1、仪器分析课程讲义,第四章 原子吸收光谱分析,第三节 原子吸收分光光度计,原子吸收仪器（1）,原子吸收仪器（2）,一、原子吸收分光光度计流程,有单光束型和双光束型两类，由光源、原子化系统、光学系统及检测系统等四部分组成,二.光源,1.作用 提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。 光源应满足如下要求； 锐线 （发射线半宽 吸收线半宽） 高强度 稳定 （30分钟漂移不超过1%） 背景低 （低于特征共振辐射强度的1%）,2.空心阴极灯：,3.空心阴极灯的原理,施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极; 电子与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击;
2、使阴极表面的金属原子溅射出来； 溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。,4.空心阴极灯特点,发射的光谱是待测元素的光谱， 制灯时需用纯度较高的阴极材料. 选择适当的内充气体 使阴极元素的共振线附近没有内充气体或杂 质元素的强谱线。,空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关： 电流太低：使灯光强度减弱，稳定性、信噪比下降； 电流太大：导致灯发生自蚀现象，或阴极物质熔化。 空心阴极灯使用前应经过5-20min预热 ，使灯的发射强度达到稳定.,同种元素的发射和自吸收,灯的寿命 与阴极材料性质和灯工作电流有关。 低熔点易挥发
3、元素灯 高熔点难挥发元素灯,5. 优缺点 辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。 每测一种元素需更换相应的灯。,二、 原子化系统,1.作用 将试样中离子转变成原子蒸气。 按照使试样原子化的方法可分为： 火焰原子化法和无火焰原子化法两种,2.原子化过程,试样 雾化为雾滴 雾滴蒸发成固体颗粒 固体颗粒蒸发产生分子 分子 原子 离子 激发分子,3.火焰原子化装置 包括雾化器和燃烧器两部分 常用的为预混合型：用雾化器将试液雾化，在雾化室内将较大的雾滴除去，使试样的雾滴均匀化后再喷入火焰,雾化器,形成雾滴的速率除取决于溶液的物理性质外，还取决于助燃气的压力及雾化器结构 主要缺点：雾化效率较低。,载气为
4、高压助燃气（空气、氧、氧化亚氮）等,燃烧器,试样雾化后进入预混合室 ，与燃气 在室内充分混合，然后进入燃烧器。形成原子蒸汽。 优点：产生的原子蒸汽多， 吸样和气流的稍许变动影响小， 火焰稳定性好，背景噪声低且比 较安全。 缺点：试样利用率只有10 采用吸收光程较长的长缝型喷灯。,火焰,试样雾滴在火焰中，经蒸发，干燥，离解（还原）等过程产生大量基态原子。 还会产生很少量激发态原子、离子和分子等不吸收辐射的粒子需尽量设法避免,火焰温度的选择： 保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰； 火焰温度取决于燃气与助燃气类型 。,火焰种类： 空气-乙炔火焰：最常用，可测定30多种元素； N
5、2O-乙炔火焰：火焰温度高，可测定的增加到70多种。 还应考虑火焰本身对光的吸收。根据待测元素的共振线，选择不同的火焰，可避开干扰：,例：As的共振线193.7nm 由图可见，采用空气-乙炔火焰时，火焰产生吸收，而选氧化亚氮-乙炔火焰则较好；,火焰的氧化-还原性与火焰组成有关,火焰的氧化-还原性还与火焰高度有关,火焰高度对不同稳定性氧化物的影响,4.火焰原子化的特点,优点：原子化条件稳定 分析速度快 应用元素范围广 操作简便 缺点： 样品利用效率低 原子浓度受到火焰原子的稀释 火焰中自由原子的停留时间短 难溶元素原子化效率低,4.无火焰原子化装置,高温石墨管原子化器结构 外气路中Ar气体沿石墨
6、管外壁流动，冷却保护石墨管；内气路中Ar气体由管两端流向管中心，从中心孔流出，用来保护原子不被氧化，同时排除干燥和灰化过程中产生的蒸汽。, 原子化过程,原子化过程分为干燥（105）、灰化（350-1200）、原子化（2400-3000）、净化（最大值） 四个阶段，待测元素在高温下生成基态原子。,程序 干燥 灰化 原子化 清除 温度 稍高于沸点 800度左右 2500度左右 高于原子化温 度200度左右 目的 除去溶剂 除去易挥发 测量 清除残留物 基体有机物,T,t,干燥,灰化,原子化,清除,石墨炉电热原子化过程, 石墨管原子化器优缺点,优点：原子化程度高，试样用量少（1-100L），可测固体
7、及粘稠试样，灵敏度高，检测极限10-12 g/L。 缺点：取样量少而导致进样量对实验结果影响较大，精密度差，测定速度慢，操作不够简便，装置复杂。,五、其他原子化方法,a. 低温原子化方法 是氢化物原子化方法，原子化温度700900 C 应用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等 元素 原理：将待测试样在专门的氢化物生成器中产生 氢化物，送入原子化器中检测。 特点：原子化温度低 ； 灵敏度高（对砷、硒可达10-9g）； 基体干扰和化学干扰小；,b. 冷原子化法,主要应用于：各种试样中Hg元素的测量； 原理： 将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺完全还原为金属汞后，用气流将汞蒸气带
8、入具有石英窗的气体测量管中进行吸光度测量。 特点：常温测量；灵敏度、准确度较高（可达10-8g汞）；,三、光学系统,分为两部分：外光路系统（照明系统）和分光系统 (单色器） (一).外光路系统：使光源发出的共振线能正确地通过被测试样的原子蒸汽，并投射到单色器的狭缝上,(二）.分光系统（单色器） ：将入射光色散为各种不同波长的单色光。 组成：入射狭缝，准光镜，色散元件，聚光镜，出射狭缝。,1. 单色器的狭缝,入射狭缝：自光源选出一束光，使其接近于平行光，并阻止光源以外其它光束进入光路。 出射狭缝：位于单色器聚焦平面，使其单色光分别通过出射狭缝。,调宽狭缝：出射光强度增加，但包含的波长范围也相应加
9、宽，使单色器分辨率降低； 调窄狭缝：可改善实际分辨率，但出射光强度降低。 应根据实际测定的需要调节合适的狭缝宽度。,2.色散元件-棱镜单色器,白光经棱镜的色散,3.色散元件-光栅单色器,白光经光栅的色散,UV-VIS: 300 2000 条/mm 或 1200 1400 条/mm （常用）,衡量光栅的几个指标,1 色散率,线色散率(mm/nm）,两条波长相差 的谱线在焦平面上被分开的距离,倒线色散率：线色散率的倒数，表示在1mm长的焦平面上所含的波长区间范围。（nm/mm),通带宽度（W） ：指通过单色器出射狭缝的光的波长范围。 W=DS D倒线色散率 S-狭缝宽度 分辨率,两条谱线的平均波长,恰能分辨的两条谱线的波长差,四、 检测系统,主要由检测器、放大器、对数变换器、显示记录装置组成。 1.检测器- 将单色器分出的光信号转变成电信号。如：光电池、光电倍增管、光敏晶体管等。,2.放大器-将光电倍增管输出的较弱信号，经电子线路进一步放大。 3.对数变换器-光强度与吸光度之间的转换。 4.显示、记录 原子吸收计算机工作站,
