分析化学第十章 原子吸收光谱分析法

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基态第一激发态: 跃迁吸收能量不同—— 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。是特征谱 线。 ➢③利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定 量分析。
二、原子吸收分光光度法的定量基础
在进行原子吸收测定时,试液应在高温下挥发
并解离成原子蒸气——原子化过程,其中有一部分
一、原子吸收光谱仪及使用
⑵非火焰原子化法。非火焰原子化法中,常用的是管 式石墨炉原子化器。
石墨炉原子化器的操作分为干燥、灰化、原子化和净 化四步,由微机控制实行程序升温。①干燥:在低温 (稍高于溶剂的沸点)下蒸发掉样品中溶剂。②灰化 :在较高温度下除去低沸点无机物及有机物,减少基 体干扰。③高温原子化:使以各种形式存在的分析物 挥发并离解为中性原子。④净化:升至更高的温度, 除去石墨管中的残留分析物,以减少和避免记忆效应 。
金属元素,也可以用间接法测定某些非金属元素和有机化合物。
5.原子吸收光谱法的不足之处是:多元素同时测定尚有困
难,有相当一些元素的测定灵敏度还不能令人满意。难熔元素、 非金属元素测定困难。
一、共振线和吸收线
任何元素的原子都有原子核和围绕原子核运动的电子 组成。这些电子按其能量的高低分层分布,而具有不 同的能级,因此一个原子可具有多种能级状态。
按下式计算样品溶液的质量浓度:
CX
C1
C2 A2
C1 A1
( AX
A1 )
五、内标法
第1节 概述
一、原子吸收光谱仪及使用 二、原子吸收法与紫外-可见分光光度法的比较
一、原子吸收光谱仪及使用
用于原子吸收光谱分析的仪器称为原子吸收分光光度 计或原子吸收光谱仪。
基于从光源辐射出待测元素的特征光波,通过样品的 蒸汽时,被蒸汽中待测元素的基态原子所吸收,由辐 射光波强度减弱的程度,可以求出样品中待测元素的 含量。主要由光源、原子化器、分光系统、检测放大 系统4部分组成。
二、标准加入法
三、浓度直读法
在标准曲线线性范围内,用几个标准溶液 喷雾,并用仪表指示调节到它们相应的浓度值。 然后在相同的实验条件下吸喷试液,仪表上的读 数就是该试液的浓度。方法实质是标准曲线法, 但标准曲线的绘制由仪器完成 。
浓度直读法的基础是标准曲线法。用仪器 内置的校正曲线,将测定的吸光度,算出试样中 被测元素的浓度或含量,并显示在仪器上。
一、原子吸收光谱仪及使用
结构如Βιβλιοθήκη Baidu10-1
一、原子吸收光谱仪及使用
1.光源
原子吸收分光光度计光源的作用是辐射基态原子吸收 所需的特征谱线。对光源的要求是:发射待测元素的 锐线光谱有足够的发射强度、背景小、稳定性高;原 子吸收分光光度计广泛使用的光源有空心阴极灯,偶 尔使用蒸气放电灯和无极放电灯。
三、谱线的轮廓及其变宽
4.洛伦兹变宽 被测元素原子与其他元素的原子相互碰撞引起 的变宽,称为洛伦兹变宽。洛伦兹变宽随原子区内 原子蒸气压力增大和温度升高而增大。 5.其他变宽 除上述因素外,影响谱线变宽的还有其他一些 因素,例如场致变宽、自吸效应等。但在通常的原 子吸收分析实验条件下,吸收线的轮廓主要受多普 勒和洛伦兹变宽的影响。在 2000~3000 K 的温度范 围内,原子吸收线的宽度为 10-3nm~10-2nm。
第2节 原子吸收分光光度法基本原理
原子吸收光谱法的优点与不足:
2.分析精度好。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对
标准差可小于1%,其准确度已接近于经典化学方法。石墨炉原子 吸收法的分析精度一般为3%~5%。
3.分析速度快。原子吸收光谱仪在35 min内能连续测定50个试
样中的6种元素。
4.仪器比较简单,操作方便,应用比较广。既可以测定
第2节 原子吸收分光光度法基本原理
原子吸收光谱法是根据蒸气相中被测元素的基态 原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测 元素的含量。原子吸收光谱法已广泛地用于低含量元 素的定量测定,可对70余种金属元素及非金属元素进 行定量,其检测限可达ng/mL。
原子吸收光谱法的优点与不足:
1.检出限低,灵敏度高。火焰原子吸收法的检出限可达 到10-9 级,石墨炉原子吸收法的检出限可达到10-14~10 -10g。准确度也比较高,火焰原子化法的相对误差通常 在1%以内,石墨炉原子化法为3%~5%。
一、标准曲线法
A5 A4 A3 A2 A1
0 c1 c2 c3 cx c4 c5
二、标准加入法
对于比较复杂的样品溶液,有时很难配制与 样品组成完全相同的标准溶液。这时可以采用标 准加入法。
分取几份等量的被测试样,其中一份不加入 被测元素,其余各份试样中分别加入不同已知量 C1,C2,C3,…的被测元素的标准溶液,然后在 测定条件下,分别测定它们的吸光度 Ai,绘制 吸光度 Ai 对被测元素加入量 Ci 的曲线。
⑴火焰原子化法。火焰原子化法器是将试样转化为气 态的基态原子,并吸收光源发出的特征光谱。
⑵非火焰原子化法。非火焰原子化法中,常用的是管 式石墨炉原子化器。
⑶氢化物形成法。 ⑷冷原子吸收法 。
一、原子吸收光谱仪及使用
⑴火焰原子化法。 火焰原子化法中,常用的是预混合型原子化器,其结
构如图 10-2所示。主要的部分有:雾化器、混合室, 燃烧器和火焰。
三、谱线的轮廓及其变宽
3.赫鲁兹马克变宽 被测元素激发态原子与基态原子相互碰撞引起 的变宽,称为共振变宽,又称赫鲁兹马克变宽或压 力变宽。在通常的原子吸收测定条件下,被测元素 的原子蒸气压力很少超过 0.133Pa,共振变宽效应可 以不予考虑,而当蒸气压力达到 13.3 Pa 时,共振 变宽效应则明显地表现出来。
1.多普勒变宽
多普勒变宽是由于原子热运动引起的。一个运动着的原子发出的
光,如果运动方向离开观测者,则在观测者看来,其频率较静止原子
所发的光的频率低;反之,如原子向着观测者运动,则其频率较静止
原子发出的光的频率为高,这就是多普勒效应。检测器所接受的光则
是频率略有不同的光,于是引起谱线的变宽。谱线的多普勒变宽 ΔνD 可由式(10-3)决定
第3节 定量分析方法
常用的分析方法有标准曲线法和标准加入法、 浓度直读法、双标准比较法、内标法等。
一、标准曲线法 标准曲线法是最常用的基本分析方法,主要适 用于组分比较简单或共存组分互相没有干扰的情 况。配制一组合适的浓度不同的标准溶液,由低浓 度到高浓度依次喷入火焰,分别测定它们的吸光度 A,以 A 为纵坐标,被测元素的浓度 C 为横坐标, 绘制 A-C 标准曲线。如图所示:
一、原子吸收光谱仪及使用
3.分光系统 原子吸收光谱的分光系统是用来将待测元素的共振线
与干扰的谱线分开的装置。它主要由外光路系统和单 色器构成。外光路系统的作用是使光源发出的共振谱 线能正确地通过被测试样的原子蒸气,并投射到单色 器的入射狭缝上。单色器的作用是将待测元素的共振 谱线与其他谱线分开,然后进入检测装置。
浓度直读法测定的基本条件:校正曲线是 线性的,而且是稳定的。试样吸光度值必须落在 校正曲线动态范围内。浓度直读法的准确度一般 要逊于标准曲线法和标准加入法。
四、双标准比较法
双标准比较法是在标准曲线法的基础上发 展起来的一种更为准确的定量手段。它是按下列 步骤分析样品被测物含量的:调整两份标准液的 质量浓度,使其吸收值与样品吸收值相差±10 %左右,以两标准点的连线作为标准曲线,在标 准曲线的弯曲段,很接近的两点可近似于直线。
测器。它的作用是将单色器分出的光信号转变为电信 号。这种电信号一般比较微弱,需经放大器放大。信 号的对数变换最后由读数装置显示出来。非火焰原子 吸收法,由于测量信号具有峰值形状,故宜用峰高法 或积分法进行测量。
二、原子吸收法与紫外-可见分光光度法的比较
原子吸收光谱法与紫外吸收光谱法都是基于物质 对紫外和可见光的吸收而建立起来的分析方法, 属于吸收光谱分析,但它们吸光物质的状态不同 。原子吸收光谱分析中,吸收物质是基态原子蒸 气,而紫外-可见分光光度分析中的吸光物质是溶 液中的分子或离子。原子吸收光谱是线状光谱, 而紫外-可见吸收光谱是带状光谱,这是两种方法 的主要区别。正是由于这种差别,它们所用的仪 器及分析方法都有许多不同之处。
在正常状态下,原子处于最低能态(这个能态最稳定 )称为基态。处于基态的原子称基态原子。当有辐射 通过自由原子蒸气,且入射辐射的频率等于原子中的 电子由基态跃迁到较高能态(一般情况下都是第一激 发态)所需要的能量频率时,原子就要从辐射场中吸 收能量,产生共振吸收,电子由基态跃迁到激发态, 同时伴随着原子吸收光谱的产生。
⑴空心阴极灯:它有一个由被测元素材料制成的空心 阴极和一个由钛、锆、钽或其他材料制作的阳极。
⑵无极放电灯:无极放电灯是由一个数厘米长、直径 5cm~12cm的石英玻璃圆管制成。
一、原子吸收光谱仪及使用
2.原子化系统
原子化器的功能是提供能量,使试样干燥、蒸发和原 子化。实现原子化的方法,最常用的有两种:火焰原 子化法,非火焰原子化法。
分析化学
高职高专化学教材编写组 编
第10章 原子吸收光谱分析法
“十二五”职业教育国家规划教材 高等职业教育应用化工技术专业教学资源库建设项目规划教材
学习目标: ➢1.理解原子吸收光谱分析的基本原理
➢2.掌握常用原子吸收光谱分析的定量方法
➢3.了解原子吸收分光光度计的类型,掌握仪器的 工作流程及主要部件的作用
一、原子吸收光谱仪及使用
⑶氢化物形成法。 砷、锑、铋、锗、锡、硒、碲和铅等元素,在强还原
剂(如四氢硼钠)的作用下,容易生成氢化物。在较 低的温度下使其分解、原子化,从而进行原子吸收的 测定。 ⑷冷原子吸收法 。 冷原子吸收法主要用于无机汞和有机汞的分析。这方 法是基于常温下汞有较高的蒸气压。在常温下用还原 剂(如SnCl2)将Hg2+还原为金属汞,然后把汞蒸气送入 原子吸收管中,测量汞蒸气对Hg253.7 nm吸收线的吸 收。
基态原子进一步被激发成激发态原子,在一定温度
下,处于热力学平衡时,激发态原子数 Nj 与基态 原子数 N0 之比服从波尔兹曼分布定律:
N0
Gj
Ej
e KT
N j G0
经约减后:
在一定浓度范围内:A = K c
三、谱线的轮廓及其变宽
影响原子吸收谱线轮廓的两个主要因素:原子吸收谱线的中心波
长和半宽度。原子的吸收光谱线具有一定宽度的原因有以下几个:
➢4.熟悉原子吸收的测定条件的选择和主要的干扰 及消除方法
本章导读
理论基础:原子吸收分光光度法原理;原子吸 收光谱分析法定量关系式
重要知识点:常用方法有标准曲线法、标准加 入法、浓度直读法、双标准比较法、内标法
难点:原子吸收的干扰与消除,
✓第1节 概述 ✓第2节 原子吸收分光光度法基本原理 ✓第3节 定量分析方法 ✓第4节 实验条件的选择 ✓第5节 原子吸收分光光度法中的干扰及抑制 ✓第6节 原子吸收光谱分析指标
原子的能级与跃迁见下图。
一、共振线和吸收线
一、共振线和吸收线
1. 原子的能级与跃迁 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,产生共振吸收线 (也简称共振线)→发射光谱
一、共振线和吸收线
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。
D
2 0
c
2 ln 2RT M
7.162 10 7 0
T M
三、谱线的轮廓及其变宽
2.碰撞变宽 当原子吸收区的原子浓度足够高时,碰撞变宽 是不可忽略的。因为基态原子是稳定的,其寿命可 视为无限长,因此对原子吸收测定所常用的共振吸 收线而言,谱线宽度仅与激发态原子的平均寿命有 关,平均寿命越长,则谱线宽度越窄。原子之间相 互碰撞导致激发态原子平均寿命缩短,引起谱线变 宽。碰撞变宽分为两种,即赫鲁兹马克变宽和洛伦 兹变宽。
外光路系统分单光束系统和双光束系统。单光束型仪 器结构简单、体积小、价格低,能满足一般分析要求 。双光束型原子吸收光度可以消除光源和检测器不稳 定性的影响。
一、原子吸收光谱仪及使用
3.分光系统 单道双光束型原子吸收光度计结构如图10-3所示。
一、原子吸收光谱仪及使用
4.检测和显示 在原子吸收分光光度计上,广泛采用光电倍增管作检
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