原子吸收光谱分析 Atomic Absorption Spectrometry (AAS),第一节 概述,原子吸收光谱分析法也称为原子吸收分 光光度法，简称“原子吸收法”。它是基于 物质所产生的基态原子蒸气对特定波长谱 线（元素的共振线-特征谱线）的吸收作 用而对元素进行定量分析的。,灵敏度高； （火焰法：1 ng/ml， 石墨炉法100-0.01 pg)； 精密度、准确度好； （火焰法：RSD 1%，石墨炉 3-5%） 选择性高。 （样品往往可不经分离直接测定，相互不干扰）4.应用范围广（可测周期表中元素达70余个）5. 样品用量少，分析速度快，操作简便。缺点：必须更换元素灯，没灯不能测,原子吸收光谱法的特点,应 用,测定矿物,金属及其合金,玻璃,陶瓷,水泥,化工产品,土壤,食品,血液,生物试样,环境污染物等各类试样中的金属元素。,铜,钾,钠,铅,锌,铁,镁,钙,锰,锡,砷,第二节 原子吸收光谱的原理,它是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。,试样在一定条件下原子化形成基态原子蒸气，吸收光源辐射的待测元素的特征谱线，谱线经单色器分光后由检测器检测，根据特征谱线被吸收的程度即可求得试样中被测元素的含量。,一、原子吸收光谱的产生,当适当波长的光通过含有基态原子的蒸气时，基态原子就可以吸收该波长的光而从基态被激发到激发态，从而产生原子吸收光谱。E=E2E1=hc/原子吸收光谱中各元素的特征谱线的波长通常在紫外和可见光区。,二、原子吸收光谱的测量,1. 锐线光源：光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，而且发射线的半宽度比吸收线的半宽度小得多时的发射线光源。,如果用连续光源，则吸收的光的强度只占入射光强度的极小部分，使测定的灵敏度极差。 在锐线光源半宽度范围内，可以认为原子的吸收系数为常数，并等于中心波长处的吸收系数。,为什么要采用锐线光源？,原子吸收光谱法的测量原理,在使用锐线光源的条件下原子蒸气的吸光度与峰 值吸收有如下关系：A=lgI0/I=0.434K0L=0.434KNL式中A为中心频率处的吸光度；L为原子蒸气的厚 度；N为总原子数。,由此式可知，只要测定吸光度并固定L，就可求 K0，而K0与原子蒸气中原子的浓度成正比。并且在 稳定的测定条件下，被测定试液中待测元素的浓度与 原子蒸气中的原子浓度也成正比。,原子吸收法实用定量公式：A=KcL在一定实验条件下，一定浓度范围内，试样中待测元素的基态原子对光的吸收程度A与该元素在试样中的浓度（含量）服从光吸收定律。,由于L为常数，故上式可简单的用下式表示：A=KCK包含了所有的常数。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础。,三、基态原子（蒸气）的产生,被测试样以盐溶液的形式被测定，其基态 原子化的过程为：吸液 喷雾 蒸发 脱水 汽化热分解 基态原子蒸气 通过火焰或石墨炉加热提供相应能量。 注意：温度过高可能导致基态原子电离而影响吸 收测定。温度过低则不能解离为基态原子。,第三节 原子吸收分光光度计,原子分光光度计由光源、原子化系统、光学系统（单色器分光）、检测系统和数据显示系统五个部分构成。,激发光源,原子化器,分光系统,检测系统,控制和记录系统,（光谱工作站）,一光源,1光源应满足的条件 1）能辐射出半宽度比吸收线半宽度还窄的谱线，并且发射线的中心频率应与吸收线的中心频率相同。 2）辐射的强度应足够大。 3）辐射光的强度要稳定，且背景小。 4）使用寿命要长,窄 强 稳 长,（钨棒),待测元素或含待测元素的合金,工作过程：高压直流电（300V）-阴极电子射出-撞击隋性原子-电离(二次电子维持放电)-正离子-轰击阴击-待测原子溅射-聚集空心阴极内被激发-待测元素特征共振发射线。,二. 原子化器,原子化器是将样品中的待测组份转化 为基态原子的装置。原子化的方法有：火焰原子化法、石 墨炉原子化法。,（一）火焰原子化器,火焰原子化法是利用气体燃烧形成的火焰来进行原子化的。火焰型的原子化系统我们把它叫做火焰原子化器。 1结构：（预混合型火焰原子化器）,火焰原子化装置包括雾化器和燃烧器。 （1）雾化器 当助燃气高速通过时，在毛细管外壁与喷嘴口构成的环形间隙中，形成负压区，将试样溶液吸入，并被高速气流分散成气溶胶（雾滴），在出口与撞击球碰撞，进一步分散成细雾。,（2）燃烧器试液雾化后进入雾化室，与燃气（乙炔）充分混合，大雾滴凝结在壁上，经废液器排出，小雾滴进入火焰中。,2原子化过程,MeX 脱水 MeX 蒸发 MeX 分解 （溶液）（固体微粒） （气态分子） Me X (基态原子),3.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。,火焰组成,燃气 助燃气 温度（K） 乙炔 空气 2500氧气 3000 氢气 空气 2300氧化亚氮 空气 3200,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； 火焰温度越高，产生的热激发态原子越多，不利于原子吸收； 火焰温度取决于燃气与助燃气类型，常用的是乙炔-空气火焰，最高温度可达2600K。,火焰温度的选择,火焰类型,中性火焰(化学计量火焰) 温度高，干扰少，稳定，背景低，常用。 富燃火焰还原性火焰，燃烧不完全，测定较易形成难熔氧 化物的元素，如Mo、Cr时使用。 贫燃火焰 火焰温度低，氧化性气氛，适用于碱金属测定。,（二）非火焰原子化法,常用的非火焰原子化法主要有电热高温石墨管原子化法和化学原子化法。,1.,包括电源、保护系统和石墨管三部分。电源：1025V，500A。用于产生高温。 保护系统： 保护气（Ar）分成两路 石墨管：多采用石墨炉平台技术。,结构,保护系统：,管外气防止空气进入，保护石墨管不 被氧化、烧蚀。 管内气流经石墨管两端及加样口，可 排出空气并驱 除加热初始阶段 样品产生的蒸汽 冷却水金属炉体周围通水，以保护炉体。,干燥、灰化、原子化、净化，待测元素在高温下生成基态原子。,原子化过程（四个阶段）,干 燥：去除溶剂，防样品溅射； 灰 化：使基体和有机物尽量挥发除去； 原子化：待测物化合物分解为基态原子， 此时停止通 Ar，延长原子停留时间，提高灵敏度； 净 化：样品测定完成，高温去残渣，净化石墨管。,石墨炉原子化采用程序升温过程,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,石墨炉原子化器与火焰原子化器比较有如下优点：,原子化效率高，可达到90%以上，而后者只有10%左右。 绝对灵敏度高（可达到10-1210-14），试样用量少。适合于低含量及痕量组分的测定。 温度高，在惰性气氛中进行且有还原性C存在，有利于易形成难离解氧化物的元素的离解和原子化。,三、分光系统（单色器）,1.作用：将待测元素的共振线与邻近线分开。 2.组件：色散元件（棱镜、光栅），凹凸镜、狭缝等。 3. 性能参数：（1）线色散率（D）：两条谱线间的距离与波长差的比值X/。实际工作中常用其倒数 /X（2）分辨率：仪器分开相邻两条谱线的能力。用该两条谱线的平均波长与其波长差的比值/表示。（3）通带宽度（W）：指通过单色器出射狭缝的某标称波长处的辐射范围。当倒色散率（D）一定时，可通过选择狭缝宽度（S）来确定：W=D S,检测系统包括检测器、放大器、对数转换器、显示器几部分。,四、检测系统,1. 检测器,作用是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。分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的 光电 子又射向光敏阴极1，轰击出更多的光电子，依次倍增，在最后放出的光电子 比最初多到106倍以上，最大电流可达 10A，电流经负载电阻转变为电压信号送入放大器。,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,第四节 定量分析方法,一、标准曲线法配制一系列不同浓度的待测元素标准溶液，在选定的条件下分别测定其吸光度，以测得的吸光度A为纵坐标，浓度为横坐标作图，得到标准曲线。再在相同条件下测定试液的吸光度，由标准曲线上就可求得待测元素的浓度或含量。,注意事项：,1配制标准溶液时，应尽量选用与试样组成接近的标准样品，并用相同的方法处理。如用纯待测元素溶液作标准溶液时，为提高测定的准确度。可放入定量的基体元素。,2应尽量使得测定范围在T=3090%之间（即A=0.050.5），此时的测量误差较小。,3每次测定前必须用标准溶液检查，并保持测定条件的稳定。 4应扣除空白值，为此可选用空白溶液调零。,二、标准加入法,1、比较法： 取两份体积相同的试样溶液，设为A和B，在B中加入一定量的待测元素的标准溶液，然后分别将A和B稀释到相同体积，再分别测定其吸光度。,设A中待测元素的浓度为Cx吸光度为Ax，B中的待测元素浓度为Cx+Co(Co为加入的标准样品的浓度)，吸光度为A，则：Ax=KCx A=K(Cx+Co) 两式相比得：Cx=CoAx/(AAx) 由此式就可得到待测元素的含量。,2、作图方法 ：取四份以上的体积相同的试液，从第二份开始，分别按比例加入不同量的待测元素，将这些溶液全部稀释到相同体积，此时，各溶液中待测元素的浓度分别为：Cx，Cx+Co，Cx+2Co，Cx+3Co等。,测定各溶液的吸光度，并以吸光度对加入的待测元素的浓度（增量）作图，得如下曲线：,注意事项：,须线性良好； 至少四个点； 只消除基体效应，不消除分子和背景吸收； 斜率小时误差大。,第五节 干扰及其抑制,一、光谱干扰待测元素的共振线与干扰物质谱线分离不完全时所产生的干扰称为光谱干扰，这类干扰主要来自光源和原子化装置。,1在分析线附近有单色器不能分离的待测元素的邻近线，可以通过调小狭缝的方法来抑制这种干扰； 2空心阴极灯内有单色器不能分离的干扰元素的辐射（光谱重叠），换用纯度较高的单元素灯减小干扰； 3灯的辐射中有连续背景辐射，可以使用较小通带或更换灯来减小。,消除方法：,二、物理干扰 (基体效应),物理干扰是指试样在转移、蒸发过程中任何物理因素变化所引起的干扰效应。它主要影响试样喷入火焰的速度、雾化效率、雾滴大小等。,消除物理干扰的方法： 1、配置相似组成的标准样品； 2、采用标准加入法：,A,C0 C1 C2 C3 C4 C5,Cx,C0,C1,C2,C3,C4,C5,三、化学干扰,化学干扰是指待测元素与其他组分之间的化学作用所引起的干扰效应，是主要干扰源。它主要影响待测元素的原子化效率。,抑制方法：,1加入释放剂：在测定时加入一种能与干扰组分生成更稳定或更难挥发化合物的试剂，而使待测元素释放出来，从而消除干扰。 2加入保护剂：加入一种能与待测元素生成稳定增长化合物的试剂，使得待测元素不与干扰组分反应。而生成的化合物又很容易挥发和原子化，对测定不干扰。,3化学分离：将待测组分和干扰组分分离。 4提高火焰温度也可以抑制或避免某些干扰。,四、电离干扰,指高温电离而使基态原子数减少，引起原子吸收信号下降的现象。被测元素浓度越大，电离干扰越小。消除方法是采用较低的温度和加入消电离剂。消电离剂是一些易电离的元素，它增加了火焰中的自由电子的浓度，可有效地抑制和消除电离干扰。如：测定钡时，加入钾就可消除电离干扰。,