge Lamp)等。第23頁(yè)/共35頁(yè)24空心陰極燈 Hollow Cathode Lamp第24頁(yè)/共35頁(yè)25第25頁(yè)/共35頁(yè)26第26頁(yè)/共35頁(yè)27第27頁(yè)/共35頁(yè)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(yè)/共35頁(yè)29第29頁(yè)/共35頁(yè)30(most instruments sold now are simultaneous)第30頁(yè)/共35頁(yè)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(yè)/共35頁(yè)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(cè)樣品組成近似的標(biāo)準(zhǔn)溶液或采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。若試液濃度配置與待測(cè)樣品組成近似的標(biāo)準(zhǔn)溶液或采用標(biāo)準(zhǔn)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(xué)干擾：化學(xué)干擾：被測(cè)元素與共存組分發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定化合物，影響被測(cè)原素原被測(cè)元素與共存組分發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定化合物，影響被測(cè)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(xué)干擾會(huì)減小。使用高選擇合適的原子化方法。提高原子化溫度，化學(xué)干擾會(huì)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(hù)劑，常用加入保護(hù)劑，常用EDTA、8-羥基喹啉等；羥基喹啉等； 化學(xué)分離等其他方法。化學(xué)分離等其他方法。32第32頁(yè)/共35頁(yè)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(huì)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(huì)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(cè)元素低，先期產(chǎn)生大量電子，加入過量的消電離劑，其電離能較被測(cè)元素低，先期產(chǎn)生大量電子，抑制被測(cè)元素電離。如測(cè)定抑制被測(cè)元素電離。如測(cè)定