生物仪器分析-原子光谱

山东理工大学生命科学学院第三章原子发射光谱法(AES)AtomicEmissionSpectroscopy山东理工大学生命科学学院AES:元素的原子在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据所发射的光谱的波长和强度可以进行元素的定性与定量分析。特征辐射基态激发态能量山东理工大学生命科学学院燃烧头棱镜白卡将盐放在金属丝上并放入火焰中透镜发射线因此发现了Rb和Cs山东理工大学生命科学学院原子发射光谱分析的优缺点优点：1、具有多元素同时分析能力，既可进行定性、也可进行定量分析2、具有较高的灵敏度和选择性（ng/ml-pg/ml）3、准确度高4、试样用量少（毫克）应用范围：血液，中草药，茶叶微量元素的分析缺点：不适于部分非金属元素如卤素、惰性气体元素等的分析；只能测元素浓度，不能测元素存在形态山东理工大学生命科学学院激发电位（激发能）:原子中某一外层电子由基态激发到高能态所需要的能量，称该高能态为激发电位，eV表示电离电位（电离能）:把原子中外层电子电离所需要的能量，称为电离电位，以eV表示原子线(Ⅰ)：原子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。M*MI离子线(Ⅱ,Ⅲ)：离子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。M+*M+ⅡM2+*M2+Ⅲ相关术语山东理工大学生命科学学院•主共振线：原子由第一激发态到基态的跃迁，能量最小，易发生•灵敏线：具有一定强度能标记某种元素存在的特征谱线•最后线：当被测某元素含量降低到最低限度时，仍能坚持出现的最后一条谱线（最灵敏线）最强的谱线通常是？相关术语E2E0E1E3山东理工大学生命科学学院原子由某一激发态i向基态j跃迁，发射谱线强度：•gi，gj为激发态和基态的统计权重；•Aij两个能级间的跃迁几率；•h为Plank常数；ij发射谱线的频率•N0单位体积的基态原子数；Ei为谱线的激发电位•k为玻尔兹曼常数；T为激发的绝对温度kTEijjieNhAggI0ijiij谱线强度及其影响因素山东理工大学生命科学学院kTEijjieNhAggI0ijiij谱线强度及其影响因素激发电位激发温度样品浓度M*－hv山东理工大学生命科学学院激发源单色器检测器原子发射光谱仪蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用分光按照波长顺序排列的光谱发射光谱进行检测记录山东理工大学生命科学学院原子发射光谱仪激发源：高灵敏度和低检出限工作过程中比较稳定无背景或背景较小火焰电弧ICP高压火花山东理工大学生命科学学院电感耦合等离子体（ICP）Plasma物理学：电离度大于0.1％的气体。（等离子体由离子、电子和不带电的粒子组成的电中性的、高度离子化的气体，它是与固体、液体和正常气体相区别的一种物质状态）点火引燃工作气，磁场加速等离子，感应涡流产高热，气体受热成焰炬。山东理工大学生命科学学院光源蒸发温度/K激发温度/K应用范围火焰低1000～5000直流电弧800～38004000～7000矿物、难挥发元素定量分析交流电弧比直流电弧低比直流电弧略高低含量组分定量分析火花比交流电弧低10000（瞬间）金属，合金，难激发元素定量分析ICP很高6000～8000溶液山东理工大学生命科学学院原子发射光谱仪分光系统：a、棱镜分光系统（折射）b、光栅分光系统（衍射和干涉）入射狭缝准直镜物镜棱镜焦面出射狭缝f光栅常数dNθφ由激发光源发出的含有不同波长的复合光分解成按波长排列的单色光山东理工大学生命科学学院检测器：目视法、摄谱法、光电法看谱镜感光板记录光谱，得到黑度不同的光谱线。映谱仪光电倍增管光信号转变为电信号，并进行放大原子发射光谱仪山东理工大学生命科学学院光谱定性和定量分析摄谱法标准样品光谱比较法用标准样品与试样在相同的条件下摄谱比较标准样品与试样所出现的特征谱线若试样光谱中出现标准样品所含元素的2~3条特征谱线就可以证实试样中含有该元素山东理工大学生命科学学院铁光谱比较法光谱定性和定量分析①谱线多在210-660nm范围内有几千条谱线。波长标尺②每条谱线的波长均已精确测定元素标准光谱图山东理工大学生命科学学院光谱定性和定量分析光谱定量分析主要是根据谱线强度与被测元素浓度的关系来进行的。当温度一定时谱线强度I与被测元素浓度c成正比，即I=acI=acba值受试样组成、形态及放电条件等的影响，在实验中很难保持为常数自吸山东理工大学生命科学学院内标法(相对强度法)光谱定性和定量分析在分析元素的谱线中选一根谱线，称为分析线；再在共存的其他元素谱线中选一根谱线，作为内标线。这两条线组成分析线对。然后根据分析线对的相对强度与被分析元素含量的关系式进行定量分析。设分析线强度I，内标线强度I0，被测元素浓度与内标元素浓度分别为c和c0(定值)，b和b0(1)分别为分析线和内标线的自吸系数I=acbI0=a0c0boR=I/I0=acb/a0c0b0A=a/a0c0b0为常数bAcIIR0AcbRlglglg山东理工大学生命科学学院内标元素与被测元素在光源作用下应有相近的蒸发性质。分析线对选择要匹配：或两条都是原子线，或两条都是离子线，尽量避免一条是原子线、一条是离子线。内标元素的含量，应不随分析元素的含量变化而变化分析线自吸要小,不受其他谱线干扰分析线对的波长、强度及宽度也尽量接近使用内标法必须具备下列条件光谱定性和定量分析山东理工大学生命科学学院logIlogC工作曲线法：三标准试样法光谱定性和定量分析山东理工大学生命科学学院光谱定性和定量分析标准加入法：测定低含量元素时，找不到合适的基体来配制标准试样设试样中被测元素含量为Cx，在数个等份试样中分别加入不同浓度C1、C2、C3的被测元素；在同一实验条件下，激发光谱，测定强度山东理工大学生命科学学院原子荧光分析（AFS）热致激发光致激发（空心阴极灯，高压氙灯）E2E0E1E3共振荧光非共振荧光山东理工大学生命科学学院第四章原子吸收光谱法(AAS)AAS：基于从光源辐射出待测元素的特征谱线，通过试样蒸气时被待测元素的基态原子吸收，由特征谱线被减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。灯源燃烧器棱镜白色卡片将盐放在金属丝上并放入火焰中透镜透镜暗线山东理工大学生命科学学院基态激发态吸收能量外层电子放出能量山东理工大学生命科学学院BaNaK吸收线发射线元素定性分析190nm900nmCu山东理工大学生命科学学院能量跃迁EoE2E3E112341234共振吸收线：原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的一定波长的谱线山东理工大学生命科学学院灵敏度高选择性好精密度和准确度高测定元素多需样量少分析速度快不能多种元素同时测定原子吸收光谱的特点山东理工大学生命科学学院预期值0：特征频率实际情况△半宽度原子吸收谱线山东理工大学生命科学学院原子吸收谱线（1）自然宽度10-4nm原子发生能级间跃迁时，激发态原子寿命不一样而产生。(2)多普勒变宽(热变宽)原子无规则的热运动产生。(3)压力（碰撞）变宽原子与外界气体分子间的相互作用引起的。劳伦兹变宽：待测原子与其他粒子相互碰撞。赫尔兹马克变宽：待测原子之间相互碰撞。√√山东理工大学生命科学学院原子吸收谱线的测量（1）积分吸收在吸收曲线的轮廓内，对吸收系数的积分。fNmcedvKv02山东理工大学生命科学学院原子吸收谱线的测量（2）峰值吸收锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源（1/5~1/10），并且发射线与吸收线的中心频率一致。如空心阴极灯。CKA山东理工大学生命科学学院原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计由光源、原子化器、分光器、检测系统等几部分组成山东理工大学生命科学学院原子吸收分光光度计锐线光源1.作用：发射被测元素的特征光谱。2.种类：空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯。1)结构阳极：钨或镍棒阴极：待测元素金属内充低压惰性气体2)工作原理：山东理工大学生命科学学院棱镜白卡透镜发射线灯源棱镜白色卡片透镜透镜暗线山东理工大学生命科学学院激发源单色器检测器锐线光源山东理工大学生命科学学院原子化器原子吸收分光光度计将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。MX（试样）气化MX（气态）原子化M（基态原子）+X（气态）M*（激发态原子）激发离子化M+（离子）+e山东理工大学生命科学学院主要有火焰原子化、石墨炉原子化和低温原子化空气——乙炔火焰：火焰温度达2500K；N2O——乙炔火焰：火焰温度达3000K；原子吸收分光光度计山东理工大学生命科学学院试样入口～石墨管试样原子化效率高灵敏度高取样量少，能直接分析液体和固体样品原子吸收分光光度计山东理工大学生命科学学院氢化物原子化方法(化学原子化)原理：在酸性介质中，与强还原剂NaBH4反应生成易解离的气态氢化物，送入原子化器中检测。原子化温度700~900゜C；主要应用于：As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、Se、Ti等元素。原子吸收分光光度计冷原子化法：Hg山东理工大学生命科学学院单色器将待测元素的共振线与邻近线分开检测系统原子吸收分光光度计山东理工大学生命科学学院0c1c2c3c4c5cxA1A2A3A4A5AAS定量分析方法标准曲线法组成简单的试样分析Ax山东理工大学生命科学学院0Cs2Cs3CsCs2Cs0.10.20.3AC...Cx标准加入法AAS定量分析方法山东理工大学生命科学学院干扰及其消除方法5.电离干扰4.背景干扰3.光谱干扰2.化学干扰1.物理干扰山东理工大学生命科学学院干扰及其消除方法指试样在转移、蒸发和原子化过程中由于试样任何物理因素的变化而引起的配制与待测试样具有相似组成的标准溶液。1采用标准加入法。2一、物理干扰(基体效应)山东理工大学生命科学学院干扰及其消除方法二、化学干扰在溶液中或气相中由于待测元素与其它组分之间的化学反应而引起的干扰。与干扰组分形成更稳定的或更难挥发的化合物，使待测元素释放出来。加入释放剂1加入保护剂2与待测元素形成稳定又易于原子化的化合物山东理工大学生命科学学院干扰及其消除方法三、光谱干扰来源：1.与分析线相邻的待测元素的谱线2.与分析线相邻的非待测元素的谱线消除：减小狭缝宽度、选用高纯度的单元素灯山东理工大学生命科学学院干扰及其消除方法四、背景干扰指原子化过程中产生的光谱干扰•来源：分子吸收与光散射分子吸收：在原子化过程中生成的分子对辐射的吸收。光散射：原子化过程中产生的微小的固体颗粒使光发生散射，造成透射光减弱，吸收值增加，结果偏高。•消除：空白校正，氘灯校正，塞曼效应校正法山东理工大学生命科学学院干扰及其消除方法五、电离干扰•产生：在高温下易电离元素在火焰中电离，使基态原子数减少，吸光度下降。•消除：加入消电离剂(比被测元素电离电位低的元素)。