原子吸收光谱仪.docx

原子吸收光谱仪（AAS）测定自来水中镉的含量

1 实验仪器与试剂
本实验采用的是PE AA800，仪器主要包括光源，原子化器，分光系统，检测器以及信号处理系统，如图1所示。样品为添加了镉的自来水。

Monochromator
Detector

Sample Cell

图1 原子吸收光谱仪结构
光源：作为光源要求发射的待测元素的锐线光谱有足够的强度、背景小、稳定性，一般采用空心阴极灯、无极放电灯.（这台仪器是空心阴极灯）
原子化器：主要有石墨炉原子化器和火焰原子化器，火焰原子化器由喷雾器、预混合室、燃烧器三部分组成；石墨炉原子化器主要有普通石墨管（适用于低温(≤2000℃)原子化元素如银、镉、铅）；热解石墨管（适用于低、中、高温(>2500℃)原子化元素）以及平台石墨管（适用于中、低温(≤2400℃)原子化元素）。
分光系统：由凹面反射镜、狭缝或色散元件组成，色散元件为棱镜或衍射光栅
检测系统：由检测器（光电倍增管）、放大器、对数转换器组成。

2 实验方法与原理
2.1仪器基本原理
原子吸收是指呈气态的原子对由同类原子辐射出的特征谱线所具有的吸收现象。当辐射投射到原子蒸气上时，如果辐射波长相应的能量等于原子由基态跃迁到激发态所需要的能量时，则会引起原子对辐射的吸收，产生吸收光谱。基态原子吸收了能量，最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到激发态，通过检测辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素的含量。
2.2仪器应用范围
石墨炉法可测定Ag，Al，As，Au，Ca，Cd，Co，Cr，Cs，Fe，Hg，In， K，La，Li，Mg，Mn，Pb等共56个元素，具有灵敏度高，检出限低，样品用量少，自动化程度高等特点。
火焰法分为空气—乙炔火焰和一氧化二氮—乙炔火焰，前者可测定Ag，As，Au，Mg，Mn，Na，Ni，Pb，Zn等共32个元素，具有安全，稳定，灵敏度高。后者可测定Al，B，Ba，Be，Dy，Er，Eu，Ga，Gd，La，Lu，Mo，N等共36个元素，具有温度高，化学干扰少，灵敏度较低等特点。
因原子吸收光谱仪的灵敏、准确、简便等特点，现已广泛用于冶金、地质、采矿、石油、轻工、农业、医药、卫生、食品及环境监测等方面的常量及微痕量元素分析。

3 实验步骤
称取样品0.500g于消解罐，加入6mL硝酸，2mL过氧化氢，置于微波消解仪中，加热程序为：10min温度升至130℃，保温5min；5min温度升至150℃，保温20min；降温20min，温度降至70℃左右，消解完毕。
从微波消解仪中取出消解罐，用去离子水转移至50mL烧杯中，盖上表面皿，电热板110℃加热赶酸，待液体剩余1~2mL，赶酸完毕，转入50mL容量瓶中，用去离子水冲洗烧杯，并稀释至刻度，摇匀备用，同时作试剂空白。
仪器参数为：Cd2+仪器测试条件：波长：228.8nm；灯电流：6mA：背景校正为塞曼效应。升温程序如表1：
表1 石墨炉原子吸收测Cd2+升温程序表：
步骤
温度/℃
升温时间/s
保持时间/s
载气流量
干燥1
110
1
30
250
干燥2
130
15
30
250
灰化
500
10
20
250
原子化
1500
0
5
0
除杂
2450
1
3
250

4 实验结果
4.1 镉的标准曲线

4.2 样品中镉含量

因此，样品中镉浓度为 C(Cr)=1.67μg/L

5 实验结果分析
实验测得自来水中的镉含量为1.67μg/L，根据国标GB5749-85 《城市自来水的国家标准》，镉的限定含量为10μg/L，铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍,并易被人体吸收且在体内蓄积，三价铬和六价铬可以相互转化。天然水不含铬;海水中铬的平均浓度为0.05μg/L;饮用水中更低。
镉在地面水中的含量可达到每升数毫克，主要来自于排放的工业废水和含镉填埋物的渗漏液。值得注意的是经过输水管后，由于采用含镉的镀件、焊料而使自来水中镉含量增加。镉中毒后会损害肾脏。摄入高剂量的镉还会引起骨痛病。骨痛病是镉引起的典型病例。
5.1样品前处理有哪些方法？各有什么优缺点？
听师兄介绍，样品前处理的方法主要有4种，干法灰化法、湿法消化法、压力罐消解法、微波消解法。
干法灰化法：将样品至于电炉上加热，使其中的有机物脱水、炭化、分解、氧化，在置高温炉中灼烧灰化，直至残灰为白色或灰色为止，所得残渣即为无机成分。
优缺点：对易挥发元素损失较大；反应时间长；坩埚对样品由吸留作用，坩埚上的矿物质也可能会粘附在样品上，影响准确性；试剂用量少，产品空白值较低。
湿法消解法：样品中加入强氧化剂，并加热消煮，使样品中的有机物质完全分解、氧化，呈气态逸出，待测组分转化为无机物状态存在于消化液中。
优缺点：反应剧烈，有机物转化较彻底。反应温度较低，但所需酸的试剂量大，空白值大，且会产生有害气体。最终进石墨炉要赶酸。
压力罐消解法：利用罐体内强酸或强碱且高温高压密闭的环境来达到快速消解难溶物质的目的，是测定微量元素及痕量元素时消解样品的得力助手。样品前处理消解重金属、农残、食品、淤泥、稀土、水产品、有机物等。
优缺点：安全、前期投入少、设备简单、操作容易、样品及试剂用量少、空白值低、避免玷污、样品处理安全彻底、准确度高、可大批量处理样品；不可控温控压、反应时间长，需过夜，且不知道加酸的含量
微波消解法：利用微波加热封闭容器中的消解液（各种酸、部分碱液以及盐类）和试样从而在高温增压条件下使各种样品快速溶解的湿法消化。
优缺点：安全、可以控温控压、小批量效率高、样品及试剂用量少、空白值低、避免玷污、准确度高、消解非常彻底，溶液均一、清澈；价格非常昂贵，对操作人员要求高、对某些样品有局限性
5.2 原子吸收光谱仪的光源需要满足哪些要求？
光源的功能是发射被测元素的特征共振辐射。因此光源的基本要求有：1.发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度；2.辐射强度大；3.背景低，低于特征共振辐射强度的1%；4.稳定性好，30min之内漂移不超过1％。
本实验采用的光源是空心阴极灯，它是一种特殊形式的低压辉光放电，放电集中于阴极空腔内。在高压电场下, 阴极电子向阳极高速飞溅放电,并与载气原子碰撞, 使之电离放出二次电子,而使场内正离子和电子增加以维持电流。载气阳离子在电场中大大加速, 轰击阴极表面时可将被测元素的原子从晶格中轰击出来, 即溅射。溅射出的原子大量聚集在空心阴极内, 经与其它粒子碰撞而被激发, 发射出相应元素的特征谱线-----共振谱线。
5.3 原子吸收光谱主要有哪些干扰因素？如何消除？
原子吸收光谱会受到的干扰因素主要有：物理干扰、化学干扰、电离干扰。
1.物理干扰主要包括试液的粘度、溶剂的蒸气压、雾化气体的压力等。
消除方法：
（1）配制与被测试样相似的标准样品
（2）在不知道试样组成或无法匹配试样时，可采用标准加入法或稀释法来减小和消除物理干扰。
2.化学干扰是指待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应，它主要影响待测元素的原子化效率，是原子吸收分光光度法中的主要干扰来源。
主要类型有：
（1）待测元素与其共存物质作用生成难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子减少。
（2）待测离子发生电离反应，生成离子，不产生吸收，总吸收强度减弱. 电离电位≤6eV的元素易发生电离，火焰温度越高，干扰越严重，（如碱及碱土元素）。
消除方法：
通过在标准溶液和试液中加入某种光谱化学缓冲剂来抑制或减少化学干扰，如加入释放剂、保护剂、饱和剂、电离缓冲剂、基体改进剂等，或者通过化学分离，如溶剂萃取、离子交换、沉淀分离等进行消除。
3.电离干扰实质在高温下原子电离，使基态原子的浓度减少，引起原子吸收信号降低。电离效应随温度升高、电离平衡常数增大而增大，随被测元素浓度增高而减小。