岛津原子吸收光谱仪基础知识培训课件
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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)
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
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》
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)
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
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
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Fra Baidu bibliotek择)
GFA 的加热阶段
清洁阶段(选择) 原子化阶段
温度 (oC)
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
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
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
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
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
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
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 )
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
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
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)
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
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》
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)
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
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
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Fra Baidu bibliotek择)
GFA 的加热阶段
清洁阶段(选择) 原子化阶段
温度 (oC)
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
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
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
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
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
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
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 )
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
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