火焰原子吸收光譜法測定銅含量

-.z.火焰原子吸收光譜法測定銅含量實驗?zāi)康?、掌握原子吸收光譜法的根本原理；2、了解原子吸收分光光度計的主要構(gòu)造及工作原理；3、掌握用火焰法定量測定元素含量的方法二、實驗儀器TAS-986原子吸收分光光度計計算機及其軟件銅標(biāo)準(zhǔn)液容量瓶取液槍燒杯等該儀器主要包括：微型計算機和原子吸收分光光度計主機。主機是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)組成，其內(nèi)部構(gòu)造如圖1所示。儀器可分別實現(xiàn)火焰法測量和石墨爐法測量。由于兩種測量方式有區(qū)別，因此在實驗內(nèi)容中詳細(xì)介紹。空心陰極燈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?xì)馊細(xì)鈭D1原子吸收分光光度計主機內(nèi)部構(gòu)造圖各局部的主要功能：〔1〕空心陰極燈：發(fā)射待測元素的特征光譜?！?〕原子化系統(tǒng)：提供能量，使試樣枯燥、蒸發(fā)和原子化。入射光束在這里被基態(tài)原子吸收，因此也可把它視為"吸收池〞?！?〕分光系統(tǒng)：將待測元素的共振線與鄰近譜線分開。〔4〕檢測系統(tǒng)：包括光電元件和記錄系統(tǒng)，前者可用光電倍增管將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，后者可用檢流計和記錄儀來進展記錄，再利用電腦直接進展數(shù)據(jù)處理。三、實驗原理1、根本原理利用空心陰極元素?zé)艄庠窗l(fā)出的特征輻射光，為火焰原子化器產(chǎn)生的樣品蒸氣中的待測元素基態(tài)原子所吸收，通過測定特征輻射光被吸收的大小，來計算出待測元素的含量。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，原子就要從輻射場中吸收能量，產(chǎn)生吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時伴隨著原子吸收光譜的產(chǎn)生?！踩珂V原子吸收，銅原子吸收的光〕，能量與頻率的關(guān)系為：〔1〕共振吸收線：電子從基態(tài)躍遷到能量最低的激發(fā)態(tài)〔第一激發(fā)態(tài)〕為共振躍遷,所產(chǎn)生的譜線。共振發(fā)射線：當(dāng)電子從第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時,則發(fā)射出同樣頻率的譜線〔如圖2所示〕特征譜線：各種元素的原子構(gòu)造和外層電子排布不同,不同元素的原子從基態(tài)第一激發(fā)態(tài)時,吸收和發(fā)射的能量不同,其共振線不同,各有其特征性。I0I0IL原子蒸氣共振吸收基態(tài)激發(fā)態(tài)共振發(fā)射圖2原子能級躍遷圖圖3原子蒸氣吸收圖在原子蒸氣中〔包括被測元素原子〕，可能會有基態(tài)與激發(fā)態(tài)存在。根據(jù)熱力學(xué)的原理，在一定溫度下到達(dá)熱平衡時，基態(tài)與激發(fā)態(tài)的原子數(shù)的比例遵循分布定律?！?〕與分別為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的原子數(shù)；為激發(fā)態(tài)與基態(tài)的統(tǒng)計權(quán)重，它表示能級的簡并度；為熱力學(xué)溫度；為常數(shù)；為激發(fā)能。從上式可知，溫度越高，值越大，即激發(fā)態(tài)原子數(shù)隨溫度升高而增加，而且按指數(shù)關(guān)系變化；在一樣的溫度條件下，激發(fā)能越小，吸收線波長越長，值越大。盡管如此變化，但是在原子吸收光譜中，原子化溫度一般小于3000K，大多數(shù)元素的最強共振線都低于600nm，值絕大局部在以下，激發(fā)態(tài)和基態(tài)原子數(shù)之比小于千分之一，激發(fā)態(tài)原子數(shù)可以忽略。因此。在通常的原子吸收測定條件下，原子蒸氣中基態(tài)原子數(shù)近似等于總原子數(shù)?；鶓B(tài)原子數(shù)可以近似等于總原子數(shù)。假設(shè)將入射強度為的不同頻率的光通過原子蒸氣，吸收后其透過光的強度與原子蒸汽的厚度L的關(guān)系，服從朗伯定律，如圖3所示?！?〕其中為基態(tài)原子對頻率為的光的吸收系數(shù)。為吸收層厚度。由于物質(zhì)對不同頻率的入射光的吸收具有選擇性，因而透過光的強度將隨著入射光的頻率而變化其中說明原子蒸氣在處有吸收(如圖4-a所示)。假設(shè)將吸收系數(shù)對頻率作圖，所得曲線為吸收線輪廓〔如圖4-b所示〕。原子吸收線輪廓以原子吸收譜線的中心頻率〔或中心波長〕和半寬度表征。中心頻率由原子能級決定。半寬度是中心頻率位置，吸收系數(shù)極大值一半處，譜線輪廓上兩點之間頻率或波長的距離。圖4吸收輪廓線2、吸收系數(shù)的測定〔1〕積分吸收在吸收線輪廓內(nèi)，吸收系數(shù)的積分稱為積分吸收系數(shù)，簡稱為積分吸收，它表示吸收的全部能量。從理論上可以得出，積分吸收與原子蒸氣中吸收輻射的原子數(shù)成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：〔4〕其中：為電子電荷；為電子質(zhì)量；為光速；為單位體積的基態(tài)原子數(shù)；振子強度，即能被入射輻射激發(fā)的每個原子的平均電子數(shù)〔一定條件下，一定元素，可看作是定值〕。這是原子吸收光譜分析法的重要理論依據(jù)。假設(shè)能測定積分吸收，則可求出原子濃度。但是，測定譜線寬度僅為的積分吸收，需要分辨率非常高的色散儀器?！?〕峰值吸收目前，一般采用測量峰值吸收系數(shù)的方法代替測量積分吸收系數(shù)的方法。如果采用發(fā)射線半寬度比吸收線半寬度小得多的銳線光源，并且發(fā)射線的中心與吸收線中心一致，如圖5所示。這樣就不需要用高分辨率的單色器，而只要將其與其它譜線別離，就能測出峰值吸收系數(shù)。在一般原子吸收測量條件下，原子吸收輪廓取決于寬度〔由于原子在空間作做無規(guī)則的熱運動產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起的，又稱熱變寬〕。(5)-譜線中心頻率；-熱力學(xué)溫度；-相對原子質(zhì)量通過運算可得峰值吸收系數(shù)：〔6〕可以看出，峰值吸收系數(shù)與原子濃度成正比，只要能測出就可得出。AAC吸收線I0發(fā)射線圖5發(fā)射線與吸收線圖6校準(zhǔn)曲線圖〔3〕銳線光源銳線光源是發(fā)射線半寬度遠(yuǎn)小于吸收線半寬度的光源，如空心陰極燈。在使用銳線光源時，光源發(fā)射線半寬度很小，并且發(fā)射線與吸收線的中心頻率一致。這時發(fā)射線的輪廓可看作一個很窄的矩形，即峰值吸收系數(shù)在此輪廓內(nèi)不隨頻率而改變，吸收只限于發(fā)射線輪廓內(nèi)。這樣，一定的即可測出一定的原子濃度。利用峰值吸收系數(shù)來代替積分吸收系數(shù)的條件：a、光譜源發(fā)射線的中心頻率與吸收線中心頻率一致〔波長應(yīng)是待測元素的特征譜線〕；b、發(fā)射譜線的半寬度必須比吸收線的半寬度小得多〔光源應(yīng)發(fā)出銳線光譜〕。在實際測量過程中，有一個非常重要的參量為吸光度，用表示：〔7〕在實際分析過程中，當(dāng)實驗條件一定時，正比于待測元素的濃度。3、分析方法—校準(zhǔn)曲線法配制一組含有不同濃度被測元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在與試樣測定完全一樣的條件下，按濃度由低到高的順序測定吸光度值。繪制吸光度對濃度的校準(zhǔn)曲線〔如圖6所示〕。測定試樣的吸光度，在校準(zhǔn)曲線上用內(nèi)插法求出被測元素的含量。四、實驗內(nèi)容〔以銅元素的測定為例〕1、確定待測樣品需要檢測的元素〔銅元素〕，配制銅元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，準(zhǔn)備相應(yīng)元素?zé)簟?、檢查乙炔氣瓶是否能夠維持正常使用，翻開水路，條件不齊備測試不能繼續(xù)進展。3、儀器初始化開啟計算機，使計算機進入Windows操作系統(tǒng)，雙擊桌面上AAWin圖標(biāo)，啟動儀器分析測試程序。此時計算機進入以下界面〔如圖7所示〕，接下來，將彈出進展模式對話框，如圖9所示，在運行模式下拉框中選擇聯(lián)機，點擊確定按鈕，儀器進入初始化階段……圖7開啟界面圖8初始化界面初始化成功的標(biāo)記為"√〞，否則標(biāo)記為"×〞，如果有一項失敗，則系統(tǒng)的初始化沒有成功。3、選擇元素?zé)舫跏蓟晒?，系統(tǒng)將出現(xiàn)元素?zé)暨x擇窗口，此窗口提供對元素?zé)艏霸叵嚓P(guān)參數(shù)的設(shè)置。通過以下界面〔如圖9所示〕選擇工作燈的位置及類型。圖9元素?zé)暨x擇界面4、元素參數(shù)的設(shè)定〔默認(rèn)的測量方式為火焰法〕元素選擇完畢后，將出現(xiàn)元素參數(shù)設(shè)定界面〔如圖10所示〕，調(diào)整完畢后，點擊"下一步〞，將會對參數(shù)進展調(diào)整，然后再對選定元素?zé)舻奶卣鞑ㄩL進展尋峰操作，在下拉菜單中選擇元素的特征波長，單擊"尋峰〞，即可進入尋峰畫面〔如圖11〕，圖10元素參數(shù)設(shè)定界面圖11尋峰畫面完成尋峰后，即進入系統(tǒng)測試狀態(tài)〔如圖12所示〕。5、樣品參數(shù)設(shè)定選擇主菜單"設(shè)置〞→"樣品設(shè)置向?qū)Ж暋不騿螕艄ぞ甙粹o"〞〕，即可翻開樣品設(shè)置向?qū)В来吸c擊"下一步〞分別對樣品進展設(shè)置〔如圖13〕。圖12系統(tǒng)測試界面圖13樣品設(shè)置界面6、火焰法測量〔1〕選擇主菜單"儀器〞→"點火〞〔或單擊工具按鈕"〞〕將火焰點燃?！?〕選擇主菜單"測量〞→"開場〞〔或單擊工具按鈕"〞〕即可翻開測量窗口，測量譜圖中將開場繪制測量曲線?！?〕單擊測量窗口"開場〞按鈕進展采樣?！苍跍y量參數(shù)中可以設(shè)置測量方式→手動或自動〕。依次對標(biāo)準(zhǔn)樣品和未知樣品進展采樣，樣品與樣品之間噴入空白樣品，單擊"校零〞按鈕進展校零。采樣完畢后，系統(tǒng)回將測量結(jié)果顯示在測量窗口中，并在第三次重復(fù)采樣時，開場顯示SD和RSD值。測量窗口中除了顯示吸光度外，還顯示"AA〞值與"BG〞(背景)值，同時在測量譜圖中出現(xiàn)AA曲線和吸光度曲線。〔5〕當(dāng)完成了全部樣品的測量，即可關(guān)閉測量窗口。如需要保存測量結(jié)果，可單擊主菜單"文件〞→"保存〞〔或單擊工具按鈕"〞〕即可。如需要打印測量數(shù)據(jù)，可單擊"文件〞→"打印數(shù)據(jù)〞或單擊工具按鈕"〞即可。3、石墨爐法測量〔選作〕〔1〕初始化過程及參數(shù)設(shè)定過程完成后，點擊主菜單"儀器〞→"測量方法〞，在出現(xiàn)的對話框中選擇"石墨爐〞即可，系統(tǒng)將自動完成從"火焰法〞向"石墨爐〞的轉(zhuǎn)換?！沧⒁猓涸谵D(zhuǎn)換之前，應(yīng)將隔板拿開，以免損壞石墨爐?！场?〕如果是第一次測量，需要對加熱程序進展設(shè)置?！舶▽囟取３謺r間—原子化器參數(shù)—內(nèi)氣流量〕完成后點擊"確定〞?！?〕選擇主菜單"測量〞→"開場〞，系統(tǒng)將進入測量窗口?！?〕用微量進樣器將樣品準(zhǔn)確參加到石墨管中，單擊"開場〞，系統(tǒng)開場對石墨爐加熱。此時測量曲線出現(xiàn)在譜圖中，并在測量窗口中顯示當(dāng)前的石墨爐溫度、加熱步以及單步的倒計時?！?〕測量完畢后，將彈出冷卻倒計時窗口，顯示石