原子吸收光谱法经典案例.ppt
2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,第七章 原子吸收与原子荧光光谱法 Atomic absorption spectrometry (AAS) and atomic fluorescence spectrometry(AFS),第一节 概述,第二节 原子吸收光谱法的原理,第三节 原子吸收光谱仪器,第四节 原子吸收光谱法的干扰及其抑制,第五节 原子吸收光谱定量分析,第六节 原子荧光光谱,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,沃尔什(Walsh)与原子吸收法 (A.Walsh 19161998）,原子吸收光谱法实际上正式诞生于1955年，Walsh发表了一篇论文“The application of atomic absorption spectra to chemical analysis”, 在他的论文中指出可以用简单的仪器作原子吸收分析，提出了峰值吸收测量原理通过测量峰值吸收系数来代替积分吸收系数的测定。峰值吸收系数与待测原子浓度存在线性关系。他还提出，采用锐线光源是可以准确测定峰值吸收系数的。空心阴极灯是一种实用的锐线光源。这就解决了实际测量的困难。从而使在二十世纪五十年代提出的原子吸收分析的蜂值吸收测量，有了实际可能。,1953年，澳大利亚物理学家沃尔什(A.Walsh) 建议采用原子吸收光谱作为一种化学分析法。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,Alan Walsh (1916-1998)和他的原子吸收光谱仪在一起,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,第一节 概 述 1802年，发现原子吸收现象；1955年，Australia 物理学家Alan Walsh成功的将该现象应用于了分析。60年代中期发展最快。 原子吸收光谱法（AAS）是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量的分析方法。 它在地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等各个领域有广泛的应用。 近年来，由于对AAS的创新研究，有了突破性进展。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,原子吸收光谱分析简史 18世纪初发现原子吸收现象 。 1955年澳大利亚物理学家A.walsh发表了著名论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用”，奠定了原子吸收光谱分析法的理论基础。 19591961年前苏联学者Lvov将电热石墨炉原子化法引进原子吸收分析。 1965年J.B.willis成功地将氧化亚氮-乙炔火焰用于原子吸收，为原子吸收分析开辟了一个崭新的途径。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,1961年在美国(PE公司)生产出第一台商品仪器。 1965年我国吴廷照等组装成功了首台实验室型原子吸收光谱仪。 1969由北京科学仪器厂与北京矿冶研究院、北京有色金属研究院研制成我国首台原子吸收光谱仪。 1970年由北京第二光学仪器厂实现商品化。 1970年美国PE公司推出世界上第一台石墨炉原子吸收光谱仪商品仪器。 80年代以后我国试制成功石墨炉原子化器，开始生产无火焰原子吸收光谱仪。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,第二节 原子吸收光谱法的原理,（一）原子吸收线的产生 吸收光谱 基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 发射光谱 激发态基态，发射出一定频率的辐射。产生共振发射线（也简称共振线）,一、原子吸收线,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,根据吸收定律的表达式，以 I- 和 K- 分别作图得吸收强度与频率的关系及谱线轮廓。可见谱线是有宽度的。,图中：K吸收系数；K0峰值吸收系数； 0，0中心频率或波长(由原子能级决定)；，谱线轮廓半宽度（K0/2处的宽度）；原子吸收线的宽度约为10-310-2nm.,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,吸收峰变宽原因：,（1）自然宽度 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度( VN或D )。与激发原子的平均寿命和能级宽度有关。激发原子的寿命越短，能级宽度越宽，谱线的自然宽度越大。共振线的自然宽度为10-610-5nm （2）多普勒变宽（热变宽） VD 多普勒效应：一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观察者（接受器），则在观察者看来，其频率较静止原子所发的频率低，反之，高。是谱线变宽的主要因素。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）VL,由于原子相互碰撞使能量发生稍微的变化。 劳伦兹（Lorentz）变宽： 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）： 同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略（4）自吸变宽 光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。灯电流越大，自吸现象越严重。 （5）场致变宽 外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象；影响较小； 在一般分析条件下VD为主。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,二、基态原子数与原子化温度的关系,原子吸收光谱是利用待测元素的原子蒸气中基态原子与共振线吸收之间的关系来测定的。 需要考虑原子化过程中，原子蒸气中基态原子与待测元素原子总数之间的定量关系。热力学平衡时，两者符合Boltzmann分布定律：,上式中gi和gO分别为激发态和基态的统计权重，激发态原子数Ni与基态原子数No之比较小,1%. 可以用基态原子数代表待测元素的原子总数。公式右边除温度T外，都是常数。T一定，比值一定。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,例题：计算在2000K和3000K时Na 589.0 nm的激发态与基态的原子数之比？已知：gi/g02。 解：Eihc/ (6.626×10-23 J/s×3×1010 cm/s)/(589.0 nm×10-7 cm/nm）2.107×1.60×10-19 J 3.371×10-19 J 带入Boltzmann方程：,同理：在3000K时，Ni/N05.78×10-4,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,三、原子吸收法的测量,（一） 积分吸收测量法 钨丝灯光源和氘灯，经分光后，光谱通带0.2nm。而原子吸收线半宽度：10-3 nm。如图：,根据光吸收定律和爱因斯坦辐射量子理论，谱线的积分吸收与基态原子密度的关系有：,f 为振子强度，即每个原子中能被激发的平均电子数。 Kv为基态原子对频率为v的单色光的吸收系数，,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,讨论:,如果将公式左边求出，即谱线下所围面积测量出（积分吸收）。即可得到单位体积原子蒸气中吸收辐射的基态原子数N0。,这是一种绝对测量方法，现在的分光装置无法实现。 (=10-3，若取600 nm，单色器分辨率R =/= 6×105 )长期以来无法解决的难题！ 能否提供共振辐射（锐线光源），测定峰值吸收？,Kv,v,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（二）峰值吸收测量法 1.锐线光源,在原子吸收分析中需要使用锐线光源，测量谱线的峰值吸收，锐线光源需要满足的条件： （1）光源的发射线与吸收线的0一致。 （2）发射线的1/2小于吸收线的 1/2。一般为发射线半峰宽的1/51/10 提供锐线光源的方法： 空心阴极灯,1955年Walsh提出，在温度不太高的稳定火焰条件下，峰值吸收系数与火焰中被测元素的原子浓度也正比。也就是说峰值吸收也与待测物质的浓度成正比。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2 . 峰值吸收测量,采用锐线光源进行测量，则ea ，由图可见，在辐射线宽度范围内，K可近似认为不变，并近似等于峰值时的吸收系数K0,将 Iv=I0e-Kvb 代入上式：,则：,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,峰值吸收,在原子吸收中，谱线变宽主要受多普勒效应影响，根据经典理论，峰值吸收系数与D的关系：,上式的前提条件： （1） ea ； （2）辐射线与吸收线的中心频率一致。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,定量基础,A = k N0 l N0 Nc （ N0激发态原子数，N基态原子数，c 待测元素浓度） 所以：A=lg(IO/I)=K' c,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,原子发射(回顾) 在i，j 两能级间跃迁所产生的谱线强度可表示为： Iij = NiAij hij （1） ij为发射谱线的频率。,Iij=gi/g0AijhijN0e(-E/kT) 此式为谱线强度公式。,因此： I = a C I = a Cb,H = I·t,S = （lg H - lg H i）,取对数 lgR = lgI1/I2 = blgc + lgA,S=lgR, S=blgC+lgA,U=kIt,U=ktacb,令其为A,得U=Acb, 取对数 lgU=blgc+lgA,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,第三节 原子吸收光谱仪器,中国北京生产的AA2610型原子吸收光谱仪,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,仪器主要由锐线光源、原子化器、分光系统、检测系统和电源调制系统五部分组成。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,原子吸收光谱仪又叫原子吸收分光光度计。 火焰原子化 原子化方式 非火焰原子化 单光束原子吸收分光光度计 按入射光束 双光束原子吸收分光光度计,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,一、锐线光源,AAS对光源的要求： a）发射稳定的共振线，且为锐线； b）强度大，没有或只有很小的连续背景； c）操作方便，寿命长。,（一）空心阴极灯构造 (hollow cathode lamp),阴极: 钨棒作成圆筒形筒内熔入被测元素 阳极: 钨棒装有钛, 锆, 钽金属作成的阳极 管内充气：氩或氖称载气极间加压500-300伏要求稳流电源供电。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,当在正负电极上施加适当电压（200500V）时，在正负电极之间便开始放电,电子从阴极内壁射出，经电场加速后向阳极运动。 电子在由阴极射向阳极的过程中，与载气（惰性气体）原子碰撞使其电离成为阳离子。带正电荷的惰性气体离子在电场加速下，以很快的速度轰击阴极表面，使阴极内壁的待测元素的原子溅射出来，在阴极腔内形成待测元素的原子蒸气云。 蒸气云中的待测元素的原子再与电子、惰性气体原子、离子发生碰撞而被激发，从而发射出所需频率的光。阴极发射出的光谱，主要是阴极元素的光谱（待测元素的光谱，另外还杂有内充惰性气体和阴极杂质的光谱）,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,工作过程：高压直流电（300V）-阴极电子-撞击隋性原子-电离(二次电子维持放电)-正离子-轰击阴极-待测原子溅射-聚集空心阴极内被激发-待测元素特征共振发射线。 影响谱线性质之因素：电流、充气种类及压力。 电流越大，光强越大，但过大则谱线变宽且强度不稳定；充入低压惰性气体可防止与元素反应并减小碰撞变宽。 问题：为什么HCL会产生低背景的锐线光源？ 答：低压原子密度低，Lorentz Broadening小；小电流温度低Doppler Broadening 小，故产生锐线光源！惰性气体难于激发且谱线相对简单低背景。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,1. 火焰原子化器 由四部分组成： a）喷雾器； b）雾化室 c）燃烧器 d）火焰,二、原子化器(Atomizer) 原子化器是将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,34,*,返回,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,1. 雾化器：将试样雾化。普遍采用同心型气动雾化器。要求稳定、雾粒细而均匀、雾化效率高、适应性高（可用于不同比重、不同粘度、不同表面张力的溶液）。,主要缺点：雾化效率低。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2.雾化室：又称预混室。主要有三个作用，一使较大雾滴沉降、凝聚从废液口排出；二是使雾粒与燃气助燃气均匀混合形成气溶胶，再进入火焰原子化；三是起“缓冲”稳定混合气气压作用，使燃烧器产生稳定火焰。 3. 燃烧器：产生火焰并使试样蒸发和原子化的装置。有单缝和三缝两种形式，其高度和角度可调（让光通过火焰适宜的部位并有最大吸收）。 燃烧器质量主要由燃烧狭缝的性质和质量决定（光程、回火、堵塞、耗气量）。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,4. 火焰 （1）火焰的种类和性质 火焰分焰心（发射强的分子带和自由基，很少用于分析）、内焰（基态原子最多，为分析区）和外焰（火焰内部生成的氧化物扩散至该区并进入环境）。 燃烧速度：混合气着火点向其它部分的传播速度。当供气速度大于燃烧速度时，火焰稳定。但过大则导致火焰不稳或吹熄火焰，过小则可造成回火。,天然气-空气火焰,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,乙炔-空气 火焰 是原子吸收测定中最常用的火焰，该火焰燃烧稳定，重现性好，噪声低，温度高（2600 K)，对大多数元素有足够高的灵敏度。 氢-空气 火焰 燃烧速度较乙炔-空气 火焰高，但温度较低（2600 K) ，优点是背景发射较弱，透射性能好。 乙炔-氧化亚氮 火焰 的优点是火焰温度高（3200 K) ，而燃烧速度并不快，适用于难原子化元素的测定，用它可测定70多种元素。,常用的火焰体系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,火焰原子化的能力不仅取决于火焰温度，还与火焰的氧化还原性质有关。火焰的氧化还原性质取决于燃气和助燃气的流量比例，按燃助比可将火焰分为三种： 化学计量型(约1:4)：指燃助比近似于二者反应的计量关系，又称中性火焰。温度高、稳定、干扰小、背景低，适于大多数元素分析； 富燃火焰(约1:3)：燃助比大于化学计量比。燃烧不完全、温度略低，具还原性，适于易氧化而形成难分解的氧化物的元素。但干扰较大、背景高。 贫燃火焰(约1:6)：燃助比小于化学计量比。温度最低，具氧化性，适于易解离和易电离的元素，如碱金属。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（2）火焰原子化过程 原子化过程可分为四个阶段，即雾化、干燥、气化化和解离。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,(二) 非火焰原子化器（石墨炉原子化器Graphite furnace Atomizer）,火焰原子化器基态气态原子在火焰吸收区停留时间短（10-4s）；原子蒸气被大量气态稀释，灵敏度较低。非火焰原子化器是利用电热、阴极溅射、高频感应或激光等方法使试样中待测元素原子化。,石墨炉组成：包括炉体、石墨管和供给系统（电、水、气）三部分。优点：试样用量少，液体几毫升，固体几毫克；原子化效率几乎达到100%；基态原子在吸收区停留时间长，约为0.1s。灵敏度较高。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,电源：1025V，500A。用于产生高温。 保护系统： 保护气（Ar）分成两路 管外气防止空气进入，保护石墨管不被氧化、烧蚀。 管内气流经石墨管两端及加样口，可排出空气并驱 除加热初始阶段样品产生的蒸汽 冷却水金属炉体周围通水，以保护炉体。 石墨管：多采用石墨炉平台技术。在管内置一放样品的石墨片，当管温度迅速升高时，样品因不直接受热（热辐射），因此原子化时间相应推迟。或者说，原子化温度变化较慢，从而提高重现性。另外，从经验得知，当石墨管孔隙度小时，基体效应和重现性都得到改善，因此通常使用裂解石墨作石墨的材料。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,原子化过程可分为四个阶段，即干燥、灰化、原子化和净化。如图,虚线：阶梯升温 实线：斜坡升温,干 燥：去除溶剂，防样品溅射；温度控制在稍高于溶剂的沸点。 灰 化：使基体和有机物尽量挥发除去；减少分子吸收。灰化温度 500800，灰化时间为1020s. 原 子 化：待测物化合物分解为基态原子，此时停止通 Ar，延长原子停 留时间，提高灵敏度;原子化温度18003000，时间58s. 净 化：样品测定完成，高温(25003200)去残渣,58s，净化石墨 管。称为空烧和清洗。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,其他原子化方法,（1）低温原子化方法 主要是氢化物原子化方法，原子化温度700900C ； 主要应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素 原理： 在酸性介质中，与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。例 AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 +4NaCl +4HBO2+13H2 将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物，送入原子化器中检测。 特点：原子化温度低 ； 灵敏度高（对砷、硒可达10-9g）； 基体干扰和化学干扰小；,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（2）冷原子化法,低温原子化方法（一般700900C）； 主要应用于：各种试样中Hg元素的测量； 原理： 将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺完全还原为金属汞后，用气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体测量管中进行吸光度测量。 特点：常温测量； 灵敏度、准确度较高（可达10-8g汞）；,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,三、分光系统 (一) 外光路 也称为照明系统。作用：使锐线光源辐射的共振发射线能正确的通过或聚焦于原子化区，并把透过光聚焦于单色器的入射狭缝。 (二) 单色器 也称为内光路。包括出射、入射狭缝、反射镜和色散原件（多用光栅）。 单色器的作用在于将空心阴极灯阴极材料的杂质发出的谱线、惰性气体发出的谱线以及分析线的邻近线等与共振吸收线分开。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,在原子吸收光度计中，单色器通常位于光焰之后，这样可分掉火焰的杂散光并防止光电管疲劳。 由于锐线光源的谱线简单，故对单色器的色散率和分辨率要求不高。 分光系统的分辨能力取决于色散元件的色散率和狭缝宽度。实际工作中，往往通过选择合适的光谱通带选择狭缝宽度。光谱通带（W）: 指通过单色器出射光束波长的范围。当倒色散率（D）一定时，光谱通带与狭缝宽度的关系为： W=DS。 减少狭缝宽度，出射光的强度减弱，可提高分辨能力，有利于消除干扰谱线。但若太小，透过光强度减弱，分辨灵敏度下降。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,四、检测器： 包括光电倍增管、检波放大器和读出装置（详见前述）。,一般狭缝宽度调节在0.012mm之间。 一般情况，对于大多数元素，光谱通带在0.54 nm之间。 对于谱线较复杂的元素：Fe、Co、Ni烯土元素等，易用较小的狭缝，选用0.2 nm的光谱通带,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,五、原子吸收仪器类型 单光束： 1）结构简单，体积小，价格低； 2）易发生基线漂移，空心阴极灯要预热 双光束： 1）基线漂移小，空心阴极灯不需预热，降低了方法检出限（MDL）； 2）仍不能消除火焰的波动和背景的影响,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,第四节 原子吸收光谱法的干扰及其抑制,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,一、 物理干扰及其抑制,是指由于试液与标准溶液物理性质有差别，引起进样速度、进样量、雾化效率、原子化效率的变化而产生的干扰。溶液的粘度、表面张力或溶液密度等变化，影响样品雾化和气溶胶到达火焰的传递等会引起的原子吸收强度的变化。非选择性干扰，对试样中个元素的影响基本相同。 消除方法：（1）配制被测试样组成相近溶液，或用标 准化加入法。 （2）避免使用粘度大的硫酸、磷酸处理试 样，浓度高可用稀释法。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,二、 化学干扰,化学干扰是指被测元原子与共存组分发生化学反应生成稳定的化合物，影响被测元素原子化。是主要干扰。 例如：PO-34 Ca2+的反应，干扰Ca的测定。 Al，Si在空气-乙炔中形成的稳定化合物。 W、B、La、Zr、Mo在石墨炉形成的碳化物。,这些是选择性干扰，分不同情况采取不同方法。 如： 磷酸盐干扰Ca，当加入La或 Sr时，可释放出Ca来。EDTA与Ca、Mg形成螯合物，从而抑制磷酸根的干扰。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,一般消除方法有：,(1)选择合适的原子化方法 提高原子化温度，化学干扰会减小，在高温火焰中P043- 不干扰钙的测定。 （2）加入释放剂 （广泛应用） （3）加入保护剂 如铝的存在干扰镁的测定，是因为生成了难挥发的MgO.Al2O3,加入8羟基喹啉后，与铝生成稳定性较强的Al(C9H6ON)3等，即有强的络 合作用，又易于被破坏掉。 （4）加基体改进剂 测NaCl中的镉，加入NH4NO3；测定水中的Si，加入CaO. （5）化学分离法,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,释放剂其作用是与干扰物生成比被测元素更稳定的化合物，使被测元素从化合物中释放出来。如上述所说的PO43-干扰Ca的测定，可加入La、Sr盐类，它们与Ca生成更稳定的磷酸盐，把Ca释放出来。 保护剂其作用是它能与被测元素生成稳定且易分解的配合物，以防止被测元素与干扰组分生成难解离的化合物。保护剂一般是有机配合剂，用的最多的是EDTA和8-羟基喹啉。例如，Cu干扰Ca的测定，当加EDTA后，生成EDTA-Cu配合物。Al对Ca、Mg的干扰可用8-羟基喹啉作保护剂； 缓冲剂有的干扰当干扰物质达到一定浓度时，干扰趋于稳定，这样，把被测溶液与标准溶液加入同样达到干扰稳定量时，干扰物质对测定就不发生影响。如用乙炔一氧化二氮火焰测定Ti时，Al抑制了Ti的吸收。但是当Al的浓度大于200ug/ml后，吸收就趋于稳定。因此在试样及标样中都加200ug/ml的干扰元素，则可消除其干扰。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,三、 电离干扰,在高温下原子会电离使基态原子数减少, 吸收下降, 称电离干扰. 消除的方法是加入过量消电离剂, 所谓的消电离剂, 是电离电位较低的元素, 加入时, 产生大量电子, 抑制被测元素电离. K - K+ + e Ba+ e - Ba,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,4、 (一）谱线干扰及抑制,吸收线重叠：待测元素分析线与共存元素的吸收线重叠。 消除方法: 减小狭缝,降低灯电流,或换其它分析线.,（二） 背景干扰,背景干扰也是光谱干扰，主要指分子吸与光散射造成光谱背景。分子吸收是指在原子化过程中生成的分子对辐射吸收，分子吸收是带光谱。光散射是指原子化过程中产生的微小的固体颗粒使光产生散射，造成透过光减小，吸收值增加。 背景干扰，一般使吸收值增加。产生正误差。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,背景干扰的的校正方法,1.用邻近非共振线校正背景 用分析线测量原子吸收与背景吸收的总吸光度，因非共振线不产生原子吸收 用它来测量背景吸收的吸光度。两者之差值即为原子吸收的吸光度。 例 分析线 非共振线 Ag 32807 Ag 31230 Ca 42267 Ne 43040 Hg 25363 Al 26692,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2.连续光源校正背景,先用锐线光源测定分析线的原子吸收和背景吸收的总和。再用连续光源如氘灯（紫外区）或碘钨灯、氙灯（可见区）在同一波长测定背景吸收（这时原子吸收可忽略不计）计算两次测定吸光度之差，即为原子吸收光度。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,3.Zeeman 效应校正背景,该法是在磁场作用下，简并的谱线发生分裂的现象。 Zeeman方法： 光源调制磁场加在光源上。 吸收线调制磁场加在原子化器上使用广泛。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,一、 定量分析方法,(一) 标准曲线法 这是最常用的分析方法。校准曲线法最重要的是绘制一条校准曲线.配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液,在与试样测定完全相同的条件下，依浓度由低到高的顺序测定吸光度。绘制吸光度A对浓度c的校准曲线。测定试样的吸光度值，在标准曲线上用内插法求出被测元素的含量。,第五节原子吸收光谱定量分析,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（二）标准加入法,Ax= k C As= k（Cs + Cx） Cx= AxCs/（As-Ax） 标准加入法能消除基体干扰和某些化学干扰，不能消背景干扰。使用时，注意要扣除背景干扰。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,例题 用标准加入法测定血清中锂的含量。锂标准溶液配制：称取1.5988g光谱纯的硫酸锂(Li2SO4H2O)移入500ml容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。取4分0.100ml血清试样分别加入锂标准溶液0.0，10.0，20.0，30.0L, 然后用蒸馏水分别定容到5.00ml。锂原子吸收波长为670.8nm，用锂元素的空心阴极灯，灯电流5mA，缝宽0.5nm，空气-乙炔贫燃火焰测得的吸光度依次为0.201，0.414，0.622，0.835。计算此血清中锂的含量。M(Li2SO4H2O) 为127.9gmol-1,解 （1）锂标准溶液浓度 cs = =0.05000molL-1,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（2）当加入10.0L锂标准溶液到5.00ml水中（其中含有0.100ml的血清试样），加入的锂浓度为 cs1= =1.00×10-4 molL-1 同理计算加入20.0；30.0L浓度分别为2.00×10-4 molL-1 ；3.00×10-4 molL-1 （3）利用实验获得的数据绘出标准加入法测定血清中锂含量的工作曲线。外延曲线与横坐标轴相交，交点至原点的距离为锂的浓度cx=1.00×10-4 molL-1。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,标准加入法测定血清中锂含量的工作曲线,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,二、灵敏度与检出限,（一）灵敏度 定量方程： X f（C） IUPAC规定, 灵敏度为: S = dX/dC, 即标准曲线的斜率。 1. 特征浓度 习惯上采用低浓度或低含量时标准曲线斜率的倒数表征测定元素灵敏度，即特征浓度. 特征浓度是指产生1%吸收时，水溶液中某元素的浓度。通常用mg/ml/1%表示。 1%吸收相当于吸光度为0.0044。 即：,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,因此， s为试液的质量浓度（g/ml），A为其吸光度. 2. 特征质量 mc s为试液的质量浓度（g/ml）， V为试液进样体积。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,(二）检出限 D,检出限是指仪器能以适当的置信度检出元素的最低浓度或最低质量。根据IUPAC规定，检出限表示被测元素能产生的信号为空白值的标准偏差3倍（3）时元素的质量浓度或质量。因此， Am = Kc 3 = KD 原子吸收法相对检出限为 Am 为平均吸光度, 空白溶液吸光度标准偏差, C为浓度。,例如：现测定铅时，0.1g/ml铅的标准溶液产生吸光度为0.24，检测限为多少?空白测定20次的均方误差0.012。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,解: D = 0.1×3×0.012/0.24 g/ml = 0.015g/ml,三 测定条件的选择 1.分析线的选择 2.单色器光谱通带的选择 以排除光谱干扰和具有一定 透光强度为原则。 3.灯电流的选择 原则：在保证空心阴极灯有稳定辐射和足够的入射强度下，尽量使用最低的灯电流。 4.原子化条件的选择 （1）火焰原子吸收法 （2）石墨炉原子吸收法,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,应用,应用广泛的微量金属元素的首选测定方法(非金属元素可采用间接法测量)。 (1)头发中微量元素的测定微量元素与健康关系； (2)水中微量元素的测定环境中重金属污染分布规律；,(3)水果、蔬菜中微量元素的测定； (4) 矿物、合金及各种材料中微量元素的测定； (5) 各种生物试样中微量元素的测定。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,原子吸收光谱的新进展,连 续 光 源 原 子 吸 收 光 谱 仪 原子吸收使用的光源主要是空心阴极灯，即锐线光源。锐线光源有着众所周知的诸多优点，但因每分析一个元素就要更换一个元素灯，再加上灯工作电流、波长等参数的选择和调节，使原子吸收分析的速度、信息量和使用的方便性等方面受到了限制。分析速度慢和依赖空心阴极灯的固有特性成了原吸收光谱的致命弱点。克服这些缺点的最有效的方法，就是采用连续光源进行多元素测定。连续光源原子吸收成为分析工作者的一个长期梦想。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,连续光源原子吸收仪(ContrAA,德国),2004 年4 月，德国耶拿分析仪器股份公司 （Analytik Jena AG）成功地设计和生产出了连光源原子吸收光谱仪contrAA ，世界第一台商品化连续光源原子吸收诞生了！,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,第六节 原子荧光光谱法 Atomic Fluorescence Spectrometry（AFS）,概 述 原子荧光光谱法是1964年以后发展起来的分析方法。原子荧光光谱法是以原子在辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的发射光谱分析法。但所用仪器与原子吸收光谱法相近。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,原子荧光光谱法的优点： （1）有较低的检出限，灵敏度高。特别对Cd、Ag等元素有相当低的检出限，Cd可达0.001ng·cm-3、Zn为0.01ng·cm-3。现已有2O多种元素低于原子吸收光谱法的检出限。由于原子荧光的辐射强度与激发光源成比例，采用新的高强度光源可进一步降低其检出限。 （2）干扰较少，谱线比较简单，采用一些装置，可以制成非色散原子荧光分析仪。这种仪器结构简单，价格便宜。 （3）分析标准曲线线性范围宽，可达35个数量级。 （4）由于原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易制作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（一）原子荧光光谱的产生 气态自由原子吸收特征辐射后跃迁到较高能级，然后又跃迁回到基态或较低能级。同时发射出与原激发辐射波长相同或不同的辐射即原子荧光。各种原子都有特定的原子荧光光谱。,一、原子荧光光谱法的基本原理,（二）原子荧光的类型 原子荧光分为共振荧光，非共振荧光与敏化荧光等三种类型，,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（1）共振荧光 发射与原子吸收线波长相同的荧光为共振荧光。如锌原子吸收213.86nm的光，它发射荧光的波长也为213.86nm。共振荧光强度最大，最为常用。 （2）非共振荧光 荧光的波长与激发光不同时，称非共振荧光。( i. 直跃线荧光，ii. 阶跃线荧光，iii. antistores荧光。）,i. 直跃线荧光 激发态原子跃迁回至高于基态的亚稳态时所发射的荧光称为直跃线荧光。由于荧光的能级间隔小于激发线的能级间隔，所以荧光的波长大于激发线的波长。如铅原子吸收 283.31nm的光，而发射 405.78nm的荧光。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,它是激发线和荧光线具有相同的高能级，而低能级不同。如果荧光线激发能大于荧光能，即荧光线的波长大于激发线的波长称为Stokes荧光；反之，称为antiStokes荧光。直跃线荧光为Stokes荧光。,ii. 阶跃线荧光 有两种情况，正常阶跃荧光为被光照激发的原子，以非辐射形式去激发返回到较低能级，再以辐射形式返回基态而发射的荧光。很显然，荧光波长大于激发线波长。例钠原子吸收 330.30nm光，发射出588.99 nm的荧光。非辐射形式为在原子化器中原子与其他粒子碰撞的去激发过程。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,热助阶跃线荧光为被光照激发的原子，跃迁至中间能级，又发生热激发至高能级，然后返回至低能级发射的荧光。例如铬原子被359.35nm的光激发后，会产生很强的3 5 7. 8 7nm荧光。,iiianti -Stokes荧光 当自由原子跃迁至某一能级，其获得的能量一部分是由光源激发能供给，另一部分是热能供给，然后返回基态所发射的荧光为anti-Stokes荧光。其荧光能大于激发能，荧光波长小于激发线波长。例如铟吸收热能后处于一较低的亚稳能级，再吸收450.13nm的光后，发射410.18nm的荧光。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（3）敏化荧光 受激发的原子与另一种原子碰撞时，把激发能传递给另一个原子使其激发，后者再从辐射形式去激发而发射荧光即为敏化荧光。火焰原子化器中观察不到敏化荧光，在非火焰原子化器中才能观察到。,a b c d,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（三）原子荧光强度,A为有效面积, I0 为单位面积上光的强度, l为吸收光程长， N为基态原子数,k为峰值吸收系数.,展开方程, 忽略高次时, 可得： If = AI0klN If = kC 原子荧光强度与被测元素浓度或密度成正比。,If = Ia If荧光强度, 为荧光效率, 表示发射荧光光子数与吸收激发光光子数之比， 通常1。Ia吸收光的强度.,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,4量子效率与荧光猝灭 量子效率： = f/A f 单位时间时内发射的荧光光子数 A单位时间内吸收激发光的光子数 一般小于1。,荧光猝灭 受激原子和其他粒子碰撞，把一部分能量变成热运动与其他形式的能量，因而发生无辐射的去激发过程。 A* + B = A + B + H 可用氩气来稀释火焰，减小猝灭现象。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,二、原子荧光光谱仪器,荧光仪分为两类，色散型和非色散型。 荧光仪与原子吸收仪相似，但光源与其他部件不在一条直线上，而是900 直角，而避免激发光源发射的辐射对原子荧光检测信号的影响。 (见图),2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,激发光源 可用线光源或连续光源 空心阴极灯或氙弧灯 色散系统 色散型 光栅 非色散型 滤光器 检测系统 光电倍增管、原子化器，与原子吸收相同,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,三、定量分析方法及应用,（一）标准曲线法 用已知浓度的标准物质经过和未知样品相同的处理之后，配制成标准系列，逐一测定荧光强度，以荧光强度为纵坐标，标准溶液的浓度为横坐标绘制成标准曲线。用未知样品的荧光强度在标准曲线中查出对应浓度。,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,（二）标准对照法 若已知某荧光物质的标准溶液浓度为cs,其荧光强度为Fs, 同样测定此荧光物质的未知样品的荧光强度为Fx, 其浓度为cx, 分别带入If = kC关系式。按比例关系计算试样中荧光物质含量cx= 。,当空白溶液不为0%时，则必须从Fs和Fx值中扣除空白溶液的荧光强度Fo,cx =,2019/5/8,菏泽学院化学与化工系,例题 用荧光法测定复方炔诺酮片中炔雌醇（一种合成雌激素）的含量，取供试品20片，研细后溶于无水乙醇中并稀释至250.0ml，过滤，取滤液5.00
