電子科技論文3000字

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儀器分析論文高分子材料與工程

原子汲取光譜法

一．進(jìn)展歷史：1，第一階段——原子汲取現(xiàn)象的發(fā)覺與科學(xué)解釋

1802年，伍朗斯頓（W.H.Wollaston）在討論太陽(yáng)連續(xù)光譜時(shí)，就發(fā)覺了太陽(yáng)連續(xù)光譜中消失的暗線。1817年，弗勞霍費(fèi)（J.Fraunhofer）在討論太陽(yáng)連續(xù)光譜時(shí)，再次發(fā)覺了這些暗線，由于當(dāng)時(shí)尚不了解產(chǎn)生這些暗線的緣由，于是就將這些暗線稱為弗勞霍費(fèi)線。1859年，克希荷夫（G.Kirchhoff）與本生（R.Bunson）在討論堿金屬和堿土金屬的火焰光譜時(shí)，發(fā)覺鈉蒸氣發(fā)出的光通過溫度較低的鈉蒸氣時(shí)，會(huì)引起鈉光的汲取，并且依據(jù)鈉放射線與暗線在光譜中位置相同這一事實(shí)，斷定太陽(yáng)連續(xù)光譜中的暗線，正是太陽(yáng)外圍大氣圈中的鈉原子對(duì)太陽(yáng)光譜中的鈉輻射汲取的結(jié)果。2，第二階段——原子汲取光譜儀器的產(chǎn)生

原子汲取光譜作為一種有用的分析方法是從1955年開頭的。這一年澳大利亞的瓦爾西(A.Walsh)發(fā)表了他的聞名論文“原子汲取光譜在化學(xué)分析中的應(yīng)用”奠定了原子汲取光譜法的基礎(chǔ)。50年月末和60年月初，Hilger,VarianTechtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子汲取光譜商品儀器，進(jìn)展了瓦爾西的設(shè)計(jì)思想。到了60年月中期，原子汲取光譜開頭進(jìn)入快速進(jìn)展的時(shí)期。

3，第三階段——電熱原子汲取光譜儀器的產(chǎn)生

1959年,蘇聯(lián)里沃夫發(fā)表了電熱原子化技術(shù)的第一篇論文。電熱原子汲取光譜法的肯定靈敏度可達(dá)到10-12-10-14g,使原子汲取光譜法向前進(jìn)展了一步。近年來(lái),塞曼效應(yīng)和自吸效應(yīng)扣除背景技術(shù)的進(jìn)展,使在很高的的背景下亦可順當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)原子汲取測(cè)定?；w改進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用、平臺(tái)及探針技術(shù)的應(yīng)用以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)展起來(lái)的穩(wěn)定溫度平臺(tái)石墨爐技術(shù)(STPF)的應(yīng)用,可以對(duì)很多簡(jiǎn)單組成的試樣有效地實(shí)現(xiàn)原子汲取測(cè)定。

4，第四階段——原子汲取分析儀器的進(jìn)展

隨著原子汲取技術(shù)的進(jìn)展，推動(dòng)了原子汲取儀器的不斷更新和進(jìn)展，而其它科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，為原子汲取儀器的不斷更新和進(jìn)展供應(yīng)了技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)，使用連續(xù)光源和中階梯光柵，結(jié)合使用光導(dǎo)攝象管、二極管陣列多元素分析檢測(cè)器，設(shè)計(jì)出了微機(jī)掌握的原子汲取分光光度計(jì)，為解決多元素同時(shí)測(cè)定開拓了新的前景。微機(jī)掌握的原子汲取光譜系統(tǒng)簡(jiǎn)化了儀器結(jié)構(gòu)，提高了儀器的自動(dòng)化程度，改善了測(cè)定精確?????度，使原子汲取光譜法的面貌發(fā)生了重大的變化。聯(lián)用技術(shù)(色譜-原子汲取聯(lián)用、流淌注射-原子汲取聯(lián)用)日益受到人們的重視。色譜-原子汲取聯(lián)用，不僅在解決元素的化學(xué)形態(tài)分析方面，而且在測(cè)定有機(jī)化合物的簡(jiǎn)單混合物方面，都有著重要的用途，是一個(gè)很有前途的進(jìn)展方向。

二，方法簡(jiǎn)介：原子汲取光譜法（AtomicAbsorptionSpectroscopy，AAS)，是基于氣態(tài)的基態(tài)原子外層電子對(duì)紫外光和可見光范圍的相對(duì)應(yīng)原子共振輻射線的汲取強(qiáng)度來(lái)定量被測(cè)元素含量為基礎(chǔ)的分析方法，是一種測(cè)量特定氣態(tài)原子對(duì)光輻射的汲取的方法。是本世紀(jì)50年月中期消失并在以后漸漸進(jìn)展起來(lái)的一種新型的儀器分析方法，它在地質(zhì)、冶金、機(jī)械、化工、農(nóng)業(yè)、食品、輕工、生物醫(yī)藥、環(huán)境愛護(hù)、材料科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。該法主要適用樣品中微量及痕量組分分析。原子汲取光譜法(AAS)是利用氣態(tài)原子可以汲取肯定波長(zhǎng)的光輻射，使原子中外層的電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的現(xiàn)象而建立的。由于各種原子中電子的能級(jí)不同，將有選擇地共振汲取肯定波長(zhǎng)的輻射光，這個(gè)共振汲取波長(zhǎng)恰好等于該

原子受激發(fā)后放射光譜的波長(zhǎng)，由此可作為元素定性的依據(jù)，而汲取輻射的強(qiáng)度可作為定量的依據(jù)。AAS現(xiàn)已成為無(wú)機(jī)元素定量分析應(yīng)用最廣泛的一種分析方法。

原子汲取光譜法該法具有檢出限低（火熖法可達(dá)μg/cm–3級(jí)）精確?????度高（火熖法相對(duì)誤差小于1%），選擇性好（即干擾少）分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。在溫度汲取光程，進(jìn)樣方式等試驗(yàn)條件固定時(shí)，樣品產(chǎn)生的待測(cè)元素相基態(tài)原子對(duì)作為銳線光源的該元素的空心陰極燈所輻射的單色光產(chǎn)生汲取，其吸光度（A）與樣品中該元素的濃度（C）成正比。即A=KC式中，K為常數(shù)。據(jù)此，通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液及未知溶液的吸光度，又巳知標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，可作標(biāo)準(zhǔn)曲線，求得未知液中待測(cè)元素濃度。

三，基本原理：每一種元素的原子不僅可以放射一系列特征譜線，也可以汲取與放射線波長(zhǎng)相同的特征譜線。當(dāng)光源放射的某一特征波長(zhǎng)的光通過原子蒸氣時(shí)，即入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)（一般狀況下都是第一激發(fā)態(tài)）所需要的能量頻率時(shí)，原子中的外層電子將選擇性地汲取其同種元素所放射的特征譜線，使入射光減弱。特征譜線因汲取而減弱的程度稱吸光度A，與被測(cè)元素的含量成正比：A=KC

式中K為常數(shù)；C為試樣濃度；K包含了全部的常數(shù)。此式就是原子汲取光譜法進(jìn)行定量分析的理論基礎(chǔ)，由于原子能級(jí)是量子化的，因此，在全部的狀況下，原子對(duì)輻射的汲取都是有選擇性的。由于各元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子的排布不同，元素從基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)時(shí)汲取的能量不同，因而各元素的共振汲取線具有不同的特征。原子汲取光譜位于光譜的紫外區(qū)和可見區(qū)。

四，.譜線輪廓

原子汲取光譜線并不是嚴(yán)格幾何意義上的線，而是占據(jù)著有限的相當(dāng)窄的頻率或波長(zhǎng)范圍，即有肯定的寬度。原子汲取光譜的輪廓以原子汲取譜線的中心波長(zhǎng)和半寬度來(lái)表征。中心波長(zhǎng)由原子能級(jí)打算。半寬度是指在中心波長(zhǎng)的地方，極大汲取系數(shù)一半處，汲取光譜線輪廓上兩點(diǎn)之間的頻率差或波長(zhǎng)差。半寬度受到許多試驗(yàn)因素的影響。影響原子汲取譜線輪廓的兩個(gè)主要因素：即多普勒變寬和碰撞變寬。多普勒寬度是由于原子熱運(yùn)動(dòng)引起的。而當(dāng)原子汲取區(qū)的原子濃度足夠高時(shí)，碰撞變寬是不行忽視的，其中碰撞變寬分為兩種，即赫魯茲馬克變寬和洛倫茲變寬。除上述因素外,影響譜線變寬的還有其它一些因素,例如場(chǎng)致變寬、自吸效應(yīng)等。但在通常的原子汲取分析試驗(yàn)條件下，汲取線的輪廓主要受多普勒和洛倫茨變寬的影響。在2000-3000K的溫度范圍內(nèi)，原子汲取線的寬度約為10-3-10-2nm。

五，儀器結(jié)構(gòu)原子汲取光譜儀由光源、原子化器、分光器、檢測(cè)系統(tǒng)等幾部分組成。

1，光源。光源的功能是放射被測(cè)元素的特征共振輻射。對(duì)光源的基本要求是：放射的共振輻射的半寬度要明顯小于汲取線的半寬度；輻射強(qiáng)度大、背景低，低于特征共振輻射強(qiáng)度的1%；穩(wěn)定性好，30分鐘之內(nèi)漂移不超過1%；噪聲小于0.1%；使用壽命長(zhǎng)于5安培小時(shí)?？招年帢O放電燈是能滿意上述各項(xiàng)要求的抱負(fù)的銳線光源，應(yīng)用最廣。

2，原子化器。其功能是供應(yīng)能量，使試樣干燥，蒸發(fā)和原子化。在原子汲取光譜分析中，試樣中被測(cè)元素的原子化是整個(gè)分析過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)原子化的方法，最常用的有兩種：

火焰原子化法：是原子光譜分析中最早使用的原子化方法，至今仍在廣泛地被應(yīng)用；

非火焰原子化法，其中應(yīng)用最廣的是石墨爐電熱原子化法。

3，分光器。它由入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成，其作用是將所需要的共振汲取線分別出來(lái)。分光器的關(guān)鍵部件是色散元件，現(xiàn)在商品儀器都是使用光柵。原子汲取光譜儀對(duì)分光器的辨別率要求不高，曾以能辨別開鎳三線Ni230.003、

Ni231.603、Ni231.096nm為標(biāo)準(zhǔn)，后采納Mn279.5和279.8nm代替Ni三線來(lái)檢定辨別率。光柵放置在原子化器之后，以阻擋來(lái)自原子化器內(nèi)的全部不需要的輻射進(jìn)入檢測(cè)器。

4，檢測(cè)系統(tǒng)。原子汲取光譜儀中廣泛使用的檢測(cè)器是光電倍增管，最近一些儀器也采納CCD作為檢測(cè)器

六，干擾效應(yīng)及其抑制：原子汲取光譜分析法與原子放射光譜分析法相比，盡管干擾較少并易于克服，但在實(shí)際工作中干擾效應(yīng)仍舊常常發(fā)生，而且有時(shí)表現(xiàn)得很嚴(yán)峻，因此了解干擾效應(yīng)的類型、本質(zhì)及其抑制方法很重要。原子汲取光譜中的干擾效應(yīng)一般可分為四類：物理干擾、化學(xué)干擾、電離干擾和光譜干擾。

1.物理干擾及其抑制

物理干擾是由于試液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的物理性質(zhì)的差異，引起進(jìn)樣速度、進(jìn)樣量、霧化效率、原子化效率的變化所產(chǎn)生的干擾。削除和抑制物理干擾常采納如下方法：

(1)配制與待測(cè)試樣溶液相像組成的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并在相同條件下進(jìn)行測(cè)定。假如試樣組成不詳，采納標(biāo)準(zhǔn)加入法可以削除物理干擾。

(2)盡可能避開使用粘度大的硫酸、磷酸來(lái)處理試樣；當(dāng)試液濃度較高時(shí)，適當(dāng)稀釋試液也可以抑制物理干擾。

2.化學(xué)干擾及其抑制

化學(xué)干擾是由于待測(cè)元素與共存組分發(fā)生了化學(xué)反反應(yīng)，生成了難揮發(fā)或難解離的化合物，使基態(tài)原子數(shù)目削減所產(chǎn)生的干擾?；瘜W(xué)干擾是原子汲取光譜分析中的主要干擾。這種干擾具有選擇性，它對(duì)試樣中各種元素的影響各不相同。影響化學(xué)干擾的因素許多，但主要是由被測(cè)定元素和共存元素的性質(zhì)起打算性作用，另外，還與火焰的類型、火焰的性質(zhì)等有關(guān)系。

在火焰及石墨爐原子化過程中，化學(xué)干擾的機(jī)理很簡(jiǎn)單，消退或抑制其化學(xué)干擾應(yīng)當(dāng)依據(jù)詳細(xì)狀況實(shí)行以下詳細(xì)措置措施：

(1)提高火焰溫度適當(dāng)提高火焰溫度使難揮發(fā)、難解離是化合物較完全基態(tài)原子化。

(2)加入稀釋劑加入釋放劑與干擾元素生成更穩(wěn)定或更難揮發(fā)的化合物，從而使被測(cè)定元素從含有干擾元素的化合物中釋放出來(lái)。

(3)加入愛護(hù)劑愛護(hù)劑多數(shù)是有機(jī)絡(luò)合物。它與被測(cè)定元素或干擾元素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，避開待測(cè)定元素與干擾元素生成難揮發(fā)化合物。

(4)加入基本改進(jìn)劑石墨爐原子汲取光譜分析中，加入某些化學(xué)試劑于試液或石墨管中轉(zhuǎn)變機(jī)體或被測(cè)定元素化合物的熱穩(wěn)定性，避開了化學(xué)干擾，這些化學(xué)試劑稱為基體改進(jìn)劑。

(5)化學(xué)分別法應(yīng)用化學(xué)方法將待測(cè)定元素與干擾元素分別，不僅可以消退基體元素的干擾，還可以富集待測(cè)定元素。

3.電離干擾及其抑制

某些易電離元素在火焰中產(chǎn)生電離，使基態(tài)原子數(shù)削減，降低了元素測(cè)定的靈敏度，這種干擾稱為電離干擾。

采納低溫火焰或在試液中加入過量的更易電離的元素化合物(消電離劑)，能夠有效的抑制待測(cè)元素的電離。常用的消電離劑有CsCl、KCl、NaCl等。

4.光譜干擾及其抑制

原子汲取光譜分析中的光譜干擾主要有譜線干擾和背景干擾兩種。

(1)譜線干擾及其抑制

譜線干擾是指單色器光譜通帶內(nèi)除了元素汲取線外，還進(jìn)入了放射線的鄰近線或其它汲取線，使分析方法的靈敏度和精確?????度下降。放射線的鄰近線的干擾主要是指空心陰極燈的元素、雜質(zhì)或載氣元素的放射線與待測(cè)元素共振汲取線的重疊干擾；其它汲取線的干擾主要是指試樣中共存元素汲取線與待測(cè)定元素共振線的重疊干擾。譜線干擾的抑制通常是減小單色器的光譜通帶寬度即減小狹縫寬度，提高儀器的分辯率，使元素的共振汲取線與干擾曲線完全分開。依據(jù)詳細(xì)狀況還可采納以下方法抑制光譜干擾，如降低燈電流，選擇無(wú)干擾的其它汲取線，選用高純度單元素的空心陰極燈，分別共存的干擾元素等方法。

(2)背景干擾和抑制

1.背景干擾和抑制原子汲取光譜分析中的背景干擾主要是指原子化過程中產(chǎn)生的分子汲取和固體微粒產(chǎn)生的光散射產(chǎn)生的干擾效應(yīng)。背景干擾往往使吸光度增大，產(chǎn)生正誤差。

2.光譜背景干擾的抑制和校正

a.光譜背景干擾的抑制在實(shí)際工作中，多采納轉(zhuǎn)變火焰類型、燃助比和調(diào)整火焰觀測(cè)區(qū)高度來(lái)抑制分子汲取干擾；在石墨爐原子汲取光譜分析中，常選用適當(dāng)基體改進(jìn)劑，采納選擇性揮發(fā)來(lái)抑制分子汲取的干擾.

b.光譜背景的校正在原子光譜分析中，校正背景的方法有儀器調(diào)零汲取法、鄰近線校正背景法、氘燈校正背景法和塞曼效應(yīng)校正背景法。

七，優(yōu)點(diǎn)與不足

優(yōu)點(diǎn)：1，選擇性強(qiáng)。這是因?yàn)樵蛹橙捄苷脑?。因此，測(cè)定比較快速簡(jiǎn)便，并有條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。在放射光譜分析中，當(dāng)共存元素的輻射線或分子輻射線不能和待測(cè)元素的輻射線相分別時(shí)，會(huì)引起表觀強(qiáng)度的變化。而對(duì)原子汲取光譜分析來(lái)說：譜線干擾的幾率小，由于譜線僅發(fā)生在主線系，而且譜線很窄，線重疊幾率較放射光譜要小得多，所以光譜干擾較小。即便是和鄰近線分別得不完全，由于空心陰極燈不放射那種波長(zhǎng)的輻射線，所以輻射線干擾少，簡(jiǎn)單克服。在大多數(shù)狀況下，共存元素不對(duì)原子汲取光譜分析產(chǎn)生干擾。在石墨爐原子汲取法中，有時(shí)甚至可以用純標(biāo)準(zhǔn)溶液制作的校正曲線來(lái)分析不同試樣。

2、靈敏度高。原子汲取光譜分析法是目前最靈敏的方法之一。火焰原子汲取法的靈敏度是ppm到ppb級(jí)，石墨爐原子汲取法肯定靈敏度可達(dá)到10-10～10-14克。常規(guī)分析中大多數(shù)元素均能達(dá)到ppm數(shù)量級(jí)。假如采納特別手段，例如預(yù)富集，還可進(jìn)行ppb數(shù)量級(jí)濃度范圍測(cè)定。由于該方法的靈敏