第8章原子吸收与原子荧光光谱法

仪器分析,化学,第八章,原子吸收,原子荧光光谱法,课堂讲解精华,考试重点考点

第八章 原子吸收与原子荧光光谱法

2014-3-17

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教学目标： 1. 较好掌握原子吸收与分子吸收在原理、测量方法、仪器及应用 上的异同 2. 掌握峰值吸收原理及其测量应具备的必要条件 3. 深刻理解原子谱线变宽的因素 4. 掌握空心阴极灯的结构、工作原理及特点 5. 较深入比较非火焰及火焰原子化器的结构、工作流程及优缺点 6. 掌握分析方法及熟练相关运算 7. 基本了解工作条件的选择、干扰及消除 8. 了解原子荧光光谱法的基本原理、仪器、应用及特点 重难点： 1. 原子吸收与分子吸收在原理上，测量方法上，仪器上的异同点 2. 原子谱线的宽度概念及变宽原因 3. 积分吸收和峰值吸收的概念、表达式及测量条件 4. 空心阴极灯、原子化系统的结构、工作原理及特点 2014-3-17 5. 干扰及消除

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§8-1 概述一、发展简历： 人类最早观察和研究 1802年，伍朗斯顿 W.H. Wollaston观察太阳光谱，发现暗线 1817年，福劳霍费 (J.Fraunhofer)再次发现了这些暗线，但不明其 原因和来源，于是把这些暗线称为福氏线。 1860 年本生 (R.Bunson) 和基尔霍夫 (G.Kirchhoff) 在研究碱金属和碱 土金属元素的光谱时，发现钠蒸汽发射的谱线会被处于较低温度的钠蒸 汽所吸收，而这些吸收线与太阳光连续光谱中的暗线的位臵相一致，这 一事实说明了福氏线是太阳外围大气圈中存在的 Na原子对太阳光中所对 应的钠辐射线吸收的结果，解开了原子吸收的面纱。 到了20世纪30年代，工业上汞的使用逐渐增多，汞蒸汽毒性强，而 测定大气中的汞蒸汽较为困难，则有人利用原子吸收的原理设计了测汞 仪，这是AAS法的最初应用。 1955年，澳大利亚物理学家瓦尔西(A.Walsh)发表了他的著名论文 《原子吸收光谱在化学分析中的应用》奠定了原子吸收光谱分析的理论 基础2014-3-17

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中国： 1963年国内刊物介绍这一新方法 1965年复旦大学电光源实验室和冶金部有色院分别研制成功空 心阴极灯 1970年北京科学仪器厂研制成功WFD-Y1型单光束原子吸收分 光光度计 近十几年来，使用连续光源和中阶梯光谱，结合用光导 摄像管、二极管阵列的多元素分析检测器，设计出微机控制 的原子吸收分光光度计，为解决多元素的同时测定开辟了新 的前景。微机引入原子吸收光谱，使这个仪器分析方法的面 貌发生了重大的变化，而与现代分离技术的结合，联机技术 的应用，更开辟这个方法更为广阔的应用前景。2014-3-17

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二、原子吸收光谱法(原子吸收分光光度法)它是利用待测元素所产生的基态原子对其 特征谱线的吸收程度来进行定量分析的方法。

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原子吸收分光光度

计装臵示意图

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试液吸入喷射成雾状，撞击成小雾珠，与燃气助 燃气混合进火焰，待测物质在火焰作用下，挥发 并离解成原子蒸气。原子蒸气吸收从空心阴极灯 发射的特征谱线，由于基态原子的吸收，使光强 度减弱，透过光经过单色器把杂光分开，通过检 测器、放大、记录系统测出特征谱线被吸收的程 度，即可求得待测元素的含量。原子吸收光谱分析利用的是原子吸收过程 M → M*;而原子发射光谱分析利用的是原子发射现象。 M*→M

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三、原子吸收光谱特点：1. 灵敏度高，比原子发射光谱高几个数量级，绝 Ej 对灵敏度达10-13-10-15g

Nj

N0

gj

g0

e

kT

原子发射光谱以 Nj 为依据，测定的是占原子 总数不到1%的激发态原子。 原子吸收光谱以 No 为依据，测定的是占原子 总数99%以上的基态原子。 2. 精密度高，准确度高。 原子吸收程度受温度变化影响较小。重现性 2014-3-17 好，稳定性好。

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3.选择性好，干扰少。干扰易排除。 4.应用范围广。可测 70 多种元素，既可测低含量 和主量元素，又可测微量、痕量和超痕量元素。 可测金属，还可间接测非金属元素。S、P、N等

可测土壤、植物、生物组织等样品中的元素

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1)实线框表示可直接测定元素 2 ) 圆圈内的元素需要高温火焰原子化 3 ) 虚线内为间接测定的元素2014-3-17

(该图为较早期的统计资料，现在的应用范围应有所扩大)

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缺点1、除了一些现代、先进的仪器可以进行多元素的测定外， 目前大多数仪器都不能同时进行多元素的测定。因为每测定 一个元素都需要与之对应的一个空心阴极灯(也称元素灯), 一次只能测一个元素。 2、由于原子化温度比较低，对于一些易形成稳定化合物的 元素，如W、Nb、Ta、Zr、Hf、稀土等以及非金属元素， 原子化效率低，检出能力差，受化学干扰较严重，所以结果 不能令人满意。 3、非火焰的石墨炉原子化器虽然原子化效率高，检测限低， 但是重现性和准确性较差。

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§8-2原子吸收光谱法的原理一、原子吸收线(一)原子吸收光谱的产生负压吸入后雾化成小雾粒

试液MX

高温火焰中蒸发、脱水、分解

M(基态原子，气态)+X(气态)

吸收一定光辐射

跃迁到较高能级

当通过基态原子的光辐射具有的能量 h 恰好 等于原子由基态 → 激发态所含有的能量ΔE时，基 态原子吸收光辐射产生原子吸收光谱(线) ΔE=h =hc/ 2014-3-17

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而且，是跃迁至第一激发态，所以不难理解，基态原子所吸 收的辐射是原子的共振辐射线。

由于原子光谱的产生是原子外层电子(光电子)能级的跃 迁，所以其光谱为线状光谱，光谱位于紫外和可见

光区，其 跃迁可用光谱项符号表示。如Na基态原子吸收了589.0及589.6nm的共振线以后发生如 下的跃迁：

32S1/2

32P3/2、32P1/2。

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不同种类的原子有不同的原子结构，由基态 → 激发

态所需的能量差不同，吸收的光辐射的频率或波长不同。Na (基态)吸收波长为589.0 nm Mg(基态)吸收波长为285.2 nm

一般由基态跃迁至第一激 发态所需能量最低。吸收谱线 称为第一共振吸收谱线——主 共振线——灵敏线，干扰小。通常测量基态原子对特征 谱线的吸收程度进行定量分析。2014-3-17

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