原子吸收光譜法報(bào)告

原子吸收光譜法研究和應(yīng)用發(fā)展關(guān)鍵詞：原子吸收光譜原子吸收光譜法簡(jiǎn)稱AAS法，是現(xiàn)代重要的分析手段。鑒于簡(jiǎn)便、快速靈敏，已近廣泛應(yīng)用于地礦、冶金、林業(yè)環(huán)保、化學(xué)化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等各個(gè)鄰域。該法主要適用樣品中微量及痕量組分分析。各國(guó)藥典已收為法定依據(jù)。美國(guó)《分析化學(xué)》每年六月份常有專論對(duì)AAS測(cè)定的新技術(shù)、新方法及其在各個(gè)鄰域的應(yīng)用進(jìn)行全面全面綜訴。以此可見AAS法的重要性及其應(yīng)用發(fā)展之廣。原子吸收光譜法的簡(jiǎn)介原子吸收光譜法(AAS)是利用氣態(tài)原子可以吸收一定波長(zhǎng)的光輻射，使原子中外層的電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的現(xiàn)象而建立的。由于各種原子中電子的能級(jí)不同，將有選擇性地共振吸收一定波長(zhǎng)的輻射光，這個(gè)共振吸收波長(zhǎng)恰好等于該原子受激發(fā)后發(fā)射光譜的波長(zhǎng)，由此可作為元素定性的依據(jù)，而吸收輻射的強(qiáng)度可作為定量的依據(jù)。AAS現(xiàn)已成為無(wú)機(jī)元素定量分析應(yīng)用最廣泛的一種分析方法。原子吸收光譜法該法具有檢出限,準(zhǔn)確度高，選擇性好,分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。在溫度吸收光程，進(jìn)樣方式等實(shí)驗(yàn)條件固定時(shí)，樣品產(chǎn)生的待測(cè)元素相基態(tài)原子對(duì)作為銳線光源的該元素的空心陰極燈所輻射的單色光產(chǎn)生吸收，其吸光度（A）與樣品中該元素的濃度（C）成正比。即A=KC式中，K為常數(shù)。據(jù)此，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液及未知溶液的吸光度，又巳知標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，可作標(biāo)準(zhǔn)曲線，求得未知液中待測(cè)元素濃度。原子吸收光譜法的原理當(dāng)適當(dāng)波長(zhǎng)的光通過(guò)含有基態(tài)原子的蒸氣時(shí)，基態(tài)原子就可以吸收某些波長(zhǎng)的光而從基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生原子吸收光譜。三、原子分光光度計(jì)原子分光光度計(jì)由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)及檢測(cè)顯示系統(tǒng)四個(gè)部分構(gòu)成。一．光源：1．光源應(yīng)滿足的條件：1）能輻射出半寬度比吸收線半寬度還窄的譜線，并且發(fā)射線的中心頻率應(yīng)與吸收線的中心頻率相同。2）輻射的強(qiáng)度應(yīng)足夠大。3）輻射光的強(qiáng)度要穩(wěn)定，且背景小。2．空心陰極燈：空心陰極燈是一種氣體放電管,鎢棒構(gòu)成的陽(yáng)極和一個(gè)圓柱形的空心陰極，空心陰極是由待測(cè)元素的純金屬或合金構(gòu)成，或者由空穴內(nèi)襯有待測(cè)元素的其它金屬構(gòu)成。當(dāng)在正負(fù)電極上施加適當(dāng)電壓（一般為200～500伏）時(shí)，在正負(fù)電極之間便開始放電，這時(shí)，電子從陰極內(nèi)壁射出，經(jīng)電場(chǎng)加速后向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)。電子在由陰極射向陽(yáng)極的過(guò)程中，與載氣（惰性氣體）原子碰撞使其電離成為陽(yáng)離子。帶正電荷的惰性氣體離子在電場(chǎng)加速下，以很快的速度轟擊陰極表面，使陰極內(nèi)壁的待測(cè)元素的原子濺射出來(lái)，在陰極腔內(nèi)形成待測(cè)元素的原子蒸氣云。蒸氣云中的待測(cè)元素的原子再與電子、惰性氣體原子、離子發(fā)生碰撞而被激發(fā)，從而發(fā)射出所需頻率的光。陰極發(fā)射出的光譜，主要是陰極元素的光譜。工作過(guò)程：高壓直流電（300V）---陰極電子---撞擊隋性原子---電離(二次電子維持放電)---正離子---轟擊陰擊---待測(cè)原子濺射----聚集空心陰極內(nèi)被激發(fā)----待測(cè)元素特征共振發(fā)射線。二.原子化器原子化器是將樣品中的待測(cè)組份轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子的裝置。（一）火焰原子化器：火焰原子化法是利用氣體燃燒形成的火焰來(lái)進(jìn)行原子化的?；鹧嫘偷脑踊到y(tǒng)我們把它叫做火焰原子化器。1．結(jié)構(gòu)：a）噴霧器：將試樣溶液轉(zhuǎn)為霧狀。b）霧化室：內(nèi)裝撞擊球和擾流器（去除大霧滴并使氣溶膠均勻）。c）燃燒器：產(chǎn)生火焰并使試樣蒸發(fā)和原子化的裝置。2．原子化過(guò)程：MeX脫水（溶液）→MeX蒸發(fā)（固體微粒）→MeX分解（氣態(tài)分子）→Me＋X(基態(tài)原子)3．火焰：火焰的作用是將試液中的待測(cè)元素原子化。1）火焰的組成：空氣——乙炔火焰：溫度在2500K左右；N2O——乙炔火焰：溫度可達(dá)到3000K左右；空氣——?dú)錃饣鹧妫鹤罡邷囟?300K左右。2）火焰的類型：貪燃：燃?xì)廨^少，（燃助比小于化學(xué)計(jì)量，約為1比6），燃燒完全，溫度較高富燃焰：燃?xì)廨^多。燃燒不完全，溫度較低。但具有還原性?；瘜W(xué)計(jì)量焰：（二）非火焰原子化法：常用的非火焰原子化法主要有電熱高溫石墨管原子化法和化學(xué)原子化法。1.石墨爐原子化器包括電源、保護(hù)系統(tǒng)和石墨管三部分。電源：10~25V，500A。用于產(chǎn)生高溫。保護(hù)系統(tǒng)：保護(hù)氣（Ar）分成兩路石墨管：多采用石墨爐平臺(tái)技術(shù)。原子化過(guò)程可分為四個(gè)階段，即干燥、灰化、原子化和凈化。干燥：去除溶劑，防樣品濺射；灰化：使基體和有機(jī)物盡量揮發(fā)除去；原子化：待測(cè)物化合物分解為基態(tài)原子，此時(shí)停止通Ar，延長(zhǎng)原子停留時(shí)間，提高靈敏度；凈化：樣品測(cè)定完成，高溫去殘?jiān)?，凈化石墨管。石墨爐原子化器與火焰原子化器比較有如下優(yōu)點(diǎn)：1）原子化效率高，可達(dá)到90%以上，而后者只有10%左右。2）絕對(duì)靈敏度高（可達(dá)到10-12～10-14），試樣用量少。適合于低含量及痕量組分的測(cè)定。3）溫度高，在惰性氣氛中進(jìn)行且有還原性C存在，有利于易形成難離解氧化物的元素的離解和原子化。三．光學(xué)系統(tǒng)：分光系統(tǒng)一般用光柵來(lái)進(jìn)行分光。光譜通帶： W=D×S×10-3其中：W為光譜通帶（單位nm）；D為光柵的倒線色散率（單位nm/mm-1）；S為狹縫寬度（單位μm）。四．檢測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)系統(tǒng)包括檢測(cè)器、放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示器幾部分。四、原子吸收光譜法定量分析原子吸收光譜法是一種元素定量分析方法，它可以用于測(cè)定60多種金屬元素和一些非金屬元素的含量。一．定量分析方法：1.標(biāo)準(zhǔn)曲線法：配制一系列不同濃度的待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，在選定的條件下分別測(cè)定其吸光度，以測(cè)得的吸光度A為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)作圖，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。再在相同條件下測(cè)定試液的吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線上就可求得待測(cè)元素的濃度或含量。2.標(biāo)準(zhǔn)加入法：取兩份體積相同的試樣溶液，設(shè)為A和B，在B中加入一定量的待測(cè)元素，然后分別將A和B稀釋到相同體積，再分別測(cè)定其吸光度。二．干擾及其消除（一）譜線干擾：如：在Ni的分析線232.0nm附近還存在231.6nm的譜線；如：用308.22nm的譜線測(cè)定鋁時(shí)，如果存在釩，釩對(duì)308.21nm的譜線要產(chǎn)生吸收。（二）背景吸收：由于原子化器（火焰和石墨爐）中存在的氣體分子和鹽類所產(chǎn)生的吸收以及存在的固體顆粒對(duì)光的散射引起的干擾，叫背景吸收。（三）化學(xué)干擾：化學(xué)干擾是指在溶液中或氣相中由于待測(cè)元素與其它組分之間的化學(xué)反應(yīng)而引起的干擾。1．加入釋放劑：在測(cè)定時(shí)加入一種能與干擾組分生成更穩(wěn)定或更難揮發(fā)化合物的試劑，而使待測(cè)元素釋放出來(lái)，從而消除干擾。2．加入保護(hù)劑：加入一種能與待測(cè)元素生成穩(wěn)定增長(zhǎng)化合物的試劑，使得待測(cè)元素不與干擾組分反應(yīng)。而生成的化合物又很容易揮發(fā)和原子化，對(duì)測(cè)定不干擾。3．化學(xué)分離：將待測(cè)組分和干擾組分分離。4．提高火焰溫度也可以抑制或避免某些干擾。（四）物理干擾：是指試樣在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)和原子化過(guò)程中由于試樣任何物理因素的變化而引起的吸光度下降的效應(yīng)。如：試液的粘度影響取樣速度，表面張力影響霧滴的大小等。最好的消除方法就是配制與試樣溶液組成相似的標(biāo)準(zhǔn)溶液。也可用標(biāo)準(zhǔn)加入法來(lái)進(jìn)行測(cè)定。（五）電離干擾：電離干擾是指待測(cè)元素的原子電離而引入的干擾。消除方法是采用較低的溫度和加入消電離劑。消電離劑是一些易電離的元素，它增加了火焰中的自由電子的濃度，可有效地抑制和消除電離干擾。如：測(cè)定鋇時(shí)，加入鉀就可消除電離干擾。五、測(cè)定條件的選擇：1．分析線的選擇：一般選用共振線作分析線。2．燈電流：保正穩(wěn)定和適當(dāng)光強(qiáng)度輸出的條件下，盡量選用較低的工作電流。3．原子化條件：火焰法主要是選擇適當(dāng)?shù)幕鹧?。石墨爐法則應(yīng)選擇合適的干燥、灰化和原子化溫度。4．燃燒器高度：對(duì)于不同的元素，自由原子的濃度隨火焰高度的分布是不同的。所以測(cè)定時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)其高度使光束從原子濃度最大處通過(guò)。5．狹縫寬度：由于原子吸收光譜法譜線的重疊較少，一般可用較寬的狹縫，以增強(qiáng)光的強(qiáng)度。但當(dāng)存在譜線干擾和背景吸收較大時(shí)，則宜選用較小的狹縫寬度。六、原子吸收光譜法的發(fā)展1、第一階段——原子吸收現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與科學(xué)解釋早在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。1817年，弗勞霍費(fèi)（J.Fraunhofer）在研究太陽(yáng)連續(xù)光譜時(shí)，再次發(fā)現(xiàn)了這些暗線，由于當(dāng)時(shí)尚不了解產(chǎn)生這些暗線的原因，于是就將這些暗線稱為弗勞霍費(fèi)線。1859年，克希荷夫（G.Kirchhoff）與本生（R.Bunson）在研究堿金屬和堿土金屬的火焰光譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)鈉蒸氣發(fā)出的光通過(guò)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。2、第二階段——原子吸收光譜儀器的產(chǎn)生原子吸收光譜作為一種實(shí)用的分析方法是從1955年開始的。這一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)。50年代末和60年代初，Hilger,VarianTechtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光譜商品儀器，發(fā)展了瓦爾西的設(shè)計(jì)思想。到了60年代中期，原子吸收光譜開始進(jìn)入迅速發(fā)展的時(shí)期。3、第三階段——電熱原子吸收光譜儀器的產(chǎn)生1959年,蘇聯(lián)里沃夫發(fā)表了電熱原子化技術(shù)的第一篇論文。電熱原子吸收光譜法的絕對(duì)靈敏度可達(dá)到10-12-10-14g,使原子吸收光譜法向前發(fā)展了一步。近年來(lái),塞曼效應(yīng)和自吸效應(yīng)扣除背景技術(shù)的發(fā)展,使在很高的的背景下亦可順利地實(shí)現(xiàn)原子吸收測(cè)定?；w改進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用、平臺(tái)及探針技術(shù)的應(yīng)用以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的穩(wěn)定溫度平臺(tái)石墨爐技術(shù)(STPF)的應(yīng)用,可以對(duì)許多復(fù)雜組成的試樣有效地實(shí)現(xiàn)原子吸收測(cè)定。4、第四階段——原子吸收分析儀器的發(fā)展隨著原子吸收技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了原子吸收儀器的不斷更新和發(fā)展，而其它科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，為原子吸收儀器的不斷更新和發(fā)展提供了技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)，使用連續(xù)光源和中階梯光柵，結(jié)合使用光導(dǎo)攝象管、二極管陣列多元素分析檢測(cè)器，設(shè)計(jì)出了微機(jī)控制的原子吸收分光光度計(jì)，為解決多元素同時(shí)測(cè)定開辟了新的前景。微機(jī)控制的原子吸收光譜系統(tǒng)簡(jiǎn)化了儀器結(jié)構(gòu)，提高了儀器的自動(dòng)化程度，改善了測(cè)定準(zhǔn)確度，使原子吸收光譜法的面貌發(fā)生了重大的變化。聯(lián)用技術(shù)(色譜-原子吸收聯(lián)用、流動(dòng)注射-原子吸收聯(lián)用)日益受到人們的重視。色譜-原子吸收聯(lián)用，不僅在解決元素的化學(xué)形態(tài)分析方面，而且在測(cè)定有機(jī)化合物的復(fù)雜混合物方面，都有著重要的用途，是一個(gè)很有前途的發(fā)展方向。七、原子吸收光譜法近期展望近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都有人致力于研究激光在原子吸收分析方面的應(yīng)用：（1）用可調(diào)諧激光代替空心陰極燈光源。（2）用激光使樣品原子化。它將為微區(qū)和薄膜分析提供新手段、為難熔元素的原子化提供了新方法。塞曼效應(yīng)的應(yīng)用，使得能在很高的背景下也能順利地實(shí)現(xiàn)測(cè)定。連續(xù)光源、中階梯光柵單色器、波長(zhǎng)調(diào)制原子吸收法（簡(jiǎn)稱CEWM－AA法）是70年代后期發(fā)展起來(lái)的一種背景校正新技術(shù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是僅用一個(gè)連續(xù)光源能在紫外區(qū)到可見區(qū)全波段工作，具有二維空間色散能力的高分辨本領(lǐng)的中階梯光柵單色器將光譜線在二維空間色散，不僅能扣除散射光和分子吸收光譜帶背景，而且還能校正與分折線直接重疊的其他原子吸收線的干擾。使用電視型光電器件做多元素分析鑒定器，結(jié)合中階梯光柵單色器和可調(diào)諧激光器代替元素空心陰極燈光源，設(shè)計(jì)出用電子計(jì)算機(jī)控制的測(cè)定多元素的原子吸收分光光度計(jì)，將為解決同時(shí)測(cè)定多元素問(wèn)題開辟新的途徑。高效分離技術(shù)氣相色譜、液相色譜的引入，實(shí)現(xiàn)分離儀器和測(cè)定儀器聯(lián)用，將會(huì)使原子吸收分光光度法的面貌發(fā)生重大變化，微量進(jìn)