仪器分析（含实验） 《仪器分析实验》 实验18-19原子吸收光谱法 Atomic Absorption Spectrum For Short:AAS 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 《仪器分析实验》 Atomic Absorption Spectrum For Short：AAS 实验18-19 原子吸收光谱法 仪器分析(含实验)
第一部分基本原理 一、 原子吸收光谱与原子发射光谱的关系 在高温下，处于热力学平衡状态时，单位体积的基态原子数 N与激发态原子数N之间遵守Boltzmann分布定律： Ni=No g:/go e-EVKT 基态原子数N,与各激发态原子数N的关系 共振线与吸收线 原子发射光谱称共振发射线 电，热能 基态 第一激发态 hvi 基态 hvi h 原子吸收光谱称为 共振吸收线 原子共振荧光 h 基态 第一激发态 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 一、 原子吸收光谱与原子发射光谱的关系 共振线与吸收线 基态 第一激发态 基态 电,热能 h i h i h j 原子发射光谱称共振发射线 原 子 共 振 荧 光 原子吸收光谱称为 共振吸收线 基态 第一激发态 h i 基态原子数N0与各激发态原子数Ni的关系 Ni = N0 gi /g0 e -Ei/kT 在高温下，处于热力学平衡状态时，单位体积的基态原子数 N0与激发态原子数Ni之间遵守 Boltzmann 分布定律: 第一部分基本原理
二、原子吸收光谱的测量 1.峰值吸收与浓度关系成立的条件 E V0-发射 收 K/2 hv hy Eo Ko △V发射 0.0050.02A 能级变宽小 能级变宽较大 条件： V吸收 峰值吸收代替积分吸收 需要特殊的锐线光源 K/2 0.010.1A 所谓的锐线光源： △V发射《△吸收 V0-吸收 V0-发射=V6-吸收 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 1. 峰值吸收与浓度关系成立的条件 发 射 h 能级变宽小 E0 E1 0-吸收 Kv K0 K0 /2 吸收 发射 0-发射 Kv K0 K0 /2 条件： 峰值吸收代替积分吸收 需要特殊的锐线光源 所谓的锐线光源： 发射《 吸收 0-发射= 0-吸收 0.01~0.1Å 0.005～0.02 Å 二、 原子吸收光谱的测量 E0 E1 吸 收 h 能级变宽较大
2.光吸收定律 光吸收定律定量分析的依据 I=lo'exp(-KL) A =logT=-log I/Io =-log [exp(-K L)]=0.43K,L 式中：I-透光率 L.入射光 K吸收系数 L-蒸气厚度 当用锐线光源时将K,代替K,用吸光度表示： 简化为： 因为： 所以： A=k·N·L N∝C A=KC 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 It = I0·exp(-KνL ) 2. 光吸收定律 光吸收定律-定量分析的依据 A = - logT= -log It / I0 = -log [exp(-KνL)]= 0.43KνL 简化为： A = k ·N ·L 当用锐线光源时将K0 代替 Kν ,用吸光度表示: 因为： N∝C 所以： A = KC I0 It L 式中： It -透光率 I0-入射光 Kν-吸收系数 L - 蒸气厚度
第二部分原子吸收分光光度计 一、火焰原子化器 FAAS 单道单光束 火焰原子化器 A.结构 单色器 空心阴极灯 雾化器和雾化室 光电倍增管 处 空心阴极灯 原子化 单色器 检测 数据处理和仪器控制 与控 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 空 心 阴 极 灯 原 子 化 器 单 色 器 检 测 器 处 理 与 控 制 数据处理和仪器控制 火焰原子化器 单色器 雾化器和雾化室 光电倍增管 空心阴极灯 一、火焰原子化器 FAAS 单道单光束 A. 结构 第二部分原子吸收分光光度计
B.化学火焰的氧化与还原特性 按照火焰燃气与助燃气的比例 不同，火焰可以分为三类。 火焰类型 发火温度燃烧速度火焰温度 C cm*s-1 C 富燃火焰 空气-乙炔 350 160 2300 燃气 化学计量 空气氢气 530 320 2050 助燃气 中性火焰 笑气-乙炔 400 180 2955 贫燃火焰 a) 中性火焰：这类火焰，温度高、稳定、干扰小、背景低，适合于许多 元素的测定。 b)富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，温度略低于中性火焰；具有还 原性；适合于易形成难解离氧化物的元素测定；干扰较多； 背景高。如锡等。 ©)贫燃火焰：氧化性火焰；它的温度较低，有较强的氧化性，有利于测 定易解离，易电离元素，如碱、碱土金属。 缺点：同轴气动雾化器的雾化效率低。5~10% 火焰的原子化效率低、还伴随着复杂的火焰反应 原子蒸气在光程中的滞留时间短 ~104s 大量气体的稀释作用，限制了检测限的降低 只能测定液体样品 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 a) 中性火焰：这类火焰，温度高、稳定、干扰小、背景低，适合于许多 元素的测定。 b) 富燃火焰：还原性火焰，燃烧不完全，温度略低于中性火焰；具有还 原性；适合于易形成难解离氧化物的元素测定；干扰较多； 背景高。如锡等。 c) 贫燃火焰：氧化性火焰；它的温度较低，有较强的氧化性，有利于测 定易解离，易电离元素，如碱、碱土金属。 B. 化学火焰的氧化与还原特性 按照火焰燃气与助燃气的比例 不同，火焰可以分为三类。 化学计量 助燃气 燃气 = ≤ ≥ 贫燃火焰 中性火焰 富燃火焰 火焰类型 发火温度 0C 燃烧速度 cms -1 火焰温度 0C 空气-乙炔 350 160 2300 空气-氢气 530 320 2050 笑气-乙炔 400 180 2955 缺点：同轴气动雾化器的雾化效率低。 5~10% 火焰的原子化效率低、还伴随着复杂的火焰反应 原子蒸气在光程中的滞留时间短 ~10-4s 大量气体的稀释作用，限制了检测限的降低 只能测定液体样品
二、光源（空心阴极灯） 阳极 空心阴极 石英或Pytox 空心阴极：钨棒作成圆筒形筒内熔 玻璃窗口 玻璃屏蔽 Ne或Ar 入被测元素 15乇 阳 极：钨棒装有钛、锆，钽金属 作成的阳极 管内充气：氩或氖133.3-266.6Pa 工作电压：150~300伏 启动电压：300-500伏 要求稳流电 源供电。 Hollow Cathode Lamp-HCL 即发射线半宽度远小于吸收 线半宽度光源. 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 二、 光源（空心阴极灯） 空心阴极: 钨棒作成圆筒形筒内熔 入被测元素 阳 极: 钨棒装有钛、锆, 钽金属 作成的阳极 管内充气：氩或氖133.3~266.6Pa 工作电压：150~300伏 启动电压：300~500伏 要求稳流电 源供电。 即发射线半宽度远小于吸收 线半宽度光源. Hollow Cathode Lamp-HCL
三、石墨炉原子化器（非火焰、电热原子化器） GFA结构框图 保护气 出口试液进样 外保护 冷却水入口 气入口 内保护 单色器 气入口 空心阴极灯 正电极 负电 石墨管 冷却水出口 石墨炉原子化器 光电倍增管 数据处理和仪器控制 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 三、石墨炉原子化器（非火焰、电热原子化器） GFAAS A. 结构框图 数据处理和仪器控制 单色器 光电倍增管 空心阴极灯 石墨炉原子化器
B.构造 进样 样品烟气出口 外保护 外保护气出口 内保护气出口 冷却水入口 气入口 冷却水套 正电极 外保护气套 内保护 气入口 负电极 入射光I0 透射光L, 石英窗 石墨管 冷却水出口 a)电源：12~24V 0~500A直流电 c)石墨管：光谱纯石墨 b)炉体：冷却水、套；内、外惰性气体Ar 长28mm、内径8mm 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 + + - - 石墨管 正电极 负电极 外保护气套 石英窗 外保护 气入口 冷却水套 冷却水入口 冷却水出口 进样 内保护 气入口 外保护气出口 内保护气出口 样品烟气出口 入射光 I0 透射光 It B. 构造 a) 电源：12~24V 0~500 A 直流电 b) 炉体: 冷却水、套；内、外惰性气体Ar c) 石墨管:光谱纯石墨 长28mm、内径8mm
C.石墨炉原子化器的工作程序 除残温度与时间 a)进样程序 0-100μl 原子化保持 温度与时间 b)干燥程序 度 ≥溶剂的沸点 或电 ~1.5s/μl 干燥保 持温度 灰化保 原子 20~60s 与时间 持温度 化升 与时间 c)灰化程序 温斜 率 (分离干扰元素) 100-2000C 干燥 灰 0.5-5min 升温 升温 斜率 温 斜率 d)原子化程序 高温除残程序 2000-3000℃ 5-10s e)高温除残程序 时间 ≥30000℃ 干燥程序 灰化程序 原子化程序 3~5s 编写日期：2000年11月
编写日期：2000年11月 温 度 或 电 流 时间 C. 石墨炉原子化器的工作程序 a) 进样程序 0~100l b) 干燥程序 溶剂的沸点 ~1.5s/ l 20~60s 室 温 干燥 升温 斜率 干燥保 持温度 与时间 c) 灰化程序 (分离干扰元素) 100~20000C 0.5~5min 灰化 升温 斜率 灰化保 持温度 与时间 原子 化升 温斜 率 原子化保持 温度与时间 d) 原子化程序 2000~30000C 5~10s e) 高温除残程序 30000C 3~5 s 除残温度与时间 干燥程序 灰化程序 原子化程序 高 温 除 残 程 序