原子吸收分光光度法原理和基本条件.docx

原子吸收分光光度法分析手册第 1册原子吸收分光光度法原理和基本条件原子吸收分光光度法分析手册第 1册目录目录 11、原子吸收分光光度法的原理 21.1 为什么原子吸收光 21.2 光吸收率和原子密度之间的关系 31.3 样品原子化的方法 4a) 火焰原子吸收 4b) 电热原子吸收 5c) 其他原子吸收方法 61) 氢化物蒸气发生技术 62) 还原蒸气原子化 82. 原子吸收分光光度法分析的基本条件 92.1 装置的条件 9a) 分析线 9b) 狭缝宽 13c) 灯电流值 142.2 火焰原子吸收的分析条件 15a) 火焰的选择 15b) 助燃气和燃气的混合比 17c) 光束在火焰中的位置 172.3 电热(无火焰) 原子吸收的分析条件 18a) 干燥条件 18b) 灰化条件 19c) 原子化条件 21d) 样品注入量 221、原子吸收分光光度法的原理1.1为什么原子吸收光原子吸收光谱法利用原子对固有波长光的吸收进行测定所有的原子可分类成具有低能量和高能量的具有低能量的状态称为基态而具 有高能量的状态称为激发态处于基态的原子吸收外部能量，变成激发态。

例 如，钠主要有两种具有较高能量的激发态，分别比基态原子高2.2eV和3.6eV， 如图1.1. (eV是能量的计量单位,称为“电子伏特”)当2.2eV能量给于处于基态 的钠原子，原子将移动到激发态(I)；当3.6eV能量给予基态，原子将移动到激发 态(II)给予的能量以光的形式，2.2eV和3.6eV分别相当于589.9nm和330.3nm波长 光的能量对于钠基态原子而言，只吸收这些波长的光，而不吸收其他波长的光激境态⑴5B.GeV谢发态tIlS基态O-OdV图1・1钠的能级基态和激发态能量的差取决于元素和吸收光的波长原子吸收光谱法使用空心 阴极灯(HCL)HCL给出被测定元素的特征波长的光根据光吸收从而测定原子密度1.2光吸收率和原子密度之间的关系当一定强度的光给予许多处于基态的原子时，部分的光被原子吸收原子密度决定吸收率图1・2原子吸收的原理如图12，当强度I的光照射到密度为C的原子蒸气上，蒸气的长度是1 ,光 经过原子蒸气以后强度减弱为I之间具有下列关系：I = Io x e_klc （k：比例常数）或Io上述关系式称为Lambert-Beer定律，—值 为吸收Io上述公式表明吸收正比于原子密度。

例如，当1, 2和3 ppm样品的吸收测定后，以浓度和吸收作图，得到如图1.3. 的直线，以图象表示的吸收和浓度的关系称为校准曲线当一个未知样品的吸收得到后，其浓度就可如图所示求得图1.3校准曲线1.3样品原子化的方法上述原理可应用到自由原子对光的吸收自由原子”意味着没有和其他原子 结合的原子然而，样品中要分析的元素并不一定处于自由状态，而常常于其他 元素结合成为所谓的分子例如，海水中的钠多数与氯结合形成 NaCl （氯化钠） 分子分子状态样品不能测定原子吸收，因为分子不吸收特定波长的光这些结合的原子必须使用一些手段，切断相互的结合使之成为自由原子这一 过程称为原子化最常用的原子化方法是热解离，即把样品加热到高温，使分子 转换到自由原子热解离方法又可分成火焰方法，采用化学火焰作为热源；和无 火焰方法，采用非常小的电炉a） 火焰原子吸收用于原子化的火焰使用燃烧器产生，这是最普遍的方法目前商品原子吸收 装置作为标准配备几乎都有燃烧器422刃tun的光图1.4火焰原子吸收图1.4.是典型的燃烧器示意图图中说明以氯化钙形式的含钙溶液样品的测定样品首先通过雾化器雾化 大的水滴作为废液排放，只有细的雾粒在雾化室与燃气和助燃气混合送入火 焰。

当这些雾粒进入火焰中后，雾粒迅速蒸发产生细的氯化钙分子颗粒这些 颗粒在火焰中由于热的作用，氯化钙进一步离解成自由的钙原子和氯原子如果波长422.7nm（Ca）的光束照射到这部分火焰时，就产生原子吸收在火 焰的上部，部分钙原子与氧结合变成氧化钙，而一部分进一步电离因此，光 通过火焰的上部原子吸收的灵敏度就不会太高许多不同种类的气体组合曾被用作原子化的火焰考虑到分析灵敏度、安 全、使用简单和稳定性等因素，四种标准火焰被应用于原子吸收：空气 -乙炔，氧化亚氮-乙炔，空气-氢和氩-氢这些火焰应用于不同的元素，关键取决 于温度和气体的特性b） 电热原子吸收原子化方法中火焰仍然作为标准的原子化方法被广泛地使用，其原因是测 定值的重现性好和使用简单然而，火焰方法的主要缺点是原子化率低，提升 的样品只有1/10左右被利用，而9/10作为废液被排放了因此，其原子化效 率低和分析灵敏度也不是很高电热原子吸收（无火焰方法），使用石墨管，改善了上述缺点，灵敏度提高10 〜200倍之多此方法起源于前苏联的L'vov博士图1.5无火焰原子化器在电热原子吸收方法中，样品注入到石墨管中，最大达300安培的电流加到 管上。

石墨加热到高温，样品中的元素原子化如果光源的光通过石墨管，光被原子化的原子吸收在实际测定中，样品注入到管中后，加热过程分如图 1.6 •所显示的三个阶 段，即：干燥阶段，管加热到约100oC，样品中的水完全蒸发；然后是灰化阶 段，管加热到400oC〜1000°C，有机物质和其他共存物质分解和蒸发；最后是 原子化阶段，加热到1400oC ~ 3000oC，留在管中的金属盐类原子化通常加 热方式如图1.6所示，分成阶梯式升温（如图中的实线）和斜坡方式升温加 热方式取决于样品，当共存物质分解温度接近待测元素的原子化温度时采用后 者，加热时连续改变温度加热必须在一定的条件下进行(温度，加热时间和升温方式)，需要适合测定 样品的组成和测定元素的类型如果事先在仪器上设置了最优化的加热过程，则石墨管自动根据温度程序加 热图1.6电热原子吸收的加热程序和吸收曲线c) 其他原子吸收方法这些方法对一些特殊元素而言其灵敏度高于火焰原子吸收或电热原子吸收， 包括砷、硒和汞等此法在原子化前利用化学反应使待测元素以原子或简单分 子的形式蒸发与大多数基体分离1) 氢化物蒸气发生技术氢化物蒸气发生技术利用样品与硼氢化钠反应。

首先用HC1酸化样品还原对象金属，然后与氢结合产生气态的金属氢化 物这些气体送到高温原子化单元进行测定As, Se，Sb, Sn，Te，Bi，Hg和其他金属可通过此法产生金属氢化物图1.7是氢化物发生装置的示意图蠕动泵输送样品、5M盐酸和0.5%硼 氢化钠溶液到反应线圈反应线圈中产生的金属氢化物在气-液分离器中分 离成气相和液相氩气用作为载气，把气相送入到吸收池，吸收池用空气- 乙炔火焰加热，金属元素原子化L -2) 还原蒸气原子化汞在溶液中以正离子形式存在当还原后变成中性的汞，以汞的自由原 子形式蒸发在室温下，氯化亚锡用作还原剂，汞原子用空气作为载气送到 原子吸收装置图1.8是汞分析装置的示意图200ml的样品放入反应容器中，加入氯化 亚锡还原然后空气将产生的气体通过干燥管后送入气体流通池，原子吸收 仪测定汞十棗穹电血按拌图1・8汞分析装置的示意图2. 原子吸收分光光度法分析的基本条件装置设置到最优的分析条件才能获得好的测定结果 最优的条件取决于样品的组成和测定的元素即使元素相同，但样品的组成不同 其最优的测定条件也可能有所不同因此在实际分析中需要全面探索测定条件2.1 装置的条件a) 分析线 空心阴极灯发出的光包括一些阴极元素和填充气体的初级和次级光谱线。

这 些光谱比较复杂，尤其是周期表之间的 4，5，6，7和8 列中的元素光谱更为复 杂，有数千条谱线在许多谱线中有部分产生原子吸收使用原子吸收分析选择最灵敏的光谱 线根据样品中元素的浓度范围，选择吸收灵敏度合适的光谱线用于分析也可 考虑表 2.1. 显示，一个元素也许有两条或更多的谱线呈现原子吸收性质，因此可 根据情况选择光谱线使之具有合适的吸收灵敏度和发射强度此外，在分析样 品中的主要组成时，由于其浓度高可选择次灵敏线进行测定，避免稀释误差表 2.1 分析线和吸收灵敏度(空心阴极灯的特征和处理方法 Hamamatsu Photonics)元素分析线波长(nm)吸收灵敏度火焰类型元素分析线波长(nm)吸收灵敏度火焰类型Ag328.07338.29105.3空气-乙炔Cs852 1110空气-乙,炔Cu324.75327.40217.89218.17222.57104.71.21.00.6空气-乙炔Al309.27396.15237.13 ]237 30 J108.62.0氧化亚氮-乙炔As193.70197.20189.00106.25.0Ar-H?Dy404.59421.17418 68108.98 0氧化亚氮-乙炔Au242.80267.59105.5空气-乙炔Er400.79415.11386 28105.95 5氧化亚氮-乙炔B249.68 [249.77 J208.89108.2氧化亚氮-乙炔Eu459.40462.72466 19108.77氧化亚氮-乙炔Ba553.55350.11100.01氧化亚氮-乙炔Fe248.33271.90371.99385.99102.70.90.6空气-乙炔Be234 8610氧化亚氮-Z,炔Bi223.06222.83306.77103.02.5空气-乙炔Ga294.36287.42403 30108.24 2空气-乙炔Ca422.67239.86100.05空气-乙炔Gd407.89422.59378 31101010氧化亚氮-乙炔Cd228.80326.11100.02空气-乙炔Co240.73251.98243.58346.58104.41.30.5空气-乙炔Ge265.16270.96269.13104.83.0氧化亚氮-乙炔Hf286.64307.29289.83109.35.0氧化亚氮-乙炔Cr357.87425.44427.88428.97104.42.71.0空气-乙炔Hg253.6510还原蒸发元素HoInIrLaLiLuMgMnMoNa。