第10章 原子光谱法—测定单独元素.ppt

1、原子吸收光谱法、原子吸收光谱法（atomic absorption spectrometry,简称简称AAS）：）：基于被测元素基基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子态原子在蒸气状态对其原子特征谱线（特征谱线（紫外紫外区和可见区）区和可见区）的的吸收吸收 进行元素进行元素定量定量分析的方分析的方法。法。2、原子发射光谱法：、原子发射光谱法：基于元素获得外界能量跃基于元素获得外界能量跃迁到激发态后，激发态原子不稳定，迁到激发态后，激发态原子不稳定，返回基返回基态时态时放出放出特征谱线特征谱线（紫外区和可见区）紫外区和可见区）进行进行元素元素定性、定量定性、定量分析的方法。分析的方法。第第10章章 原子光谱法原子光谱法 测定单独元素在通常的原子吸收测定条件下，在通常的原子吸收测定条件下，原子原子蒸气中基态原子数近似等于总原子数。蒸气中基态原子数近似等于总原子数。一、原子吸收原理一、原子吸收原理 一束频率一束频率、强度为强度为I0的平行光通过厚的平行光通过厚度为度为L L的的原子蒸气原子蒸气，一部分光被吸收，一部分光被吸收，透过透过光的强度光的强度I 服从吸收定律服从吸收定律 I =I0 exp(-k LcLc)式中式中k 是基态原子对频率为是基态原子对频率为 的光的吸收系的光的吸收系数。数。不同元素原子吸收不同频率的光不同元素原子吸收不同频率的光 I 与与 的的关关系系 0I二、原子吸收光谱仪二、原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪包括包括4部分：部分：光源光源光源光源原子化器原子化器原子化器原子化器波长选择波长选择波长选择波长选择检测系统检测系统检测系统检测系统光源的作用是光源的作用是发射被测元素的特征共振辐射发射被测元素的特征共振辐射对光源的基本要求：对光源的基本要求：发射的共振辐射的发射的共振辐射的发射的共振辐射的发射的共振辐射的半宽度半宽度半宽度半宽度要明显小于吸收线的半要明显小于吸收线的半要明显小于吸收线的半要明显小于吸收线的半宽度宽度宽度宽度辐射的辐射的辐射的辐射的强度大强度大强度大强度大；辐射辐射辐射辐射光强稳定光强稳定光强稳定光强稳定，使用寿命长使用寿命长。使用寿命长。使用寿命长。空心阴极灯空心阴极灯是符合上述要求的理想光源，应用是符合上述要求的理想光源，应用最广最广光光 源源空心阴极灯种类与构造空心阴极灯种类与构造测不同元素需有各自的元素灯测不同元素需有各自的元素灯测不同元素需有各自的元素灯测不同元素需有各自的元素灯单元素灯单元素灯单元素灯单元素灯多元素空心阴极灯：多元素空心阴极灯：多元素空心阴极灯：多元素空心阴极灯：若阴极物质含多种元素，则若阴极物质含多种元素，则若阴极物质含多种元素，则若阴极物质含多种元素，则可制成多元素灯。多元素灯的发光强度一般都较可制成多元素灯。多元素灯的发光强度一般都较可制成多元素灯。多元素灯的发光强度一般都较可制成多元素灯。多元素灯的发光强度一般都较单元素灯弱，寿命短，使用不广泛单元素灯弱，寿命短，使用不广泛单元素灯弱，寿命短，使用不广泛单元素灯弱，寿命短，使用不广泛构造：构造：待测元素的纯金属作灯的阴极待测元素的纯金属作灯的阴极灯内充有惰性气体（氩气或氖气）灯内充有惰性气体（氩气或氖气）原子化：原子化：将试样转变为原子蒸汽的过程将试样转变为原子蒸汽的过程原子化器的功能：原子化器的功能：提供能量使试样提供能量使试样干燥、蒸干燥、蒸发和原子化发和原子化。同时入射光束在这里被基态原。同时入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为子吸收，因此也可把它视为“吸收池吸收池”。常用的原子化器：常用的原子化器：火焰原子化器火焰原子化器非火焰原子化器（电热原子化器）非火焰原子化器（电热原子化器）原子化器原子化器喷雾器喷雾器作用作用 是是将试液变成细雾将试液变成细雾。雾粒越细、越多，。雾粒越细、越多，在火焰中生成的基态自由原子就越多。在火焰中生成的基态自由原子就越多。雾化室的作用雾化室的作用主要是 除去除去大雾滴大雾滴，并使燃气和助燃，并使燃气和助燃气充分气充分混合混合，以便在燃烧时得到稳定的火焰，以便在燃烧时得到稳定的火焰。燃烧器：燃烧器：火焰原子化器：包括雾化器（喷雾器）、燃烧器火焰原子化器：包括雾化器（喷雾器）、燃烧器 乙炔乙炔-空气空气 火焰火焰 是原子吸收测定中最常用的是原子吸收测定中最常用的火焰，该火焰燃烧稳定，重现性好，噪声火焰，该火焰燃烧稳定，重现性好，噪声低，低，温度高温度高，对，对大多数元素大多数元素有足够高的灵有足够高的灵敏度敏度 氢氢-空气火焰空气火焰 燃烧速度较乙炔燃烧速度较乙炔-空气空气 火焰高，火焰高，但但温度较低温度较低，优点是，优点是背景发射较弱背景发射较弱，透射透射性性能好。能好。乙炔乙炔-一氧化二氮火焰一氧化二氮火焰 的优点是的优点是火焰温度高火焰温度高，而燃烧速度并不快，适用于难原子化元素而燃烧速度并不快，适用于难原子化元素的测定，用它可测定的测定，用它可测定70多种元素。多种元素。常用的火焰体系常用的火焰体系石墨炉原子化法的过石墨炉原子化法的过程：是将试样注入石程：是将试样注入石墨管中间位置，用墨管中间位置，用大大电流电流通过石墨管以产通过石墨管以产生生高达高达2000 3000的高温的高温使试样经过使试样经过干干燥、蒸发和原子化燥、蒸发和原子化。石墨炉原子化器石墨炉原子化器MnMnTcTcReReFeFeRuRuOsOsCoCoRhRhIr IrZnZnPdPdPtPtCuCuAgAgAuAuZnZnCdCdHgHgB BAlAlGaGaInInTlTlC CSiSiGeGeSnSnPbPbN NP PAsAsSbSbBiBiOOS SSeSeTeTePoPoF FClClBrBrI IAtAtHeHeNeNeArArKrKrXeXeRnRnH HLiLiNaNaK KRbRbCsCsFrFrBeBeMgMgCaCaSrSrBaBaRaRaScScY YLaLaAcAcTiTiZrZrHfHfV VNbNbTaTaCrCrMoMow w火焰火焰火焰火焰&石墨炉石墨炉CeCe PrPr NdNdPmPmSmSmEuEu GdGd TbTb DyDy HoHo ErEr TmTmYbYb LuLuThTh PaPa U U NpNp PuPuAmAmCmCmBkBk CfCf EsEsFmFmMdMd NoNo LrLr火焰原子化器和石墨炉原子化器可测定的元素火焰原子化器和石墨炉原子化器可测定的元素作用：作用：作用：作用：将将将将被测元素的共振吸收线与邻近谱线分开被测元素的共振吸收线与邻近谱线分开被测元素的共振吸收线与邻近谱线分开被测元素的共振吸收线与邻近谱线分开元素灯发出谱线元素灯发出谱线元素灯发出谱线元素灯发出谱线包括：包括：包括：包括：特征谱线（共振线）特征谱线（共振线）特征谱线（共振线）特征谱线（共振线）待测原子其它谱线待测原子其它谱线待测原子其它谱线待测原子其它谱线 填充气体发射的谱线填充气体发射的谱线填充气体发射的谱线填充气体发射的谱线 灯内杂质气体发射的分子光谱灯内杂质气体发射的分子光谱灯内杂质气体发射的分子光谱灯内杂质气体发射的分子光谱波长选择（分光器）波长选择（分光器）Photomultiplier Tube OperationPhotomultiplier Tube Operation LightLightEnergyEnergyPhotocathodePhotocathodeAnodeAnodeDynodeDynode (9-13)(9-13)QuartzQuartzWindowWindowInsulatorInsulator*100*100 Million Amplification of SignalMillion Amplification of Signale e-e e-e e-e e-e e-e e-e e-e e-e e-e e-e e-e e-e e-检测系统检测系统单光束型：单光束型：单光束型：单光束型：空白溶液调透光率空白溶液调透光率空白溶液调透光率空白溶液调透光率T T到到到到100%100%。测试剂溶液的透射比。测试剂溶液的透射比。测试剂溶液的透射比。测试剂溶液的透射比 特点：仪器结构简单，不能消除因特点：仪器结构简单，不能消除因特点：仪器结构简单，不能消除因特点：仪器结构简单，不能消除因光源波动造成的影响，基线漂移光源波动造成的影响，基线漂移光源波动造成的影响，基线漂移光源波动造成的影响，基线漂移双光束型：双光束型：双光束型：双光束型：来自光源的光束被分来自光源的光束被分来自光源的光束被分来自光源的光束被分成两束，一束作成两束，一束作成两束，一束作成两束，一束作测量测量测量测量光束，通过光束，通过光束，通过光束，通过火焰；另一束作火焰；另一束作火焰；另一束作火焰；另一束作参比参比参比参比光束；交替光束；交替光束；交替光束；交替进入单色器到达光电倍增管进入单色器到达光电倍增管进入单色器到达光电倍增管进入单色器到达光电倍增管检测检测检测检测比较比较比较比较 特点：消除因光源波动造成的影响，特点：消除因光源波动造成的影响，特点：消除因光源波动造成的影响，特点：消除因光源波动造成的影响，但不能抵消因火焰波动造成的影响但不能抵消因火焰波动造成的影响但不能抵消因火焰波动造成的影响但不能抵消因火焰波动造成的影响三、原子吸收分光光度计三、原子吸收分光光度计1 1、标准曲线法：吸光度、标准曲线法：吸光度、标准曲线法：吸光度、标准曲线法：吸光度浓度标准曲线浓度标准曲线浓度标准曲线浓度标准曲线 方法：方法：方法：方法：配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液配制一组含有不同浓度被测元素的标准溶液在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光度值度值度值度值绘制吸光度对浓度的校准曲线。绘制吸光度对浓度的校准曲线。绘制吸光度对浓度的校准曲线。绘制吸光度对浓度的校准曲线。测定试样的吸光度测定试样的吸光度测定试样的吸光度测定试样的吸光度查校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。查校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。查校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。查校准曲线上用内插法求出被测元素的含量。注意事项：注意事项：注意事项：注意事项：标准溶液标准溶液标准溶液标准溶液浓度范围浓度范围浓度范围浓度范围应尽可能将试样中应尽可能将试样中应尽可能将试样中应尽可能将试样中待测元素的浓度包括待测元素的浓度包括待测元素的浓度包括待测元素的浓度包括在内在内在内在内测量由测量由测量由测量由低浓度向高浓度低浓度向高浓度低浓度向高浓度低浓度向高浓度按顺序进行，避免记忆效应按顺序进行，避免记忆效应按顺序进行，避免记忆效应按顺序进行，避免记忆效应定期用定期用定期用定期用空白和标准溶液检查校正空白和标准溶液检查校正空白和标准溶液检查校正空白和标准溶液检查校正每次分析每次分析每次分析每次分析至少要测一个标准溶液的吸光度至少要测一个标准溶液的吸光度至少要测一个标准溶液的吸光度至少要测一个标准溶液的吸光度四、定量分析方法四、定量分析方法2、标准加入法：对比较简单的体系、标准加入法：对比较简单的体系方法：方法：方法：方法：分取几份相同量的被测试液，分别加入不同量的被分取几份相同量的被测试液，分别加入不同量的被分取几份相同量的被测试液，分别加入不同量的被分取几份相同量的被测试液，分别加入不同量的被测元素的标准溶液，其中一份不加被测元素的标准测元素的标准溶液，其中一份不加被测元素的标准测元素的标准溶液，其中一份不加被测元素的标准测元素的标准溶液，其中一份不加被测元素的标准溶液，最后稀释至相同体积，使加入的标准溶液浓溶液，最后稀释至相同体积，使加入的标准溶液浓溶液，最后稀释至相同体积，使加入的标准溶液浓溶液，最后稀释至相同体积，使加入的标准溶液浓度为度为度为度为0 0，C C C CS S S S、2 2 2 2C CS S 、3 3 3 3C C C CS S S S ，分别测定它们的吸光度，分别测定它们的吸光度，分别测定它们的吸光度，分别测定它们的吸光度，绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离CxCx即是被测即是被测即是被测即是被测元素经稀释后的浓度。元素经稀释后的浓度。元素经稀释后的浓度。元素经稀释后的浓度。分别测定：分别测定：分别测定：分别测定：样品试液中浓度为样品试液中浓度为样品试液中浓度为样品试液中浓度为CxCx的待测元素吸光度的待测元素吸光度的待测元素吸光度的待测元素吸光度Ax Ax 样品试液样品试液样品试液样品试液+标准溶液的总吸光度标准溶液的总吸光度标准溶液的总吸光度标准溶液的总吸光度A AT T，CsCs为标准溶液为标准溶液为标准溶液为标准溶液对浓度的贡献对浓度的贡献对浓度的贡献对浓度的贡献计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：C Cx x=C Cs sA Ax x/(A/(AT T-A-Ax x)水中镉、铜、铅、锌的测定水中镉、铜、铅、锌的测定水中铁、锰的测定水中铁、锰的测定原子吸收光谱法在水质分析中的应用原子吸收光谱法在水质分析中的应用P395 思考题：思考题：1 （1）、（）、（3）、（）、（4）P396 习题：习题：2