原子吸收光谱法.pptx
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1、13:25:12一、概述一、概述 原原原原子子子子吸吸吸吸收收收收光光光光谱谱谱谱法法法法:基基基基于于于于原原原原子子子子蒸蒸蒸蒸气气气气对对对对其其其其共共共共振振振振辐辐辐辐射射射射吸吸吸吸收收收收进进进进行行行行的的的的定量分析方法。定量分析方法。定量分析方法。定量分析方法。优点优点优点优点:(1)(1)检出限低,检出限低,检出限低,检出限低,ngng mlml-1-1(火焰原子吸收);(火焰原子吸收);(火焰原子吸收);(火焰原子吸收);10 10-13-131010-14-14 g g(石墨炉原子吸收)(石墨炉原子吸收)(石墨炉原子吸收)(石墨炉原子吸收);(2)(2)选择性好,一
2、般情况下共存元素不干扰;选择性好,一般情况下共存元素不干扰;选择性好,一般情况下共存元素不干扰;选择性好,一般情况下共存元素不干扰;(3)(3)准确度高,误差准确度高,误差准确度高,误差准确度高,误差1%1%5%5%;(4)(4)分析速度快;分析速度快;分析速度快;分析速度快;(5)(5)应用应用应用应用范围范围范围范围广,可测定广,可测定广,可测定广,可测定7070多多多多种种种种元素元素元素元素。局限性局限性局限性局限性:难熔元素、非金属元素测定困难难熔元素、非金属元素测定困难难熔元素、非金属元素测定困难难熔元素、非金属元素测定困难;暂暂暂暂不能同时不能同时不能同时不能同时进行进行进行进行
3、多元素多元素多元素多元素分析分析分析分析13:25:20二、原子吸收光谱的产生二、原子吸收光谱的产生 formation of AAS1.1.原子吸收光谱的产生原子吸收光谱的产生 基基态态原原子子吸吸收收其其共共振振辐辐射射,外外层层电电子子由由基基态态跃跃迁迁至至激激发发态态而而产产生生原原子子吸吸收收光光谱谱。原原子子吸吸收收光光谱谱位位于光谱的紫外于光谱的紫外-可见区。可见区。13:25:27 在原子蒸气中,可能会有基态与激发态存在。在在原子蒸气中,可能会有基态与激发态存在。在在原子蒸气中,可能会有基态与激发态存在。在在原子蒸气中,可能会有基态与激发态存在。在一定温度下达到热平衡时,基态
4、与激发态原子数的一定温度下达到热平衡时,基态与激发态原子数的一定温度下达到热平衡时,基态与激发态原子数的一定温度下达到热平衡时,基态与激发态原子数的比例遵循比例遵循比例遵循比例遵循BoltzmanBoltzmanBoltzmanBoltzman分布定律。分布定律。分布定律。分布定律。N N N Ni i i i/N/N/N/N0 0 0 0=g=g=g=gi i i i/g/g/g/g0 0 0 0 exp(-E exp(-E exp(-E exp(-Ei i i i/k k k kT)T)T)T)N N N Ni i i i与与与与N NN N0 0 0 0 分别为激发态与基态的原子数;分别
5、为激发态与基态的原子数;分别为激发态与基态的原子数;分别为激发态与基态的原子数;T T T T为热为热为热为热力学温度;力学温度;力学温度;力学温度;k k k k为为为为BoltzmanBoltzmanBoltzmanBoltzman常数;常数;常数;常数;E E E Ei i i i为激发能;为激发能;为激发能;为激发能;g g g gi i i i/g/g/g/g0 0 0 0为能级的简并度。为能级的简并度。为能级的简并度。为能级的简并度。2.2.基态原子数与激发态原子数的关系基态原子数与激发态原子数的关系13:25:33 Ni/N0=gi/g0 exp(-Ei/kT)可见,温度越高,可
6、见,温度越高,Ni/N0值越大,即激发态原值越大,即激发态原子数随温度升高而增加;在相同的温度条件下,激子数随温度升高而增加;在相同的温度条件下,激发能越小,发能越小,Ni/N0值越大。值越大。在原子吸收光谱中,在原子吸收光谱中,Ni/N0值绝大部分在值绝大部分在10-3以以下,即激发态和基态原子数之比小于千分之一。下,即激发态和基态原子数之比小于千分之一。因此,基态原子数因此,基态原子数N0可以近似等于总原子可以近似等于总原子数数N (方法灵敏度高的原因所在)。(方法灵敏度高的原因所在)。13:25:39三、谱线的轮廓与谱线变宽三、谱线的轮廓与谱线变宽原原子子结结构构较较分分子子结结构构简简
7、单单,理理论论上上应应产产生线状光谱吸收线。生线状光谱吸收线。实实际际上上用用特特征征吸吸收收频频率率辐辐射射光光照照射射时时,获获得得一一峰峰形形吸吸收收(具具有有一定宽度一定宽度)。表征吸收线轮廓表征吸收线轮廓(峰峰)的参数:的参数:中心频率中心频率 0(峰值频率峰值频率):最大吸收系数对应的频率;最大吸收系数对应的频率;中心波长中心波长:(nm)半半 宽宽 度度:1/2 或或1/213:25:44吸收峰变宽原因吸收峰变宽原因 (1 1)自然宽度)自然宽度 谱线本身具有一定的宽度,谱线本身具有一定的宽度,约为约为1010-5-5nmnm数量级数量级。(2 2)多普勒变宽多普勒变宽(热变宽)
8、(热变宽)D D,可达可达1010-3 3nmnm数量级数量级 多多普普勒勒效效应应:一一个个运运动动着着的的原原子子发发出出的的光光,如如果果运运动动方方向向离离开开观观察察者者(接接受受器器),则则在在观观察察者者看看来来,其其频频率率较较静静止止原子所发的频率低,反之,则高。原子所发的频率低,反之,则高。13:25:49(3 3)压力变宽()压力变宽(劳伦兹变宽,赫鲁兹马克变宽劳伦兹变宽,赫鲁兹马克变宽)L L 由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。劳伦兹(劳伦兹(LorentzLorentz)变宽变宽:待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。待
9、测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。赫鲁兹马克(赫鲁兹马克(HoltsmarkHoltsmark)变宽变宽(共振变宽):(共振变宽):同同种种原原子子碰碰撞撞。浓浓度度高高时时起起作作用用,在在原原子子吸吸收收中中可可忽忽略略(4 4)自吸变宽)自吸变宽 影响较小;影响较小;(5 5)场致变宽)场致变宽 影响较小;影响较小;在一般分析条件下以在一般分析条件下以多普勒变宽多普勒变宽V VD D为主为主。13:25:54四、原子吸收光谱的测量(积分吸收和峰值吸收)四、原子吸收光谱的测量(积分吸收和峰值吸收)1.1.积分吸收积分吸收 如如果果将将公公式式左左边边求求出出,即即谱谱线线下下所
10、所围围面面积积测测量量出出(积积分分吸吸收收),即即可可得得到到单单位位体体积积原原子子蒸蒸气气中中吸吸收收辐辐射射的的基基态原子数态原子数N N0 0,即可求出原子浓度。,即可求出原子浓度。这这这这是是是是一一一一种种种种绝绝绝绝对对对对测测测测量量量量方方方方法法法法,但但但但现现现现在在在在的的的的分分分分光光光光装装装装置置置置无无无无法法法法实实实实现现现现。(=10=10=10=10-3-3-3-3,若若若若取取取取600600600600nmnmnmnm,单色器分辨率单色器分辨率单色器分辨率单色器分辨率R R R R=/=610=610=610=6105 5 5 5 )解决办法:
11、解决办法:解决办法:解决办法:提供锐线光源,测定峰值吸收!提供锐线光源,测定峰值吸收!提供锐线光源,测定峰值吸收!提供锐线光源,测定峰值吸收!13:26:002.2.锐线光源锐线光源 在在在在原原原原子子子子吸吸吸吸收收收收分分分分析析析析中中中中需需需需要要要要使使使使用用用用锐锐锐锐线线线线光光光光源源源源,测测测测量量量量谱谱谱谱线线线线的的的的峰峰峰峰值值值值吸吸吸吸收收收收,锐锐锐锐线线线线光源需要满足的条件:光源需要满足的条件:光源需要满足的条件:光源需要满足的条件:(1 1)光光光光源源源源的的的的发发发发射射射射线线线线与与与与吸吸吸吸收收收收线线线线的的的的 0 0一致。一致
12、。一致。一致。(2 2)发发发发射射射射线线线线的的的的 1/21/2小小小小于于于于吸吸吸吸收收收收线线线线的的的的 1/21/2。提供提供提供提供锐线光源的方法锐线光源的方法锐线光源的方法锐线光源的方法:空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯13:26:053.3.峰值吸收峰值吸收 采采采采用用用用锐锐锐锐线线线线光光光光源源源源进进进进行行行行测测测测量量量量,则则则则e ea a ,由由由由图图图图可可可可见见见见,在在在在发发发发射射射射线线线线宽宽宽宽度度度度范范范范围围围围内内内内,K K 可可可可近近近近似似似似认认认认为为为为不不不不变变变变,并并并并近近近近似似似似等等等
13、等于于于于峰峰峰峰值值值值时时时时的的的的吸收系数吸收系数吸收系数吸收系数K K0 013:26:11峰值吸收峰值吸收 在在原原子子吸吸收收中中,谱谱线线变变宽宽主主要要受受多多普普勒勒效效应应影影响,则:响,则:上式的前提条件上式的前提条件:(1 1)ea;(2)辐射线与吸收线的中心频率一致。辐射线与吸收线的中心频率一致。13:26:16五、定量基础五、定量基础 峰值吸收系数:峰值吸收系数:当使用锐线光源时:当使用锐线光源时:A=k N0 b N0 Nc(N0:基态原子数,:基态原子数,N:总原子数,总原子数,c 待测元素浓度)待测元素浓度)所以:所以:A A=lg(=lg(I I0 0/I
14、 I)=)=K cK c13:26:22一、流程一、流程general process二、光源二、光源light sources 三、原子化器三、原子化器device of atomization四、单色器四、单色器monochromators五、检测器五、检测器 detector第二节第二节 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪及主要部件及主要部件atomic absorption spectrometer and main parts13:26:29原子吸收仪器(原子吸收仪器(1)13:26:35原子吸收仪器(原子吸收仪器(2)13:26:42一、流程一、流程1.1.AASAAS的特点的特点(1)
15、(1)采用锐线光源采用锐线光源(2)(2)单单 色色 器器 在在 火火 焰焰 与与 检测器之间检测器之间(3)(3)有原子化系统有原子化系统点击上图播放点击上图播放点击上图播放点击上图播放13:26:48二、光源二、光源1.1.作用作用 提提供供待待测测元元素素的的特特征征光光谱谱。获获得得较较高高的的灵灵敏敏度度和和准确度。准确度。光源应满足如下要求;光源应满足如下要求;(1 1)能能发发射射待待测测元元素素的的共振线;共振线;(2 2)能发射锐线;)能发射锐线;(3 3)辐辐射射光光强强度度大大,稳稳定性好。定性好。2.2.空空心心阴阴极极灯灯:结结构构如如图所示图所示13:26:563.
16、3.空心阴极灯的工作原理空心阴极灯的工作原理 “阴极溅射阴极溅射阴极溅射阴极溅射”效应。效应。效应。效应。用不同待测元素作阴极材料,可制成相应空心阴极灯。用不同待测元素作阴极材料,可制成相应空心阴极灯。用不同待测元素作阴极材料,可制成相应空心阴极灯。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。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。优点:优点:优点:优点:辐射光强度大,稳定,谱线窄,灯容易更换。辐射光强度大,稳定,谱线窄,灯容易更换。辐射光强度大,稳定,谱线窄,灯容易更换
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- 原子 吸收光谱
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