环境工程仪器分析 第二章 原子吸收光谱分析
仪器分析 复习 重修 自学 预习5 原子吸收光谱分析法
原子吸收光谱分析法
原子吸收基本原理
第一节
一、共振线 二、基态原子数与原子化温度 三、定量基础
历史
原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子对特征谱线的 吸收而建立的一种分析方法。这一方法的发展经历了3个发 展阶段：
原子吸收现象的发现
1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线； 1859年Kirchhoff和 Bunson解释了暗线产生的原因；
试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过 程产生大量基态原子。火焰原子化的方法就是使试样变成 原子蒸汽。 火焰温度的选择： （a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量 采用低温火焰；因为火焰温度越高，产生的热激发态原子 越多，则基态原子数量减少；但太低温就会使盐类无法解
离，降低灵敏度。
I
Ve
I 0V e KV L dv；当发射线宽《吸收线宽时，可以认为
0 Ve
KV 是常数，相当峰值吸收系数K 0：I e K 0 L 于是A lg 1 e
K0L
I
0
0V
dv
0.4343 K 0 L
K0=?
吸收线轮廓仅取决于多普勒变宽时 1 KV dv 2 ln 2 K 0v，结合积分吸收式 KV dv的值 2 ln 2 e 2 解得：K 0 fN 0 v mc
太阳光
暗 线
第一激发态
E
热能
基态
E = h = h
C
发现钠蒸汽发出的光线通过温度比较低的钠蒸汽,会引起 钠光的吸收，并且钠发射线和暗线在光谱中位置相同,由此 判断太阳连续光谱中的暗线是太阳外层中的钠原子对太阳光 谱中钠辐射吸收的结果
原子吸收光谱基本原理:
(完整word版)原子吸收光谱分析解读
原子吸收光谱分析4。
2.1 概述4。
2。
1。
1 基本概念1)原子光谱根据原子外层电子跃迁所产生的光谱进行分析的方法，称为原子光谱法，包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法和原子荧光光谱法。
本章重点介绍应用广泛的原子吸收光谱法。
2)原子吸收光谱原子吸收光谱法，又称原子吸收分光光度法或简称原子吸收法，它是基于测量试样所产生的原子蒸气中基态原子对其特征谱线的吸收，从而定量测定化学元素的方法.4。
2.1。
2 仪器结构和过程图4-21 原子吸收示意图如上图,含Pb溶液将经过预处理－喷射成雾状进人燃烧火焰中，Pb化合物雾滴在火焰温度下,挥发并离解成Pb原子蒸气。
用Pb空心阴极灯作光源，产生Pb的特征谱线，通过Pb原子蒸气时，由于蒸气中基态Pb原子的吸收，Pb的特征谱线强度减弱，通过单色器和检测器测得其减弱程度，即可计算出溶液中Pb的含量。
4。
2。
1。
3 方法特点灵敏度高，10—9g/ml-10—12g/ml。
选择性好,准确度高。
单一元素特征谱线测定，多数情况无干扰。
测量范围广.测定70多种元素。
操作简便，分析速度快。
4。
2.2 原子吸收法基本原理 4。
2。
2.1 共振线和吸收线 1） 基本概念➢ 共振线电子从基态跃迁到能量最低的激发态（称为第一激发态），为共振跃迁，所产生的谱线称为共振吸收线(简称共振线).当电子从第一激发态跃回基态时,则发射出同样频率的谱线,称为共振发射线（也简称共振线）。
对大多数元素来说,共振线是指元素所有谱线中最灵敏的线。
➢ 特征谱线各种元素的原子结构和外层电子排布不同.不同元素的原子从基态激发至第一激发态（或由第一激发态跃回基态）时，吸收(或发射)的能量不同，因此各种元素的共振线不同而有其特征性,这种共振线称为元素的特征谱线。
2) 朗伯原理图4-22 原子吸收法的朗伯定律示意图原理公式：b K e I I νν-=0νK ：吸收系数；ν：频率。
吸收线图4-23 吸收线轮廓图 图4—24 吸收线半宽度比较上述两个图，注意图的纵坐标参量的不同。
环境仪器分析PPT课件
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第四章 荧光及磷光光谱法
4.1 原理 4.2 荧光光谱仪 4.3 荧光分析方法 4.4 荧光光谱法在环境监测中的应用 4.5 磷光分析法
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第五章 化学发光监测技术
5.1 原理 5.2 化学发光反应的类型 5.3 化学发光监测仪器
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第六章 色谱分析法理论基础6.1 色谱法理论础➢定量校正因子
➢
定量方法
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14
第八章 高效液相色谱分析法
8.1 高效液相色谱仪
➢ 高压输液系统 ➢ 进样系统 ➢ 色谱柱 ➢ 检测系统 ➢ 附属系统
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第二章 原子吸收分光光度法 2.1 原子吸收分光光度法基本原理
原子吸收分光光度法是基于空心阴极灯发射出 的待测元素的特征谱线，通过试样蒸气，被蒸 气中待测元素的基态原子所吸收，由特征谱线 被吸收的程度，来测定试样中待测元素含量的
※选择监测项目应遵循如下原则：
① 对污染物的自然性、化学活性、毒性、扩散性、持久
性、生物可分解性和积累性等全面分析，从中选出影响 面广、持续时间长，不易或不能被微生物所分解而且能 使动植物发生病变的物质作为日常例行的监测项目。对 某些有特殊目的或特殊情况的监测工作，则要根据具体
情况和需要选择要监测的项目。
完善监测网络、实现监测信- 息网络化管理。
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第二章 原子吸收分光光度法
2.1 基本原理 2.2 原子吸收分光光度计 2.3 测定条件的选择 2.4 定量分析方法 2.5 灵敏度及检出极限 2.6 原子吸收光谱法在环境监测中的应用
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第三章 原子荧光光谱法
3.1 概述 3.2 原理 3.3 原子荧光光谱仪 3.4 定量分析方法及应用
〖21世纪仪器分析教材〗原子吸收光谱分析篇
原子吸收光谱分析基本要点：1. 了解影响原子吸收谱线轮廓的因素；2. 理解火焰原子化和高温石墨炉原子化法的基本过程；3. 了解原子吸收分光光度计主要部件及类型；4. 了解原子吸收分光光度法干扰及其抑制方法；5. 掌握原子吸收分光光度法的定量分析方法及实验条件选择原则。
第一节原子吸收光谱分析概述一、原子吸收光谱分析定义：根据物质产生的原子蒸气中待测元素的基态原子对光源特征辐射谱线吸收程度进行定量的分析方法。
二、原子吸收光谱分析的特点：（ 1 ）灵敏度高：其检出限可达 10 -9 g /ml ( 某些元素可更高 ) ；（ 2 ）选择性好：分析不同元素时，选用不同元素灯，提高分析的选择性；（ 3 ）具有较高的精密度和准确度：试样处理简单。
第二节原子吸收光谱分析基本原理一、原子吸收光谱的产生及共振线在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态），称为基态（E 0 = 0）。
当原子吸收外界能量被激发时，其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级上，原子的这种运动状态称为激发态。
处于激发电磁波的形式放出能量：共振发射线：电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频率的光，它再跃迁回基态时，则发射出同样频率的光(谱线)，这种谱线称为共振发射线。
共振吸收线：电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸收线。
共振线：共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。
各种元素的原子结构和外层电子排布不同，不同元素的原子从基态激发至第一激发态(或由第一激发态跃迁返回基态)时，吸收(或发射)的能量不同，因而各种元素的共振线不同而各有其特征性，所以这种共振线是元素的特征谱线。
二、谱线轮廓与谱线变宽式中：Kn ——基态原子对频率为的光的吸收系数，它是光源辐射频率的n函数由于外界条件及本身的影响，造成对原子吸收的微扰，使其吸收不可能仅仅对应于一条细线，即原子吸收线并不是一条严格的几何线（单色l ），而是具有一定的宽度、轮廓，即透射光的强度表现为一个相似于图8-3的频率分布, 若用原子吸收系数Kn随n变化的关系作图得到吸收系数轮廓图：（二）谱线变宽引起谱线变宽的主要因素有：1. 自然宽度：在无外界影响下，谱线仍有一定宽度，这种宽度称为自然宽度，以ΔvN 表示。
原子吸收光谱分析概述、基本原理与应用仪器分析
峰值吸收K0与N0成正比。 K0与A成正比。 实验条件一定下，基态原子
数N0近似等于总原子数。因 此A与总原子数N成正比。
总原子数N正比于被测元素 浓度C。
结论：实验条件下，A= k C
由光源、原子 化系统、分光 系统、检测系 统组成。多采 用双光束型。
上分AA320 型AAS仪介绍
N1Biblioteka 自然宽度是无外界因素影响下的变宽，
△νN 与激发态原子的平均寿命△τ成反比。 △以ν忽N约略为。10 -5nm数量级，其值甚微，可
由于原子作不规则的热运动，与位置固定的检测
器间相对位移，检测器接收到的频率为ν＋dν和 ν－dν之间的宽度。
D 0
7.16107
T
A
温度· 相对原子质量
热△力ν学D 温表度示，多A普τ为勒相变对宽原，子ν0质为量中。心频率，T
●比尔Beer定律 A=k′c
式中A为吸光度；c为溶液浓度；k′为
比例常数。
●同时考虑溶液的浓度c和透光液 层厚度L对光吸收的影响就是吸
收定律 A=KcL
AlogI0 logT It
T It 10KcL I0
必要条件：入射光为单色光。
测定波长：入射波长频率是吸 收系数的函数，要选择在吸收 峰的平滑区而不是陡变区。
Ni /N0绝大部分 很小，激发态原 子和基态原子数 之比小于千分之 一，激发态原子 可以畧，基态原 子数近似等于总 原子数。
真实吸收应是υ范围内的全 部贡献即图中阴影部分，称 积分吸收。
根据经典色散理论，可算出 谱线的积分吸收。
式中N0为单位体积原子蒸气 中基态原子数目；e为电子 电荷；m为电子质量；c为光 速；f为振子强度，即能被激 发的每个原子的平均电子数。
第2章原子吸收光谱分析
2.1.2谱线轮廓与谱线宽度 2.1.2谱线轮廓与谱线宽度 谱线轮廓
吸收光谱与发射光谱的关系 共振线与吸收线
从基态 跃迁第一激发态，又回到基 跃迁第一激发态，又回到基 态，发射出光谱线，称共振发射线 态，发射出光谱线，称共振发射线。 共振发射线。 同样从基态跃迁 同样从基态跃迁至第一激发态所产生的吸 共振吸收线（简称为共振线）。 收谱线称为共振吸收线 收谱线称为共振吸收线（简称为共振线）。
第2 章
原子吸收光谱分析
Atomic absorption spectroscopy AAS
2.1.1 一、历史
概述
原子吸收光谱法是一种基于待测基态原子对特征 谱线的吸收而建立的一种分析方法。这一方法的发展 经历了3 经历了3个发展阶段：
1、原子吸收现象的发现
• 1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线； 1802年Wollaston发现太阳光谱的暗线； • 1859年Kirchhoff和 Bunson解释了暗线产生的原因； 1859年Kirchhoff和 Bunson解释了暗线产生的原因；
3、电热原子化技术的提出
1959年里沃夫提出电热原子化技术，大大提高了原子吸收的 灵敏度
二、原子吸收光谱法的特点
1、灵敏度高（火焰法：1 ng/ml，石墨炉100-0.01 pg)； 2、准确度好（火焰法：RSD <1%，石墨炉 3-5%） 3、选择性高（可测元素达70个，相互干扰很小） 缺点：不能多元素同时分析
火焰原子化条件的选择
火焰类型 燃气-助燃气比例 测量高度
原子化过程
试样 雾化为雾滴 雾滴蒸发成固体颗粒 固体颗粒蒸发产生分子 分子 原子 激发分子 离子
火焰原子化器特点. 火焰原子化器特点.
仪器分析教程知识点总结
仪器分析教程知识点总结一、光谱分析1. 原子吸收光谱法原子吸收光谱法是一种常用的分析技术，主要用于测定金属元素的含量。
其原理是通过测量金属元素的特征吸收线强度来定量分析样品中金属元素的含量。
在进行原子吸收光谱法实验时，需要掌握标准曲线法、内标法等定量分析方法，以及样品的预处理和稀释方法。
2. 紫外-可见吸收光谱法紫外-可见吸收光谱法是用于测定有机化合物和无机化合物的含量和结构的方法。
通过测量样品在紫外-可见光区域的吸收强度，可以获得样品的吸收光谱图，从而分析样品的成分和结构。
在进行紫外-可见吸收光谱法实验时，需要掌握分光光度计的操作方法、样品的制备和处理方法，以及吸收峰的解释和定量分析方法。
3. 红外光谱法红外光谱法是用于测定有机化合物和无机化合物的结构和功能基团的方法。
通过测量样品在红外光区域的吸收强度，可以获得样品的红外光谱图，从而分析样品的结构和功能基团。
在进行红外光谱法实验时，需要掌握红外光谱仪的操作方法、样品的制备和处理方法，以及吸收峰的解释和定量分析方法。
二、色谱分析1. 气相色谱法气相色谱法是用于分离和检测样品中有机化合物的方法。
通过样品分子在固定相和流动相之间的分配行为，可以实现样品分离和检测。
在进行气相色谱法实验时，需要掌握气相色谱仪的操作方法、固定相和流动相的选择和配制方法，以及色谱柱的使用和维护方法。
2. 液相色谱法液相色谱法是用于分离和检测样品中有机化合物和无机化合物的方法。
通过样品分子在固定相和流动相之间的分配行为，可以实现样品分离和检测。
在进行液相色谱法实验时，需要掌握液相色谱仪的操作方法、固定相和流动相的选择和配制方法，以及色谱柱的使用和维护方法。
三、质谱分析质谱分析是用于确定样品中有机分子和核素的相对分子质量和结构的方法。
通过测量样品离子的质荷比，可以获得样品的质谱图，从而确认样品的分子质量和结构。
在进行质谱分析实验时，需要掌握质谱仪的操作方法、样品的离子化和碎裂方法，以及质谱图的解释和质谱定性分析方法。
仪器分析原子吸收光谱法
仪器分析原子吸收光谱法原子吸收光谱法是一种常用的仪器分析技术，用于测定物质中特定金属元素的含量。
该方法基于原子在特定波长的光下吸收特定能量的现象，通过测量所吸收的光的强度，可以确定样品中目标金属元素的浓度。
原子吸收光谱法主要包括石墨炉原子吸收光谱法（Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy, GF-AAS）和火焰原子吸收光谱法（Flame Atomic Absorption Spectroscopy, FAAS）。
两种方法的原理基本相同，只是在光源和样品的处理上有所不同。
在GF-AAS中，样品首先转化为气态原子，并通过石墨炉中的加热将其浓缩。
然后，通过光源产生的特定波长的光照射样品，在特定波长的光作用下，样品中的目标金属元素发生原子态到激发态的跃迁，吸收特定的能量。
通过测量光源透射光的强度变化，可以得到样品中目标金属元素的浓度。
在FAAS中，样品通过喷射到火焰中所产生的高温环境下转化为气态原子。
然后，通过特定波长的光照射样品，样品中的目标金属元素吸收特定能量，发生原子态到激发态的跃迁。
同样，通过测量光源透射光的强度变化，可以测定样品中目标金属元素的浓度。
原子吸收光谱法具有以下优点：1. 灵敏度高：原子吸收光谱法可以测定微量金属元素的含量，其灵敏度在ppb（亿分之一）到ppm（百万分之一）的水平上。
2.选择性好：由于每种金属元素吸收特定波长的光，因此不同金属元素之间相互干扰较小。
通过选择不同的光源波长，可以测定多种金属元素的含量。
3.准确性高：原子吸收光谱法经过多年的发展，仪器的准确性和重复性得到大幅提高。
同时，该方法具有较低的标准偏差和高的精密度。
4.快速分析：原子吸收光谱法具有快速分析的特点，一个样品一般只需几分钟即可完成分析，适用于大批量样品的分析。
除了优点之外1.需要样品前处理：样品的前处理会影响到分析结果的准确性和检测灵敏度。
例如，在GF-AAS中，样品需要进行湿氧化处理，其中可能会引入外源性污染物。
仪器分析各个章节小结
仪器分析各个章节小结仪器分析是对于物质进行定性、定量和结构分析的一种方法。
它是近几十年来发展迅猛的一门科学，已经成为当代化学、生物学、药学和地球科学等各类研究工作中不可缺少的分析技术。
在仪器分析课程中，涵盖了许多章节，如下。
第一章：分光光度法分光光度法是利用物质对光的吸收作用来分析物质的一种方法。
该方法是一种非常常用、快速准确的分析方法，可以用于测定有机和无机物质，例如测量肝素、胆固醇、蛋白质、染料、金属离子等的浓度。
分光光度法的测定方法有单波长法、多波长法和倒置分光光度法等。
单波长法测定速度快，但多波长法测定的结果更加准确。
第二章：原子吸收光谱法原子吸收光谱法利用物质吸收特定波长的光来分析物质的成分和浓度，这种方法是一种分析化学的经典技术。
原子吸收光谱法的主要优势是其选择性、准确性和精确程度都比较高。
原子吸收光谱法的应用范围广泛，可以用于测定钠、钾、镁、铜、铅、锌等元素的含量。
第三章：荧光分析法荧光分析法是利用物质对光的荧光特性来分析物质的一种方法。
这种方法对于非常微小的样本也具有极高的灵敏度，可以用于检测基于荧光信号的分子诊断，荧光标记的细胞和生物分子等。
在荧光分析法的范畴中，有几种不同的方法，包括比色融合法、固相光谱法和时间分辨荧光光谱法等。
每种方法都有其独特的应用领域和优劣点。
第四章：分析色谱法分析色谱法是一种广泛应用于分析化学、生物化学和环境科学中的方法。
该方法是通过将样品通过色谱柱来分离各种成分，再用检测器来检测成分的浓度来进行分析。
分析色谱法包括气相色谱法、液相色谱法和毛细管电泳法等。
它们的使用范围广泛，涉及到生物和药物的分析、环境监测等方面。
第五章：电化学分析法电化学分析方法是利用电化学反应的原理进行定量分析的方法。
在电化学分析领域中，包括电位滴定法、极谱法和循环伏安法等多种方法。
电化学分析法的优点在于对物质进行非常精确的定量分析，对样品的形状和大小没有要求。
这种方法可以应用于分析化学、电化学和材料科学中的很多方面。
仪器分析实验-原子发射与原子吸收光谱法
火焰的燃助比变化也会导致测量灵敏度的变化。同样，变化的大小也因火焰种类和元素的 性质而定。即使是相同种类的火焰，燃助比不同，也会引起最佳测量高度的改变，从而使测量 灵敏度发生变化。从图 155-2 可看出燃烧器高度与燃助比两个条件的相互依赖关系。
当仪器的光学及电学部分处于稳定的工作状态时，就可根据操作规程对分析条件进行选
五、数据处理
1、定性分析 根据试样谱板与“谱线图”对比的结果，指出试样中某元素出现的 2~3 条 灵敏线及其黑度，以确定大量元素、中量元素、微量元素、痕量元素等。
2、 定量分析 比较试样和标准中同一条灵敏线的黑度，以确定黑度~1%，~0.1%，~0.01%， ~0.001%，若在 0.1%和 0.01%之间，并接近 0.01%时，则可用 0.1%~0.01%表示，以此表示被 测元素的半定量分析结果。
为了便于识别谱线波长位置，通常用铁光谱作为波长标尺，将铁棒或氧化铁粉末与试样并 列摄谱，把摄得的谱板置于映谱仪上，放大 20 倍与“谱线图”进行比较，如果某些元素的灵 敏线出现则证明试样中存在这些元素。
在一定的条件下，元素的谱线强度随着其含量增高而增大，利用这一特性可对各种元素进 行定量分析。为了确定其大致含量，可将试样与半定量标样在同一块感光板上摄谱，然后在映 谱仪上用目视法，对被测元素的黑度进行比较，借助所出现最低级别谱线的强度级数估计各元 素在试样中的大致含量，即光谱半定量分析法。表 154-1 列出了所出现最低级别谱线的强度级 数与含量的对应关系。
4
三、仪器和试剂
仪器：AA300 型原子吸收分光光度计（美国 PE 公司）；10mL 比色管：6 支；25mL 比色 管：1 支；100mL 容量瓶：1 个；5mL 分度吸量管：2 支
新编仪器分析第四版第二章分子吸光分析法
红外光能量较低，只 能引起分子的振动能 级跃迁，
振动能级跃迁时会伴 随转动能级的跃迁 ——分子振-转光谱
29
红外吸收光谱法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸 收的特性来进行结构、定性和定量的分析方法，又称红外分 光光度法 红外吸收光谱： T%为纵坐标， σ或λ为横坐标
10 (cm ) ( m)
高能态（激发态）Ei 吸收 h
满足△E=ε光=h
低能态（基态）E0
4
分子是由多个原子以各种不同化学键组成
E总= E内能 + E平动+ Ee+ Ev+ Er E内能是分子的固有内能，即在温度绝对零度时仍然存在的能量 E平动是分子平均动能，与温度有关，连续变化 Er转动能0.004~0.025eV——分子大小 、键长 Ev振动能0.025~1eV——价键特性
分子发光光谱
分子光谱
分子吸收光谱
(UV-Vis 、 IR)
3
一、分子能级
能级：分子具有的不同运动状态对应的能量值，每一种分子
都有特定的能级数目与能级值，这些能级值是量子化的。 基态：分子处于最低能级的状态。 激发态：分子从外界获得能量而跃迁至较高能级的状态。 光致激发:处于基态的分子受到光的能量激发，选择性吸收特 征频率的能量而跃迁到能量较高激发态能级。
棱镜——对不同波长的光折射率不同，分出光波长不等距
色散元件
光栅——衍射和干涉，分出光波长等距 入射狭缝
狭缝
出射狭缝 准光装置 聚光装置
透镜
18
3.吸收池
用于盛放试液或参比溶液的装置 玻璃—能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）
仪器分析(考点总结)
常用方法色谱分析法，电化学分析法，光学分析法，核磁共振波谱法，质谱分析法 (多)2 ．气相载气： N2，H2 和 He (多)3.基线：当色谱柱没有组分进入检测器时，反应检测器噪声随时间变化的线。
(名，判)4.基线漂移：基线随时间定向的缓慢变化。
(名)5.基线噪声：由各种因素所引起的基线起伏。
(名，判)6.保留时间：指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值所需的时间。
(名，判)指扣除死时间后的保留时间。
(名，判)7.调整保留时间:峰高为一半处的宽度。
(名，判，单)8.半峰宽度9.分配系数 K：在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比。
(名，判，单)10.气相色谱分析色谱柱：分配系数大的组分需要流出色谱柱的时间较迟。
(填，判 )11.气相色谱分析原理：不同物质在两相间具有不同的分配系数。
(判)12.分配比 k ：容量因子或容量比，在一定温度、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在两相中的质量比。
(名，判，单)：包括气相传质阻力系数 C g 和液相传质阻力系数 C1 。
(单)13.传质项14.分离度若两组峰高相近，峰形对称且满足正态分布，当 R=1 时，分离程度可达98%：当 R=1.5 时，相邻两峰已完全分开的标志，分离程度可达 99.7%。
(单)15.柱温对于沸点范围较宽的试样，宜采用程序升温。
(填，判，单)16.气相分离非极性物质，一般选用非极性固定液。
(单)17.气相检测器原理分类：浓度型检测器和质量型检测器。
(填，多，单)18.气相检测器分类：热导检测器 ( TCD )，氢火焰离子化检测器 ( FID ) ,电子俘获检测器( ECD ) ,火焰光度检测器( FPD ，单)。
(多)19.气相检测器性能指标：灵敏度 S ，检出限 D，最小检出量 Q0 ，响应时间，线性范围。
(多)20.气相色谱定性根据色谱保留值进行的。
(判)21. 气相色谱分析的特点：高效能，选择性好，灵敏度高，操作简单，应用广泛的分析、分离方法。
环境仪器分析实验报告
一、实验目的1. 理解环境仪器分析的基本原理和操作方法。
2. 掌握常见环境分析仪器（如原子吸收光谱仪、气相色谱-质谱联用仪等）的使用技巧。
3. 通过实验操作，学会如何进行环境样品的前处理、分析及数据处理。
4. 培养实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理环境仪器分析是利用现代分析技术对环境样品进行定性和定量分析的一种方法。
本实验主要涉及以下几种分析方法：1. 原子吸收光谱法（AAS）：基于原子蒸气对特定波长的光产生吸收的特性，对样品中的金属元素进行定量分析。
2. 气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）：结合气相色谱和质谱技术，对样品中的挥发性有机化合物进行定性和定量分析。
3. 紫外-可见分光光度法（UV-Vis）：利用物质对紫外-可见光的吸收特性，对样品中的有机物进行定量分析。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：- 原子吸收光谱仪- 气相色谱-质谱联用仪- 紫外-可见分光光度计- 天平- 烧杯- 移液管- 滤纸- 水浴锅2. 试剂：- 环境样品- 标准溶液- 稀释剂- 硝酸- 氢氟酸- 磷酸四、实验步骤1. 样品前处理：- 称取一定量的环境样品，加入适量的硝酸和氢氟酸，进行消解。
- 将消解液定容，待测。
2. 原子吸收光谱法分析：- 根据样品中待测元素的特征谱线，选择合适的波长和仪器参数。
- 将待测溶液注入原子吸收光谱仪，进行测定。
- 根据标准曲线，计算样品中待测元素的浓度。
3. 气相色谱-质谱联用仪分析：- 根据样品中待测化合物的性质，选择合适的色谱柱和流动相。
- 将待测溶液注入气相色谱-质谱联用仪，进行测定。
- 根据质谱图和保留时间，对样品中的待测化合物进行定性分析。
- 根据标准曲线，计算样品中待测化合物的浓度。
4. 紫外-可见分光光度法分析：- 根据样品中待测化合物的吸收特性，选择合适的波长和仪器参数。
- 将待测溶液注入紫外-可见分光光度计，进行测定。
- 根据标准曲线，计算样品中待测化合物的浓度。
原子吸收光谱分析ppt课件
(AAS)
1.简述 2.方法原理 3.仪器设备 4.火焰原子化法测试的任务参数选择 5.石墨炉原子化法测试的任务参数选择 6.干扰及消除
第一节.简述
1.原子吸收的发现
1802年，伍朗斯顿(W. H. Wollaston)在进展太 阳察看时，发现太阳光谱中存在一些暗线。 夫郎霍费(J. Fraunhofer)在1814~1817年，布鲁 斯特(D. Brewster) 在1820年相继对这些暗线 进展仔细的察看，以为是由于太阳外围较 冷 的气体吸收了太阳光所引起的。
1964年，黄本立等将蔡司Ⅲ型滤光片式 火焰光度计改装为一台简易原子吸收光谱安装， 测定了溶液中的钠，发表了最早的原子吸收光谱 分析的研讨论文。
1965年吴庭照等利用自制的同心型气动 玻璃雾化器、预混合金属层流熄灭器、镁空心阴 极灯，英国Hilger的H-700火焰分光光度计的单色 器、10 cm长不锈钢平头水冷熄灭器的预混合型火 焰原子化器组装了原子吸收光谱仪器。完成了鋰 中微量镁的测定。
4.原子吸收光谱分析的特点
优点： ⑴ 检出限低 火焰原子吸收法的检出限可到达 ng/mL量级,石墨炉原子吸收光谱法的检出限可到 达10-13~10-14g。 ⑵ 选择性好 由于原子吸收是线状吸收，又采用 待测元素特征谱线作为光源，即使在溶液中有多 个元素共存，只需它们不与待测元素产生难原子 化的化合物，就不会产生较大的谱线干扰。加上 吸收谱线比发射谱线少的多，各元素谱线的重叠
鉴于沃尔什在建立和开展原子吸收光谱分析方 面的历史功勋，1991年在挪威卑尔根召开的第27 届国际光谱学大会(CSI)上授予他第一届CSI奖。
Alan Walsh(1916-1998)和他的原子吸收光谱仪
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自吸变宽 ：空心阴极灯光源发射的共振线被灯
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。 谱线的变宽将导致原子吸收分析灵敏度的下降。
影响原子吸收线宽度的最主要因素是 (
) A 自然宽度 B 赫鲁兹马克变宽 C 斯塔克变宽 D. 多普勒变宽 在原子吸收法中, 能够导致谱线峰值产生位移和轮廓不对称的 变宽应是 ( ) A 热变宽 B 压力变宽 C 自吸变宽 D 场致变宽 为定量描述谱线的轮廓习惯上引入了两个物理量，即 __________和__________。
原子吸收光谱法与可见、紫外分光 光度法的异同
原子吸收光谱法与可见、紫外分光光度法基 本原理相同，都是基于物质对光选择吸收 而建立起来的光学分析法。 区别：在可见、紫外分光光度法中，吸光物 质是溶液中被测物质的分子或离子对光的 选择吸收，原子吸收光谱法吸光物质是待 测元素的基态原子对光的选择吸收，这种 光是由待测元素制成的空心阴极灯(称元素 灯)作光源。
光分析的方法虽然很多，原理各异，但
均涉及到以下三个过程： ①提供能量的能源（光源、辐射源）及 辐射控制； ②能量与被测物之间的相互作用； ③信号产生过程。
光分析法分类
依据物质与辐射作用的方式不同，光分析法
可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，分子发 生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波 长或强度等信号变化进行分析的方法。 非光谱法则不涉及能级跃迁，物质与辐射作 用时，仅改变传播方向等物理参数，如偏振、 干涉、旋光等方法。 本书主要介绍光谱分析法。
1.
光学分析法概述
光分析法包含的内容较多，是仪器分析的重 要组成部分。该类分析方法的重要特征是涉 及到辐射能与待测物之间的相互作用及原子 或分子内的能级跃迁。除可做定量分析外， 还能提供化合物的大量结构信息，在研究物 质组成、结构表征、表面分析等方面具有重 要的作用。
光分析法及其基本特征
光分析法是基于电磁辐射能量与待测物质相互作
光谱分析法依据作用的对象不同又可分为：
分子光谱法和原子光谱分析法。 在原子光谱分析法中，基于原子外层电子 跃迁的有原子吸收光谱（AAS）、原子发 射光谱（AES）和原子荧光光谱（AFS）。 基于原子内层跃迁的有X-射线荧光光谱 （XFS），基于原子核与射线作用的有穆 斯堡谱。
在分子光谱中，紫外－可见光谱、
原子由基态跃迁到第一激发态所需能量最低，跃迁最
容易，因此大多数元素主共振线就是该元素的灵敏线。
谱线轮廓与谱线变宽
原子结构较分子结构简单，由于原子内部不
存在振动和转动，理论上应产生线状光谱吸 收线。 但实际上原子吸收光谱线并不是严格的几何 意义上的线（几何线无宽度），由于种种原 因，用特征吸收频率的辐射光照射时，获得 具有一定宽度（相当窄的波长和频率范围） 的峰形吸收峰，称为吸收线轮廓。
如果能将公式左边求出，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。由于原子吸收线的半宽度很小， 仅有10-3nm，要测定半宽度这么小的吸收线的积分吸收值， 需要分辨率高达50万的单色器，目前的制造技术无法达到。 能否提供共振辐射（锐线光源），测定峰值吸收？
2）多普勒变宽（热变宽） ΔVD
由于原子在空间作无规则热运动所导致
的，故又称热变宽。 通常为10-4～103nm，它是谱线变宽的主要因素。
（3）碰撞变宽（压力变宽）ΔVL
吸收原子与其他粒子（分子、原子、离子和 电子）间的相互碰撞引起的变宽。 劳伦兹（Lorentz）变宽ΔVL:10-4～10-3nm 待测元素原子和其他粒子碰撞引起的谱线变 宽称为劳伦茨变宽，普遍存在。随原子区压力 和温度的增加而增大。 赫鲁兹马克(Holtsmark)变宽(共振变宽)VR ： 同种待测原子间碰撞。只有被测元素浓度高 时才起作用，但在原子吸收中可忽略
荧光光谱、磷光光谱都是基于分子 外层电子的跃迁，称为电子光谱。 红外光谱则是基于分子内部振动和 转动能级的跃迁，又称为振－转光 谱。
原子光谱是由原子外层价电子受到辐射后，
在不同能级之间的跃迁所产生的各种光谱线 的集合，通常是线性光谱，每条谱线都代表 了一种跃迁。分子中不仅有更多的原子个数 和种类，还包含各种基团和结构单元，所产 生的光谱比较复杂，是带状光谱。但同时提 供了更丰富的结构信息。所以分子光谱不仅 在定量分析中应用广泛，在复杂化合物结构 分析领域更是其他方法无法比拟的。
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—电热高温石墨管，激光 3.原子化装置类型：火焰原子化器和无火焰原子 化器(石墨炉原子化器)
原子吸收线的轮廓以原子吸收谱线的中心频 率（或中心波长）和半宽度来表征。
中心频率：最大吸收处对应的频率称为中 心频率，用 ν0 表示，其值由原子能级决定。
半宽度是中心频率位置，吸收系数极大值 一半处，谱线轮廓上两点之间频率或波长 的距离(⊿ν或⊿λ)。
谱线变宽的原因
a.原子性质→自然宽度
谱线具有 宽度的原因 b.外界影响
用后，由产生的辐射信号来确定物质组成或结构 的分析方法。光分析法所涉及的电磁辐射覆盖了 由射线到无线电波的所有波长范围，相互作用的 方式则包括了发射、吸收、反射、折射、散射、 干涉、衍射等，并通过波长、频率、波数、强度 等参数来进行表征。物质吸收或发射不同范围的 能量(波长)，引起相应的原子或分子内能级跃迁， 据此建立了各种光波谱分析方法，如紫外-可见光 谱分析、红外光谱分析、核磁共振波谱分析、x射线光谱分析等。
三定量基础
在吸收线轮廓内，以吸收系数对频率积分称为积分吸收，积 分得的结果是吸收线轮廓内（右）的总面积，它表示原子蒸 气吸收的全部能量。 理论上：积分吸收与原子 蒸气中吸收辐射的基态原子数 成正比。
π e2 K v dv N0 f mc
讨论
π e2 K v dv N 0 f KN 0 mc
困难，所以采用测量______来代替。 原子吸收光谱是由气态物质中基态原子的内层电子跃迁产生的。 （ ） 实现峰值吸收的条件之一是：发射线的中心频率与吸收线的中 心频率一致。 （ ） 原子光谱理论上应是线光谱，原子吸收峰具有一定宽度的原因 主要是由于光栅的分光能力不够所致。 ( ) 原子吸收线的变宽主要是由于自然变宽所导致的。 ( ) 在原子吸收光谱分析中，发射线的中心频率与吸收线的中心频 率一致，故原子吸收分光光度计中不需要分光系统。( )
热变宽, 碰撞变宽
(或压变宽)
谱线变宽的原因
（1）自然宽度 ΔVN 在无外界影响下，谱线仍有一定的宽度， 这种谱线固有的宽度为自然宽度。它与激 发态原子的寿命有关，不同谱线有不同的 自然宽度。在大多数情况下，约为10-6～ 10-5nm数量级。 它与谱线的其它变宽宽度相比，可以忽 略不计。
谱线变宽的原因
原子吸收光谱(AAS )：是基于从光源 发出的被测元素特征辐射通过元素 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的 一种现代仪器分析方法。
其特点： (1) 检出限低，10-10～10-14g； (2) 准确度高，1%～5%； (3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰； (4) 分析速度快，应用广，可测定70多个元素。 局限性：测不同的元素需不同的元素灯，不能 同时测多元素，难熔元素、非金属元素测定 困难
二、AAS的理论基础
原子吸收光谱的产生和原理 原子吸收光谱的产生 原子的核外电子具有不同的电子能级，在通常情 况下，最外层电子处于最低的能级状态，整个原 子也处于最低能级状态--基态。基态原子的外层电 子得到一定的能量（hγ=△E）后，电子从低能级 向高能级跃迁。当通过基态原子的辐射线的能量 （或频率）恰好符合该原子从基态跃迁到激发态 所需能量（或频率）时，该基态原子就会从入射 辐射中吸收能量跃迁到激发态，引起入射光强度 的变化产生原子吸收光谱。
2 ln 2 A 0.434 N 0 kL KLN 0 D
Байду номын сангаас
上式的前提条件： （1） Δνe<Δνa ；
（2）发射线与吸收线的中心频率一致。
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：
I0 A lg KN 0 L I
2.峰值吸收测量法
1955年沃尔什提出采用锐线光源（能发射谱线半宽度很 窄的发射线的光源，如空心阴极灯），峰值吸收与火焰中被 测元素的原子浓度也成正比。 吸收线中心频率处的吸收系数K0为峰值吸收系数，简称 峰值吸收。 因为当采用锐线光源进行测量 ，则Δνe<Δνa ，由图可见，在辐射线
宽度范围内，峰值吸收与积分吸收
原子吸收分光度计
TAS-990F 原子吸收分光光度计
原子吸收光谱仪的基本结构和工作流程
原子吸收分光度计：由光源、 原子化器、单色器和检测系统
四个基本部件组成。
光源
作用：发射被测元素的共振辐射 。 要求：锐线光源、辐射强度大、稳定性高、检
出限低、背景小等 。 理想光源： 空心阴极灯、无极放电灯、蒸汽放电灯等
原子吸收光谱分析
Atomic
absorption Spectrometry（AAS）
目的与要求
掌握原子吸收分光光度法的基本原理。 2. 了解原子吸收分光光度计的结构。掌握原 子吸收分光光度计的重要部件及其作用。 3. 掌握原子吸收光谱法的干扰及其抑制方法。 4. 掌握原子吸收的定量分析方法。 5. 了解原子吸收分光光度法在环境监测中的 应用。
概论
原子吸收光谱分析法：是基于物质所产生的原
子蒸气对特征谱线（通常是待测元素的特征谱 线）的吸收作用来进行元素定量分析的一种方 法。 1955年，澳大利亚物理学家 Walsh A（瓦尔 西）发表了著名论文：《原子吸收光谱法在分 析化学中的应用》奠定了原子吸收光谱法的基 础，之后迅速发展。 20世纪60年代初出现了以火焰作为原子化装置 的仪器，l970年制成了以石墨炉为原子化装置 的商品仪器。