原子吸收培训

北京普析通用仪器有限责任公司原子吸收分光光度计一、原子吸收概述一、原子吸收概述原子吸收发展历史一、原子吸收概述原子吸收发展历史AAS单火焰单石墨炉火焰石墨炉一体机一、原子吸收概述原子吸收的分类一、原子吸收概述原子吸收测定范围二、基本原理原子的能级与跃迁基态原子受到外界能量作用时，电子就可能吸收能量而向高能量的量子轨道跃迁，此过程就是原子吸收过程。原子因获得能量而被激发，处于高能量状态的原子称为激发原子。基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。产生共振吸收线（简称共振线）。--吸收光谱处于激发态的原子很不稳定通常在10-8秒基态，多余能量以光辐射型式释放出来，发射出一定频率的辐射。产生共振发射线（也简称共振线）。----发射光谱特殊的光蒸气原子区域被检测的光二、基本原理基本原理：以一束特定的入射光强I0，投射至待测元素的基态原子蒸汽，则待测元素的基态原子蒸汽对入射的特征光产生吸收，未被吸收的部分透射过去，待测元素浓度C越大，光的吸收量越多，其透射光强I越弱，即C、I0、和I三者存在一定的关系，根据这种关系，并已知待测元素浓度的标准溶液对光的吸收与测试样对光的吸收进行比较，就可以求出试样中待测元素的含量。I0IL二、基本原理原子吸收计算依据是郎伯特—比尔定律。由于式样溶液中的被测元素的浓度与测得的吸收值成正比，所以对照标准溶液的浓度就可以知道试样溶液中待测元素的浓度，从而计算出样品中被测元素的含量。T=I/I0A=-logTA=k*C*LI0:入射光强I：出射光强T：透过率A：吸光度C：元素浓度K：系数L:吸收光程三、基本结构火焰原子吸收基本结构三、基本结构原子吸收基本结构常规原子吸收分光光度计由以下几部分组成，光源系统、原子化系统、分光系统（单色器）、检测系统、数据处理系统、自动化控制系统、安全保护系统。三、基本结构---光源系统光源系统特殊的光锐线光连续光最常用的连续光源是家里的白炽灯，一般波长范围较宽：从300nm到红外区相对来说，锐线光源是不连续的。如黄色的街灯，灯里有钠盐的蒸气。它发出两个不连续的波长：589.0和589.6nm三、基本结构---光源系统光源系统连续光锐线光连续光与锐线光的特征见下图三、基本结构---光源系统光源系统光源的性能直接影响原子吸收的检出限、精密度、稳定性，要求发射的待测元素的锐线光谱有足够的强度、背景小、稳定性。空心阴极灯高性能空心阴极灯无极放电灯高压短弧氙灯氘灯(D2)注意，这个灯的用途与其它灯有区别三、基本结构---光源系统空心阴极灯最高将空心阴极灯用于原子吸收的是沃尔什和他的同事，他们制作了Ag、Al、Au等空心阴极灯。空心阴极灯结构示意图三、基本结构---光源系统空心阴极灯被测元素材料制成的阴极，若阴极物质只含一种元素，则制成的是单元素空心阴极灯，若阴极物质含有多种元素，则制成的是多元素空心阴极灯。钛、锆、钽或其它材料制作的阳极灯内充着一定压强的惰性气体（氖或氩）原理：阳离子在电场作用下轰击阴极，阴极溅射出原子与加速运动的正离子、二次电子以及气体原子发生非弹性碰撞，从而至高能态，当高能态原子回到基态时，辐射特征波长的谱线。三、基本结构---光源系统灯电流采用制造商推荐的操作电流。略高于或低于该数值，一般将不会影响分析的灵敏度。灯电流太小，则要求增大光电倍增管的放大倍数，从而提高了噪音。灯电流太大，则会导致两方面的结果：锐线光源变宽，产生自吸，将导致灵敏度降低，且线性弯曲。灯的寿命降低空心阴极灯最好定期通电，不要长期搁置，以保持灯的光谱特空心阴极灯点亮后需预热一段时间，一般视不同元素5-20min空心阴极灯使用注意事项三、基本结构---光源系统高性能空心阴极灯除了有阳极和空心阴极外还有一个涂有易发射电子的氧化物涂层的热丝电极，阳极和空心阴极间放电溅射出待测元素原子，而阳极和热丝电极作用溅射出电子，给基态原子提供能量。优点：大大提高了谱线强度，改善了谱线质量缺点：价格昂贵、须长时间预热，结构复杂。三、基本结构---光源系统无极放电灯无极放电灯示意图三、基本结构---光源系统无极放电灯在石英管泡中充入少量的待测元素（卤化物，碘化物最常用）和惰性气体，工作时：微波将气体原子激发，被激发的气体原子又使解离了的气化金属或卤化物激发而发射出待测元素的特征光谱。优点：强度比空心阴极大几个数量极，无自吸，谱线更窄缺点：难挥发的金属不易制造空心阴极灯，价格昂贵。三、基本结构---光源系统氘灯作用：用于背景校正发光：产生连续波长从190nm-400nm短弧氙灯见后面的内容原子化系统火焰原子化系统石墨炉原子化系统氢化物发生原子化系统横向加热石墨炉纵向加热石墨炉全世界有六家具有横向石墨炉加热技术：PE、热电、德国耶拿、普析通用、GBC（被东西电子收购、Varian（被安捷伦收购）三、基本结构---原子化系统三、基本结构---原子化系统原子化器原子化系统：火焰原子化器：由雾化器器、预混合室（雾化筒）、燃烧器三部分组成。石墨炉原子化器：将试样放置在石墨管壁、石墨平台或石墨坩埚内用电加热至高温原子化的系统。可分为横向加热和纵向加热原子化器（采用的横向加热方式）。氢化物原子化器：试样与KBH4在气液分离器中反应，生成气态氢化物，再将气态氢化物导入石英管原子化器中，进行原子化。三、基本结构---原子化系统火焰原子化器火焰原子化器（包括雾化器，雾化室和燃烧器）将液体试样经喷雾器形成雾粒，这些雾粒在雾化室中与气体（燃气与助燃气）均匀混合，除去大液滴后，再进入燃烧器形成火焰。此时，试液在火焰中产生原子蒸气。雾化器是火焰原子化器中的最重要的部件，它的作用是将试液变成细雾。雾粒越细、越多，在火焰中生成的基态自由原子就越多，仪器的灵敏度就越高。雾化器的雾化效果越稳定，火焰法测量的数据就越稳定。雾化器的雾化效率在10%左右。三、基本结构---原子化系统雾化器雾化器是原子化器的关键部分，其作用是将试液雾化，使之形成直径为微米级别的气溶胶，要求喷雾稳定、产生的雾珠要尽量微细和均匀，单位时间导入火焰的试样要多。玻璃雾化器：不耐氢氟酸，易碎。金属雾化器：雾化效率不及玻璃雾化器高。三、基本结构---原子化系统雾化器金属雾化器玻璃雾化器三、基本结构---原子化系统雾化筒雾化筒（预混合室）：一般为圆筒状，内壁具有一定的锥度，下面开一个排液口（耐腐蚀材料制成，如钛、其它特殊材料）。作用：燃气与助燃气在这里混匀将较大的雾珠排入废液，将小雾珠送入火焰中防爆塞设计雾化筒：是在原子吸收发生回火时，防爆塞首先弹出，进行卸压的作用三、基本结构---原子化系统燃烧头最常用的是单缝燃烧头，其作用是产生火焰，其一般材料使用纯钛，其强度大，化学性能稳定而呈隋性。燃烧头上面的缝宽及长度均由火焰燃烧性质决定的。三、基本结构---原子化系统火焰原子化过程三、基本结构---原子化系统火焰原子化过程三、基本结构---原子化系统火焰原子化过程火焰的原子化能力主要表现为温度及化学反应能（指火焰中试样与火焰中的产物或半分解产物之间的化学反应过程促使原子化能力）预热区：预热至着火温度第一反应区：燃气与助燃气在该区域进行复杂的反应，燃烧不充分，半分解产物较多，温度未达到最高点，很少用这一区域作为吸收区进行分析工作。但对易原子化、干扰效应小的碱金属分析，可以用这一区进行分析。中间薄层区：温度达到最高点，主要应用于原吸的分析区。第二反应区：温度下降，基态原子重新在这一区形成化合物，不能用于原子吸收分析。三、基本结构---原子化系统火焰的种类止前，市面上原吸最常用的火焰有：空气-乙炔火焰、笑气-乙炔火焰、空气-液化石油气火焰、富氧-乙炔火焰常用火焰的温度及燃烧速度见右表三、基本结构---原子化系统火焰与测定的元素火焰类型数量具体元素空气-乙炔火焰40Ag,As,Au,Ba,Bi,Ca,Cd,Co,Cr,Cs,Cu,Fe,Ga,Ge,Hg,In,Ir,K,Li,Mg,Mn,Mo,Na,Ni,Os,Pb,Pd,Pt,Rb,Rh,Ru,Sb,Se,Sn,Sr,Tc,Te,Ti,Tl,Zn笑气-乙炔火焰42Al,As,B,Ba,Be,Ca,Cr,Dy,Er,Eu,Ga,Gd,Ge,Hf,Ho,La,Lu,Mg,Mo,Nb,Nd,Os,P,Pr,Re,Rh,Sc,Se,Si,Sm,Sn,Sr,Ta,Tb,Ti,Tm,U,V,W,Y,Yb,Zr空气-液化石油气火焰23Ag,Au,Bi,Ca,Cd,Co,Cr,Cu,Fe,In,K,Li,Mg,Mn,Na,Ni,Pb,Pd,Pt,Rb,Rh,Sb,Zn三、基本结构---原子化系统火焰原子化的特点1、原子化条件稳定，测定的重现性好2、分析速度快3、测定元素范围广4、操作简单1、雾化率较低，大部分样品变为废液2、自由原子在光路中的停留时间较短3、难熔元素等易生成难离解氧化物，原子化效率低三、基本结构---原子化系统石墨炉原子化器石墨炉原子化器的分类：横向加热石墨炉纵向加热石墨炉三、基本结构---原子化系统纵向加热石墨炉原子化器结构图OuterGasflowInnerGasflowInnerGasflow三、基本结构---原子化系统横向加热石墨炉原子化器结构图横向加热石墨炉图示普析横向加热石墨炉三、基本结构---原子化系统1000150020002500-10-8-6-4-20246810温度(℃)与中心点距离(mm)横向、纵向石墨管温度分布比较曲线横向纵向三、基本结构---原子化系统降低元素原子化温度。由于是整个石墨管同时达到所要求的原子化温度，没有温度梯度的影响，所以有许多元素原子化温度都有所下降，列举了采用公司的横向加热石墨管和国外某纵向加热石墨管针对某些元素的原子化温度.元素纵向涂层管横向加热热解平台PbAsCuMnCrMoV20002200230023002500270027001500180018001900210024002400降低原子化温度三、基本结构---原子化系统横向石墨炉降低记忆效应00.050.10.150.20.250.30.3513579111315次数吸收值00.10.20.30.40.513579111315171921次数吸收值横向平台石墨管测钼记忆效应纵向平台石墨管测钼记忆效应横向加热平台石墨管测定易形成碳化物的元素钼时，较纵向加热石墨炉所产生的记忆效应要小。三、基本结构---原子化系统石墨炉原子化器外气：石墨电极把石墨管罩住，在石墨管和石墨电极间流通着惰性保护气体（Ar)，将石墨管与外界空气隔离。内气（载气）：石墨管内通过的惰性气体（Ar）冷却水：为了防止高温毁坏石墨炉，并保证石墨管在一个测定周期后迅速冷却，通常在石墨炉金属电极上装有冷却水管。三、基本结构---原子化系统石墨炉原子化过程干燥（Dry）灰化（Ash）原子化（Atomize）温度时间高温灼烧CleanOut冷却CoolDown三、基本结构---原子化系统石墨炉原子化器的特点标准火焰石墨炉灵敏度ppm-%ppt-ppb精度好不错干扰少多速度快慢操作方便程度容易较复杂火焰的毒害性是无自动化可行性是是(不用人监视）操作费用低中等三、基本结构---原子化系统石墨管平台石墨管三、基本结构---原子化系统石英管原子化器测定元素：As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、Se、Te石英管原子化器氢化物发生器温度：850-900℃有较佳的灵敏度检出限：ng/mL级别三、基本结构---分光系统分光系统主要作用：将待测元素特征谱线与邻近谱线分开核心部件：光栅光栅实物平面光栅凹面光栅中阶梯光栅三、基本结构---分光系统石英管原子化器氢化物发生器光栅出射狭缝入射狭缝球面反光镜球面反光镜狭缝调节轮光栅角度的变化决定了从出射狭缝射出的谱线波长转动小杆可调节光栅角度Czerny-Turner型单色器:如下图所示.主要特点是所采用的光学元件少,光通量大,分辨率较高,较易做到高准确性.三、基本结构---分光系统特点:成本低，结构紧凑，多用于小型光谱仪。杂散光大灵敏度抵。特点:用两块凹面镜代替一块大凹面镜，可消除象差。三、基本结构---分光系统三、基本结构---检测系统将光信号转换为