第八章 原子吸收光谱共59页
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
火焰温度的选择：
只要保证待测元素充分离解为基态原子就可以，超过所需 温度，使激发态原子增加；
（a）确保待测元素充分离解为基态原子的前提下，选用低 温火焰
（b）火焰温度取决于燃气与助燃气类型。(表8-3)
2020/4/1
2020/4/1
常用的火焰类型 空气-乙炔、空气-氢气、氧化亚氮-乙炔
按照燃气与助燃气的比例，火焰分为： （1）中性火焰 （2）贫燃性火焰（氧化性） （3）富燃性火焰（还原性）
（1）雾化器
作用：使试液雾化 结构如图所示 雾化效率10％
2020/4/1
（2）燃烧器
作用： 产生火焰 预混合型燃烧器：试液雾化后 进入预混合室与燃气混合，较大 雾滴凝结在壁上，经废液管排出， 小的雾滴进入火焰。
2020/4/1
（3）火焰
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解等过程产生大 量基态原子。
2020/4/1
对于空气—乙炔火焰：
1、贫燃火焰 氧化性气氛，适用于不易氧化的元素和碱金属测定。 2、富燃火焰 还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元 素Mo、Cr稀土等。 3、化学计量火焰 温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。 日常分析中，通常选用中性火焰
2020/4/1
4.石墨炉原子化装置
2020/4/1
吸收线轮廓
吸收线轮廓
2020/4/1
表征吸收线轮廓的参数： 中心频率0
吸收线半宽度：Δ
最大的吸收系数K0所对应频率 0 称为中心频率
K0/2处吸收线轮廓两点间的距离称
为吸收线半宽度（Δ，10-3nm）
吸收峰变宽原因：
（1）自然宽度：谱线自身具有一定的宽度。 （2）多普勒变宽（热变宽）： 原子在空间做无规则热运 动导致的
特点： （1）只有一个操作参数：工作电流 （2）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 （3）每测一种元素需更换相应的灯。
2020/4/1
三、原子化系统
1.作用
将试样中待测元素转变成原子蒸气。
2.原子化方法 火焰法 无火焰法—石墨炉原子化器
2020/4/1
3.火焰原子化装置 包括雾化器和燃烧器，常用的为预混合型原子化器
（1）工作原理：大电流通过石墨管产生高 热、高温使试样原子化 （1）石墨管长28mm
内径8mm 有小孔加试 样，石墨管装在炉体中 （2）惰性气体保护已经 原子化的原子不再被氧 化。 （3）夹层通冷却水，确 保石墨管完成样品分析 后迅速回到室温
2020/4/1
2020/4/1
二、光源
1.作用
提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求；
（1）能发射锐线； （2）能发射待测元素的共振线；有足够强度 （3）辐射光强度稳定。
2020/4/1
2.空心阴极灯
• 用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。 • 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。
当使用锐线光源时，A = k N0 L =k’ c （比尔定律）
2020/4/1
原子吸收定 量基础
§8-3 原子吸收分光光度计
2020/4/1
2020/4/1
2020/4/1
2020/4/1
一、流程
单光束：光源强度变化而导致基线漂移 双光束：可以通过参比光束的作用克服基线漂移
特点
(1)采用锐线光源 (2)单色器在火焰与检测器之间
(1)灵敏度高,检出限低(火焰：10-9g/ml，石墨炉：10-13 g (2)选择性好 (3)准确度高 (4)测定范围广(可直接测定70多种元素）
2020/4/1
§8-2 原子吸收光谱的原理
1、共振线、特征谱线
外层电子从基态跃迁到第一激发态，吸收一定频率的辐 射能量,产生共振吸收线（简称共振线）
（1）不同元素的原子结构和外层电子排布不同，共振线 不同，共振线是元素的特征谱线。
（2）利用基态原子蒸气对特征谱线（共振线）的吸收进 行定量分析
2020/4/1
2、谱线轮廓与谱线变宽
原子吸收线不是一条单一频率的线，而是有一定的频率 范围，即有一定宽度。
谱线的轮廓是谱线强度随频率变化的曲线，一般用原子 蒸气对频率为的光的吸收系数K 随频率 的变化来描述 吸收线轮廓
2πln2e2 K00.434vD mN c0 f
峰值吸收与原子浓度成正比
2020/4/1
通过A和K0的关系，得出：
2πln2 e2
A0.434D mN c0fLkL0N
当使用锐线光源时，吸光度与原子蒸汽中待测元素的 基态原子数成正比 AkLN0
2020/4/1
火焰温度低于3000K时，可以用基态原子数代表待测元 素的原子总数
（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）：原子吸 收区气体压力变大时，相互碰撞引起的变宽。
劳伦兹变宽： 待测原子和其他原子碰撞。 赫鲁兹马克变宽（共振变宽）：同种原子碰撞。
在一般分析条件下吸收线的轮廓受多普勒变宽ΔD 和劳伦兹变宽ΔL 的影响
2020/4/1
3、原子吸收光谱的测量（积分吸收和峰值吸收） 钨灯和氘灯光源，经光栅或棱镜分光后，光谱通带0.2 mm。
而原子吸收线半宽度：10-3 nm。如图：
若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0.5%。 要测量光减弱的程度，灵敏度极差。
2020/4/1
（1）积分吸收：吸收线轮廓内吸收系数的积分，称为 积分吸收系数，简称积分吸收（谱线下所围 为 单位体积的基态原子数
如果测出积分吸收即可得到原子浓度。要测量半宽度 只有10-3 nm的积分吸收。需要分辨率很高的单色器，一般 光谱仪达不到。
2020/4/1
§8-1 概述
原子吸收光谱法(也称原子吸收分光光度法) P227 基于原子蒸气对其特定谱线（特征谱线）吸收作用进
行定量分析的方法；
2020/4/1
原子吸收光谱： 从光源发出的被测元素的特征辐射
通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸 收，由辐射的减弱程度测定元素含量.
原子吸收光谱法的特点：
2020/4/1
1955年，瓦尔西提出在原子吸收分析中用锐线光源，测 量谱线的峰值吸收
锐线光源：发射线的Δν小于吸收线的 Δν。
2020/4/1
（2）峰值吸收
峰值吸收系数K0，简称峰值吸收 采用锐线光源进行测量，则Δνe《 Δνa ，在发射线宽度范围内，Kν可近 似认为不变，并近似等于峰值时的 吸收系数K0
只要保证待测元素充分离解为基态原子就可以，超过所需 温度，使激发态原子增加；
（a）确保待测元素充分离解为基态原子的前提下，选用低 温火焰
（b）火焰温度取决于燃气与助燃气类型。(表8-3)
2020/4/1
2020/4/1
常用的火焰类型 空气-乙炔、空气-氢气、氧化亚氮-乙炔
按照燃气与助燃气的比例，火焰分为： （1）中性火焰 （2）贫燃性火焰（氧化性） （3）富燃性火焰（还原性）
（1）雾化器
作用：使试液雾化 结构如图所示 雾化效率10％
2020/4/1
（2）燃烧器
作用： 产生火焰 预混合型燃烧器：试液雾化后 进入预混合室与燃气混合，较大 雾滴凝结在壁上，经废液管排出， 小的雾滴进入火焰。
2020/4/1
（3）火焰
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解等过程产生大 量基态原子。
2020/4/1
对于空气—乙炔火焰：
1、贫燃火焰 氧化性气氛，适用于不易氧化的元素和碱金属测定。 2、富燃火焰 还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元 素Mo、Cr稀土等。 3、化学计量火焰 温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。 日常分析中，通常选用中性火焰
2020/4/1
4.石墨炉原子化装置
2020/4/1
吸收线轮廓
吸收线轮廓
2020/4/1
表征吸收线轮廓的参数： 中心频率0
吸收线半宽度：Δ
最大的吸收系数K0所对应频率 0 称为中心频率
K0/2处吸收线轮廓两点间的距离称
为吸收线半宽度（Δ，10-3nm）
吸收峰变宽原因：
（1）自然宽度：谱线自身具有一定的宽度。 （2）多普勒变宽（热变宽）： 原子在空间做无规则热运 动导致的
特点： （1）只有一个操作参数：工作电流 （2）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 （3）每测一种元素需更换相应的灯。
2020/4/1
三、原子化系统
1.作用
将试样中待测元素转变成原子蒸气。
2.原子化方法 火焰法 无火焰法—石墨炉原子化器
2020/4/1
3.火焰原子化装置 包括雾化器和燃烧器，常用的为预混合型原子化器
（1）工作原理：大电流通过石墨管产生高 热、高温使试样原子化 （1）石墨管长28mm
内径8mm 有小孔加试 样，石墨管装在炉体中 （2）惰性气体保护已经 原子化的原子不再被氧 化。 （3）夹层通冷却水，确 保石墨管完成样品分析 后迅速回到室温
2020/4/1
2020/4/1
二、光源
1.作用
提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求；
（1）能发射锐线； （2）能发射待测元素的共振线；有足够强度 （3）辐射光强度稳定。
2020/4/1
2.空心阴极灯
• 用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。 • 空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。
当使用锐线光源时，A = k N0 L =k’ c （比尔定律）
2020/4/1
原子吸收定 量基础
§8-3 原子吸收分光光度计
2020/4/1
2020/4/1
2020/4/1
2020/4/1
一、流程
单光束：光源强度变化而导致基线漂移 双光束：可以通过参比光束的作用克服基线漂移
特点
(1)采用锐线光源 (2)单色器在火焰与检测器之间
(1)灵敏度高,检出限低(火焰：10-9g/ml，石墨炉：10-13 g (2)选择性好 (3)准确度高 (4)测定范围广(可直接测定70多种元素）
2020/4/1
§8-2 原子吸收光谱的原理
1、共振线、特征谱线
外层电子从基态跃迁到第一激发态，吸收一定频率的辐 射能量,产生共振吸收线（简称共振线）
（1）不同元素的原子结构和外层电子排布不同，共振线 不同，共振线是元素的特征谱线。
（2）利用基态原子蒸气对特征谱线（共振线）的吸收进 行定量分析
2020/4/1
2、谱线轮廓与谱线变宽
原子吸收线不是一条单一频率的线，而是有一定的频率 范围，即有一定宽度。
谱线的轮廓是谱线强度随频率变化的曲线，一般用原子 蒸气对频率为的光的吸收系数K 随频率 的变化来描述 吸收线轮廓
2πln2e2 K00.434vD mN c0 f
峰值吸收与原子浓度成正比
2020/4/1
通过A和K0的关系，得出：
2πln2 e2
A0.434D mN c0fLkL0N
当使用锐线光源时，吸光度与原子蒸汽中待测元素的 基态原子数成正比 AkLN0
2020/4/1
火焰温度低于3000K时，可以用基态原子数代表待测元 素的原子总数
（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）：原子吸 收区气体压力变大时，相互碰撞引起的变宽。
劳伦兹变宽： 待测原子和其他原子碰撞。 赫鲁兹马克变宽（共振变宽）：同种原子碰撞。
在一般分析条件下吸收线的轮廓受多普勒变宽ΔD 和劳伦兹变宽ΔL 的影响
2020/4/1
3、原子吸收光谱的测量（积分吸收和峰值吸收） 钨灯和氘灯光源，经光栅或棱镜分光后，光谱通带0.2 mm。
而原子吸收线半宽度：10-3 nm。如图：
若用一般光源照射时，吸收光的强度变化仅为0.5%。 要测量光减弱的程度，灵敏度极差。
2020/4/1
（1）积分吸收：吸收线轮廓内吸收系数的积分，称为 积分吸收系数，简称积分吸收（谱线下所围 为 单位体积的基态原子数
如果测出积分吸收即可得到原子浓度。要测量半宽度 只有10-3 nm的积分吸收。需要分辨率很高的单色器，一般 光谱仪达不到。
2020/4/1
§8-1 概述
原子吸收光谱法(也称原子吸收分光光度法) P227 基于原子蒸气对其特定谱线（特征谱线）吸收作用进
行定量分析的方法；
2020/4/1
原子吸收光谱： 从光源发出的被测元素的特征辐射
通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸 收，由辐射的减弱程度测定元素含量.
原子吸收光谱法的特点：
2020/4/1
1955年，瓦尔西提出在原子吸收分析中用锐线光源，测 量谱线的峰值吸收
锐线光源：发射线的Δν小于吸收线的 Δν。
2020/4/1
（2）峰值吸收
峰值吸收系数K0，简称峰值吸收 采用锐线光源进行测量，则Δνe《 Δνa ，在发射线宽度范围内，Kν可近 似认为不变，并近似等于峰值时的 吸收系数K0