原子吸收光谱分析技术(修改版)

原子吸收光谱分析技术2008-04BorusDingAAS主要技术指标3BureauVeritasPresentation_DateAAS主要技术指标原子吸收光谱仪的结构光源原子化器单色器检测器原子吸收光谱的技术指标技术指标分类波长范围波长准确度波长重复性光谱带宽特征浓度吸喷量4BureauVeritasPresentation_Date光源原子化器单色器检测器原子吸收光谱仪的结构原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分5BureauVeritasPresentation_Date灯电流是空心阴极灯的主要控制因素太小：信号弱太大：产生自吸光源作用提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。光源应满足如下要求；（1）能发射待测元素的共振线；（2）能发射锐线；（3）辐射光强度大，稳定性好。6BureauVeritasPresentation_Date光源1.施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极2.与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击;3.使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。优缺点：1.辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。2.每测一种元素需更换相应的灯。7BureauVeritasPresentation_Date提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。2.火焰原子化装置—雾化器和燃烧器。(1)雾化器：结构如图所示：原子化系统１．作用8BureauVeritasPresentation_Date(2)火焰由火焰提供能量，在火焰原子化器中实现被测元素原子化。试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子温度高稳定背景发射噪声低燃烧安全对火焰的的基本要求是：原子化系统9BureauVeritasPresentation_Date10BureauVeritasPresentation_Date原子化系统火焰温度的选择：（a）保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰；（b）火焰温度越高，产生的热激发态原子越多；（c）火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用空气—乙炔，最高温度2600K能测35种元素。火焰类型：化学计量火焰：温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。贫燃火焰：火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定11BureauVeritasPresentation_Date原子化系统（2）燃烧过程两个关键因素：燃烧温度火焰氧化-还原性燃烧温度由火焰种类决定燃气助燃气温度（K）乙炔空气2500笑气3000氢气空气230012BureauVeritasPresentation_Date原子化系统火焰的氧化-还原性与火焰组成有关化学计量火焰贫燃火焰富燃火焰燃气:助燃气=1:4燃气:助燃气1:6燃气:助燃气1:3中性火焰氧化性火焰还原性火焰温度中温度低温度高适于多种元素适于易电离元素适于难解离氧化物13BureauVeritasPresentation_Date狭缝光栅反射镜检测元件分光器分光器14BureauVeritasPresentation_Date分光器①作用——将所需要的共振吸收线分离出来②部件——狭缝、反射镜、色散元件③要求——能分辨开Ni三线Ni230.003nmNi231.603nmNi231.096nm或能分辨Mn的两条谱线Mn279.5nmMn279.8nm分辨率0.3nm15BureauVeritasPresentation_Date分光器性能参数:（1）线色散率（D）：两条谱线间的距离与波长差的比值ΔX/Δλ。实际工作中常用其倒数Δλ/ΔX（2）分辨率：仪器分开相邻两条谱线的能力。用该两条谱线的平均波长与其波长差的比值λ/Δλ表示。（3）通带宽度（W）：指通过单色器出射狭缝的某标称波长处的辐射范围。当倒色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定：W=DS16BureauVeritasPresentation_Date光谱范围打拿极数工作电压检测系统作用——检测光信号的强度部件——光电倍增管要求——足够的光谱灵敏度17BureauVeritasPresentation_Date检测系统检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。1.检测器---将单色器分出的光信号转变成电信号。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的光电子又射向光敏阴极1，轰击出更多的光电子，依次倍增，在最后放出的光电子比最初多到106倍以上，最大电流可达10μA，电流经负载电阻转变为电压信号送入放大器。2.放大器---将光电倍增管输出的较弱信号，经电子线路进一步放大。3.对数变换器---光强度与吸光度之间的转换。4.显示、记录18BureauVeritasPresentation_Date技术指标的分类原子吸收分光光度计的技术指标分为两类：功能技术指标和性能技术指标1.功能技术指标一般是指仪器的软件；如：控制、数据处理、自动化程度、扣背景方式等。它是现代化原子吸收分光光度计的重要组成部分，也是衡量原子吸收分光光度计水平的重要技术指标之一2.性能技术指标是指原子吸收分光光度计影响分析测试准确度的指标。例如：波长准确度、光谱带宽、特征浓度、特征量、噪声、检测限、精密度（RSD）、基线漂移等等；它们是影响使用者的分析误差、影响分析结果的可靠性的最主要因素，是非常重要的关键技术指标。19BureauVeritasPresentation_Date波长范围1.波长范围的重要性一般原子吸收分光光度计的波长范围为190-900nm；个别采用中阶梯光栅的原子吸收分光光度计，其波长范围为190～875nm。但是有些国产原子吸收分光光度计，使用的是一般平面光栅，其波长上限只给到860mm或875nm；这种原子吸收分光光度计的适用性将受到很大影响。因为，使用时，如果测Cs，其特征吸收波长为852.1nm，如果仪器波长上限只有860nm或875nm，将会出现边缘能量不足，此时会降低仪器的信噪比，使灵敏度大大下降。如果原子吸收分光光度计的波长下限只能到达195nm，也是不实用的；因为As是一种经常要使用原子吸收分光光度计分析的元素，同时，又是用来检查测试原子吸收仪器的边缘能量的重要元素。它的特征吸收波长为193.7nm，所以，原子吸收分光光度计的波长下限必须达到190nm才行，否则将影响其适用性。20BureauVeritasPresentation_Date波长范围2.对波长范围的测试首先，测出原子吸收光谱仪器整机波长范围内的低端和高端的噪声（根据测试噪声的标准规定测试）；再测试仪器波长范围两端的信号；而后，根据信噪比大于等于2的原则，适当留有余量，取信噪比大于等于3的原则。取能保证信噪比大于等于3的波长范围，则定为原子吸收仪器的波长范围。如果测试结果，仪器的低端在190nm不能保证信噪比大于等于3，则测试195nm的信噪比、200nm的信噪比…，直到仪器在某波长上能达到信噪比大于等于3，则确定为波长范围的下限；同样的方法，测试仪器的波长范围的高端，从900nm开始，向下测试，哪个波长处能达到信噪比大于等于3，则确定为波长范围的上限。21BureauVeritasPresentation_Date波长准确度1.波长准确度的定义所谓波长准确度，是指波长的实际测定值与理论值（真值）的差。2.波长准确度的测试方法用某些元素灯（空心阴极灯）的特征波长测试波长准确度。如：用镉（Cd）灯、锌（Zn）灯、铟（In）灯来测试波长准确度。目前，国际上的原子吸收分光光度计的波长准确度，一般为±0.1nm～±0.5nm。但特殊的AAS波长准确度可到达0.005nm。22BureauVeritasPresentation_Date1.波长重复性的定义波长重复性是指多次波长测试数据的离散性或者说是指多次波长测试数据的符合程度2.波长重复性的测试方法波长重复性的测试方法，一般是取波长准确度的三次（或五次）测试的结果中，最大值与最小值之差作为波长重复性。也可取三次测试的平均值，与三次测试中的最大值（或最小值）之差作为波长重复性。还有人用多次测试曲线的包罗线的中线的最大最小值之差作为波长重复性。具体操作很简单。原子吸收分光光度计的波长重复性一般为0.1nm～0.3nm。并且，波长重复性经常取波长准确度绝对值的一半；如：波长准确度为±0.3nm,波长重复性为0.15nm。波长重复性23BureauVeritasPresentation_Date１.光谱带宽的定义和重要性所谓光谱带宽，是指光谱仪器单色器出射狭缝谱面上每mm的光谱数，单位为nm。其数学表达式为：SBW=(dλ/mm)×b；或SBW=(dλ/dL)×b但：（dL/dλ）＝mf/dcosq；所以，SBW还与焦距f有关（用户手中的仪器焦距是固定的）。SBW与出射狭缝的几何宽度成正比，与单色器的物镜焦距、被使用光栅的光谱级数等有关。光谱带宽24BureauVeritasPresentation_Date光谱带宽是光谱仪器分辨率的真实体现。分辨率是表示光谱仪器能够分开谱面上两条临近谱线的本领，要求用光谱带宽表示。光谱带宽是一个与光谱仪器的狭缝宽度成正比的物理量。对于固定光谱带宽的光谱仪器，其光谱带宽大小就是分辨率的大小；对可变光谱带宽的光谱仪器，其最小光谱带宽档就是光谱仪器的分辨率nm。光谱带宽25BureauVeritasPresentation_Date2.光谱带宽的测试方法国际上早已明确用“谱线轮廓法”测试光谱带宽。其具体作法是：1.用线光谱灯作光源（如：低压Hg灯；但要求离测试波长±20nm以内不能有其它谱线），测试谱图的纵坐标设为灯的发光强度（I），横坐标设为波长（nm）。2.在静态（不点火）情况下、在光源的特征谱线附近（如：低压Hg灯的253.7nm），对原子吸收分光光度计进行波长扫描（如果用低压Hg灯做光源，则仪器扫描的起始波长可设为260nm～245nm）；3.在扫描出来的谱图上，取中心波长（253.7nm）处0.51高度处的宽度，即为原子吸收分光光度计的光谱带宽(SBW)。光谱带宽26BureauVeritasPresentation_Date1.特征浓度的定义所谓特征浓度,是指获得1%吸收时所对应的元素浓度。或能产生吸光度为0.0044Abs的元素浓度叫特征浓度。它是表特征火焰原子吸收分光光度计灵敏度的性能技术指标。2.特征浓度的测试方法仪器调到最佳工作状态，对标准溶液(Cu)和空白分别进行交替测定三次，求出平均吸光度Abs，按下式计算特征浓度：CS=C×0.0044/A(µg/ml/1%)式中：CS为特征浓度C为标准溶液浓度A为三次平均吸光度特征浓度27BureauVeritasPresentation_Date1.吸喷量定义吸喷量F是指流入火焰原子化器的试样溶液的流量2.吸喷量的测试方法在10ml量筒中，注入去离子水至上端刻线处，将毛细管插入量筒底部，用秒表计时，1分钟内量筒中水减少的体积则为吸喷量。吸喷量又称试液提取量。吸喷量FAAS最佳分析条件的确定29BureauVeritasPresentation_Date原子吸收光谱最佳分析条件的选择原子吸收光谱的安装和维护保养AAS最佳分析条件的确定30BureauVeritasPresentation_Date原子吸收最佳分析条件的选择吸收线的选择通带宽度选择空心阴极灯的工作电流燃烧器高度调节原子化条件选择进样量的选择31BureauVeritasPresentation_Date吸收线的选择吸收线的选择1．灵敏度原子吸收分析通常用于微量元素分析。因此，一般选择最灵敏的共振吸收线。而测定高含量元素时，可选用次灵敏线。2．稳定度选用不同的吸收线，测定的