第十章原子吸收光谱优秀PPT.ppt

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1、10-110-1概述概述原子光谱法：原子光谱法：依据原子外层电子跃迁所产生的依据原子外层电子跃迁所产生的光谱进行分析光谱进行分析的方法。的方法。原子吸取光谱法：原子吸取光谱法：基于测量试样所产生的原子蒸汽基于测量试样所产生的原子蒸汽中基态原子对其中基态原子对其特征谱线的吸取，从而定量测定化学特征谱线的吸取，从而定量测定化学元素的方法。元素的方法。测定过程：测定过程：光源光源原子化器原子化器单色器单色器检出系统检出系统原子吸取光谱法的特点：原子吸取光谱法的特点：(1)灵敏度高灵敏度高(可测到可测到10-9-19-12 gmL-1)(2)选择性好，精确度高。选择性好，精确度高。(3)测定范围广测定

2、范围广(可干脆测定可干脆测定70多种元素）多种元素）(4)操作简便，分析速度快。操作简便，分析速度快。10-210-2原子吸取光谱法的基本原理原子吸取光谱法的基本原理共振线和吸取线共振线和吸取线:共振线吸取线共振线吸取线:电子从基态跃迁到能量最低的激电子从基态跃迁到能量最低的激发态为共振跃迁发态为共振跃迁,所产生的谱线所产生的谱线共振线放射线共振线放射线:当电子从第一激发态跃会基态当电子从第一激发态跃会基态时时,则放射出同则放射出同样频率的谱线样频率的谱线特征谱线特征谱线:各种元素的原子结构和外层电子排各种元素的原子结构和外层电子排步不同步不同,不同元素的原子从基态不同元素的原子从基态 第第一

3、激发态时一激发态时,吸取和放射的能量不同吸取和放射的能量不同,其共振线不同其共振线不同,各有其特征性各有其特征性.原子吸取法的定量基础原子吸取法的定量基础:原子吸取听从朗伯定律：原子吸取听从朗伯定律：若将入射强度为若将入射强度为I0I0的不同频率的光通过原的不同频率的光通过原子蒸汽，子蒸汽，吸取后其透过光的强度吸取后其透过光的强度IvIv与原子蒸汽的厚度与原子蒸汽的厚度b b的的关系，关系，听从朗伯定律。听从朗伯定律。bI0Iv原子蒸汽原子蒸汽 由于物质对不同频率的入射光的吸取具有选择性，因而透过光的强度由于物质对不同频率的入射光的吸取具有选择性，因而透过光的强度Iv和吸和吸取系数取系数Kv将

4、随着入射光的频率而变更。将随着入射光的频率而变更。Iv的变更规律的变更规律 Kv的变更规律的变更规律 原子蒸汽在原子蒸汽在v0原子蒸汽在原子蒸汽在v0频率处有吸取频率处有吸取 中心频率（波长）中心频率（波长）-最大吸取系数所对应的最大吸取系数所对应的 频率（波长）频率（波长）吸取轮廓（半宽度吸取轮廓（半宽度）-吸取系数一半所对应的频吸取系数一半所对应的频 率（波长）率（波长）I0I 0 I 与 的关系积分吸取积分吸取:原子蒸汽所吸取的全部能量原子蒸汽所吸取的全部能量,在原子吸取光在原子吸取光谱法中谱法中称为积分吸取（吸取线下面所包括的整个面积）称为积分吸取（吸取线下面所包括的整个面积）Kv-积

5、分吸取系数；积分吸取系数；(积分吸取很难求）积分吸取很难求）v-频率；频率；c-光速；光速；e-电子电荷；电子电荷；m-电子质量；电子质量；N-单位体积原子蒸汽吸取辐射的原子数（基态原子数）单位体积原子蒸汽吸取辐射的原子数（基态原子数）f-振子强度，表示能被光源辐射激发的每个原子的平均电子数振子强度，表示能被光源辐射激发的每个原子的平均电子数 （确定条件下，确定元素，（确定条件下，确定元素，f可视为确定值）可视为确定值）峰值吸取系数峰值吸取系数K0K0若能用若能用K0代替代替Kv A=kNbA=KC原子吸取法的定量基础原子吸取法的定量基础K0=KV的条件：的条件：光谱源放射线的中心频率与吸取线

6、中心频率一样光谱源放射线的中心频率与吸取线中心频率一样（波长应是待测元素的特征谱线）（波长应是待测元素的特征谱线）放射谱线的半宽度必需比吸取线的半宽度小得多放射谱线的半宽度必需比吸取线的半宽度小得多（光源应发出锐线光谱）（光源应发出锐线光谱）C与与N 的关系的关系基态原子基态原子N0可以代表待测原子总数可以代表待测原子总数(忽视受热激发的原忽视受热激发的原子数子数Nj)浓度与基态原子数成正比浓度与基态原子数成正比 C Nv vD D 多普勒变宽多普勒变宽多普勒变宽多普勒变宽 由于原子在空间作做无规则的热运动产生多普勒效由于原子在空间作做无规则的热运动产生多普勒效应而引起的，又称热变宽。应而引起

7、的，又称热变宽。V0-谱线中心频率谱线中心频率T-热力学温度热力学温度Ar-相对原子质量相对原子质量10-310-3原子吸取光谱仪原子吸取光谱仪火焰原子吸取光谱仪示意图火焰原子吸取光谱仪示意图光源光源-空心阴极灯空心阴极灯作用：法射待测元素的特征光谱作用：法射待测元素的特征光谱要求：（要求：（1 1）放射待测元素的共振线）放射待测元素的共振线 （2 2）放射锐线光谱）放射锐线光谱 （3 3）强度大、稳定、寿命长）强度大、稳定、寿命长空心阴极灯：空心阴极灯：原子化器系统原子化器系统 MM 脱溶剂脱溶剂 离解离解 激发激发MX(MX(试液试液试液试液)MX(MX(气态气态气态气态)M +X M +

8、X 电离电离电离电离 MM+火焰原子扮装置火焰原子扮装置火焰原子扮装置火焰原子扮装置（1 1）雾化器：将试液雾化）雾化器：将试液雾化）雾化器：将试液雾化）雾化器：将试液雾化（2 2）燃烧器：形成火焰，是进入火焰的试样微粒原子化）燃烧器：形成火焰，是进入火焰的试样微粒原子化）燃烧器：形成火焰，是进入火焰的试样微粒原子化）燃烧器：形成火焰，是进入火焰的试样微粒原子化（3 3）火焰：供应确定能量，促使试样雾滴蒸发、干燥）火焰：供应确定能量，促使试样雾滴蒸发、干燥）火焰：供应确定能量，促使试样雾滴蒸发、干燥）火焰：供应确定能量，促使试样雾滴蒸发、干燥并经过热离解或还原在作用，产生大量基态原子并经过热离

9、解或还原在作用，产生大量基态原子并经过热离解或还原在作用，产生大量基态原子并经过热离解或还原在作用，产生大量基态原子燃气助燃气试样预混合室燃烧器废液排放口雾化器火焰原子扮装置火焰原子扮装置火焰原子扮装置火焰原子扮装置非火焰原子扮装置非火焰原子扮装置非火焰原子扮装置非火焰原子扮装置（1 1）石墨炉原子化器）石墨炉原子化器）石墨炉原子化器）石墨炉原子化器测定过程：测定过程：测定过程：测定过程：干燥阶段，干燥阶段，干燥阶段，干燥阶段，灰化阶段，灰化阶段，灰化阶段，灰化阶段，原子化阶段，原子化阶段，原子化阶段，原子化阶段，烧净阶段烧净阶段烧净阶段烧净阶段（2 2 2 2）氢化物原子化器）氢化物原子化器

10、）氢化物原子化器）氢化物原子化器分光系统分光系统组成：组成：组成：组成：分光系统：由色散元件、凹面镜和狭缝组成分光系统：由色散元件、凹面镜和狭缝组成分光系统：由色散元件、凹面镜和狭缝组成分光系统：由色散元件、凹面镜和狭缝组成作用：作用：作用：作用：将待测元素的共振线与邻近谱线分开将待测元素的共振线与邻近谱线分开将待测元素的共振线与邻近谱线分开将待测元素的共振线与邻近谱线分开单色器的位置：单色器的位置：单色器的位置：单色器的位置：放在原子化器后的光路中放在原子化器后的光路中放在原子化器后的光路中放在原子化器后的光路中检测系统检测系统组成：组成：组成：组成：检测器、放大器、读数和记录系统检测器、放

11、大器、读数和记录系统检测器、放大器、读数和记录系统检测器、放大器、读数和记录系统仪器类型仪器类型10-410-4定量分析方法标注定量分析方法标注标准曲线法标准曲线法(共存组分间互不干扰）共存组分间互不干扰）共存组分间互不干扰）共存组分间互不干扰）配一组浓度合适的标准溶液系列由第浓度到高浓度配一组浓度合适的标准溶液系列由第浓度到高浓度配一组浓度合适的标准溶液系列由第浓度到高浓度配一组浓度合适的标准溶液系列由第浓度到高浓度分别测定吸光度；以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标分别测定吸光度；以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标分别测定吸光度；以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标分别测定吸光度；以浓度为横坐标，吸光度为

12、纵坐标作图，绘制作图，绘制作图，绘制作图，绘制A-cA-c标准曲线，在相同条件下，测定试样吸标准曲线，在相同条件下，测定试样吸标准曲线，在相同条件下，测定试样吸标准曲线，在相同条件下，测定试样吸光度，有光度，有光度，有光度，有A-cA-c标准其曲线求得溶液中待测元素浓度标准其曲线求得溶液中待测元素浓度标准其曲线求得溶液中待测元素浓度标准其曲线求得溶液中待测元素浓度A AC C标准加入法标准加入法 取等量的试样溶液，分别加入浓度为取等量的试样溶液，分别加入浓度为取等量的试样溶液，分别加入浓度为取等量的试样溶液，分别加入浓度为0 0、c c1 1、c c2 2、c c3 3的标准溶液，稀释到同一体

13、积后，在相同条件下分别测的标准溶液，稀释到同一体积后，在相同条件下分别测的标准溶液，稀释到同一体积后，在相同条件下分别测的标准溶液，稀释到同一体积后，在相同条件下分别测定吸光度。以加入的被测元素浓度为横坐标，对应吸光定吸光度。以加入的被测元素浓度为横坐标，对应吸光定吸光度。以加入的被测元素浓度为横坐标，对应吸光定吸光度。以加入的被测元素浓度为横坐标，对应吸光度为纵坐标，绘制度为纵坐标，绘制度为纵坐标，绘制度为纵坐标，绘制A-cA-c曲线图，延长曲线至与横坐标相曲线图，延长曲线至与横坐标相曲线图，延长曲线至与横坐标相曲线图，延长曲线至与横坐标相交处，即为试样溶液中待测元素浓度。交处，即为试样溶液

14、中待测元素浓度。交处，即为试样溶液中待测元素浓度。交处，即为试样溶液中待测元素浓度。A AC C0 010-510-5原子吸取光谱法中干扰及其抑制原子吸取光谱法中干扰及其抑制电离干扰电离干扰 由于基态原子电离而造成的干扰，由于基态原子电离而造成的干扰，使火焰中待测使火焰中待测元素的基态原子数量削减，测定结果元素的基态原子数量削减，测定结果偏低。偏低。消退方法：降低火焰温度；加入消退方法：降低火焰温度；加入比待测元素更易比待测元素更易电离的物质；电离的物质；化学干扰：化学干扰：待测元素与试样中共存组分或火待测元素与试样中共存组分或火焰成分发生化学焰成分发生化学反应，引起原子化程度变更所总称的反应

15、，引起原子化程度变更所总称的干扰。干扰。消退方法：加入释放剂；加入爱护剂；消退方法：加入释放剂；加入爱护剂；加入基体改进加入基体改进剂；剂；物理干扰：试样的物理性质变更所引起的干扰（粘度、密度、表面张力）光源干扰：谱线干扰-当光源产生的共振新旁边存在有非待测元素的谱线，或试样中待测元素共振线与另一元素吸取线特别接近时，均会产生谱线干扰。背景干扰在原子化过程中生成的气态分子、氧化物和盐类分子等对光源共振辐射产生吸取而引起的干扰；或产生的固体微粒对光产生散射而引起的干扰。10-610-6灵敏度、检出极限、测定条件的选择灵敏度、检出极限、测定条件的选择灵敏度灵敏度定义：定义：S=dA/dcS=dA/

16、dc 待测元素的浓度变更一个微小量待测元素的浓度变更一个微小量（dcdc）时，吸光）时，吸光度的变更量（度的变更量（dAdA）S-S-校正曲线的斜率校正曲线的斜率火焰原子吸取法中常用特征浓度表示灵敏火焰原子吸取法中常用特征浓度表示灵敏度度特征浓度为：产生特征浓度为：产生1%1%的吸取或能产生的吸取或能产生0.00440.0044吸光度吸光度时待测元素的浓度。单位时待测元素的浓度。单位 单位：单位：单位：单位：gg（mL1%mL1%）-1-1石墨炉中常用特征浓度表示灵敏度石墨炉中常用特征浓度表示灵敏度特征浓度：能产生特征浓度：能产生1%的吸取或能产生的吸取或能产生0.0044吸光度吸光度是待测元

17、素的质量。是待测元素的质量。单位：单位：单位：单位：gg（1%1%）-1-1例：已知镁溶液的浓度为例：已知镁溶液的浓度为0.4 gmL-1，用空气，用空气-乙炔乙炔火焰原子吸取法测得吸光度为火焰原子吸取法测得吸光度为0.225，求镁的特征浓度，求镁的特征浓度检出极限检出极限 仪器能以适当的置信度检出的待测元素的仪器能以适当的置信度检出的待测元素的最小浓最小浓度或最小量。（空白溶液吸光度信号标准偏差度或最小量。（空白溶液吸光度信号标准偏差的的3倍倍所对应的待测元素浓度或质量）所对应的待测元素浓度或质量）检出极限是衡量仪器性能的一项重要综合指检出极限是衡量仪器性能的一项重要综合指标标火焰原子吸取法

18、：火焰原子吸取法：石墨炉原子吸取法：石墨炉原子吸取法：测定条件的选择：测定条件的选择：分析线分析线 通常选择待测元素的共振线作为分析线通常选择待测元素的共振线作为分析线空心阴极灯电流空心阴极灯电流 保证稳定和强度，尽量选用较低的灯电流保证稳定和强度，尽量选用较低的灯电流狭缝宽度狭缝宽度 无邻近干扰谱线时，狭缝适当增宽无邻近干扰谱线时，狭缝适当增宽火焰火焰 依据用途选择火焰的类型（富然、贫燃）依据用途选择火焰的类型（富然、贫燃）和状态和状态观测高度（燃烧头高度）观测高度（燃烧头高度）调整光束与火焰的燃烧头高度，保证灵敏调整光束与火焰的燃烧头高度，保证灵敏度和稳度和稳定性定性10-710-7原子光

19、谱与分子光谱原子光谱与分子光谱电磁波谱电磁波谱电磁辐射电磁辐射 从射线到无线电波，以接近光速从射线到无线电波，以接近光速传播的能量传播的能量电磁波谱电磁波谱 电磁辐射按波长（频率、波数、能量）电磁辐射按波长（频率、波数、能量）大小的顺大小的顺序排列所得到的波谱图序排列所得到的波谱图电磁波与物质的相互作用电磁波与物质的相互作用 物质能都选择性地吸取特定频率的辐物质能都选择性地吸取特定频率的辐射能，从基射能，从基态或低能级跃迁到高能级，并可以在通过态或低能级跃迁到高能级，并可以在通过光的形势将光的形势将吸取的能量释放出来，跃迁回到低能级或吸取的能量释放出来，跃迁回到低能级或基态。基态。光作用于物质

20、是，还可以发生折射、光作用于物质是，还可以发生折射、反射、衍反射、衍射、偏振及散射等现象。（非光谱分析）射、偏振及散射等现象。（非光谱分析）高能辐射区高能辐射区高能辐射区高能辐射区 射线射线射线射线 能量最高，来源于核能级跃迁能量最高，来源于核能级跃迁能量最高，来源于核能级跃迁能量最高，来源于核能级跃迁 射线射线射线射线 来自内层电子能级的跃迁来自内层电子能级的跃迁来自内层电子能级的跃迁来自内层电子能级的跃迁 光学光谱区光学光谱区光学光谱区光学光谱区 紫外光紫外光紫外光紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁来自原子和分子外层电子能级的跃迁来自原子和分子外层电子能级的跃迁来自原子和分子外层电子

21、能级的跃迁 可见光可见光可见光可见光 红外光红外光红外光红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁来自分子振动和转动能级的跃迁来自分子振动和转动能级的跃迁来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区波谱区波谱区波谱区 微波微波微波微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波无线电波无线电波无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁来自原子核自旋能级的跃迁来自原子核自旋能级的跃迁来自原子核自旋能级的跃迁电磁波谱：电磁波谱：电磁波谱：电磁波谱：射线射线 X 射线射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线

22、电波无线电波按能量交换方向分按能量交换方向分按能量交换方向分按能量交换方向分 吸收光谱法吸收光谱法吸收光谱法吸收光谱法 发射光谱法发射光谱法发射光谱法发射光谱法 按作用结果不同分按作用结果不同分按作用结果不同分按作用结果不同分 原子光谱原子光谱原子光谱原子光谱线状光谱线状光谱线状光谱线状光谱 分子光谱分子光谱分子光谱分子光谱带状光谱带状光谱带状光谱带状光谱光光光光谱谱谱谱法法法法波谱区波谱区波谱区波谱区波长范围波长范围波长范围波长范围光子能量光子能量光子能量光子能量/eV/eV/eV/eV能级跃迁类型能级跃迁类型能级跃迁类型能级跃迁类型 射线射线射线射线区区区区0.005nm2.5105原子核

23、能级原子核能级原子核能级原子核能级X X X X 射线区射线区射线区射线区0.005-10nm2.5105-1.2102内层电子能级内层电子能级内层电子能级内层电子能级远紫外区远紫外区远紫外区远紫外区10-200nm1.2102-6.2近紫外区近紫外区近紫外区近紫外区200-400nm6.2-3.1原子的电子能级或原子的电子能级或原子的电子能级或原子的电子能级或分子的成键能级分子的成键能级分子的成键能级分子的成键能级可见光区可见光区可见光区可见光区400-780nm3.1-1.7近红外区近红外区近红外区近红外区0.78-2.5m1.7-0.5分子振动能级分子振动能级分子振动能级分子振动能级中红

24、外区中红外区中红外区中红外区2.5-50m0.5-0.025远红外区远红外区远红外区远红外区50-1000m2.510-2-1.210-4分子转动能级分子转动能级分子转动能级分子转动能级微波区微波区微波区微波区0.1-100cm1.210-4-1.210-7射频区射频区射频区射频区1-1000m1.210-6-1.210-9电子自旋或核自旋能级电子自旋或核自旋能级电子自旋或核自旋能级电子自旋或核自旋能级电磁波谱区电磁波谱区电磁波谱区电磁波谱区原子光谱与分子光谱原子光谱与分子光谱原子光谱：由原子外层或内层电子受到辐射原子光谱：由原子外层或内层电子受到辐射后，在不同能级之间的跃迁所产生的各种光后，

25、在不同能级之间的跃迁所产生的各种光谱线的集合，每条谱线代表了一种跃迁。谱线的集合，每条谱线代表了一种跃迁。原子光谱线是线性光谱线原子光谱线是线性光谱线元素由第一激发态到基态的跃迁，所产生元素由第一激发态到基态的跃迁，所产生的谱线最强，称为共振线（元素的特征谱线）的谱线最强，称为共振线（元素的特征谱线）分子光谱：产生于分子中电子能级、振动和分子光谱：产生于分子中电子能级、振动和转动能级的变更。转动能级的变更。分子激发时仅产生转动能级跃迁分子激发时仅产生转动能级跃迁-远红外吸远红外吸取光谱取光谱 振动能级跃迁振动能级跃迁-红外吸取红外吸取光谱光谱 电子能级跃迁电子能级跃迁-紫外紫外-可可见光谱见光谱分子光谱时连续光谱（带状光谱）分子光谱时连续光谱（带状光谱）分子发生电子跃迁时，必定存在振动和转分子发生电子跃迁时，必定存在振动和转动能级的变更。动能级的变更。项目项目原子吸收法原子吸收法分光光度法分光光度法相相同同分析原理吸收原理吸收原理能级电子跃迁电子跃迁定量分析的依据A=kbcA=kNb(A=KC)不不同同光谱原子光谱分子光谱光源锐线光源连续光源单色器位置原子化器和检测器之间光源和吸收池之间原子吸取与分光光度法的比较原子吸取与分光光度法的比较