火焰光度分析（光學(xué)分析課件）

《光學(xué)分析及操作》火焰光度分析法基本知識目標(biāo)TARGET01理解譜線產(chǎn)生的過程以及火焰光度分析法的定量分析原理02掌握火焰光度分析的定量分析方法CONTENT01譜線的產(chǎn)生02定量分析原理03定量分析方法04思考題一、譜線的產(chǎn)生火焰光度分析法是以原子發(fā)射光譜法為基本原理的一種分析方法。以火焰作為激發(fā)光源，被測元素原子的最外層電子吸收了火焰的熱能而躍遷到激發(fā)態(tài)能級，再由激發(fā)態(tài)能級返回到基態(tài)能級時釋放能量，用光電檢測系統(tǒng)來測量被激發(fā)元素所發(fā)射的特征輻射強度，從而進(jìn)行元素定量分析的方法。各種元素都有自己的特定的線光譜。例如，將食鹽置于火焰中時，火焰即呈黃色，這是由于食鹽中的鈉原子最外層電子吸收火焰的熱能，而躍遷到激發(fā)態(tài)，再由激發(fā)態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時，電子釋放的能量。這種能量的表征是發(fā)射鈉原子所特有的光譜線---黃色光譜。一、譜線的產(chǎn)生圖1火焰光度法譜線產(chǎn)生過程一、譜線的產(chǎn)生火焰光度分析法的優(yōu)點：試樣溶液于數(shù)分鐘內(nèi)可完成測定，非?？焖?；同時火焰光源穩(wěn)定性很高，干擾少，誤差為2％～5％，常用于微量分析和常量分析；分析堿金屬與堿土金屬，絕對靈敏度可達(dá)0.1～10×10－6g；被測試樣被火焰激發(fā)后，產(chǎn)生的譜線簡單，且均在可見光區(qū)，故使譜線分離和測量的設(shè)備簡單。因此火焰光度法具有準(zhǔn)確、快速、靈敏度較高、儀器設(shè)備簡單等優(yōu)點。一、譜線的產(chǎn)生但因用火焰作為激發(fā)光源，所提供的能量比電火花光源小得多，只能激發(fā)電離能較低、譜線簡單的元素（主要是堿金屬和堿土金屬）使之產(chǎn)生發(fā)射光譜（高溫火焰可激發(fā)30種以上的元素產(chǎn)生火焰光譜），難激發(fā)的元素測定較困難。主要用于土壤、血漿、玻璃、肥料、植物、血清組織中K、Na、Ca等的測定。一、譜線的產(chǎn)生當(dāng)待測元素（如K、Na）在火焰中被激發(fā)后，產(chǎn)生了發(fā)射光譜，光線通過濾光片或其他波長選擇裝置（單色器），使該元素特有波長的光照射到光電池上，產(chǎn)生光電流，此光電流通過一系列放大路線，用檢流計測量其強度。如果激發(fā)光源的條件（包括燃料氣體和壓縮空氣的流量，樣品溶液的流速，溶液中其他物質(zhì)的含量等）保持一定時，則檢流計讀數(shù)與待測元素的濃度成正比，因此可以定量進(jìn)行測定。常用的靈敏線是：鋰670.8nm(紅)，鈉589.3nm(黃)，鉀766.5nm(暗紅)，鈣422.7nm(磚紅)。二、定量分析原理火焰光度分析法的定量分析原理與發(fā)射光譜相同，主要是根據(jù)譜線強度與被測元素濃度的關(guān)系來進(jìn)行的。當(dāng)溫度一定時譜線強度I與被測元素濃度c成正比，即當(dāng)考慮到譜線自吸時，有如下關(guān)系式此式為火焰光度定量分析的基本關(guān)系式。式中b為自吸系數(shù)，b隨濃度c增加而減小，當(dāng)濃度很小無自吸時，b=1。但須注意：由于自吸收在高濃度時比較嚴(yán)重會導(dǎo)致校正曲線的彎曲，圖2是鈉校正曲線。因此，在定量分析中，選擇合適的分析線是十分重要的。a值受試樣組成、形態(tài)及激發(fā)光源條件等的影響，在實驗中很難保持為常數(shù)。I=ac（1）I=acb

（2）二、定量分析原理圖2鈉校正曲線三、定量分析方法1.標(biāo)準(zhǔn)曲線法火焰光度法譜線簡單，干擾少，激發(fā)條件穩(wěn)定，一般不采用譜線相對強度測量法，而直接在檢流計上讀出譜線絕對強度I，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量測定。先測定一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的特征譜線強度Ii(一般5個),以Ii為縱坐標(biāo)，Ci為橫坐標(biāo)作圖,即得標(biāo)準(zhǔn)曲線，再在相同條件下測定待測溶液的Ix值，由圖中查出Cx值。在配制溶液時應(yīng)注意，標(biāo)準(zhǔn)溶液的基體成份組成應(yīng)與待測溶液盡量一致；測定條件應(yīng)完全一致；待測物濃度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍內(nèi)。三、定量分析方法1.標(biāo)準(zhǔn)加入比較法將待測溶液分為A、B兩份,于B中加入已知量的待測元素，將A、B兩份溶液定容至相同體積，分別測定。設(shè):A、B兩溶液的特征譜線強度分別為IA、IB

；Cx—試液中待測元素的濃度；Cs—加入的待測元素的濃度。則:IA=KCxIB=K(Cx+Cs)故：Cx=IA/(IB-IA).Cs

其中：K-比例常數(shù)該方法適用于低含量樣品的測定，且保證了試液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的組成一致，可消除復(fù)雜樣品的基體效應(yīng)帶來的影響；但必須注意加入的標(biāo)準(zhǔn)物濃度應(yīng)與待測物濃度處于同一個數(shù)量級?；鹧婀舛确治龇ㄊ且栽影l(fā)射光譜法為基本原理的一種分析方法。其定量分析原理與發(fā)射光譜相同，主要是根據(jù)譜線強度與被測元素濃度的關(guān)系來進(jìn)行的?；鹧婀舛确ㄗV線簡單，干擾少，激發(fā)條件穩(wěn)定，一般不采用譜線相對強度測量法，而直接在檢流計上讀出譜線絕對強度I，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量測定。小結(jié)簡述火焰光度法的優(yōu)缺點。簡述火焰光度法定量分析原理?；鹧婀舛确ㄖ腥绾芜x擇標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法？思考題《光學(xué)分析及操作》火焰分析儀的結(jié)構(gòu)目標(biāo)TARGET01掌握火焰光度分析儀的基本構(gòu)造02了解火焰光度分析儀的工作原理CONTENT01氣路系統(tǒng)02燃燒系統(tǒng)03分光系統(tǒng)04檢測系統(tǒng)05思考題圖1現(xiàn)代的火焰分光光度計的基本框圖從圖1中可以看到試樣溶液經(jīng)霧化后噴出進(jìn)入燃燒器，溶劑在火焰中蒸發(fā)，鹽粒熔融，轉(zhuǎn)化為蒸氣，離解成原子（部分電離），再由火焰高溫激發(fā),發(fā)射的光經(jīng)切光器調(diào)制,并由單色器（通常是光柵）分光，選擇待測波長譜線，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和電信號放大后檢出?；鹧婀舛扔嬘懈鞣N不同型號，但都包括四個主要部件。一、氣路系統(tǒng)空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)過過濾減壓閥，進(jìn)入霧化室作為進(jìn)樣噴頭的氣源。燃?xì)饨?jīng)內(nèi)部電磁閥控制其開、關(guān)，而面板燃?xì)忾y控制其流量的大小，然后進(jìn)入霧化室。霧化室將吸入的樣品與燃?xì)獬浞只旌虾?，噴出進(jìn)入燃燒室，適當(dāng)調(diào)節(jié)空氣壓力與石油液化氣的比例使火焰呈淺藍(lán)色的錐形火焰。二、燃燒系統(tǒng)其作用是使待測元素激發(fā)而輻射出特征譜線。由燃?xì)?、助燃?xì)?、調(diào)節(jié)器、噴霧器、燃燒頭等部分組成。不同的燃料氣體和助燃?xì)饨M分，及其配比，稱助／燃比，決定該化學(xué)火焰能達(dá)到的最高溫度和化學(xué)性質(zhì)（見表1）。這是火焰光度法應(yīng)用中要選擇的關(guān)鍵條件。例如燃?xì)?煤氣、液化石油氣等)-空氣火焰，約2000K，適用于堿金屬的測定；乙炔-空氣火焰，約2500K，適用于堿土金屬的測定。二、燃燒系統(tǒng)表1常見火焰的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)三、分光系統(tǒng)其作用是將待測元素發(fā)射的特征譜線分離出來。分光元件可以是濾光片，還可以是棱鏡或光柵。四、檢測系統(tǒng)常使用光電池(或光電管)作檢測器。經(jīng)單色器分出的光投射至檢測器上，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，放大，用檢流計作讀數(shù)裝置，測量光電流的大小，經(jīng)單片機(jī)處理顯示樣品濃度/含量的讀數(shù)。儀器背面有一量程切換開關(guān)，可根據(jù)樣品的濃度值，選擇相應(yīng)的量程范圍?；鹧婀舛扔嬛饕ㄋ膫€部件：氣路系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、分光系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。其工作原理為：試樣溶液經(jīng)霧化后噴出進(jìn)入燃燒器，轉(zhuǎn)化為蒸氣后離解成原子（部分電離），再由火焰高溫激發(fā),發(fā)射的光經(jīng)切光器調(diào)制，并由單色器分光，選擇待測波長譜線，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和電信號放大后檢出即可。小結(jié)簡述火焰光度法測定樣品的過程簡述火焰光度儀的各部分名稱和主要作用思考題《光學(xué)分析及操作》火焰分析儀的維護(hù)與保養(yǎng)目標(biāo)TARGET01了解火焰光度計的存放條件02掌握火焰光度計的維護(hù)和保養(yǎng)CONTENT01火焰光度計的存放條件02火焰光度計的維護(hù)保養(yǎng)03思考題一、火焰光度計的存放條件環(huán)境溫度：+10℃～+35℃。相對濕度：≤85%。儀器應(yīng)水平放置于無震動的工作臺上，避免強光直接照射，周圍無強烈的電、磁場干擾及氣流影響，無影響使用的振動。產(chǎn)品使用現(xiàn)場不應(yīng)有易燃易爆、腐蝕性氣體，并備有滅火設(shè)施。電源電壓220V±22V，頻率50Hz±1Hz，并接地良好。額定功率為250W。應(yīng)備有不含雜質(zhì)，并燃燒穩(wěn)定的液化氣或丙烷。二、火焰光度計的維護(hù)保養(yǎng)1.每次完成測試工作后，再連續(xù)進(jìn)樣超純水5min，使霧化室腔體內(nèi)得到充分的清洗，防止進(jìn)樣管被沾污堵塞。2.空氣壓縮機(jī)工作時，將空氣中的水份壓縮凝聚在過濾減壓閥內(nèi)或凝聚在空氣壓縮機(jī)的儲氣罐內(nèi)，要定期排水，長期積水會影響儀器的正常使用。用戶在使用一階段后，按下儀器正下方的放水閥門，在壓縮空氣的推動下，積水自動排放，然后松開放水閥門。同時，也要注意，在斷電的狀態(tài)下，要將空氣壓縮機(jī)儲氣罐內(nèi)的積水放掉。二、火焰光度計的維護(hù)保養(yǎng)3.霧化室的清洗旋下霧化室下端三只固定螺釘，將霧化室拆下。旋下吸樣管及霧化器噴頭的螺母，拆下吸樣管及噴頭，用洗滌劑清洗，然后重新安裝復(fù)原。關(guān)閉燃?xì)忾y，打開空壓機(jī)，將毛細(xì)管插入溶液中，觀察其霧化效果。如不吸樣或霧化效果差，可調(diào)整吸樣管與噴頭的相互位置，使其產(chǎn)生霧化效果，然后旋緊螺母加以固定。