原子吸收实验.doc

一、实验目的
1、学习HITACHI180-80型偏振-塞曼原子吸收分光光度计的工作原理及基本结构；
2、了解HITACHI180-80型偏振-塞曼原子吸收分光光度计的仪器性能及应用范围；
3、掌握HITACHI180-80型偏振-塞曼原子吸收分光光度计的操作流程及注意事项。
二、仪器的工作原理及基本结构
（一） 概述
在使用原子吸收光谱法测定时，将试液喷成细雾，并与燃气混和送至原子化器，被测元素转化为原子蒸气。气态的基态原子吸收从空心阴极灯（光源）发射出的与被测元素吸收波长相同的特征谱线，使该谱线的强度减弱，再经单色器分光后，由光电倍增管将光信号转变为电流，经放大后由读出装置显示出原子吸收光谱图或吸光度值。
原子吸收分光光度计的部件及其功能

项目
光源 原子化系统
色散元件
检测器
读出装置
火焰 非火焰

部件
空心阴极灯
燃烧器
石墨炉
光栅或棱镜
光电倍增管
微机、表头、记录仪

功能
产生锐线光源 使试液原子化，产生气态基态原子 将被测元素共振线与邻近谱线分开 浓度变换成电流 显示吸光度值或原子吸收光谱图
（二） 类型
有单光束、双光束及双道双光束三种类型。单道单光束和单道双光束型的仪器由于结构比较简单，价格相对较低，因而应用比较普遍；单道双光束型的仪器可测定透光信号与参比信号之比，可抵消光源波动和减轻基线漂移；双道双光束型原子吸收分光光度计的结构较复杂而且价格相对较高，但这种仪器可同时测定两种元素，可作内标分析不但补偿光源波动而且补偿喷雾系统和火焰系统所引起的干扰，还可用氘灯作背景校正。

（a） 单道单光束原子吸收光谱仪

（b） 单道双光束原子吸收光谱仪

（c） 双道双光束原子吸收光谱仪
1.空心阴极灯    2.切光器        3.原子化器
  4.分光系统      5.光电检测器    6.放大显示器
（三）特点
1、光源为锐线光源而不是连续光源；
2、原子化器不仅仅相当于紫外可见分光光度计中的吸收池，它还提供合适的热能使待测物质的分子或离子解离为气态的基态原子；
3、分光系统被安置在原子化器与检测器之间；
4、对光源进行调制。
（四）结构
1、光源
（1）要求
(1)光源要能发射待测元素的共振线，而且强度要足够大；
(2)光源发射的谱线的半宽度要窄(是锐线光)，应小于吸收线的半宽度,以保证测定的灵敏度和蜂值吸收的测量；
(3)辐射光的强度要稳定，而且背景发射要小。
（2）常用光源——空心阴极灯

原理：
空心阴极灯由一个阳极（钨棒）和一个空心圆筒形阴极组成，空心圆筒内衬入或直接用被测元素金属制成，两电极密封于充有低压惰性气体（氖等）的玻璃管中，管前端是一石英窗或玻璃窗。当在灯的阴阳电极间施加适当电压（150～300V）时，便开始辉光放电。在放电过程中，从阴极高速射向阳极的电子与惰性气体原子发生碰撞并使之电离，其中带正电荷的惰性气体离子在电场作用下高速撞击阴极表面而产生阴极溅射。溅射出来的金属原子再与高速运动的电子、原子及离子等发生碰撞而被激发，从而在返回基态时发出被测元素的特征谱线。 
特点：
A、灯内气压很低，金属原子密度又很小，各种因素引起的谱线展宽均很小，所得谱线较窄，灵敏度也较高
B、空心阴极灯所发射的谱线强度及宽度主要与灯的工作电流有关，适宜的工作电流一般是几个毫安。增大电流虽然可以增加发射强度，但自吸收现象也相应增强，发射线变宽，同时也影响灯的使用寿命。灯电流过低将使光强减弱，导致稳定性和信噪比下降。
2、原子化器
（1） 要求
原子化效率高、吸收光程长、记忆效应小和噪声低
（2）火焰原子化器的构造
  火焰原子化是用火焰的热能使试样干燥、气化并解离为基态原子蒸气的方法。其装置由雾化器、雾化室、燃烧器三部分组成：
A、雾化器的作用是将待测样品分散成雾状的气溶胶；
B、雾化室的作用是将雾状气溶胶粒子的大小均匀化。均匀化的气溶胶雾状粒子在雾化室内再和助燃气、燃气均匀混合，进入燃烧器，在火焰中原子化；
C、燃烧器的作用是将燃气燃烧，以获得高温作为热源或激发能源，使雾化的样品气溶胶原子化。

（3）火焰类型及燃烧特性

火焰组成 计量火焰燃助流量比
L/min 燃烧速度
cm/s 最高温度
K
燃气 助燃气 燃气 助燃气
丙烷 空气 0.4 8 82 2220
氢气 空气 6 8 310 2300
乙炔 空气 1.4 8 160 2500
乙炔 氧化亚氮 4 10 160 3200
空气-乙炔火焰
1.它是使用最广泛的一种火焰，其特点是燃烧稳定、噪声小和重复性好；
2.其化学计量火焰的燃助比为1:4左右，这种火焰适应性强，是分析中最常用的；
3.其贫燃火焰的燃助比小于1:6，适合于AuAg、Pd和碱金属等的测定；
4.其富燃火焰的燃助比大于1:3，火焰中含有大量CO、CH、C等半分解产物，还原性强，适用于易形5.成难离解氧化物元素的测定，如Mo、Cr、稀土元素等。
（4）火焰原子化器的特点
1.操作简便，重复性好，相对平均偏差可小于3％，特征浓度灵敏度一般为10-6～10-8g/ml/1%；
2.原子化效率低，自由原子在吸收区域停留时间短(约10-3s)，限制了测定灵敏度的提高；
3.要求有较多的试样(一般为几毫升)；
4.无法直接分析粘稠试样和固体试样。
3、分光系统

原子吸收分光光度计的分光系统主要由色散元件（光栅等）、反射镜和狭缝等组成，它一般密封在一个防潮、防尘的金属暗箱内，其主要作用是将被测元素的共振线与邻近谱线分开，只让被测元素的共振线出射。
分光系统将相邻两条谱线分开的能力，可用光谱带宽来表示。它不仅与色散元件的色散能力有关，而且还受分光系统出射狭缝宽度的制约。 
由于原子吸收线和光源发射的谱线都比较简单，因此对仪器来说并不要求很高的分辨能力。光谱带宽的确定一般都以能将共振线与邻近谱线分开为原则。同时，为了便于测定，要求有一定的出射光强度。因此，要根据元素的性质及试样的组成情况来选择合适的光谱带宽。
4、检测系统

（五）塞曼效应原子吸收技术的原理
塞曼效应原子吸收技术即利用塞曼效应作背景校正进行双光束测量。
当具有适当强度的磁场作用于原子化器所产生的原子蒸汽时，主吸收谱线因塞曼效应而被分裂成三种成分：π成分（△M=0）和σ±成分（△M=±1）。其中π成分和σ±成分是分别与磁场平行或垂直的偏振光束。在正常的塞曼效应中，π谱线的波长无变化，因而只有 π谱线与空心阴极灯的发射谱线相匹配，σ±谱线则偏离发射谱线。如此即有：
1、偏振的共振发射线中的PII成分被原子蒸汽的π谱线所吸收；
2、由于σ±谱线漂移对共振发射线中的PI成分的原子吸收灵敏度降低。
由分子吸收和光散射引起的背景吸收不受塞曼效应和影响，因而PII和PI成分均被背景等量吸收。原子吸收加上背景吸收用PII成分测量，而微弱的原子吸收加上背景吸收用PI成分测量，求出上述测量值之差，就可获得原子吸收的测量值。
三、仪器的性能及应用范围
1、配置
火焰原子化器、石墨炉原子化器（带光控温、自动进样装置）、氢化物原子化器、冷蒸气原子化器等；元素灯：Al、As、B、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Ge、Fe、Hg、 K、 Li、Mg、Mu、 Mo、Na、Ni、Pd、Pt、Rh、Se、Sb、Si、Sn、Sr、Ti、V、Ca-Mg等。
2、功能
偏振-塞曼效应背景扣除方式，火焰和石墨炉两种原子化器，附有氢化物发生装置和测汞附件，选用不同火焰和电热原子化方式可定性和定量测定70余种元素。特别是对Pb、Cd、Zn、Cu、Fe等元素有较高的灵敏度。定性分析的结果以吸收值为单位显示，定量分析的结果以浓度为单位显示。
3、性能
单光束双透镜结构，背景校正方式时构成不分束双光束形式，背景校正能力达1.7A，微处理内存常用元素标准分析条件和数据，可完成数据快速采样、积分、统计、平均曲线拟合、背景值显示，可显示全部数据及参数值，可自动打印结果。火焰法检出限为0.01ppm，石墨炉可达0.1ppb。
4、用途
应用范围广泛，可用于科学研究、生产部门、环境监测、地质矿物、化工冶金、医药卫生、林农食品等方面，在环境保护中已用于土壤、水质、生物试样中许多金属及半金属元素的分析测试工作。 
5、主要技术指标
型  号：180-80
狭缝宽度：0.2、0.4、1.3、2.6nm
聚集长度：45cm
波长范围：190.0 – 900.0nm
浓度测定范围：ppm-ppb
扣除背景方式：ZAA（塞曼效应原子吸收方式）
扣除背景能力：>1.5A
微机程序控制：屏幕显示、数码显示器监视基线飘移
波长精度：±0.5 nm
分 辩 率：≤0.4 nm
检 出 限：火焰法可测定ppm级的微量元素
用无火焰高温石墨炉可测定ppb级的痕量元素
四、仪器的操作流程及注意事项
1、检查所有电路，气路是否正常；
2、检查水路，水压是否正常；
3、检查空气泵油面；
4、一切正常后，开总电闸；
5、打开稳压电源使其稳定至220V（绿灯亮）；
6、打开仪器总开关；
7、选择所分析元素的空心阴极灯，预热20－30分钟；
8、调节灯的位置前后左右调节所分析元素的波长狭缝增益使光能量达100（不大于100）；
9、输入所分析元素的各种参数；
10、打开空气泵；
11、打开冷却水开关；
12、调节仪器前面板上OXIDANT INCREASE 旋钮达1.6Kg/cm3；
13、打开乙炔气瓶；
14、打开燃气开关至FLOW；
15、打开点火开关，调节火焰（最好为蓝色）进行样品分析；
16、按乙炔→空气→水的步骤将仪器关掉。
注意事项：
实验时，先通空气后通乙炔，先断乙炔后断空气；先开冷却水后点火，先关火后关冷却水。
五、实验步骤
1、按仪器操作流程，做好开机前的检查工作，然后开机；
2、Cu标准溶液的制备：用移液管移取10mlCu标准液（1000µg/mL）置于100ml容量瓶中，用5%HNO3稀释至标线，摇匀，配成100mg/L的标准溶液；
3、标准曲线的测定：用移液管先后移取1.00mL、3.00mL、5.00mL的Cu标准溶液（100mg/L）分别置于3只100mL容量瓶中，用5%HNO3稀释至标线，摇匀。以5%HNO3溶液作为空白样，标定曲线零点。按照浓度由低到高顺序，让仪器依次吸取标准溶液进行测定，得出各浓度标准溶液的吸光度值并制定标准曲线；
4、根据制定的标准曲线测定试样溶液； 
5、按仪器操作流程关机。
六、实验记录及数据分析

七、实验思考——原子吸收实验中的干扰效应及抑制方法
干扰类型: 物理干扰、光谱干扰、背景干扰、化学干扰、电离干扰
①物理干扰是指试液与标准溶液物理性质有差别而产生的干扰。粘度、表面张力或溶液密度等变化，影响样品雾化和气溶胶到达火焰的传递等会引起的原子吸收强度的变化。其消除方法：浓度高可用稀释法，配制被测试样组成相近溶液，采用标准加入法。
②光谱干扰指待测元素分析线与共存元素的吸收线重叠，其消除方法: 1.减小狭缝2.降低灯电流3.换其它分析线。
③化学干扰是指被测元原子与共存组分发生化学反应生成稳定的化合物，影响被测元素原子化。例如：Al，Si在空气-乙炔中形成的稳定化合物。W、B、LaZr、Mo在石墨炉形成的碳化物。一般消除方法有：（1）选择合适的原子化方法提高原子化温度，化学干扰会减小，在高温火焰中P043- 不干扰钙的测定；（2）加入释放剂（广泛应用）；（3）加入保护剂：EDTA、8—羟基喹啉等，即有强的络合作用，又易于被破坏掉；（4）加基体改进剂；（5）分离法。
④背景干扰也是光谱干扰，主要指分子吸收与光散射造成光谱背景。分子吸收是指在原子化过程中生成的分子对辐射吸收，分子吸收是带光谱。光散射是指原子化过程中产生的微小的固体颗粒使光产生散射，造成透过光减小，吸收值增加。背景干扰，一般使吸收值增加，产生正误差。其校正方法：1.双线校正法：用邻近非共振线校正背景；2.连续光源氘灯校正背景；3.Zeaman 效应校正背景。
⑤电离干扰指在高温下原子会电离使基态原子数减少, 吸收下降。其消除方法是加入过量消电离剂。（所谓的消电离剂, 是电离电位较低的元素, 加入时, 产生大量电子, 抑制被测元素电离）