第四章原子吸收光谱法与原子荧光光谱法

第四章原子吸收光谱法与原子荧光光谱法

4-1 . Mg原子的核外层电子31S0→31P1跃迁时吸收共振线的波长为285.21nm,计算在2500K时其激发态和基态原子数之比.

解:

Mg原子的电子跃迁由31S0→31P1 ,则

g i／g0=3

跃迁时共振吸收波长λ=285.21nm

ΔEi=h×c／λ

=（6.63×10-34）×（3×108）÷（285.31×10-9）

=6.97×10-19 J

激发态和基态原子数之比：

Ni／N0＝（g i／g0）×e-ΔEi／kT

其中:

g i／g0=3

ΔEi／kT=-6.97×10-19÷〔1.38×10-23×2500〕

代入上式得：

Ni／N0＝5.0×10-9

4-2 .子吸收分光光度计单色器的倒线色散率为1.6nm／mm，欲测定Si251.61nm的吸收值，为了消除多重线Si251.43nm和Si251.92nm的干扰，应采取什么措施？

答：

因为: S1 =W1/D

= (251.61-251.43)/1.6

= 0.11mm

S2 =W2/D

=（251.92-251.61）/1.6

=0.19mm

S1＜S2

所以应采用0.11mm的狭缝.

4-3 .原子吸收光谱产生原理，并比较与原子发射光谱有何不同。

答：

原子吸收光谱的产生：处于基态原子核外层电子，如果外界所提供特定能量（E）的光辐射恰好等于核外层电子基态与某一激发态（i）之间的能量差（ΔEi）时，核外层电子将吸收特征能量的光辐射有基态跃迁到相应激发态，从而产生原子吸收光谱。

原子吸收光谱与原子发射光谱的不同在于：

原子吸收光谱是处于基态原子核外层电子吸收特定的能量，而原子发射光谱是基态原子通过电、热或光致激光等激光光源作用获得能量；原子吸收光谱是电子从基态跃迁至激发态时所吸收的谱线，而原子发射光谱是电子从基态激发到激发态，再由激发态向基态跃迁所发射的谱线。

4-4．简述原子吸收法定量分析的依据及其定量分析的特点。

答：原子吸收法定量分析的依据是A=Kc.

定量分析特点选择性好，灵敏度高，精密度高，操作方便和快速应用范围广，有局限性。

4-5．原子谱线变宽的主要因素有哪些？对原子吸收光谱分析有什么影响？

答：变宽因素有自然变宽、多普勒变宽、碰撞变宽、场致变宽、和自吸变宽其中主要因素有Doppler变宽、Lorentz变宽

自然变宽和劳伦兹变宽在1500~3000K的原子化器中数量级都约为10-3nm，要对半宽度约为10-3nm的吸收谱线进行积分，需要极高分辨率的光学系统和极高灵敏度的检测器，目前还难以做到。谱线变宽后就无法进行积分吸收难以用与分析中而只能采用峰值吸收。

4-6．画出原子吸收分光光度计的结构图，并简要叙述原子吸收分光光度计的工作原理。

工作原理：锐线光源发射出待测元素特征谱线被原子化器中待测元素原子核外层电子吸收后，经光谱系统中的单色器，将特征谱线与原子化器在原子化过程中产生的复合光谱色散分离后，检测系统将特征谱线强度信号转换成电信号，通过摸/数转化器转化成数字信号；计算机光谱工作站对数字信号进行采集处理与显示，并对分光光度计个系统进行自动控制。4-7．子吸收分光光度计有哪些主要性能指标?这些性能指标对原子吸收光谱定量分析有什么影响?

答1.光学系统的波长显示值误差;进行光谱分析时,待仪器稳定后,调节波长控制装置,达到最强光辐射能量时光学系统显示波长与理论波长误差小于正负0.2mm.

2光学系统分辨率;光学系统分辨率是单色器时对共振吸收线与其他干扰谱线分辨率能力的一项重要指标.

3基线的稳定性

4吸收灵敏度;灵敏度定义为产生1﹪吸收(T=99﹪,A=0.0044)时所对应的元素含量.

5精密度;精密度用相对标准(RSD)表示,在仪器最佳工作状态下,对一定浓度的溶液进行多次重复测量(n>10).火焰原子化的RSD必须小于3﹪,石墨炉原子法采用自动化进样器进样,RSD必须小于5﹪

6检出限; 检出限(0.L)的定义为吸收信号相当于3倍噪声水平的标准差时所对应的元素含量.

4-8．火焰原子化法和石墨原子化法的工作原理,特点及其注意事项;为什么石墨炉原子化法比火焰原子化法具有更高的灵敏度和更低的检出限?

火焰原子化的过程:由燃气(化学燃料)和助燃气(氧化剂)之间的燃烧反应形成化学火焰,燃烧过程中雾化的气溶胶进行下列各种物理变化与化学反应过程:

干燥与蒸发:MmNn(l)=MmNn(s)=MmNn(g)

解离与原子化反应: MmNn(g)=M(m+)+N(n_)=M+N

原子吸收与发射过程:M+N----M*+N*----M+N

电子与离子发射过程:M+N==M(m+)+N(n+)--- M(m+)*+N(n+)*--- M(m+)+N(n+)

火焰原子化的特点与局限性: 适用范围广,分析操作简单,分析速度快和分析成本低,然而,同轴气动雾化器的雾化效率低(约为5%--10%),所需试样溶液体积大(ml),火焰原子化效率低并伴随着复杂的火焰反应,原子蒸汽在光程中滞留时间短和燃气与助燃气稀释作用,限制了方法检出限的减低,而且只能分析液体试样.

石墨原子化法的升温程序: 石墨原子化法必须选择适宜的干燥,灰化,原子化和除残升温速率,并保持时间程序及内保护气的控制程序.

1干燥的升温速率和保持时间

2灰化升温速率和保持时间.

3原子化升温速率和保持时间.

4除残升温程序.

石墨炉原子化法的特点:采用直接进样和程序升温方式,原子化温度曲线是一条具有峰值的曲线,主要特点是:可达3500摄氏度高温,且升温速度快,绝对灵敏度高,一般元素的可达10-9---10-12g,可分析70多种金属和类金属元素,所用试样量少,但是石墨炉原子化法的分析速度慢,分析成本高,背景吸收,光辐射和基体干扰比较大.

4-9．原子法存在哪些主要的干扰?如何减少或消除这些干扰?

答:原子吸收光谱法分析中的干扰主要包括物理干扰,化学干扰,电离干扰和光谱干扰.

1减少或消除物理干扰的办法:

A最常用的方法是配置与待测液试样溶液基体相一致的标准溶液.

B当配制与待测液试样溶液基体相一致的标准溶液有困难时,采用标准加入法.

C被测试样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.

2减少或消除化学干扰的办法.

改变火焰类型,改变火焰特征,加入释放剂,加入保护剂,加入缓冲剂,采用标准加入法.

3减少或消除电离干扰的方法.

最常用的方法是加入电离能较低的消电离剂,利用强还原性富燃火焰也可抑制电离干扰,标准加入法也可在某些程度上减少或消除电离干扰,提高金属元素总浓度也是减少或消除电离干扰的基本方法.

4光谱干扰及其消除方法:

A减少或消除吸收线重叠干扰方法:选用较小的光谱通带,选用被测元素的其他分析线,预先分离干扰元素.

B减少或消除直流发射光谱干扰方法:采用锐线光源的电源调制技术.

C减少或消除非吸收光谱干扰方法:选用较小的光谱通带,选用较小HCL灯电流.

4-10简述氘灯校正背景校正技术的工作原理及特点

答:(1)工作原理是:在垂直于锐线光源和原子化器之间增加了氘灯光源与切光器,氘灯在发射连续光谱,通过切光器的频率,让锐线光源所发射的特征谱线和一定光谱通带氘灯所发射的谱线分时通过原子化器,当特征谱线进入原子化器时,原子化器中的基态原子核外层电子对它进行吸收,同时也产生分子吸收和光散射背景吸收,检测得到原子吸收(A1)和背景吸收(A2)的总吸收(A),A=A1+A2.当氘灯所发射的谱线进入原子化器后,宽带背景吸收要比窄带