原子吸收知識課件

原子光譜法原子吸收光譜法原子發(fā)射光譜法原子熒光法第二章原子吸收分光光度法原子的能級核外電子的排布激發(fā)態(tài)：1s22s22p64s1能量E0能量Ej一、原子光譜原子核外電子在不同能級間躍遷產(chǎn)生的光譜。第二章原子吸收分光光度法基態(tài)：1s22s22p63s1鈉（11Na）原子激發(fā)態(tài)：1s22s22p64s1能量Ej一、原子光譜第二章原子吸收分光光度法基態(tài)激發(fā)態(tài)hv(吸收輻射)原子核外電子在不同能級間躍遷產(chǎn)生的光譜。能量E0基態(tài)：1s22s22p63s1一、原子光譜第二章原子吸收分光光度法基態(tài)E0激發(fā)態(tài)EjΔE=Ej-E0=hv紫外區(qū)，可見光區(qū)基態(tài)激發(fā)態(tài)hv(吸收輻射)原子核外電子在不同能級間躍遷產(chǎn)生的光譜。頻率吸光系數(shù)特點：線光譜一些分離的特征銳線一、原子光譜第二章原子吸收分光光度法基態(tài)E0第一激發(fā)態(tài)Ej1第二激發(fā)態(tài)Ej2基態(tài)E0第一激發(fā)態(tài)Ej1ΔE1=Ej1-E0=hv1一、原子光譜第二章原子吸收分光光度法共振吸收線最靈敏基態(tài)E0第一激發(fā)態(tài)Ej1ΔE1=Ej1-E0=hv1一、原子光譜第二章原子吸收分光光度法共振發(fā)射線基態(tài)E0第一激發(fā)態(tài)Ej1ΔE1=Ej1-E0=hv1一、原子光譜第二章原子吸收分光光度法不同元素的原子，v1是否相同？共振線上世紀(jì)50年代中期發(fā)展起來的新型儀分方法元素分析的常規(guī)武器光源單色器檢測器原子化器分析示意圖氣態(tài)基態(tài)原子基態(tài)原子吸收的特征譜線基態(tài)第一激發(fā)態(tài)hv二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論共振發(fā)射線共振吸收線被測元素分析基礎(chǔ)：處于氣態(tài)的基態(tài)原子對光的吸收光源單色器檢測器原子化器分析示意圖被測元素基態(tài)原子吸收的特征譜線共振吸收線共振發(fā)射線二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論氣態(tài)基態(tài)原子光源單色器檢測器原子化器分析示意圖被測元素分光檢測特征譜線透過光的強度共振發(fā)射線基態(tài)原子吸收的特征譜線共振吸收線二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論分析基礎(chǔ)：處于氣態(tài)的基態(tài)原子對光的吸收定量方法：被測元素含量特征譜線強度的減弱程度氣態(tài)基態(tài)原子化合物吸收能量氣態(tài)原子基態(tài)激發(fā)態(tài)二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論光源單色器檢測器原子化器分析示意圖被測元素1.基態(tài)原子數(shù)與含量玻耳茲曼分布：NjNo=gjgoe-(Ej

-Eo

)/KT原子個數(shù)基態(tài)激發(fā)態(tài)能級統(tǒng)計權(quán)重玻耳茲曼常數(shù)絕對溫度二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論1.基態(tài)原子數(shù)與含量二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論1.基態(tài)原子數(shù)與含量N0=k’c能量EA0能量EB1能量EA1ΔEA=EA1-EA0=hvAΔEB=EB1-EB0=hvB能量EB02.原子吸收分光光度法的特點：（1）選擇性好：元素之間一般無干擾二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論（2）靈敏度高：10-6-10-12g/ml（不同的原子化器決定）（3）可分析周期表中70%以上的元素（4）分析速度快，幾秒之內(nèi)完成缺點：儀器部件多，操作麻煩2.原子吸收分光光度法的特點：二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論3.原子吸收光譜輪廊與譜線展寬

理論上：線狀光譜

實際上：峰形吸收(具有一定寬度)吸收系數(shù)頻率二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論表征吸收線輪廓(峰)的參數(shù)：峰值吸收系數(shù)：K0中心頻率

O(峰值頻率)：K0對應(yīng)的頻率；3.原子吸收光譜輪廊與譜線展寬二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論吸收系數(shù)頻率表征吸收線輪廓(峰)的參數(shù)：半寬度：K0一半處，吸收光譜線輪廓上兩點之間的頻率差或波長差。3.原子吸收光譜輪廊與譜線展寬二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論吸收系數(shù)頻率原子吸收10-2nm原子發(fā)射

10-3nm自然寬度

10-5-10-6nm（1）自然寬度照射光具有一定的寬度。影響原子吸收譜線輪廓的因素：3.原子吸收光譜輪廊與譜線展寬二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論v0檢測器v0+Δvv0-ΔvΔvD=7.16×10-7v0(T/M)1/2中心頻率原子量絕對溫度T=3000K，M=50500nm~

10-3nm（2）溫度變寬（多普勒變寬）影響原子吸收譜線輪廓的因素：3.原子吸收光譜輪廊與譜線展寬二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論（3）壓力展寬碰撞被測元素原子能級變化ΔE=Ej-E0=hv①被測原子與其它粒子間的碰撞（勞倫茲展寬）②被測原子間的碰撞（霍爾茲馬克展寬）碰撞幾率壓強ΔυL

P10-3-10-4nm影響原子吸收譜線輪廓的因素：3.原子吸收光譜輪廊與譜線展寬二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論（4）自吸變寬光源空心陰極燈發(fā)射的共振線被燈內(nèi)同種基態(tài)原子所吸收產(chǎn)生自吸現(xiàn)象。燈電流越大自吸越嚴(yán)重影響原子吸收譜線輪廓的因素：3.原子吸收光譜輪廊與譜線展寬二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論原子蒸氣I0Itl吸收光程長度原子吸收系數(shù)被吸收線透射光強入射光強4.原子吸收的測量It=I0e–Kvl二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論△λ=10-3，若λ=500nm，分辨率R=λ/△λ=5×105

現(xiàn)在的分光裝置無法實現(xiàn)!!!積分吸收測定Kvdv=αN0基態(tài)原子數(shù)常數(shù)峰值吸收系數(shù)K0=2abN0/Δv與原子的性質(zhì)有關(guān)與譜線的展寬過程有關(guān)4.原子吸收的測量二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論∫提供銳線光源：①光源中心v0發(fā)=

v0吸②Δλ發(fā)<

Δλ吸Δλ發(fā)=1/5-1/10

Δλ吸③光源強度足夠大在輻射線寬度范圍內(nèi)，Kν近似認(rèn)為不變，并近似等于峰值時的吸收系數(shù)K04.原子吸收的測量二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論峰值吸收測定（Walsh提出）：吸收池內(nèi)被測元素原子濃度和溫度不太高且變化不大時，峰值吸收系數(shù)K0與被測元素基態(tài)原子濃度存在線性關(guān)系。A=-lgT=lgI0ItIt=

I0e–KvlA=lg(eKv

l)=0.434Kv

l峰值處：Kv=K0=2abN0/Δv4.原子吸收的測量二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論峰值吸收測定（Walsh提出）：吸收池內(nèi)被測元素原子濃度和溫度不太高且變化不大時，峰值吸收系數(shù)K0與被測元素基態(tài)原子濃度存在線性關(guān)系。A=0.434l×2abN0/Δv=k”

lN0=k”lk’cA=KcK與實驗條件有關(guān)峰值吸收測定（Walsh提出）：吸收池內(nèi)被測元素原子濃度和溫度不太高且變化不大時，峰值吸收系數(shù)K0與被測元素基態(tài)原子濃度存在線性關(guān)系。4.原子吸收的測量二、原子吸收光譜法的基礎(chǔ)理論A=lg(eKv

l)=0.434Kv

l峰值處：Kv=K0=2abN0/Δv三、原子吸收分光光度計

過濾掉原子化過程中產(chǎn)生的輻射光源單色器檢測器原子化器分析示意圖氣態(tài)基態(tài)原子基態(tài)原子吸收的特征譜線基態(tài)第一激發(fā)態(tài)共振發(fā)射線共振吸收線被測元素hv儀器類型：1.單通道單光束型結(jié)構(gòu)簡單，價錢便宜光源強度波動大，精確度差過濾掉原子化過程中產(chǎn)生的輻射光源單色器檢測器原子化器分析示意圖氣態(tài)基態(tài)原子基態(tài)原子吸收的特征譜線基態(tài)第一激發(fā)態(tài)共振發(fā)射線共振吸收線被測元素hv2.單通道雙光束型光源分光系統(tǒng)半反射半透鏡參比光束吸收用光束a

受光源波動影響小b

背景吸收無法扣除I0It儀器類型：3.雙通道雙光束型光源分光檢測系統(tǒng)光源分光檢測系統(tǒng)斬光器設(shè)備復(fù)雜，測定速度慢，價格貴同時測定兩種元素，可扣除背景吸收儀器類型：光源單色器檢測器原子化器能量E0能量Ej1ΔE1=Ej1-E0=hυ發(fā)Ej1→E0E0→Ej1ΔE1=Ej1-E0=hυ吸（一）光源（銳線光源）：（一）光源（銳線光源）：發(fā)射被測元素的特征譜線空心陰極燈（HCL）（HollowCathodeLamp）陽極(由鈦、鋯、鉭、鎢等材料制作)~-+150-300V鎢棒氖氣（Ne）2Ne→Ne++Ne-陰極(由被測元素材料制成)（一）光源（銳線光源）：發(fā)射被測元素的特征譜線空心陰極燈（HCL）（HollowCathodeLamp）~-+150-300V鎢棒氖氣（Ne）2Ne→Ne++Ne-陰極(由被測元素材料制成)（一）光源（銳線光源）：發(fā)射被測元素的特征譜線空心陰極燈（HCL）（HollowCathodeLamp）~-+150-300V鎢棒氖氣（Ne）2Ne→Ne++Ne-陰極(由被測元素材料制成)（一）光源（銳線光源）：發(fā)射被測元素的特征譜線~-+150-300V鎢棒氖氣（Ne）2Ne→Ne++Ne-多種被測元素的合金混合陰極燈（二）原子化器：提供能量，使試樣干燥，蒸發(fā)和原子化。使被測元素達到氣態(tài)原子狀態(tài)火焰原子化器無火焰的原子化器測定靈敏度10-6-10-8

穩(wěn)定性好，精密度高誤差小于3%氫化物發(fā)生原子化器1．火焰原子化器：常用預(yù)混合型原子化器。霧化器（將試液霧化）燃燒器（均勻混合氣溶膠）火焰（蒸發(fā)和原子化氣溶膠）先霧化試樣，與燃?xì)?、助燃?xì)饣旌希偃紵?，樣本利用?0%1．火焰原子化器：常用預(yù)混合型原子化器。霧化器（將試液霧化）燃燒器（均勻混合氣溶膠）火焰（蒸發(fā)和原子化氣溶膠）最常用的火焰：乙炔-空氣火焰乙炔-氧化亞氮火焰原子吸收分析的關(guān)鍵：1.火焰類型2.流量比火焰類型：助燃?xì)饪諝庑?N2O)燃?xì)庖胰惨胰矞囟萒(K)最高2500最高3200對象較易原子不易原子化的元素化的元素不同流量比得到不同的火焰計量性火焰富燃性火焰貧燃性火焰5O2+2C2H2=4CO2+2H2O溫度、穩(wěn)定性、靈敏度最高5O2+2C2H2次之5O2+3C2H2最低5O2+1C2H2原子吸收分析的關(guān)鍵：1.火焰類型2.流量比進樣石英管燃燒器火焰脈沖進樣：樣品損失少，但靈敏度低原子捕集技術(shù)：2．無火焰原子化器：常用管式石墨爐原子化器（1）電加熱器件（2）保護氣控制系統(tǒng)（3）石墨管狀爐組成2．無火焰原子化器：常用管式石墨爐原子化器石墨爐的升溫過程：干燥(110oC)、熱解(180-2000oC)、原子化和除殘(3500oC)（二）原子化器：提供能量，使試樣干燥，蒸發(fā)和原子化。使被測元素達到氣態(tài)原子狀態(tài)火焰原子化器無火焰的原子化器測定靈敏度10-6-10-8

穩(wěn)定性好，精密度高誤差小于3%氫化物發(fā)生原子化器進樣量小，可以測紫外區(qū)吸收線強度，檢出限達到10-12-10-13，安全，精密性差，背景干擾大樣本（pH）還原劑NaBH4KBH4通電線圈N2氫化物發(fā)生原子化器測As，Ge，Se，Pb，Sn）經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成氫化物（二）原子化器：提供能量，使試樣干燥，蒸發(fā)和原子化。使被測元素達到氣態(tài)原子狀態(tài)火焰原子化器無火焰的原子化器測定靈敏度10-6-10-8

穩(wěn)定性好，精密度高誤差小于3%氫化物發(fā)生原子化器進樣量小，可以測紫外區(qū)吸收線強度，檢出限達到10-12-10-13，安全，精密性差，背景干擾大干擾小，靈敏度高，檢出限達到10-12（三）分光系統(tǒng)組成：光柵，反射鏡，狹縫1.將特征譜線與鄰近譜線分開2.遮擋從原子化器輻射出來的強光分光能力分辨率（R）倒數(shù)線色散率R=λ/Δλ=mN色散性能最低要求兩鄰近譜線的平均波長兩鄰近譜線波長差倒數(shù)線色散率：在焦面上拉開單位距離時，兩相鄰譜線的波長差nm/mm線色散率：相鄰單位波長的兩條譜線在焦面上分開的距離mm/nm光譜帶寬W(nm)=D(nm/mm)×S(mm)倒數(shù)線色散率狹縫寬度要求：W<1nm一般元素：影響不大過渡元素：影響很大儀器的性能S的調(diào)節(jié)用特征濃度S’表示靈敏度火焰法：S’=0.0044c/A石墨爐：S’=0.0044cV/A檢出限D(zhuǎn)：D=c×3σ/A標(biāo)準(zhǔn)偏差當(dāng)A=3σ時，D=c綜合反映性能指標(biāo)：ΔRΔc單位濃度或含量的變化引起信號的變化值比值越大，測定越靈敏三、干擾效應(yīng)及其抑制原子吸收光譜分析中，干擾效應(yīng)按其性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，可以分為五類。（一）光譜干擾：包括吸收線重疊、光譜帶內(nèi)存在非吸收線等。a.發(fā)射法A減小b.吸收法A增大（二）背景吸收干擾1．分子吸收干擾：原子化過程中生成的氣體、氧化物及鹽類分子對光的吸收。2．光散射的影響：在原子化過程中產(chǎn)生的固體微粒對光產(chǎn)生散射，使被散射的光偏離光路而不為檢測器所檢測，導(dǎo)致吸光度值偏高。Aλ3．氘燈背景吸收校正先用銳線光源測定分析線的原子吸收和背景吸收的總吸光度，再用氘燈（紫外區(qū)）在同一波長測定背景吸收（這時原子吸收忽略不計），計算兩次測定吸光度之差，即可使背景吸收得到校正。3．氘燈背景吸收校正HCL氘燈鎢絲燈光源和氘燈，經(jīng)分光，光譜通帶0.2nm。而原子吸收線半寬度：10-3nm。旋轉(zhuǎn)斬光器交替使氘燈（D燈）提供的連續(xù)光譜和空心陰極燈（HCL）提供的共振線通過火焰；D燈（連續(xù)光譜）：測定背景吸收(共振線吸收相對于總吸收可忽略)AD=A背AHCL=A被+A背旋轉(zhuǎn)斬光器交替使氘燈（D燈）提供的連續(xù)光譜和空心陰極燈（HCL）提供的共振線通過火焰；HCL（共振線）：測定總吸收AD=A背ΔA=AHCL-AD=A被=KcIt(HCL)I0(HCL)It(D)I0(D)ΔA=A被=Kc=lg當(dāng)I0(D)=I0(HCL)It(D)It(HCL)ΔA=AHCL-AD=lg-lgNa→Na++e被測元素原子K→K++e（三）電離干擾：在高溫下原子電離，使基態(tài)原子的濃度減少，引起原子吸收信號降低。加入更易電離的堿金屬元素，可以有效地消除電離干擾。（四）化學(xué)干擾：由于液相或氣相中被測元素的原子與干擾物質(zhì)組分之間形成熱力學(xué)更穩(wěn)定的化合物，從而影響被測元素化合物的解離及其原子化。Ca2++PO43-→Ca3(PO4)2消除化學(xué)干擾的方法：a.加入釋放劑(La3+)La3++PO43-→La(PO4)b.加入保護劑(乙二胺四乙酸根離子)Ca2++EDTA→Ca-EDTAc.加入緩沖劑:干擾物達一定濃度時，干擾作用成恒定值（五）基體干擾（物理干擾）：試樣在轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)和原子化過程中，由于試樣任何物理特性（如粘度、表面張力、密度等）的變化而使原子化效率降低,引起原子吸收強度下降的效應(yīng)。配制與被測試樣相似組成的標(biāo)準(zhǔn)樣品，是消除物理干擾最常用的方法。四、定量分析方法（一）標(biāo)準(zhǔn)曲線法配制一組合適的標(biāo)準(zhǔn)樣品，在最佳測定條件下，由低濃度到高濃度依次測定它們的吸光度A，以吸光度A對濃度C作圖。在相同的測定條件下，測定未知樣品的吸光度，從A-C標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出未知樣品中被測元素的濃度。配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度逐次遞增配制空白溶液測出各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值吸光度(A)縱坐標(biāo)溶液濃度(c)橫坐標(biāo)c

c1、

c2……

cnAA1、A2……A00.80.60.40.20Ac標(biāo)準(zhǔn)曲00.80.60.40.20Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線Ax

X：被測樣品溶00.80.60.40.20Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線Ax

X：被測樣品溶00.80.60.40.20Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線Ax

X：被測樣品溶00.80.60.40.20Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線cx

Ax

X：被測樣品溶液（二）標(biāo)準(zhǔn)對照法

V，cxV，cx將被測樣本溶液一分為二V，溶劑V，標(biāo)準(zhǔn)溶液(cs)（三）標(biāo)準(zhǔn)加入法當(dāng)無法配制組成匹配的標(biāo)準(zhǔn)樣品時，可使用標(biāo)準(zhǔn)加入法。分取幾份等量的被測試樣，其中一份不加入被測元素，其余各份試樣中分別加入不同已知量C1、C2、…、Cn的被測元素。在標(biāo)準(zhǔn)測定條件下分別測定它們的吸光度A，繪制A-Cn曲線，從曲線上求出未知樣品中被測元素的濃度。

V，cxV，cxV，溶劑V，標(biāo)準(zhǔn)液(cs)Ax

cxAscx+cs=AxcsAs-

Axcx=加入后：Ax=K×1/2cxAs=K×1/2(cx+cs)加入前：Ax=Kcx

V，cxV,溶劑V，標(biāo)準(zhǔn)液(cs)

V，cx

V，cx

V，cxV，標(biāo)準(zhǔn)液(2cs)V，標(biāo)準(zhǔn)液(3cs)A1=K×1/2(cx+cs)A2=K×1/2(cx+2cs)A3=K×1/2(cx+3cs)A0=K×1/2cxAn=K×1/2(cx+ncs)An=K×1/2(cx+ncs)Anncscs2cs3csA3

A2

A1

A0cxc.內(nèi)標(biāo)法被測液cx標(biāo)準(zhǔn)液cs內(nèi)標(biāo)元素量已知同時測出A樣，A內(nèi)A樣

A內(nèi)~被測元素含00.80.60.40.20c樣（m

mol/L）標(biāo)準(zhǔn)曲線cx

A樣

A內(nèi)AxA內(nèi)被測元素內(nèi)標(biāo)元素AlCrAuMn特點：1.需多道或雙道原子吸收分光光度計2.內(nèi)標(biāo)元素與被測元素在溶液或高溫中的物理、化學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)相似3.精確度較高[例]用原子吸收分光光度法測定血漿中鋅含量時，將三份0.20ml的血漿樣本分別加到2.00ml稀釋液中，然后分別加入0.00,0.01,0.02ml的10.00mg/LZn2+標(biāo)準(zhǔn)液，測得吸光度分別為0.131,0.265,0.397，計算血漿中鋅的含量（mol/L，Mr(Zn)=65）A=KcAx=KcxAs=K(cx+cs)Ax

cxAscx+cs=AxcsAs-

Axcx=cs1=0.131×0.01×10-3×10×10-3

(0.265-0.131)×65×2×10-3

=7.52×10-7(mol/L)cs2=0.131×0.02×10-3×10×10-3

(0.397-0.131)×65×2×10-3

=7.58×10-7(mol/L)cs=7.55×10-7(mol/L)cs×

2.00/0.20=7.55×10-6(mol/L)微量元素與甲型病毒性肝炎關(guān)系的研究微量元素與健康關(guān)系密切。微量元素在人體中的平衡狀態(tài)被打破后,造成體內(nèi)代謝異常,引起一系列的生理變化。如：對病毒性肝炎的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響。研究甲型肝炎病毒感染者與血清中微量元素銅鐵鋅硒的關(guān)系：（1）檢測甲型肝炎病毒感染者血清中的微量元素含量。（2）測定血清中微量元素之間比值。五、原子吸收光譜法在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用研究方法：微量元素測定：抽取被檢者空腹靜脈血5ml，分離血清,置-20℃冰箱凍存?zhèn)錂z。銅鐵鋅測定方法：火焰原子吸收法,硒測定方法：氫化物發(fā)生原子吸收法。統(tǒng)計分析方法：SPSS910統(tǒng)計軟件進行T檢驗、方差分析、組間多重分析、相關(guān)分析。結(jié)果：