常州工程职院仪器分析测试技术教案4-6原子吸收分光光度法：火焰法测钙最佳实验条件选择

教案纸№6-1常州工程职业技术学院原子吸收光谱法之任务6 火焰原子吸收法测钙最佳实验条件的选择教学任务p了解火焰原子吸收分光光度法法最佳实验条件的选择的原则；p说明火焰原子吸收分光光度法的干扰类型、特点，p对实际样品改变操作条件，优化分析过程；p判断样品中存在的干扰，并对干扰进行消除教学方法p教师引导、学生设计实验方案，完成实验教学学时p以20人为学习组，每4人一组，需12学时教学设计重提上一次课后思考题，引出本任务学生讨论，最佳条件内容，选择方法教师总结讨论结果，讲授试验方法教师演示实验条件选择操作学生完成一项实验条件选择操作学生讨论总结实验的结果，得出结论教师补充讲解与本项试验相关的理论知识教师引出下一项条件试验并讲解演示操作方法学生完成实验内容学生总结实验结果，得出结论教师引出并讲解相关理论知识教案纸№6-2常州工程职业技术学院布置作业（自学电热原子吸收条件选择）思考题，为下次课准备复习p狭缝宽度与光谱带宽：光谱带宽＝狭缝宽度×线色散率倒数p共振吸收线、共振发射线、分析线的概念：共振吸收线－原子从基态跃迁至第一激发态所吸收的谱线。共振发射线－原子从第一激发态返回基态时所发射的谱线。p空心阴极灯的结构，灯电流选择的原则：阴极-待测元素金属或合金；阳极：钨棒上镶钛丝或钽片；管内充有几百帕低压惰性气体（氖或氩）。灯电流选择的原则－最大灯电流的 40％－60％。p燃烧器调节的方法课程引入p原子吸收测定水中微量镁的实验中我们发现仪器默认(有关专家推荐)的实验条件与教材上的实验条件并不一致，这些条件应该以哪个为准呢？另外，不同的仪器实验条件并不相同，如何通过试验找出最佳条件？p本次课程以钙为例通过实验选择出最佳实验条件。并总结归纳出实验条件选择的原则、规律。实验条件选择的内容：（学生讨论）p　分析线；p　灯电流；p　燃气流量；p　燃烧器高度；p　光谱通带。选择依据（学生讨论）p分析化学中衡量测量数据的两个重要因素－准确度与精密度。由于原子吸收测量的元素多为微量成分，为了保证数据的准确度与精密度，最佳实验条件的选择以获得最高灵敏度、最佳稳定性为依据。基本实验条件p元素灯－钙空心阴极灯。p火焰类型－空气乙炔火焰。pρ（Ca）＝100μg/mL钙标准溶液。教案纸№6-3常州工程职业技术学院p固定的实验条件：灯电流3mA；分析线 422.7nm；光谱带宽 0.7nm；燃气流量 2100mLmin ­1 ；燃烧器高度 6mm。p实验安排：每2人一组，相互配合完成实验内容。开机、安装调节空心阴极灯（学生操作）p按照正常开机顺序打开仪器，安装空心阴极灯，调节好灯位置，点燃预热。p调节燃烧器位置p打开空气压缩机，乙炔钢瓶调节空气乙炔流量，点火。配制钙标准溶液p配制ρ（Ca）＝5.00μg/mL钙标准溶液移取 5mLρ（Ca）＝100μg/mL钙标准溶液于 100mL 容量瓶中，用蒸馏水稀释至标线，摇匀。分析线选择p选择2条分析线测量ρ（Ca）＝5.00μg/mL钙标准溶液的吸光度。p分析线可选择波长为422.7nm、239.9nm。p以吸光度最大者为最灵敏线。分析线选择（学生操作）p学生按照上述方法配制ρ（Ca）＝5.00μg/mL钙标准溶液，固定其它实验条件，改变分析线测量ρ（Ca）＝5.00μg/mL钙标准溶液吸光度。p记录实验数据。实验开始学生对实验操作比较陌生，教师可给与演示，熟悉后会很快完成。分析线选择原则（学生总结）p通过上述实验同学们是否可以确定最佳分析线呢？p比较两条分析线测量结果可以看出422.7nm谱线为最灵敏线。教师可将各小组的测定结果写在黑板上进行比较。通过上面的实验得出如下结论：（教师提示学生总结）p为了提高测定的灵敏度，一般情况下应选用其中最灵敏线作分析线。是否任何情况下都需要选择最灵敏线呢？例如在最灵敏线附近存在光谱线干扰是如何选择？p有时为了消除邻近光谱线的干扰等，也可以选用次灵敏线。p若样品中钙浓度高时分析线如何选择？（教师提示学生总结）p对低含量组分的测量，尽可能选最灵敏线作分析线。但分析高浓度试样时，为了保持工作曲线的线性范围，选次灵敏线作吸收线是有利的，如选择最灵敏线需进行样品的多次稀释，增教案纸№6-4常州工程职业技术学院加测量的复杂性，引入不必要的误差。空心阴极灯灯电流的选择（教师讲解）p灯电流的选择需要考虑灯的发射强度高、稳定性好、谱线的宽度、灯的使用寿命。p灯电流过大过小对测量都不利。实验选择灯电流方法：在其它实验条件不变的情况下，改变灯电流测量吸光度，以吸光度最大者为最佳灯电流。空心阴极灯灯电流的选择（学生操作）p请同学们测定不同灯电流时ρ（Ca）＝5.00μg/mL钙标准溶液的吸光度。p灯电流可选择 2、4、6、8、10mA。最佳灯电流的选择（学生）p第1组：最佳值为mA；p第2组：最佳值为mA；p第3组：最佳值为mA；p第4组：最佳值为mA；p第5组：最佳值为mA；p第6组：最佳值为 mA；灯电流选择的一般规律（学生总结）p增加灯电流灵敏度降低，灯电流小稳定性差。p灯电流可通过实验选择；p各组选出的最佳灯电流值为。（列出并比较得出结论）p正常工作条件下通过灯使用说明选择：在保证放电稳定和有适当光强输出情况下，尽量选用低的工作电流。空心阴极灯上都标明了最大工作电流，对大多数元素，日常分析的工作电流建议采用额定电流的40%～60%。对高熔点的镍、钴、钛等空心阴极灯，工作电流可以调大些；对低熔点易溅射的铋、钾、钠、铯等空心阴极灯，使用时工作电流小些为宜。灯电流与灯的发射强度的关系（教师讲解）p增大灯电流可增加发射强度，但工作电流过大使光谱线变宽，甚至产生自吸收，灯的发射强度反而降低，影响灯的寿命。p灯电流过小灯的发射强度小，稳定性差、信噪比下降。原子化方式（教师讲解）p原子吸收原子化方式有两种－火焰原子化、电热原子化。p空气－乙炔火焰原子化是最常用的火焰原子化方式教案纸№6-5常州工程职业技术学院燃气流量（燃助比）的选择（教师讲解）p燃气流量（燃助比）的选择可通过实验进行绘制吸光度－燃气流量曲线，以吸光度最大值所对应的燃气流量为最佳值。燃气流量（燃助比）的选择（学生操作）p请同学们测定不同乙炔流量时ρ（Ca）＝5.00μg/mL钙标准溶液的吸光度。p固定其他仪器条件，乙炔流量设定为1800、2000、2200、2400、2600mL/min燃气流量—吸光度曲线(学生) p绘制燃气流量—吸光度曲线p总结吸光度随燃气流量变化的规律p确定最佳燃气流量最佳燃气流量p第1组：最佳值为mL/min；p第2组：最佳值为mL/min；p第3组：最佳值为mL/min；p第4组：最佳值为mL/min；p第5组：最佳值为mL/min；p第6组：最佳值为mL/min；为什么燃气流量会影响测量的灵敏度呢？p燃助比的大小影响火焰的温度及火焰的氧化还原性质，从而影响其原子化效率，影响的程度又和元素本身性质有关。p根据燃助比（乙炔/空气）的不同，空气－乙炔火焰又分为化学计量火焰、贫燃焰、富燃焰。p贫燃焰（燃助比＝1：4～6）的特点－温度较高，氧化性强。适用于不易生成难熔氧化物的元素如Ag、Cu、Fe、Co、Ni、Mg、Pb、Zn、Cd、Mn等。p富燃焰（燃助比＝1.2～1.5：4）的特点－温度较低，还原性强、噪声大。适用于易生成难解离高温氧化物的元素如Ca、Sr、Ba、Cr、Mo等。p化学计量火焰（燃助比＝1：3～1：4）－适合于大部分元素的测定。燃烧器高度的选择什么是燃烧器高度？p燃烧器高度是燃烧缝平面与空心阴极灯光束的垂直距离。燃烧器高度的选择(学生操作)教案纸№6-6常州工程职业技术学院p请同学们在其他实验条件固定情况下测定不同燃烧器高度时ρ（Ca）＝5.00μg/mL 钙标准溶液的吸光度。p燃烧器高度可设置为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0mm。燃烧器高度－吸光度曲线（学生总结）p绘制燃烧器高度—吸光度曲线p总结吸光度随燃烧器高度变化的规律p确定最佳燃烧器高度燃烧器高度的选择(教师讲解) 为什么燃烧器高度会影响测定的灵敏度？p由于火焰中不同部位的温度存在差异，导致基态原子在火焰中的分布不均匀，当空心阴极灯的光束通过不同浓度的基态原子区域时，会产生不同的吸光度。p燃烧器高度选择的原则是使空心阴极灯发出的光从基态原子浓度最大的区域通过。p选择方法：固定其它实验条件,改变燃烧器高度测量一溶液的吸光度，绘制吸光度－燃烧器高度曲线，选择吸光度最大值对应的燃烧器高度。光谱通带的选择（教师讲解）什么是光谱通带？p光谱通带是指单色器出射光谱所包含的波长范围。它由光栅线色散率的倒数（又称倒线色散率）和出射狭缝宽度所决定，其关系为：光谱通带=缝宽（mm）×线色散率倒数（nm·mm-1）调节出射狭缝的宽度可以选择不同的光谱通带。光谱通带的选择（学生操作）p请同学们测定不同光谱通带宽度时ρ（Mg）＝5.00μg/mL钙标准溶液的吸光度。p光谱通带宽度可设置为 0 .1;0.2;0.4;1;2nm。光谱通带－吸光度曲线（学生总结）p绘制光谱通带—吸光度曲线p总结吸光度随光谱通带宽度变化的规律p确定最佳光谱通带最佳光谱通带p第1组：最佳值为nm；p第2组：最佳值为nm；教案纸№6-7常州工程职业技术学院p第3组：最佳值为nm；p第4组：最佳值为nm；p第5组：最佳值为nm；p第6组：最佳值为nm；光谱通带的选择（教师讲解）p光谱带宽选择的一般规律：当吸收线附近无干扰线存在时，可选择较大的光谱通带，反之，若吸收线附近存在光谱干扰则选择较窄的通带宽度p光谱通带通常选择0.5～4nm之间。p光谱通带的实验选择：固定其它实验条件，改变光谱通带，测定标准溶液的吸光度，绘制光谱通带－吸光度曲线，取吸光度最大者为最佳光谱通带宽度。总结p通过上面的实验得出的最佳实验条件为：Ø灯电流 mA；Ø分析线 nm；Ø光谱带宽 nm；Ø燃气流量 mLmin ­1 ；Ø燃烧器高度 mm。原子吸收光谱分析的干扰（教师讲解）最佳实验条件选择完成后并不意味着测定的准确无误，因为实际样品的组成复杂，可能存在着各种干扰。p干扰：原子吸收测量过程中有些因素会使原子吸收信号降低或增大，导致测量结果偏低或偏高的现象称为干扰。p原子吸收分析中的干扰可分为四种类型，它们分别是：物理干扰，化学干扰，电离干扰和光谱干扰。PO43-对钙的干扰曲线（学生操作）p用上述试验选出的最佳实验条件进行干扰试验。p配制溶液配制钙的质量浓度为5μg·mL-1，PO43-的质量浓度分别为0、2、4、6、8μg·mL-1的5个溶液。p测定上述溶液的吸光度。p记录并绘制干扰曲线（A－ρPO43-）。教案纸№6-8常州工程职业技术学院PO43-对钙的干扰规律（学生总结）pPO43-的存在使吸光度降低（负干扰）；p随着PO43-浓度的增加吸光度也逐渐降低。消除干扰（学生操作）p配制溶液Ca的质量浓度为5μg·mL-1，含PO43-分别为0、10、10、10、10μg·mL-1，含Sr分别为0、25、50、75、100μg·mL-1的溶液。p测定上述溶液的吸光度。p记录并绘制消除干扰曲线（A－ρSr）。锶消除PO43-对钙的干扰规律（学生总结）pSr的加入使（Ca+PO43-）溶液的吸光度增大；p随着Sr浓度的增加吸光度增大，当达到**时出现最大值，这时再增加 Sr 浓度吸光度不再增大，最大值与无该干扰时的吸光度一致。说明当 Sr 浓度为**时可以完全消除10μg·mL-1PO43-对5μg·mL-1Ca的干扰。思考题：当PO43-的浓度增大时，要完全消除PO43-对Ca的干扰是否需要更多的Sr？（课堂解答）问题：为什么磷酸根离子会干扰钙的测定？p由于PO43-的存在，钙与其形成了磷酸钙、焦磷酸钙等化合物，这些化合物其键能很高，在火焰中不易分解产生钙原子，使基态钙原子浓度降低，吸光度下降。p这种在样品处理及原子化过程中，待测元素的原子与干扰物质组分发生化学反应，形成更稳定的化合物，从而影响待测元素化合物的解离及其原子化，致使火焰中基态原子数目减少而产生的干扰称为化学干扰。p化学干扰是一种选择性干扰。加入锶盐