光谱原子吸收发射0923

一、光分析法及其特点光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构的关系所建立起来的分析方法；电磁辐射范围：X射线～无线电波所有范围；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；光分析法三个基本过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。基本特点：（1）所有光分析法均包含上述三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。二、电磁辐射的基本性质电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；光子能量E=hν=hc/λc：光速；λ：波长；ν：频率E：能量；h：普朗克常数电磁辐射具有波动性和微粒性。辐射能的特性：(1)吸收物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级；(2)发射将吸收的能量以光的形式释放出来；(3)散射丁铎尔散射和分子散射；(4)折射折射是光在两种介质中的传播速度不同；(5)反射(6)干涉干涉现象；(7)衍射光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象；(8)偏振只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光三、光分析分类光谱法原子光谱、分子光谱非光谱法光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子或原子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；非光谱法：不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，辐射仅改变传播方向等物理性质。如偏振法、折射法、干涉法、旋光法等。光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱X射线荧光光谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法原子光谱是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。如原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）等。分子光谱是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。如紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR）等。光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。四、各种光分析法简介1.原子发射光谱分析法以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发发射出特征光谱进行定量分析的方法。2.原子吸收光谱分析法利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法。3.分子荧光分析法某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。4.化学发光分析法利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。6.红外吸收光谱分析法利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。5.紫外吸收光谱分析法光谱法仪器的基本流程及光谱仪器的基本器件三种光分析法测量过程示意图一、光分析法仪器的基本流程光谱仪器通常包括五个基本单元：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理.二、光分析法仪器的基本单元1.光源依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：连续光源：在较大范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；2.单色器单色器：获得高纯度光谱辐射束的装置，而辐射束的波长可在很宽范围内任意改变；主要部件：（1）进口狭缝；（2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线；（3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播；（4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像。棱镜棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光，折射率小；波长短的光，折射率大。平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱；棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料；棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征；光栅透射光栅，反射光栅；光栅光谱的产生是多狭缝干涉与单狭缝衍射共同作用的结果，前者决定光谱出现的位置，后者决定谱线强度分布；3.试样装置光源与试样相互作用的场所（1）吸收池紫外-可见分光光度法：石英比色皿荧光分析法：红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片（2）特殊装置原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态→原子；原子发射光谱分析：试样喷入火焰；详细内容在相关章节中介绍。4.检测器（1）光检测器主要有以下几种：硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器；（2）热检测器主要有：真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种；热释电检测器：5.信号、与数据处理系统现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系统；第7章原子发射光谱分析发射光谱定量分析方法7.1概述原子发射光谱分析（AtomicEmissionSpectrosmetry,AES），是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。基态激发态E*E原子发射光谱分析的特点(1)多元素同时检测能力。不同元素都发射特征光谱，这样就可同时测定多种元素。(2)分析速度快。若利用光电直读光谱仪，可在几分钟内同时对几十种元素进行定量分析。分析试样不经化学处理，固体、液体样品都可直接测定。(3)选择性好。每种元素因原子结构不同，发射各自不同的特征光谱。原子发射光谱分析的特点(4)检出限低。一般光源可达10～0.1μg﹒g-1（或μg﹒cm-3），绝对值可达1～0.01μg。(5)准确度较高。一般光源相对误差约为5％～10％，ICP相对误差可达1％以下。(6)试样消耗少。(7)ICP光源校准曲线线性范围宽可达4～6个数量级。这样可测定元素各种不同含量（高、中、微含量）。7.2原子发射光谱分析基本原理1原子发射光谱的产生原子的核外电子一般处在基态运动，当获取足够的能量后，就会从基态跃迁到激发态，处于激发态不稳定（寿命小于10-8s），迅速回到基态时，就要释放出多余的能量，若此能量以光的形式出现，即得到发射光谱。谱线波长与能量的关系为：原子发射光谱是线状光谱。处于高能级的电子经过几个中间能级跃迁回到原能级，可产生几种不同波长的光，在光谱中形成几条谱线。一种元素可以产生不同波长的谱线，它们组成该元素的原子光谱。不同元素的电子结构不同，其原子光谱也不同，具有明显的特征。12λEEhc由于待测元素原子的能级结构不同，因此发射谱线的特征不同，据此可对样品进行定性分析；而根据待测元素原子的浓度不同，因此发射强度不同，可实现元素的定量测定。原子发射光谱的产生原子发射光谱法包括了三个主要的过程:由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气态原子激发而产生光辐射；将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱；用检测器检测光谱中谱线的波长和强度。7.3光谱分析仪器原子发射光谱仪器的基本结构由三部分组成，即激发光源、分光系统和检测器。原子发射光谱激发光源激发光源的基本功能是提供使试样中被测元素原子化和原子激发发光所需要的能量。对激发光源的要求是：灵敏度高，稳定性好，光谱背景小，结构简单，操作安全。原子发射光谱激发光源常用的激发光源：电弧光源。（交流电弧、直流电弧）电火花光源。电感耦合高频等离子体光源（ICP光源）等。几种光源的比较光源蒸发温度激发温度/K放电稳定性应用范围直流电弧高4000～7000稍差定性分析，矿物、纯物质、难挥发元素的定量分析交流电弧中4000～7000较好试样中低含量组分的定量分析火花低瞬间10000好金属与合金、难激发元素的定量分析ICP很高6000～8000最好溶液的定量分析（4）电感耦合高频等离子体光源（inductivecoupledhighfrequencyplasma,ICP）等离子体是一种由自由电子、离子、中性原子与分子所组成的，在总体上呈电中性的气体。图4.7ICP形成原理图ICP光谱仪2分光系统（1）棱镜分光系统图4.11棱镜分光系统的光路图（2）光栅分光系统3检测系统（1）感光板用感光板来接收与记录光谱的方法称为照相法，采用照相法记录光谱的原子发射光谱仪称为摄谱仪。感光板由照相乳剂均匀地涂布在玻璃板上而成。感光板上的照相乳剂感光后变黑的黑度，用测微光度计测量以确定谱线的强度。用照相法在感光板上记录谱线（2）光电倍增管用光电倍增管来接收和记录谱线的方法称为光电直读法。电荷偶合器件CCD（charge-coupleddevice）是一种新型固体多道光学检测器件，它是在大规模硅集成电路工艺基础上研制而成的模拟集成电路芯片。（3）CCD检测器7.4分析方法1光谱定性分析由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱。光谱定性分析一般多采用摄谱法。试样中所含元素只要达到一定的含量，都可以有谱线摄谱在感光板上。摄谱法操作简单，价格便宜，快速，在几小时内可将含有的数十种元素定性检出。它是目前进行元素定性检出的最好方法。（i）铁光谱比较法这是目前最通用的方法，它采用铁的光谱做为波长的标尺，来判断其他元素的谱线。标准光谱图是在相同条件下，在铁光谱上方准确地绘出68种元素的逐条谱线。铁光谱比较法又称为标准光谱图比较法。（ii）标准试样光谱比较法将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。此法多用于不经常遇到的元素分析。2光谱半定量分析光谱半定量分析常采用摄谱法中比较黑度法，这个方法须配制一个基体与试样组成近似的被测元素的标准系列。在相同条件下，在同一块感光板上标准系列与试样并列摄谱；然后在映谱仪上用目视法直接比较试样与标准系列中被测元素分析线的黑度。黑度若相同，则可做出试样中被测元素的含量与标准样品中某一个被测元素含量近似相等的判断3光谱定量分析光谱定量分析的关系式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。I=Acb式中b为自吸系数。b随浓度c增加而减小，当浓度很小无自吸时，b=1。该式是光谱定量分析的基本关系式。这个公式由SchiebeG(赛伯)和LomakinBA(罗马金)先后独立提出的,又称为Schiebe-Lomakin公式。第8章原子吸收光谱分析8.1概述原子吸收光谱分析（AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS）又称原子吸收分光光度分析。原子吸收光谱分析: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。其吸光度在一定范围内与蒸气相中被测元素的基态原子浓度成正比，以此测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。原子吸收分光光度法具有以下特点：（1）灵敏度高火焰原子吸收分光光度法测定大多数金属元素的灵敏度为1.0×10-8～1.0×10-10g·mL-1,非火焰原子吸收分光光度法的灵敏度为1.0×10-12～1.0×10-14g。（2）精密度好由于温度的变化对测定影响较小，该法具有良好的稳定性和重现性，精密度好。一般仪器的相对标准偏差为1％～2％，性能好的仪器可达0.1％～0.5%.（3）选择性好，方法简便基态原子是窄频吸收，元素之间的干扰较小，可不经分离在同一溶液中直接测定多种元素，操作简便。（4）准确度高，分析速度快测定微、痕量元素的相对误差可达0.1％～0.5％，分析一个元素只需数十秒至数分钟。（5）应用广泛可直接测定岩矿、土壤、大气飘尘、水、植物、食品、生物组织等试样中70多种微量金属元素，还能用间接法测度硫、氮、卤素等非金属元素及其化合物。该法已广泛应用于环境保护、化工、生物技术、食品科学、食品质量与安全、地质、国防、卫生检测和农林科学等各