第4章原子吸收光谱法PPT课件
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《分析化学》PPT课件
积分吸收与峰值吸收
• 锐线光源： 所发射谱线与原子化器中待测元素所吸收谱线中心频率（ν0）
一致，而发射谱线半宽度（ΔνE）远小于吸收谱线的半宽度 （ ΔνA ）。
原子吸收光谱法的特点
选择性好：空心阴极灯作锐线光源，光 谱干扰小。
灵敏度高：适应于微量与痕量金属与 类金属分析。石墨炉原子化法，10-10～10-14水平。
精密度高。操作方便和快速。 应用范围广：分析不同含量、不同性质、不 同状态的元素。 局限性：不适于多元素混合物的定性分析， 难以原子化的元素分析灵敏度低。
在原子光谱中的带光谱和连续光谱
• 当获得原子的线光谱时，除观察到线光谱外，还会出现带光谱和连 续辐射。
• 连续辐射来源于原子化介质中的热微粒物质产生的热辐射。等离子 体，电弧，火花也会产生带光谱和连续辐射。
原子吸收分光光度计
仪器结构与工作原理 原子化系统 原子吸收分光光度计的性能指标
仪器结构与工作原理
锐线光源 原子化器
单色器 检测器 计算机工作站
空心阴极灯（HLC）
火焰原子化器（FAAS） 石墨炉原子化器（GFAAS） 氢化物原子化器（HGAAS） 平面衍射光栅 中阶梯光栅二维色散系统
光电倍增管（PMT）
包括雾粒的脱溶剂、蒸发、解离等阶段。 大部分分子解离为气态原子。
火焰原子化
火焰原子化器 火焰的类型 火焰的构造及其温度分布 自由原子在火焰中的空间分布 燃气和助燃气的比例
火焰的类型
• 当空气作为助燃气时，由不同燃气获得的火焰温度在1 700～2 400 ℃。仅仅能够原子化那些易分解的试样。
• 对难熔的试样，必须采用氧或氮氧化合物作为助燃气进行原子化。
光源的调制也可用稳定的直流电供给空心 阴极灯，在空心阴极灯和火焰之间插入一个切 光器，进行机械调制。
原子吸收光谱法ppt课件
7
定量分析的依据
基态原子对共振线的吸收程度 与蒸气中基态原子的数目和原子蒸气 厚度的关系，在一定的条件下，服从 朗伯－比耳定律：
8
定量分析的依据
由于原子化过程中激发态原子数目和离子 数很少，因此蒸气中的基态原子数目实际上接近 于被测元素的总原子数目，而总原子数目与溶液 中被测元素的浓度c成正比。在L一定条件下：
9
原子吸收分光度计
10
原子吸收分光度计
光源 原子化器 单色器 检测系统
思考：光学系统（单色器）为什么在原子化器和检 测系统之间？
11
➢光 源
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 能发射待测元素的共振线； 2 能发射锐线； 3 辐射光强度大，稳定性好。
12
注意：在高浓度时，标准曲线易发生弯曲。 27
➢标准加入法
计算法:
设容量瓶A，待测元素浓度Cx，吸光度Ax； 容量瓶B，待测元素浓度为(Cx+Cs)，吸光 度为Ax+s，可求得被测试液元素的浓度为:
28
➢标准加入法
作图法:
设同体积容量瓶编号 A B C D
试液+标准溶液浓度 cx cx+ cs cx+ 2cs cx+ 4cs
原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、 原子化、净化( 去除残渣）四个阶段，待测元 素在高温下生成基态原子。
21
石墨炉原子化装置
优点：原子化程度高，试样用量少（1100μL），可测固体及粘稠试样，灵敏度 高，检测极限10-12 g/L。
缺点：精密度差，测定速度慢，操 作不够简便，装置复杂。
22
➢单色器
质和内充惰性气体的光谱; 14
定量分析的依据
基态原子对共振线的吸收程度 与蒸气中基态原子的数目和原子蒸气 厚度的关系，在一定的条件下，服从 朗伯－比耳定律：
8
定量分析的依据
由于原子化过程中激发态原子数目和离子 数很少，因此蒸气中的基态原子数目实际上接近 于被测元素的总原子数目，而总原子数目与溶液 中被测元素的浓度c成正比。在L一定条件下：
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原子吸收分光度计
10
原子吸收分光度计
光源 原子化器 单色器 检测系统
思考：光学系统（单色器）为什么在原子化器和检 测系统之间？
11
➢光 源
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 能发射待测元素的共振线； 2 能发射锐线； 3 辐射光强度大，稳定性好。
12
注意：在高浓度时，标准曲线易发生弯曲。 27
➢标准加入法
计算法:
设容量瓶A，待测元素浓度Cx，吸光度Ax； 容量瓶B，待测元素浓度为(Cx+Cs)，吸光 度为Ax+s，可求得被测试液元素的浓度为:
28
➢标准加入法
作图法:
设同体积容量瓶编号 A B C D
试液+标准溶液浓度 cx cx+ cs cx+ 2cs cx+ 4cs
原子化过程分为干燥、灰化（去除基体）、 原子化、净化( 去除残渣）四个阶段，待测元 素在高温下生成基态原子。
21
石墨炉原子化装置
优点：原子化程度高，试样用量少（1100μL），可测固体及粘稠试样，灵敏度 高，检测极限10-12 g/L。
缺点：精密度差，测定速度慢，操 作不够简便，装置复杂。
22
➢单色器
质和内充惰性气体的光谱; 14
第四篇 原子光谱分析法 原子吸收光谱法 ppt课件
3000 K
3 . 84 10 3 5 . 83 10 4 5 . 19 10 4 3 . 55 10 5 1 . 31 10 6 8 . 99 10 7 6 . 65 10 7 1 . 50 10 7 5 . 50 10 10
【谱线的轮廓】
0
Kv
K0
K0/ 2
相同点： 1）都是依据样品对入射光的吸收进行测量的。 2）两种方法都遵循朗伯-比耳定律。 3）就设备而言，均由四大部分组成，即光源、单色器、吸收池（或原子化 器）、检测器。 不同点： 1）吸收物质的状态不同。 紫外可见光谱：溶液中分子、离子，宽带分子光谱，可以使用连续光源。 原子吸收光谱：基态原子，窄带原子光谱，必须使用锐线光源。 2）单色器与吸收池的位置不同。 紫外可见：光源→单色器→比色皿。 原子吸收：光源→原子化器→单色器。
二、原子吸收分光光度计 1、仪器构造
锐线光源
原子化器
分光系统
检测系统
发射光谱
吸收
外光路系统
分光
光电转换
放大
光源
单色器
信号处理
检测器
原子化系统 分光系统
检测系统
单光束型 双光束型
【光源】
作用：提供待测元素的特征光谱。 种类： 空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯
空心阴极灯
1）结构：
空心阴极：钨棒/镍棒中熔入被测元素
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引起 能级的分裂,使谱线变宽的现象；影响较小；
在一般分析条件下ΔVo为主。
元素
Na Ba Sr V Ca Fe Co Ag
第四章 原子吸收光谱分析 2PPT课件
具有足够高的原子化效率； 具有良好的稳定性和重现形； 操作简单及低的干扰水平等。
常用的原子化器有：
火焰原子化器 非火焰原子化器
2020/11/13
火焰原子化法
➢ ➢ ➢
火焰原子化系统是由化学火焰热能提供能量，使被测元素原子化。 可分为预混合式和全消耗式(直接注入式)两种，应用较多的为预混合式。 预混合式火焰原子化系统的结构分为三部分，即喷雾器、雾化室与燃烧器。
轰击;
使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离
子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。
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。 灯指标：谱线宽度、强度、稳定度、背景等。这些指标与充入惰性气体的种类、压力
2020/11/13
火焰原子化法
喷雾器： 作用：将液滴转变为细雾。雾粒越细、 越多，在火焰中生成的基态原子越多。 目前应用最多的是同心型喷雾器。
当助燃气高速通过时，在毛细管外壁与喷嘴口构成的环形间隙中，形成负压区 ，将试样溶液吸入，并被高速气流分散成气溶胶，在出口与撞击球碰撞，进一 步分散成微米级的细雾。 材质：不锈钢、聚四氟乙烯、玻璃等。喷雾器.avi
4.2 原子吸收光谱
原子吸收光谱分析 分析仪器
atomic absorption spectrometry,AAS
4.2.2 光源
2020/11/13
光源
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： ➢ 能发射待测元素的共振线； ➢ 能发射锐线；发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度； ➢ 辐射的强度大；辐射光强稳定，使用寿命长等。 ➢ 空心阴极灯是符合上述要求的理想光源，应用最广。
常用的原子化器有：
火焰原子化器 非火焰原子化器
2020/11/13
火焰原子化法
➢ ➢ ➢
火焰原子化系统是由化学火焰热能提供能量，使被测元素原子化。 可分为预混合式和全消耗式(直接注入式)两种，应用较多的为预混合式。 预混合式火焰原子化系统的结构分为三部分，即喷雾器、雾化室与燃烧器。
轰击;
使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离
子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。
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。 灯指标：谱线宽度、强度、稳定度、背景等。这些指标与充入惰性气体的种类、压力
2020/11/13
火焰原子化法
喷雾器： 作用：将液滴转变为细雾。雾粒越细、 越多，在火焰中生成的基态原子越多。 目前应用最多的是同心型喷雾器。
当助燃气高速通过时，在毛细管外壁与喷嘴口构成的环形间隙中，形成负压区 ，将试样溶液吸入，并被高速气流分散成气溶胶，在出口与撞击球碰撞，进一 步分散成微米级的细雾。 材质：不锈钢、聚四氟乙烯、玻璃等。喷雾器.avi
4.2 原子吸收光谱
原子吸收光谱分析 分析仪器
atomic absorption spectrometry,AAS
4.2.2 光源
2020/11/13
光源
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： ➢ 能发射待测元素的共振线； ➢ 能发射锐线；发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度； ➢ 辐射的强度大；辐射光强稳定，使用寿命长等。 ➢ 空心阴极灯是符合上述要求的理想光源，应用最广。
仪器分析 第四章 原子吸收光谱法PPT课件
2020/8/10
5万
2020/8/10
一、光源
1.作用
发射待测元素的特征共振辐射。 在原子吸收分析中需要使用锐线光源 锐线光源需要满足的条件： （1）光源的发射线与待测原子的吸收线的ν0一 致。 （2）发射线的Δν要明显小于吸收线的 Δν。 提供锐线光源的方法：
空心阴极灯（HCL） 要测某种元素就要用该元素制成的空心阴极灯
2020/8/10
2.空心阴极灯
2020/8/10
结构如图所示
2020/8/10
3.空心阴极灯的原理
两极加电压（300～500V） →辉光放电→阴极电子飞 向阳极→途中与载气碰撞→载气电离→正离子→电场 作用下快速飞向阴极→猛烈轰击阴极表面→阴极被测 元素原子挣脱晶格束缚逃逸→空心阴极区域→被测元 素原子与电子、正离子、惰性气体原子碰撞→被测元 素原子被激发→发出特征共振辐射
2020/8/10
用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯
优缺点
（1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 （2）每测一种元素需更换相应的灯。 （3）有些元素无法做阴极材料，应用受限。
空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。 在保证稳定放电和合适的光强输出前提下，尽可能选 用较低的工作电流。 灯电流太小，放电不稳定；灯电流过高，会导致谱线 变宽、自吸增加、灯寿命缩短。
火焰原子化器优缺点
☆☆火焰原子化法的优点：重现性好、火焰稳定性高、 背景噪声低、易于操作的特点。 缺点：原子化效率仅为10%左右，灵敏度较低。
2020/8/10
4.无火焰原子化法（电热原子化法）
常用石墨炉原子化器。 实质就是一个石墨电阻加热器，用大电流加热石墨炉 ，最高温度可达3000℃，样品在石墨管内原子化。
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紫移：原子向光源方向运动，吸收频率高的波。 红移：原子背离光源方向运动，吸收频率低的光波。
2020/7/28
8
（3）压力（碰撞）变宽
①劳伦兹变宽△γL
待测原子和其它原子碰撞。
②赫尔兹马克变宽 △γH
同种原子碰撞。
当待测组分浓度较高时，才会发生赫尔兹马克
变宽△γH 。 火焰原子吸收变宽主要取决于△γL。 石墨炉法原子吸收主要是△γD。 △γL和△γD具有相同的数量级，为10-3nm
Mg λ= 285.2nm
2020/7/28
6
3.吸收峰形状（轮廓）
用特征吸收频率左右范围的辐射光照射时，
获得一峰形吸收（具有一定宽度）。
由：It=I0e-KvL ， 透射
光强度It和吸收系数Kγ 及辐射频率有关。
表征吸收线轮廓（峰） 的参数：
①特征频率0（峰
值频率）：最大 吸收系数对应的 频率或波长。特 征波长λ0 (nm)
2020/7/28
9
5.积分吸收和峰值吸收
■钨灯光源和氘灯经分光后，光谱通带为0.2nm。而
原子吸收线的半宽度为10-3nm。若用一般光源照射
时，吸收光的强度变化仅为0.5%
（0.001/0.2×100%），灵敏度极差。
■基态原子对共振吸收线全部能量的吸收，即谱线下
所围面积测量（积分吸收），
则是一种绝对测量方法，现在
2020/7/28
3
4-1 概述
一、定义
基于待测元素的基态原子蒸气对其特征谱
线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。
二、原子吸收光谱法的特点
1.灵敏度高：可达10-15～10-13g。
2.选择性好，干扰少，易消除。
3.精密度和准确度高。
4.测定元素多：70多种（主要指阳离子）
5.样品用量少，分析速度快。
16
3.空心阴极灯的原理 施加适当电压(300~500V)时，电子将从空
心阴极内壁流向阳极，与低压惰性气体碰撞 而使之电离，产生正电荷，在电场作用下， 向阴极内壁猛烈轰击。使阴极表面的金属原 子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、 惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，阴 极内辉光中便出现了阴极物质特征光谱。用 不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心 阴极灯。
中的Zn含量？（标准110～180ug/g）
★世界八大“公害事件”之一 骨痛病事件：1955年—1972年间，日本富山县神通 川流域，排含Cd废水入稻田进行灌溉而引起的Cd 中毒事件。
★海水中重金属测定方法？（0.x ～几十ug/L） ★SK-Ⅱ化妆品中Al超标事件。铝盐除具有抑汗作用
外，还具有杀菌、抑菌作用，是收敛剂。
2020/7/28
4
4-2 原子吸收光谱法的基本原理
一、原子吸收光谱的产生 1.原子的能级与跃迁
ΔEhγ hc
λ
（1）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
（主或第一）共振线] — “吸收光谱”
（2）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]
— “发射光谱”
所以：A=lg(I0 /I)=K' c
2020/7/28
14
一、流程
2020/7/28
15
二、光源
1.作用
提供待测元素的特征谱线。获得较高的灵敏
度和准确度。
光源应满足如下要求： (1)能发射待测元素的共振线。 (2)能发射锐线。 (3)辐射光强度大。 (4)稳定性好。 2.空心阴极灯(HCL)
2020/7/28
空心阴极灯（HCL） 可发射锐线光源。
△γe=0.0005~0.002nm △γa=0.001~0.005nm
2020/7/28
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二、基态原子数与原子化温度
■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
三、定量基础
It I0eKνL
当使用锐线光源时，
可用K0代替Kv，则：
2020/7/2813 NhomakorabeaAlgI0 I
0.4340K L0.434Δ2bvD
Kvdv
0.434boLaN Δ2vD
A = k N0 L
N0 ∝N∝C A ∝C， A∝ 1/△vD
N0 基态原子数， N 原子总数，
C 待测元素浓度
力学平衡时服从玻耳兹曼(Boltzmann)分布定
律：
Nq
gq
E0Ej
e kT
gq
hν
ekT
N0 g0
g0
式中gq 、g0分别为激发态和基态的统计权重。
（粒子在某一能级下的不同状态数）
2020/7/28
12
在原子吸收条件下：激发态原子数Nq与基态原 子数N0之比较小（10-3），不足<0.1%。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。
基态与第一激发态之间能级差最低；
跃迁最容易— 主或第一共振吸收（或发射）线。
2020/7/28
5
2.元素的特征谱线 （1）各种元素的原子结构和外层电子排布不
同，基态第一激发态，跃迁吸收能量 不同（量子化能级） — 具有特征性。 （2）各种元素的基态第一激发态最易发 生，吸收最强，最灵敏线，特征谱线， 最主要的分析线。 （3）利用特征谱线可以进行定量分析。 如：Na λ= 589.0nm
的分光装置无法实现。
Kvdv aN0
2020/7/28
10
★极大（峰）值吸收法（锐线光源）
基态原子对入射光中心波长的吸收—峰值吸收。必 须使用锐线光源方可实现（1955年澳大利亚物理学家Walsh提出）
何为锐线光源？
（1）光源的发射线与吸收线的ν0一致。
（2）发射线的Δν1/2小于吸收线的Δν1/2。
②半宽度：Δ0
2020/7/28
7
4.吸收峰变宽原因
（1）自然宽度△γN
在无外界影响下，谱线具有一定的宽度。多数情况
下约为10-5～10-4nm。 （2）多普勒（热）变宽△γD
由于辐射原子处于无规则的热运动状态，这一不规 则的热运动与观测器两者间形成相对位移运动，从 而发生多普勒效应，使谱线变宽，一般可达 10-3nm。
4-1 概述
4-2 原子吸收光谱
第四章
法的基本原理
原子吸收光谱分析 4-3 原子吸收分光
光度计
4-4 原子吸收光谱
法的分析方法
4-5 干扰与消除方法
2020/7/28 1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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课程引入：
★Zn是人体中重要的微量元素，头发中Zn含量反映 了人体Zn营养水平。如何测定固体样品（头发）