岛津原子吸收光谱仪基础知识培训课件
培训讲义一原子吸收光谱仪基本课程共38页文档
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
培训讲义一原子吸收光谱仪基本课程
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶Biblioteka 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
45、自己的饭量自己知道。——苏联
原子吸收光谱培训37页PPT
1.1.1 空心阴极灯
➢ HCL电源调制 ➢ 为了提高HCL发射谱线强度、
减少谱线半宽度和自吸现象， HCL普遍采用矩形窄脉冲调 制电源供电。 ➢ 一般采用200 Hz的调制电源， 占空比为1:3，矩形窄脉冲电 流为10~20 mA，平均电流为 2~5 mA。
单位名称
1.1.2 光学系统
➢ 富燃火焰：火焰燃烧不完全，具有强还原性，即火 焰中含有大量CH、C、CO、CN、NH等组分，干扰 较大，背景吸收高，适用于形成氧化物后难以原子 化的元素分析。
单位名称
1.2 原子化系统
➢ 火焰原子化的特点与局限性 ➢ 特点：简单，火焰稳定，重现性好，精密度高，应
用范围广。 ➢ 缺点：原子化效率低、只能液体进样
1.3 原子吸收分光光度计性能指标
➢ 光学系统的波长显示值误差 ➢ 光学系统分辨率 ➢ 基线的稳定性 ➢ 吸收灵敏度(S1%) ➢ 精密度 ➢ 检出限
单位名称
2 干扰及其消除
单位名称
2.1 物理干扰及其消除方法
➢ 物理干扰：指样品溶液物理性质变化而引起吸收信 号强度变化，物理干扰属非选择性干扰。
➢ 物理干扰一般都是负干扰。 ➢ 消除方法： ➢ 配制与待测样品溶液基体相一致的标准溶液。 ➢ 采用标准加入法。 ➢ 被测样品溶液中元素的浓度较高时，采用稀释方法
来减少或消除物理干扰。
单位名称
2.2 化学干扰及其消除方法
➢ 化学干扰：待测元素在原子化过程中，与基体组分 原子或分子之间产生化学作用而引起的干扰。
➢ 消除方法： ➢ 改变火焰类型、改变火焰特性、加入释放剂、加入
保护剂、加入缓冲剂、采用标准加入法 。
单位名称
2.3 背景吸收与校正
➢ 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。
仪器分析 原子吸收光谱法PPT学习教案
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干扰及其抑制－光学干扰
谱线干扰 产生的原因：共振线附近存在有非待测元素的谱线， 或试样中待测元素共振线与另一元素吸收线十分接近 时，均会产生谱线干扰。 消除或抑制方法：另选分析线，调小狭缝或化学分离。
赫鲁兹马克变宽(Holtsmark broadening) 劳伦茨变宽（Lorentz broadening ）
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自然变宽
vN
原子在基态和激发态的寿命是有限的。
电子在基态停留的时间长，在激发态则
很短。由海森堡测不准(Uncertainty
原 理t （ h
相应的符号为S、P、D、F S：总自旋量子数，价电子自旋量子数的矢量和，
0，±1/2，±1，±3/2 J：内量子数，电子运动过程中，轨道磁矩与自
旋磁矩耦合形成的能级分裂，取值L＋S， L＋S－1， … L－S。 2S+1:光谱项的多重性。
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Na原子的光谱项（n2S+1LJ）
基态结构：1S2 2S2 2P6 3S1 n=3； L=0； S=1/2； J=L+S=1/2； 2S+1=2 光谱项符号为3 2S1/2 第一激发态: 1S2 2S2 2P6 3P1 n=3； L=1； S=1/2； J为L+S=3/2、 L-S=1/2; 2S+1=2 光谱项符号为3 2P1/2 和3 2P3/2
产生的原因：待测元素与试样中共存组分或火焰成分发生 化学反应,引起原子化程度改变所造成的干扰。
消除与抑制方法：加释放剂、保护剂或基体改进剂、适当 提高火焰温度。
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岛津原子吸收光谱仪基础知识培训课件
光程中的样品颗粒产生加宽吸收谱带的效应
(c) 光谱干扰
样品中分析物和其他自由原子的原子吸收发 生重叠,两光谱的吸收波长非常接近
光谱线干扰
目标元素
Al Ca Cd Co Cu Fe Ga Hg Mn Sb Si Zn
光谱线 (nm)
干扰元素
V Ge As In Eu Pt Mn Co Ga Pb V Fe
岛津原子吸收光谱仪基础知识
分析中心
原子吸收光谱法的基础
原子吸收光谱分析概况
1802年伍郎斯顿（W.H.Wollasten）研究太阳光谱， 发现连续光谱中有暗线
1860年克希霍夫（G.Kirchhoff）和本生 （R.B.Bunsen）研究碱金属和碱土金属
1955年澳大利亚物理学家瓦尔什（A.Walsn）发表著 名论文《原子吸收光谱在化学分析中的应用》
传统GFA
电流控温
(目标元素挥发)
的问题 (样品易爆沸)
1000～3000℃
100℃
300～900℃
时间
干燥
灰化 原子化
传统GFA
GFA-EX7 GFA-EX7i
传统电流控温
自动温度校准 电流控制
光学控温 光学控温
高灵敏度GFA
新设计的优点
高灵敏度 长寿命的石墨管 适合连续多样品分析减少操作成本
E2
hn
E2 = 激发态 E1 = 基态 h = Planck 常数 n = 光谱频率
E1
e-
钠线
eV 6
4 2.2eV
2 589nm
基态
3.6eV 330.3nm
Lambert-Beer定律
Io
I
原子蒸汽
原子吸收光谱仪基础理论培训
当在原子吸收线中心频率附近一定频
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当使用锐线光源时，ΔV 很小，可以近似地 认为吸收系数在ΔV内不随频率V 而改变，并 以 蒸中气心对频辐率射处 的的 吸峰 收值 特吸 性收 ，系 则数 吸k光0来度表A为征原子
影响原子吸收谱线轮廓的两个主要因素：
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多普勒变宽 多普勒宽度是由于原子热运动引起的。从物理学中已知，从一个运 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。 原子吸收分析中，对于火焰和石墨炉原子吸收池，气态原子处于无 序热运动中，相对于检测器而言，各发光原子有着不同的运动分量， 即使每个原子发出的光是频率相同的单色光，但检测器所接受的光 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△ＶD可由下式决定：
Ground state
Excitation level
En
V Em
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原子吸收光谱的产生 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。
与火焰原子化法相比，石墨炉原子化法具有 如下特点： a，灵敏度高、检测限低
因为试样直接注入石墨管内，样品几乎
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为防止石墨的高温氧化作用，减少记忆效 应，保护已热解的原子蒸气不在被氧化， 可及时排泄分析过程中的烟雾，因此在石 墨炉加热过程中（除原子化阶段内内气路 停气之外）需要有足量（1~2升/分）的惰 性气体作保护。通常使用的惰性气体主要 是氩气。氮气亦可以，但对某些元素测定 其背景值增大，而且灵敏度不如用氩气高。
岛津直读光谱仪培训讲义 100
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2.9 时间分解分析法
元素在激发时，由于元素的性质不同，其发光 相位的状态和强度特征是不同的。 时间分解测光法是利用微秒级的高速快门，按 照不同的相位段截取最佳的脉冲信号。 经过PDA的处理，从而提高了多种元素同时分 析的范围，提高了分析的灵敏度、精度和分析 速度。 能够进行某些元素的状态分析。
Ct
D1 D2
D1 D2
D1 D2 Ct C0 d
—下限管理值 —上限管理值 —控制样品目标含量值 —控制样品由工作曲线测定的分析值 —工作曲线表达式中的常数项
计算修正系数AC，MC：
当|Ct-C0|≤D1时，AC=0，MC=1。 当D1<|Ct-C0|≤D2时，AC=Ct-C0，MC=Ct/C0或MC=(Ct-d)/(C0-d)。 当|Ct-C0|>D2时，不计算系数，此时AC，MC仍然应用原来的数值 。
如何进行控样修正：
C≥Ct时，用CAC=C+AC计算。 C<Ct时，用CMC=C×MC或CMC=(C-d)×MC+d计算。 可以强制系统采用CAC=C+AC或CMC=C×MC（或CMC=(C-d)×MC+d）的 方式计算。
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1.12 含量分析计算流程
开始测定
强度测定
强度计算 标准化 含量转换 工作曲线选择 共存元素修正 100%修正 控样校正 特殊公式计算 结果输出
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3.7 氩气管路图
①氩气瓶 ②压力表 ③减压阀 ④电磁阀 ⑤分析流量调节阀 ⑥待机流量调节阀 ⑦流量计 ⑧激发台 ⑨氩气增压器
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3.8 氩气流量的调整
旋转氩气待机流量控 制盘，调节氩气待机 流量，PDA-5500Ⅱ型 为1L/min，PDA-7000、 PDA-5500Ⅲ、PDA5500Ⅳ型为0.5L/min。 在分析时旋转氩气分 析流量控制盘，调节 分析流量氩气分析流 量，PDA-5500Ⅱ型为 10L/min，PDA-7000、 PDA-5500Ⅲ、PDA5500Ⅳ型为8L/min。
原子吸收光谱仪实验课ppt课件
2.2.7 样品分析
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2.2.8 关机
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2.3 原子吸收的干扰及抑制
1. 物 理 干 扰（基体效应） 如：通过标准加入法来抑制 3. 光 谱 干 扰 如：通过氘灯进行校正 2. 化 学 干 扰 如：石墨炉法测铅加入加入磷酸二氢铵 （NH4H2PO4）
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化学干扰
产生：待测元素与共存组分发生了化学反应，生成了难挥发或难 解离的化合物，使基态原子数目减少所产生的干扰。
24小时，并清洗干净
• 矩管及与发生器的连接管使用前保持清洁
、干燥
• 测砷时使用到碘化钾，因此应及时用酸清
洗整个系统4小时以上，再用蒸馏水清洗， 以免碘化钾吸收汞蒸气影响汞的测定。
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思考题
• 原子吸收光谱仪为何要做维护保养？ • 测试时如何选择定量分析方法？ • 原子吸收光谱用于定量分析的理论依据是
什么？
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气 液 分 离 器
蠕动泵管
42
3.7 氢化物发生器使用注意事项
当仪器调试好后，确认光路是最优化状态 时，测定发现无信号，相对偏差太大，应 考虑以下几点：
蠕动泵管是否正常运作 矩管及与发生器的连接管是否清洁、干燥 气液分离器是否干净无污
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3.7.1 氢化物发生器的维护保养
• 蠕动泵管用后及时清洗，防止堵塞 • 气液分离器污染后，必要时拆下用硝酸泡
特点：原子吸收分析的主要干扰来源，具有选择性。 如：石墨炉法加入加入磷酸二氢铵（NH4H2PO4）
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3 仪器的维护与保养
• 仪器缺乏保养可能出现的问题 • 仪器的维护保养内容 • 仪器的使用注意事项与保养
岛津原子吸收光谱仪基础知识培训
原子吸收光谱仪的原理是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析。当光源发射出某 一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射光被吸收，通过测定特征光被减弱的程度，从而得出试样中待测元素 的含量。
岛津原子吸收光谱仪特点与优势
宽测量范围
该仪器具有较宽的测量范围，可 满足不同浓度样品的测量需求。
04
应用领域及发展前景
应用领域
岛津原子吸收光谱仪广泛应用于环保、冶金、地质、化工、食品、医药等领域 中的痕量金属元素分析。
发展前景
随着科技的进步和环保意识的提高，对痕量金属元素的分析需求将不断增加。 因此，原子吸收光谱仪的发展前景广阔，未来将更加注重仪器的灵敏度、稳定 性、自动化程度以及多元素同时分析等方面的提升。
02
岛津原子吸收光谱仪结构组成
光源系统
空心阴极灯
提供特定波长的锐线光源，是原子吸收光谱 仪的核心部件之一。
光源电源
为空心阴极灯提供稳定的电流和电压，确保 其正常工作。
光源调制器
通过调制光源的发射强度，提高信噪比和检 测灵敏度。
原子化系统
01
02
03
雾化器
将样品溶液雾化成细小的 气溶胶，以便后续原子化 。
检测系统
检测器
将单色光转换为电信号，以供后续数 据处理和分析使用。
信号放大器
数据采集与处理系统
对放大后的电信号进行采集、转换和 处理，最终得到样品的定量分析结果 。
放大检测器输出的微弱电信号，以便 于后续的数据采集和处理。
03
岛津原子吸收光谱仪操作指南
开机与初始化设置
开机步骤
接通电源，打开仪器开关，启动 操作系统。
燃烧器
原子吸收 培训课件
抗干扰能力强
操作简便
原子吸收光谱法具有较强的抗干扰能力， 能够克服基质效应和共存离子的干扰，提 高分析的准确性和可靠性。
原子吸收光谱法操作简便，仪器自动化程 度高，可以快速进行样品处理和测定。
缺点
样品消耗量大
原子吸收光谱法需要消耗较大的样品量，对于一些稀有或珍贵样品， 可能会造成浪费。
检测范围有限
联用技术如色谱-原子吸收联用技术的 出现，使得原子吸收光谱法在复杂样 品分析中具有更高的实用价值。
新型光源和检测器的研发，如激光诱 导击穿光谱技术和电感耦合等离子体 发射光谱技术等，为原子吸收光谱法 提供了更广阔的应用前景。
应用领域的拓展
原子吸收光谱法最初主要用于金属元素的分析，随着技术的 进步和应用研究的深入，其应用领域已经拓展到了非金属元 素、有机物和生化样品的分析。
身伤害。
实验结束后，正确处理废弃物， 防止对环境和人体造成危害。
事故处理
如发生意外事故，应立即采取 应急措施，并及时报告相关部
门。
实验废弃物的处理与处置
分类收集
将废弃物按照可回收、有害、一般废弃物进行分类收集。
有害废弃物处理
对有害废弃物进行无害化处理，如酸碱中和、沉淀、焚烧等。
废弃物处置
将处理后的废弃物按照相关规定进行处置，如深埋、排放等。
03
原子吸收光谱法可以用于陶瓷材料中金属元素的分析，以了解
陶瓷材料的成分和性能。
04
原子吸收的优缺点
优点
灵敏度高
选择性好
原子吸收光谱法具有很高的灵敏度，能够 检测出低浓度的元素，适用于痕量元素的 分析。
原子吸收光谱法具有较好的选择性，不同 元素有不同的吸收波长，可以实现对目标 元素的特异性检测。
原子吸收光谱法教学课件ppt
实现多元素的同时分析是当前研究的热点之一，将有望提高分析效 率。
THANKS
便携化程度提高
未来原子吸收光谱法的便携化程度将越来越高，便于现 场快速检测。
智能化程度提高
未来原子吸收光谱法的智能化程度将越来越高，数据分 析将更加自动化和智能化。
研究热点和前沿
新材料的应用
新型材料如纳米材料、生物材料等在原子吸收光谱法中的应用成 为研究热点之一。
复杂基质样品分析
如何解决复杂基质样品中待测元素的干扰问题是当前研究的热点 之一。
原子吸收光谱法教学课件PPT
xx年xx月xx日
目 录
• 原子吸收光谱法概述 • 原子吸收光谱法仪器设备 • 原子吸收光谱法实验技术 • 原子吸收光谱法实验结果与讨论 • 原子吸收光谱法在环境监测中的应用 • 原子吸收光谱法的发展趋势与展望
01
原子吸收光谱法概述
定义和原理
01
原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是一种基于原子 能级跃迁的定量分析方法。
应用领域
01
原子吸收光谱法广泛应用于各种领域，如环境监测、食品检测 、医药研究、地质勘查等。
02
该方法特别适用于痕量元素的分析，如铅、汞、砷等有害元素
。
原子吸收光谱法还可以用于研究化学反应过程和反应动力学。
03
02
原子吸收光谱法仪器设备
原子吸收光谱仪的基本构成
光源
原子化器
原子吸收光谱仪需要使用锐线光源，如空心 阴极灯或蒸气放电灯，产生共振线，使基态 原子受到激发跃迁到激发态。
计算样品浓度
根据标准曲线和样品吸光度，计算 样品浓度。
结果讨论与解释
岛津气相色谱培训资料PPT课件
SGE
BP-1
信和化工
Frontier LAB
HR-1
RESTEC
Rtx-1
SU PELC O CHROM PACK
SPB-1
CP Sil 5 CB
BP-5
HR-52
Rtx-1,MXT-5 Rtx-20
恒温分析
•沸程窄时采用恒温分析 •恒温分析时，保留时间和碳 数程指数关系
升温分析
•沸程宽时采用升温分析 •升温分析时，碳数和保留时
间程比例关系 •基线调整困难，应确认空白 是否有鬼峰出现。
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载气流速与分离能力的关系
A C
B HETP
度速线气载
Van Deemter方程 HETP=A+B/u+Cu A涡流扩散（横向） B分子扩散 C传质阻抗（纵向） HETP:理论塔板高度
• 吹扫溢出衬管的溶剂气体，减少溶 剂拖尾
• 常用流量范围：3-5ml/min
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分流比的设定范围
• 分流比=柱流量/（分流流量+柱流量）
分流流量>>柱流量时 分流比=柱流量/分流流量
• 分流比的设定要依据样品浓度
（浓度越高分流比越大）
• 分流比的设定要依据毛细柱容量
（柱容量越低，分流比越大）
• 常用的分流比范围为1:20—1:200,
氨基甲酸盐农药的热解现象
SplitlessSPL
Cool-oncolumn
Splitless-
PTV
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热分解效应比较结果
OCI优于PTV优于热进样方式
22
进样体积上限
培训讲义一原子吸收光谱仪基本课程PPT学习教案
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石墨炉：
一定量的样品加入到石墨炉（一般为石墨材质）内，电加热经几个 步骤，最后在一个较高的温度下，被迅速地原子化，从而产生与被 测元素的含量成正比的原子数量
突出的优点：
灵敏度高，检出限低 进样量少
重要的问题：
分析速度慢（一般每次分析2～3分钟） 精度差（一般1～5％，正常吸光度） 原子化机理复杂，导致背景问题
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Kirchhoff 和 Bunsen的 实验（1）
灯源 透镜
透镜
将盐放在金属丝上 并放入火焰中
燃烧器
白色卡片
棱镜
暗线
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Kirchhoff 和 Bunsen的 实验 （2）
将盐放在金属丝上 并放入火焰中
透镜
因此发现了 R b和C s
燃烧头
白卡
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棱镜
发射线
吸收和发射
H
Li
Be
火焰 石墨炉和火焰
He
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Zn
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Hf
Ta
原子吸收光谱法培训课件
干扰及其抑制
•
原子吸收光谱分析中，干扰效应按其性质
和产生的原因，可以分为四类：
1、 物理干扰
2、 化学干扰
3、 电离干扰 4、 光谱干扰
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背景干扰校正方法
• （a）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，两次 测量值相减即得到校正背景之后的原子吸收的吸光度。
3
3
原子吸收光谱分析法的特点
• 特点：
• • • • (1) 检出限低，10-9～10-12 g· mL-1。 (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) 应用广，可测定70多个元素（各种样品中）.不 仅可以测定金属元素,也可以用间接原子吸收法测 定非金属元素和有机化合物 。
为微米级的气溶胶。
主要缺点：雾化效率低。
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四、火焰的种类
原子吸收光谱法
乙炔-空气火焰：燃烧稳定，重现性好，噪声低 氢-空气火焰是氧化性火焰优点是背景发射较弱，透 射性能好 乙炔-氧化亚氮火焰的特点是火焰温度高是目前应用 较广泛的一种高温火焰，用它可测定70多种元素
16
16
五、单色器
1.作用 将待测元素的共振线与邻近线分开。 2.组件 色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭
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四、原子化系统
1.作用
原子化器的功能是提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。
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2.原子化方法
火焰法：
是原子光谱分析中早使用的原子化方
法，至今仍在广泛地被应用；
无火焰法：
其中应用最广的是石墨炉电热原子化法。
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3.火焰原子化装置
岛津FTIR培训讲义
岛津FTIR-8400S/IRPrestige-21培训岛津国际贸易（上海）有限公司 分析中心岛津FTIR光谱仪系列 FTIR-8400S IRPrestige-21 红外显微镜AIM-88002Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited内容一、红外吸收的基本原理 二、红外光谱仪 三、制样技术 四、常用红外分析 五、维护与保养3Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited一、红外吸收的基本原理 1.1 红外辐射以及红外光谱法特点 1.2 红外吸收产生原因 1.3 红外光谱分区4Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited1.1.1 什么是红外辐射? 1800年英国天文学家赫谢尔测量太阳 光可见区内外温度，发现红色光以外 部分温度比可见光高 电磁波波长范围：0.76 - 0.8 μ m 至1 mm红外辐射5Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited电磁波谱波长 (cm) 能量 紫外 UV 10-5 波长 (μm) 波数 (cm-1) 可见 VIS 近红 外 NIR 中红外 Mid-IR 10-3 2.5 25 400 远红外 Far-IR 10-2 1000 10 微波 Microwave 10-110-5 10-4 0.7812,800 40006Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited1.1.2 红外光谱法特点 通过谱图解析可以获取分子结构的信 息；谱带的吸收程度可以进行定量分 析 特征性强，测定快，试样用量少，不 需要破坏试样 分析范围广 气态、液态、固态样品均可进行红外 光谱测定7Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited1.2.1 能级跃迁示意图电磁波与分子相互作用时产生能级跃迁：电子能级跃迁—紫外、可见吸收和荧光发射光谱 振动能级跃迁—红外光谱和拉曼散射光谱 转动能级跃迁—远红外光谱和转动拉曼光谱能级 v2 v1 转动能级跃迁 5 4 3 2 1 0 v0 v2 v1 振动能级跃迁 v0 E1 电子能级跃迁E0E = hν 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳· 秒） ν 为频率8Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited红外光谱的基本原理 红外光谱起源于分子化学键的振动， 属于分子光谱中的振动光谱红外吸收谱带的位置(波数cm-1 )对应分 子振动能级跃迁的能级差 红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率9Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited1.3.1 红外光谱的分区Wavenumber (cm-1)4000 100 2500 2000 1500 625Transmittance (%)N-H O-H C-HC=N C=CC=O C=N C=C Fingerprint region0 2.5 4 5 7 16Wavelength (µm)10Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited1.3.2 红外光谱的基团频率Functional groups Band position (cm-1) IntensityC - H (alkyl group) 2850 - 2960 Medium to strong= C - H (alkene) C= C 3020 - 31001650 - 1670MediumMedium≡ C - H C ≡ C33002100 - 2260StrongMediumC - Cl C - Br C - I 600 - 800500 - 600500StrongStrongStrongO - H C - O 3400 - 36401050 - 1150Strong, broadStrongAromatic ring 1600, 1500 StrongN - H C - N 3310 - 35001030,1230MediumMediumC = O 1670 - 1780 StrongO - H (Carboxylic acid) 2500 - 3100 Strong, very broad C ≡ N 2210 - 2260 Medium二、红外光谱仪2.1 红外光谱仪的分类2.2 傅立叶变换红外谱仪的结构 2.3 傅立叶变换分光的原理2.1.1 红外光谱仪的类型色散型红外光谱仪(Dispersive Infrared Spectrometer）：用棱镜或衍射光栅分光1930年第一台棱镜分光单光束1946年棱镜分光双光束60年代光栅分光傅立叶变换红外光谱仪(Fourier Transform IR Spectrometer）：用干涉仪代替色散装置70年代傅立叶变换光谱仪傅立叶变换红外光谱仪的优点：高光通量-光源利用率高高信噪比-光谱元作需时间为△T＝T/N,相同时间内光谱元更多，S/N提高√N倍波数精度高-用He-Ne激光控制取样，精度达到±0.01cm-1杂散光低-某一波长光的强度通过杂散光方式叠加到另一波长光的强度的可能性很小目前所使用的基本为傅立叶变换红外光谱仪2.2.1 傅立叶变换红外谱仪的结构He-Ne准直激光检测器光源干涉仪样品室2.2.2 红外光源 红外光源通常为惰性固体物质，电热可达1500 ~ 2000K陶瓷光源：中、远红外区 卤钨灯：近红外区高压汞弧灯：远红外区隔离器光源光出口传统光源新型陶瓷光源陶瓷材料反射罩5000小时1500小时2.2.3 干涉仪（核心部件） 迈克尔逊干涉仪法布里-伯洛干涉仪同光路塞格耐克干涉仪迈克尔逊干涉仪由两个互成角度的平面镜与分束器构成一部分红外入射光经分束器透射到动镜，其余的则反射至固定镜分束器补偿板固定镜动镜(恒定速度)来自光源至检测器岛津活动连接点支架(FJS)设计薄膜铰链接(4个位置）Hinges using film示意图连接处动镜固定顶点Top plate (fixed)岛津专利S h i ma d z uP a t e n t !!ADA 动态准直Processing circuit He-Ne 激光极化光分束器Polarized beam splitter压电微调器固定镜移动镜确定干涉条件的采样回路传感器B传感器A光源至样品室FJS system处理回路防潮措施密封干涉仪2.2.4 检测器热电检测器入射辐射加热材料时引起表面电荷变化：中红外区钽酸锂(LiTaO3)氘代硫酸三甘肽( DTGS, deuterated triglycinesulfate detector )高灵敏度的氘代L-丙氨酸硫酸三甘肽( DLATGS,deuterated L-alanine triglycine sulfate ) ：中、远红外区光电导检测器吸收辐射材料电阻降低碲镉汞化物(MCT, Mercury Cadmium Telluride)，高灵敏、快速响应：中红外InGaAs，PbS，InSb：近红外2.2.5 红外窗片材料氯化钠(NaCl)、溴化钾(KBr)、碘化铯(CsI)氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)氯化银(AgCl)、溴化银(AgBr)硫化锌(ZnS, 商品名IrTran-2)硒化锌(ZnSe, 商品名IrTran-4)溴化铊-碘化铊混晶(KRS-5)锗Ge等：中红外聚乙烯片：远红外石英片：近红外一些窗片材料的红外透光特性100806040200%4000 cm-1 3000 2000 15001000 500 200Quartz 1 mmSapphire 2 mmCaF 25 mmBaF 23 mm NaCl10 mm KBr 10 mm CsI 3 mm2.2.6 光源/分束器/检测器的搭配光源 分束器 检测器13,000 770nm 2μm25μm50μm200cm-1400 1,000cm-110μm10,000cm -11μm5,000cm -1Tungsten LumpCeramic (7800 – 240cm -1)CaF 2 KBr (7,800 – 350cm -1)CsI 5,000 – 240cm -1)InGaAs DLA TGS (7,800 – 240cm -1) (12,500 – 3,800cm -1) (12,500 – 3,800cm -1)(12,500 – 3,800cm -1)FIRMIRNIR MCT (5,000 – 650cm -1)中红外7,800-350cm-1陶瓷光源/KBr-分束器/DLATGS （标准）或MCT （选配） 远红外（选配）5,000-240cm-1陶瓷光源/CsI-分束器/DLATGS 近红外（选配）12,500-3,800cm-1钨灯（卤素灯）/CaF 2-分束器/InGaAsIRPrestige-21 扩展配置分束器近红外CaF2中红外KBr 远红外CsI 检测器近红外InGaAs中、远红外DLATGS光源中、远红外陶瓷光源近红外卤钨灯2.3.1 光的干涉原理傅立叶变换红外光谱仪基于光的干涉，分别来自动镜与定镜的红外光由于光程差发生干涉λλ/2x=n λn=0,1,2…x = n/2λn =1,3,5...亮Bright暗Dark不同的干涉效果来自固定镜的光来自移动镜的光x = 2(l 1-l 2) = 0来自移动镜的光x = 2 (l 1-l 2) = λ/22.3.2 干涉图和红外光谱的关系I(x)=∫B(ν)e-i2πνx dν干涉图强度I与距离x关系B(ν)=∫I(x)e-i2πνx dx光谱图强度B与频率ν(波数)关系检测器检测到的干涉图v1 v2 v3A’(v2)A(v1) A(v2) A(v3)强度红外光谱A(v1)A’(v2) A(v2) A(v3)傅立叶变换 （由计算机完成） v1 -x0v2v3+x光程差31Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited1 E 0.750.5→ 傅立叶变换120 %T 100 800.250-0.25-0.5-0.75-1-0.015-0.01-0.005→00.0050.010.015600.02 cm402004500 FTIR Measurement4000350030002500200015001000500 1/cm32Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited三、制样技术 3.1 常规制样 3.2 衰减全反射( Attenuated Total Reflection, ATR) 3.3 漫反射（Diffuse Reflectance Spectroscopy, DRS）33Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited3.1.1 固体样品制样 压片法：样品和KBr取量（最常用） 研糊法：固体样品与稀释剂(石蜡油、氟油) 研磨调糊 成膜法：高分子样品等可用热压膜机制膜； 某些固体样品溶解在溶剂中，溶剂蒸发成膜 溶液法:将样品悬浮于易挥发溶剂中，滴于 KBr上，溶剂挥发会形成均匀得粉末薄层34Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited小型手动压片机 及压片模具35可抽真空KBr压 片模具Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited3.1.2 液体样品制样 液膜法：液体池 涂膜法： 成膜法：36Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited液体池37Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited气体样品制样 气体样品的测定：气体池38Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited3.2.1 ATR原理ATR晶体 样品 红外入射光ATR晶体 穿透深度 样品39Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited3.2.2 ATR适用的样品 样品有光滑平整表面 样品折射率小于晶体 ATR光谱测定深度为几个微米，一定 程度上反映了被测物的表面信息 常测定的样品：薄膜、织物、涂层等 测量要点：固体样品需紧贴晶体表面 ；液体样品可直接滴在晶体表面上40Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited3.3.3 ATR装置及附件41Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited常用ATR晶体材料的特性表晶体 材料KRS-5 Ge ZnSe波数范围 (cm-1)20,000 - 290 5,000 - 700 20,000 - 650水中溶 折射率2.4 4.0 2.4解性不可溶 不可溶 不可溶特征橘红色, 有毒 黑色, 不透明, 易碎 黄色, 硬根据样品的状况，选择相应的ATR晶体材料 ----样品的折射率应小于晶体的折射率42Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited3.3.4 ATR穿透深度的影响因素5.0穿透深度 (μm)4.0 3.0 2.0 1.0 0.0(A) KRS-5 晶体, θ = 45o (B) Ge 晶体, θ = 30o (C) KRS-5 晶体, θ = 60o (D) Ge 晶体, θ = 45o (E) Ge 晶体, θ = 60o(A)(B) (C) (D) (E)4000300020001000波数 (cm-1)43Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited 入射角愈大，穿透样品深度越浅 同一晶体，样品折射率越大穿透深度越深 同一样品，晶体折射率越大穿透深度越浅 红外光线波数越高，穿透深度越浅，高波 数段光谱谱带偏低； ATR校正——校正光谱中各谱带的相对强 度，以消除由于不同波数红外光穿透深度 不同而引起的对ATR光谱的影响44Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. LimitedATR 校正ATR 光谱 (未校正)ATR 光谱 (已校正)透射光谱30001500100040045Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited3.3.1 DRS原理红外光照在样品上,少 部分产生镜反射，其余 漫反射光 镜反射光 部分进入样品后，经过 多次反射、折射、散射、 衍射，再由样品表面向 各个方向辐射出来，称 为漫反射光，它带有样 • 镜反射光(Specular Reflectant 品的信息。
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火焰原子化
火焰通过助燃气（如Air、N2O等）和燃气(如H2、 C2H2等)的燃烧而产生
火焰温度
火焰类型
Ar - H2 Air-H2 Air-C2H2 N2O-C2H2
最高温度 (C) 1577 2045 2300 2955
火焰的选择
空气-乙炔
多数元素
N2O-乙炔
难熔元素：Al, V, Ti 等
1961年里沃夫（B.V.Lvoi）发表非火焰原子吸收法， 灵敏度达10-10～10-14克
1965年威立斯（J.B.Willis）引入氧化亚氮-乙炔火 焰，解决易生成难熔氧化物元素的原子化问题
原子光谱分析的发展
火花发射
原子吸收 原子荧光 ICPS
1950
1960
1970
1980
1990 年
测定的浓度范围
氩-氢
吸收波长位于 ＜230nm UV 区的元素 As, Se, Zn, Pb, Cd, Sn
火焰AAS中形成自由原子的过程
颗粒的去溶剂 固体的汽化 分子的解离 分析物原子的电离
火焰原子化的过程
溶液 雾化
喷雾
干燥的 气溶胶
分子
去溶剂
蒸发
离子 自由原子
火焰原子化器
AA火焰原子化器的构造
石墨管的类型
高密度石墨管
适用于原子化温度低的元素，如：Cd, Pb, Na, Zn, Mg等 被测元素浓度高时可降低灵敏度，如：Al, Fe, Cu等
热解石墨管
适用于易与碳结合的元素， 如：Ni, Ca, Ti, Si, V, Mo等
平台石墨管
适用于基体复杂的样品， 如：生物样品，排放水， 海水等
5ppb_Cr
ABS 0.06
ABS 0.37
高密石墨管
热解石墨管
(3) 光学系统
光学系统
光学系统 (单/双光束)
光学系统 (单/双光束)
单光束：光源辐射出目的元素的特征光谱, 光束 经样品池准直于单色器
双光束: 来自灯光源的光被分为样品光束和参比 光束，样品光束准直于样品池，参比光束绕过样品 池，测量信号为样品光束和参比光束的比值。可消除 光源强度波动造成的影响，得到更稳定的基线
传统GFA
电流控温
(目标元素挥发)
的问题 (样品易爆沸)
1000～3000℃
100℃
300～900℃
时间
干燥
灰化 原子化
传统GFA
GFA-EX7 电流控制
光学控温 光学控温
高灵敏度GFA
新设计的优点
高灵敏度 长寿命的石墨管 适合连续多样品分析减少操作成本
AA6300C光学系统
HCL : 空心阴极灯 M1-M6:镜 D2: 氘灯 S1,S2: 狭缝 BS:分束器 G:衍射光栅 W1-W4:窗板 PMT:光电倍增管 CM:斩光镜
斩光镜
AA-7000光学系统
检测器 单色器
可变衰减器 氘灯
原子化器
分束器 空心阴极灯
(4) 检测器 (光电倍增管)
自由原子
蒸汽
•在石墨管中注入数μL-数十μL的样品溶液，并通以大电流。通过 产生的热加热石墨管，使样品中目的元素原子化。最高温度可达 近3000℃。
GFA 中涉及原子化的过程
干燥或去溶剂阶段 灰化阶段 原子化阶段 清洁阶段 (可选择)
GFA 的加热阶段
清洁阶段(选择) 原子化阶段
温度 (oC)
燃烧头角度与吸光度
适当调整燃烧头角度，以减小光程长，可以显著 降低吸光度，是测定高浓度元素时常用的技巧
原子化器的2种类型
火焰
无火焰
石墨炉AAS (GFA) 冷汞发生器MVU-1A 氢化物发生器HVG-1
石墨炉原子化
石墨炉原子化的过程
输送 样品 溶液
分子
去溶剂
蒸发
液滴
固体 颗粒
离子
T：透射率, A：吸光度, k：摩尔吸收系数
AAS 装置的构成
辐射源 (空心阴极灯) 原子化器 (火焰/无火焰) 光学系统 (单/双光束) 单色器 (分光器) 检测器 (光电倍增管) 数据处理系统
AAS 装置的构成
光学系统
单色器
光源
原子化器
检测器 数据处理系统
(1) 辐射源 (空心阴极灯)
E2
hn
E2 = 激发态 E1 = 基态 h = Planck 常数 n = 光谱频率
E1
e-
钠线
eV 6
4 2.2eV
2 589nm
基态
3.6eV 330.3nm
Lambert-Beer定律
Io
I
原子蒸汽
l 光程长
Lambert-Beer定律
I = I0 e-klc
T = (I/I0) x 100% A = log (I0/I) = klc
干燥阶段
灰化阶段
0
20
35
时间 (秒)
外气流(氩) 内气流(氩)
50 54
温度控制方式
岛津全程温度控制
干燥阶段：人工智能电子电流控制自动温度校准 灰化/原子化：光学探头温度控制 控温精度高，有利于提高重现性和准确度
其他厂家
只有原子化阶段才采取光控方式
石墨炉温控技术
干燥、灰化温度控温不准
检测器
光电倍增管
当有一个具有一定能量的电子撞击打拿极 时可发射 2～5 电子，导致电子的倍增
将采集到的光信号转变为电信号
(5) 数据处理系统
数据处理系统
ICP-MS
无火焰 AAS ICP 火焰 AAS
火花发射
1 ppt 100%
1 ppb
1 ppm
0.1%
原子吸收的原理
基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸 收作用来进行定量分析的一种方法
hn
E2
e-
hn
吸收
E1
e-
原子吸收的原理
E = E2 - E1 = h ν l=c/ν l = hc/ (E2 - E1 )
岛津原子吸收光谱仪基础知识
分析中心
原子吸收光谱法的基础
原子吸收光谱分析概况
1802年伍郎斯顿（W.H.Wollasten）研究太阳光谱， 发现连续光谱中有暗线
1860年克希霍夫（G.Kirchhoff）和本生 （R.B.Bunsen）研究碱金属和碱土金属
1955年澳大利亚物理学家瓦尔什（A.Walsn）发表著 名论文《原子吸收光谱在化学分析中的应用》
光源
空心阴极灯原理图
空心阴极灯发光原理
氩 - e-
氩+
氩+ M M*
M*
M
光
阴极
MM 氩 MM
阳极
(2) 原子化器
原子化器
原子化过程
将分析物质转换为发射或吸 收光能量的自由原子的过程
雾化
火焰
自由
气溶胶
原子
溶液
蒸汽
炉加热
原子化器的2种类型
(1) 火焰
(2) 无火焰
- 石墨炉AAS (GFA) - 冷汞发生器MVU-1A - 氢化物发生器HVG-1