复旦仪器分析课件15原子吸收分光光度法

1原子吸收分光光度法AtomicabsorptionspectrophotometryAASyyq2光谱分析法发射光谱法吸收光谱法发射光谱法荧光光谱法火焰光度法紫外可见红外吸收原子吸收核磁共振II03•是基于蒸气中的基态原子对特征电磁辐射的吸收来测定试样中元素的含量的方法特点：准确度高灵敏度高选择性好分析速度快分析范围广工作曲线范围窄一种元素一种灯某些元素检出能力差4第一节基本原理一、原子的量子能级和能级图5光谱项为nMLJ原子能级的表示方法一、原子的量子能级和能级图n主量子数价电子所处的能级L总角量子数电子轨道的形状M总自旋量子数价电子自旋量子数的矢量和J总内量子数轨道磁矩L和自旋磁矩S的矢量和6Na原子基态32S1/2第一激发态32P1/2及32P3/2E=E(32P1/2)-(32S1/2)=hc/11=589.6nmE=E(32P3/2)-(32S1/2)=hc/22=589.0nm电子结构(1S)2(2S)2(2P)6(3S)1Z=11价电子组态量子数光谱项nLMJ基态(3S)13021/232S1/2第一激发态(3P)13123/2,1/232P3/232P1/2光谱项为nMLJ7共振吸收线：=hc/(E1-E0)简称共振线是元素的特征谱线，强度最大，最灵敏。因此，在AAS中，一般利用共振线作为分析线来分析测定。钠原子的能级分布图8二、原子在个各能级的分布•Boltzmann分布：Nj、N0—激发态、基态原子数K—Boltzmann常数=1.3810-23(J/K)gj、g0—激发态和基态的统计权重g=2J+1)exp(000KTEEggNNjjj32S1/2能级的J=1/2g0=2J+1=232P3/2能级的J=3/2gj=2J+1=4光谱项为nMLJ9)exp(000KTEEggNNjjjT越高，激发态原子数增加T相同，∆E越小，越容易激发原子化温度一般3000K10例：计算在2500K火焰中，钠原子32P3/2激发态和基态32S1/2的比值。已知32P3/232S1/2的波长是589.0nm。解：当T=2500K时Nj/N0=1.1410-4)hc/λexp(2)exp(000KTKTEEggNNjjj32S1/2能级的J=1/2g0=2J+1=232P3/2能级的J=3/2gj=2J+1=420ggj11某些元素共振激发态与基态原子数之比Nj/N0原子化温度一般3000K大多数元素的共振线600nmNN012（一）原子吸收线的轮廓吸收线轮廓I0I0K0K0K0/2半峰宽0.001~0.005nmK峰值吸收系数/中心吸收系数三、原子吸收线的轮廓和变宽13分子（液）50nm/nmAI0I连续光源锐线光源原子（气）/nmK0.005nmUVAAS原子吸收线的宽度分子吸收带的峰宽原子吸收线与分子吸收带比较14（二）谱线变宽的主要因素•自然宽度•多普勒变宽•压力变宽nm15不同谱线有不同的自然宽度对共振线来说，自然宽度~10-5nm。E1.自然宽度N与产生跃迁的激发态原子的寿命有关16atomobserverD～10-3nm测定温度越高，被测原子的质量越小，热变宽越大由无规则热运动产生的变化，又称热变宽Kv2.多普勒变宽D17吸收原子与蒸气中原子相互碰撞而引起的谱线变宽和位移被测元素激发态原子与基态原子间碰撞引起3.压力变宽共振变宽HoltsMarkbroadening；RLorentzbroadening；L在通常AAS测定条件下，金属原子蒸气压在0.133Pa，可忽略不计，达到0.133Pa时，明显看出。～10-3nm183.压力变宽HoltsMarkbroadening；RLorentzbroadening；L被测元素原子与局外粒子间碰撞引起Kv随原子区间气体压力的增加和温度升高而增大可引起谱线频率移动及不对称性变化影响分析灵敏度也与其它元素的性质有关19•电场变宽•磁场变宽•自吸变宽吸收线的宽度在2000～3000K的温度范围内，原子吸收线的宽度约为10-3nm～10-2nm在分析测定中，谱线变宽常导致灵敏度下降其他因素20四、原子吸收值与原子浓度的关系（一）积分吸收样品lKIIA434.0lg0Kv仪器要求高1955年Walsh21光源发射线的波长与吸收波长中心一致发射线的半宽度比吸收线的半宽度更窄（二）峰值吸收A=KNLA=Kc一定条件下，峰值吸收处测得的吸收度与待测元素的原子总数及厚度成正比22第二节原子吸收分光光度计光源原子化系统单色器检测器信号处理和输出23一、主要部件（一）光源阳极阴极对光源的要求发射被测元素的共振波长—锐线光源空心阴极灯多元素空心阴极灯被测元素多元素24（二）原子化器火焰原子化法非火焰原子化法原子化方法石墨炉氢化物发生冷蒸气发生提供一定的能量，使各种形式的试样转化成所需要的基态原子25火焰原子化器雾化器雾化室燃烧器1.火焰原子化法flamatomization最常用的是乙炔－空气火焰分散液滴混匀雾粒大颗粒沉降产生基态原子助燃气燃气雾化室燃烧器雾化器最高温度：2600K262.石墨炉原子化器水水绝缘石墨管惰性气体炉体石墨管水、电、气强还原性（石墨介）质中，有利于难溶氧化物的原子化样品可不经前处理，适合于生物试样原子化效率高原子化温度较高27火焰原子化和石墨炉原子化法比较方法火焰石墨炉原子化热源化学火焰能电热能原子化温度较低30000C较高可达30000C原子化效率较低30％高90％进样体积1～5ml1～50l讯号形状平顶形尖峰状检出限高低重现性RSD0.5％～1％1.5％～5％基体效应较小较大28•某些元素Hg、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se、Fe等AsCl3+4KBH4+HCl+8H2OAsH3+4KCl+4HBO2+13H2特点：灵敏度高，取样量少，基体干扰少3.氢化物发生原子化器火焰/石墨炉灵敏度差加入KBH4氢化发生器，原子吸收池29•易挥发的元素Hg•有机的汞化合物4.冷原子化器还原产生Hg冷蒸气发生器原子吸收池直接送入吸收池30把要测定的吸收线和其他谱线分开（三）单色器置于原子化器后面II031（四）检测系统检测器（光电倍增管、光电二极管阵列）信号采集、处理和输出将光信号转变成电信号电脑系统自动控制进样、点火温度，…数据采集计算、分析打印报告32二、原子吸收分光光度计的类型单光束双光束火焰331.取样及处理取样控制含量在合适的范围预处理防止污染、避免损失2.分析线选择共振线为分析线，但以下情况例外Hg、As、Se的共振线在远紫外区被测元素的共振线受到干扰一、测定条件的选择第三节实验方法343.狭缝宽度由实验方法确定：增加灵敏度、改善信噪比吸光度大且平稳时的最大狭缝即为最宜狭缝在保证放电稳定、输出光强合适（灵敏度）的条件下，尽量选用低工作电流。4.空心阴极灯的工作电流35化学计量火焰富燃火焰燃气量化学计量火焰贫燃火焰燃气量化学计量火焰燃气与助燃气基本按它们之间的化学反应等量提供5.原子化条件的选择测定对象火焰Se、P（分析线200nm）氢火焰碱金属贫燃火焰B、Be、Al、Zr、稀土富燃火焰火焰原子化法36干燥灰化原子化稍低于溶剂沸点的温度下进行不损失被测元素的前提下，尽可能高的温度原子化阶段停止载气通过，提高基态原子在石墨管中的停留时间，可提高灵敏度。5.原子化条件的选择石墨炉原子化法由实验确定信号最大时最低温度37二、干扰及其抑制产生原因消除方法由于原子的电离，使基态原子数减少，测定结果偏低加入易电离元素M+XMX（试样）MX（气态）M++eNN++e1.电离干扰382.基体干扰（物理干扰）产生原因试样的物理性质发生变化，使吸光度改变。使样品与标样的组成基本一致消除方法标准加入法39光谱线干扰如：Co253.639nmHg253.652nm产生原因共存元素吸收线与被测元素吸收线重叠消除方法重新选择测定波长3.光学干扰非吸收线干扰产生原因气体分子、氧化物、盐类等对共振线的吸收等消除方法仪器技术氘灯背景校正空心阴极灯氘灯氘灯Zeeman404.化学干扰产生原因消除方法由于阴离子或阳离子与被测元素生成难溶化合物，影响被测元素的化合物离解和原子化释放剂保护剂2CaCl2＋2H3PO4→Ca2P2O7＋4HCl＋H2OLaCl3＋H3PO4→LaPO4＋3HClEDTA和Ca、Mg提高原子化效率高温火焰预先分离41三、灵敏度和检出限（一）灵敏度特征灵敏度产生1％吸收（或A＝0.0044）信号时，所对应的被测元素的浓度/质量特征浓度特征质量产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的浓度产生0.0044吸光度时所对应的被测元素的质量火焰法中：石墨炉：)μg/ml(0044.0ACSxC)μg(0044.0AmSxmdcdAs42例如：2g/ml的镁溶液，测得透光率为50％，计算其灵敏度)μg/ml(0292.05.0lg20044.0lg0044.0TCx)μg/ml(0044.0ACSxC432.检出限给定的分析条件和某一置信度下可被检出的最小浓度或最小量产生的吸收信号为空白溶液信号的标准偏差的3倍时所对应的待测元素的浓度或质量Dc=cA(g/ml)Dm=cAcVA＝(g)44五、定量分析方法1.标准曲线法2.标准加入法溶液12345浓度CxCx+C1Cx+C2Cx+C3Cx+C4AC基体影响大极微量元素453.内标法•内标元素与被测元素在原子化过程中具有相似的特性•内标法可消除在原子化过程中由于实验条件变化而引起的变化•需使用双波道型的仪器A/A0c