原子吸收光谱试验讲义.

早在1802年，伍朗斯顿（W.H.Wollaston）在研究太阳连续光谱时，就发现了太阳连续光谱中出现的暗线。太阳光谱的暗线1859年，克希荷夫（G.Kirchhoff）与本生（R.Bunson）在研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且根据钠发射线与暗线在光谱中位置相同这一事实，断定太阳连续光谱中的暗线，正是太阳外围大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果。原子吸收的发现灵敏度高，检出限低:火焰法1ng/ml级(纳克/毫升)，石墨炉法10-10-10-14g。准确度高:火焰法误差1%，石墨炉法3－5％。选择性好：共存成分的干扰小，不经分离可直接测定。操作简便，分析速度快。应用广泛：直接测定70多种元素，应用于化工、医药、环境、食品、农业等领域。分析不同元素，必须使用不同元素灯。有些元素，如钍、铪、铌、钽等的灵敏度比较低。对于复杂样品需要进行化学预处理。应用领域：可用于水体、岩石矿物、土壤、植物、食品、石油、化工产品中金属元素含量的测定，检测限为ppm～ppb级（浓度及浓度单位换算1ppm=1000ppb1ppb=1000pptppm即：mg/L（毫克/升）ppb即：ug/L微克/升）ppt即：ng/L（纳克/升）一、原子吸收光谱的产生原子吸收是一个受激吸收跃迁的过程。当有辐射（光）通过自由原子蒸气，且入射辐射的频率等于原子中外层电子由基态跃迁到较高能态所需能量的频率时，原子就产生共振吸收（定性）。原子吸收分光光度法就是根据物质产生的原子蒸气对特定波长光的吸收作用来进行定量分析的。原子吸收光的波长通常在紫外和可见区。暗线是由于大气层中的钠原子对太阳光选择性吸收的结果：ECE=h=h基态第一激发态热能νnuλlambda兰布达h（吸收光长度）当光源发射的某一特征波长的辐射通过原子蒸气时，被原子中的外层电子选择性地吸收，使透过原子蒸气的入射辐射强度减弱，其减弱程度与蒸气相中该元素的原子浓度成正比。当实验条件一定时，蒸气相中的原子浓度与试样中该元素的含量(浓度)成正比。因此，入射辐射减弱的程度与试样中该元素的含量(浓度)成正比。其定量关系式是：KcLIIA0lg式中：A—吸光度；I0—入射辐射强度；I—透过原子蒸气吸收层的透射辐射强度；K—吸收系数；c—样品溶液中被测元素的浓度；L—原子吸收层的厚度。3、原子吸收光谱测量实际上，原子吸收光谱测量的是透过光的强度I；即当频率为ν、强度为的平行辐射垂直通过均匀的原子蒸汽时，原子蒸汽将对辐射产生吸收，A=KC原子吸收光谱分析的基本关系式：吸光度常数浓度A=lgIoI原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分光源原子化器单色器检测器空心阴极灯火焰棱镜光电管空心阴极灯的结构它是应用最广的元素灯，结构如图4-6。由一个阳极和一个待测元素构成的空腔阴极构成，阴极和阳极密封在带有石英窗的玻璃管中，管内充惰性气体（Ne—橙色，Ar—淡紫色）。空心阴极灯的发光是辉光放电，放电集中在阴极空腔内。将空心阴极灯放电管的电极分别接在电源的正负极上，并在两极之间加以几百伏电压后，在电场的作用下，从阴极发出的电子向阳极作加速运动，电子在运动中经常与载气原子发生非弹性碰撞，产生能量交换，载气原子引起电离并放出二次电子，使电子与正离子数目增加。正离子从电场中获得能量并向阴极作加速运动，当正离子的动能大于金属阴极表面的晶格能时，正离子碰撞在金属阴极表面就可以将原子从晶格中溅射出来。阴极表面受热，也要导致其表面元素的热蒸发。溅射与蒸发出来的原子进入空腔内，再与电子、原子、离子等发生非弹性碰撞而受到激发，发射出相应元素的特征的共振辐射。预混合型原子化器燃气助燃气试样预混合室燃烧器废液排放口雾化器雾化器混合室燃烧器①火焰原子化器火焰原子化器是由化学火焰提供能量，在火焰的高温中实现被测元素原子化的。火焰原子化装置多用预混合型结构，由雾化器、预混合室（雾化室）和燃烧器三部分组成。图4-8所示。火焰原子化器的结构原理——雾化器雾化器如图所示。其作用是将试样雾化。要求：喷雾稳定、雾滴细小均匀和雾化效率高。气动型同心（轴）雾化器的雾化效率为10~30%（主要缺点是雾化效率低）。工作原理：以具有一定压力的压缩空气为助燃气进入雾化器，从进样毛细管周围高速喷出，在前端形成负压。试液沿毛细管吸入再喷出，被快速通入的助燃气分散成气溶胶体，形成雾滴，喷液速度约1-12mL·min－1。雾滴愈细愈易干燥和熔化，气化生成的原子蒸气就愈多，测定灵敏度就愈高。为了减小雾滴的粒度，在进样毛细管喷口的前端几毫米处放置一个撞击球，以使试液雾滴进一步分散成更细小的雾滴，以提高雾化效率。近年来采用的超声雾化器，其雾化效率可达75%，并且雾滴的粒度均匀，缺点是记忆效应大。燃烧器作用：使燃气在助燃气的作用下形成火焰，使进入火焰的试样微粒气化、解离和原子化。要求：火焰燃烧稳定，原子化程度高，并能耐高温、耐腐蚀。预混合型原子化器通常采用不锈钢（SS）制成长狭缝型燃烧器，对于乙炔-空气等燃烧速度较低的火焰一般使用缝长100~120nm，缝宽0.5~0.7mm燃烧器；而对乙炔-氧化亚氮等燃烧速度较高的火焰，一般用缝长50mm，缝宽0.5mm燃烧器。也有多缝燃烧器，它可增加火焰宽度。二、原子化器原子化器的功能是提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。两种类型火焰原子化石墨炉原子化1、火焰原子化由火焰提供能量，在火焰原子化器中实现被测元素原子化。对火焰的的基本要求是：温度高稳定背景发射噪声低燃烧安全雾化器通过毛细管将溶液吸入，液流通过文丘里管撞在撞击球上，将溶液打碎，成为不同大小的雾滴。雾化室将大的雾滴滤除，剩下的小雾滴与火焰气体混合。雾化室对于雾化气与燃气混合起到十分关键的作用。然后，混合气到达燃烧头。为得到最大灵敏度，使空芯阴极灯所发出的光尽可能多地通过火焰是十分必要的。因此如要得到某种元素的最高灵敏度，必须调整燃烧头的位置是该被分析元素的自由原子在火焰中最密集的部分与光路重合。所有原子吸收仪都有调节燃烧头高度、前后及角度的机构，通过调整可得到最大吸光度。在火焰底部，溶剂被蒸发掉，样品成为非常小的固体颗粒，进而形成基态自由原子出现在光路中。火焰原子化系统将被分析溶液转化成自由基态原子并置于光路中。通常的方法是用雾化器将样品雾化，用雾化室将较大的雾滴滤除掉。3