原子吸收.ppt

原子光谱法,原子吸收光谱法,原子发射光谱法,原子荧光法,第二章 原子吸收分光光度法,原子的能级 核外电子的排布,激发态：1s2 2s2 2p6 4s1,能量 E0,能量 Ej,一、原子光谱,原子核外电子在不同能级间跃迁产生的光谱。,第二章 原子吸收分光光度法,基态：1s2 2s2 2p6 3s1,钠（11Na）原子,激发态：1s2 2s2 2p6 4s1,能量 Ej,一、原子光谱,第二章 原子吸收分光光度法,基态 激发态,hv(吸收辐射),原子核外电子在不同能级间跃迁产生的光谱。,能量 E0,基态：1s2 2s2 2p6 3s1,一、原子光谱,第二章 原子吸收分光光度法,基态 E0,激发态 Ej,E=Ej-E0,=hv,紫外区，可见光区,基态 激发态,hv(吸收辐射),原子核外电子在不同能级间跃迁产生的光谱。,基态 E0,第一激发态 Ej1,第二激发态 Ej2,E1=Ej1-E0,=hv1,E2=Ej2-E0,=hv2,一、原子光谱,第二章 原子吸收分光光度法,频率,吸光系数,特点：线光谱,一些分离的特征锐线,一、原子光谱,第二章 原子吸收分光光度法,基态 E0,第一激发态 Ej1,第二激发态 Ej2,基态 E0,第一激发态 Ej1,E1=Ej1-E0,=hv1,一、原子光谱,第二章 原子吸收分光光度法,共振吸收线,最灵敏,基态 E0,第一激发态 Ej1,E1=Ej1-E0,=hv1,一、原子光谱,第二章 原子吸收分光光度法,共振发射线,基态 E0,第一激发态 Ej1,E1=Ej1-E0,=hv1,一、原子光谱,第二章 原子吸收分光光度法,不同元素的原子，v1是否相同？,共振线,上世纪50年代中期发展起来的新型仪分方法元素分析的常规武器,光源,单色器,检测器,原子化器,分析示意图,气态基态原子,基态原子吸收的特征谱线,基态 第一激发态,hv,二、原子吸收光谱法的基础理论,共振发射线,共振吸收线,被测元素,分析基础：处于气态的基态原子对光的吸收,光源,单色器,检测器,原子化器,分析示意图,被测元素,基态原子吸收的特征谱线,共振吸收线,共振发射线,二、原子吸收光谱法的基础理论,气态基态原子,光源,单色器,检测器,原子化器,分析示意图,被测元素,分光,检测特征谱线透过光的强度,共振发射线,基态原子吸收的特征谱线,共振吸收线,二、原子吸收光谱法的基础理论,分析基础：处于气态的基态原子对光的吸收定量方法：,被测元素含量,特征谱线强度的减弱程度,气态基态原子,化合物,吸收能量,气态原子,基态激发态,二、原子吸收光谱法的基础理论,光源,单色器,检测器,原子化器,分析示意图,被测元素,1.基态原子数与含量,玻耳兹曼分布：,NjNo,=,gjgo,e-(Ej-Eo)/KT,原子个数,基态,激发态,能级统计权重,玻耳兹曼常数,绝对温度,二、原子吸收光谱法的基础理论,1.基态原子数与含量,二、原子吸收光谱法的基础理论,1.基态原子数与含量,N0=kc,能量 EA0,能量 EB1,能量 EA1,EA=EA1-EA0,=hvA,EB=EB1-EB0,=hvB,能量 EB0,2.原子吸收分光光度法的特点：（1）选择性好：元素之间一般无干扰,二、原子吸收光谱法的基础理论,（2）灵敏度高：10-6-10-12 g/ml（不同的原子化器决定）（3）可分析周期表中70%以上的元素（4）分析速度快，几秒之内完成缺点：仪器部件多，操作麻烦,2.原子吸收分光光度法的特点：,二、原子吸收光谱法的基础理论,3.原子吸收光谱轮廊与谱线展宽,理论上：线状光谱实际上：峰形吸收(具有一定宽度),吸收系数,频率,二、原子吸收光谱法的基础理论,表征吸收线轮廓(峰)的参数：峰值吸收系数：K0中心频率O(峰值频率)：K0 对应的频率；,3.原子吸收光谱轮廊与谱线展宽,二、原子吸收光谱法的基础理论,吸收系数,频率,表征吸收线轮廓(峰)的参数：半宽度：K0 一半处，吸收光谱线轮廓上两点之间的频率差或波长差。,3.原子吸收光谱轮廊与谱线展宽,二、原子吸收光谱法的基础理论,吸收系数,频率,原子吸收10-2 nm,原子发射 10-3 nm,自然宽度 10-5-10-6 nm,（1）自然宽度 照射光具有一定的宽度。,影响原子吸收谱线轮廓的因素：,3.原子吸收光谱轮廊与谱线展宽,二、原子吸收光谱法的基础理论,v0,检测器,v0+v,v0-v,vD=7.1610-7 v0(T/M)1/2,中心频率,原子量,绝对温度,T=3000K，M=50,500nm,10-3 nm,（2）温度变宽（多普勒变宽）,影响原子吸收谱线轮廓的因素：,3.原子吸收光谱轮廊与谱线展宽,二、原子吸收光谱法的基础理论,（3）压力展宽,碰撞 被测元素原子能级变化,E=Ej-E0=hv,被测原子与其它粒子间的碰撞（劳伦兹展宽）,被测原子间的碰撞（霍尔兹马克展宽）,碰撞几率 压强,L P,10-3-10-4 nm,影响原子吸收谱线轮廓的因素：,3.原子吸收光谱轮廊与谱线展宽,二、原子吸收光谱法的基础理论,（4）自吸变宽 光源空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象。,灯电流越大自吸越严重,影响原子吸收谱线轮廓的因素：,3.原子吸收光谱轮廊与谱线展宽,二、原子吸收光谱法的基础理论,原子蒸气,I0,It,l,吸收光程长度,原子吸收系数,被吸收线,透射光强,入射光强,4.原子吸收的测量,It=I0 e Kvl,二、原子吸收光谱法的基础理论,=10-3，若=500nm，分辨率R=/=5105 现在的分光装置无法实现!,积分吸收测定,Kvdv=N0,基态原子数,常数,峰值吸收系数,K0=2 a b N0/v,与原子的性质有关,与谱线的展宽过程有关,4.原子吸收的测量,二、原子吸收光谱法的基础理论,提供锐线光源：,光源中心 v0发=v0吸,发 吸,发=1/5-1/10 吸,光源强度足够大,在辐射线宽度范围内，K近似认为不变，并近似等于峰值时的吸收系数K0,4.原子吸收的测量,二、原子吸收光谱法的基础理论,峰值吸收测定（Walsh提出）：吸收池内被测元素原子浓度和温度不太高且变化不大时，峰值吸收系数K0与被测元素基态原子浓度存在线性关系。,A=-lg T=,lg,I0It,It=I0,e Kv l,A=lg(e Kv l),=0.434 Kv l,峰值处：Kv=K0=2abN0/v,4.原子吸收的测量,二、原子吸收光谱法的基础理论,峰值吸收测定（Walsh提出）：吸收池内被测元素原子浓度和温度不太高且变化不大时，峰值吸收系数K0与被测元素基态原子浓度存在线性关系。,A=0.434 l 2abN0/v,=k”l N0=k”l kc,A=Kc K与实验条件有关,峰值吸收测定（Walsh提出）：吸收池内被测元素原子浓度和温度不太高且变化不大时，峰值吸收系数K0与被测元素基态原子浓度存在线性关系。,4.原子吸收的测量,二、原子吸收光谱法的基础理论,A=lg(e Kv l),=0.434 Kv l,峰值处：Kv=K0=2abN0/v,三、原子吸收分光光度计,过滤掉原子化过程中产生的辐射,光源,单色器,检测器,原子化器,分析示意图,气态基态原子,基态原子吸收的特征谱线,基态 第一激发态,共振发射线,共振吸收线,被测元素,hv,仪器类型：,1.单通道单光束型,结构简单，价钱便宜,光源强度波动大，精确度差,过滤掉原子化过程中产生的辐射,光源,单色器,检测器,原子化器,分析示意图,气态基态原子,基态原子吸收的特征谱线,基态 第一激发态,共振发射线,共振吸收线,被测元素,hv,2.单通道双光束型,光源,分光系统,半反射半透镜,参比光束,吸收用光束,a 受光源波动影响小b 背景吸收无法扣除,I0,It,仪器类型：,3.双通道双光束型,光源,分光检测系统,光源,分光检测系统,斩光器,设备复杂，测定速度慢，价格贵,同时测定两种元素，可扣除背景吸收,仪器类型：,光源,单色器,检测器,原子化器,能量 E0,能量 Ej1,E1=Ej1-E0,=h发,Ej1E0,E0Ej1,E1=Ej1-E0,=h吸,（一）光源（锐线光源）：,（一）光源（锐线光源）：发射被测元素的特征谱线空心阴极灯（HCL）（Hollow Cathode Lamp）,阳极(由钛、锆、钽、钨等材料制作),-+,150-300 V,钨棒,氖气（Ne）,2Ne Ne+Ne-,阴极(由被测元素材料制成),（一）光源（锐线光源）：发射被测元素的特征谱线空心阴极灯（HCL）（Hollow Cathode Lamp）,-+,150-300 V,钨棒,氖气（Ne）,2Ne Ne+Ne-,阴极(由被测元素材料制成),（一）光源（锐线光源）：发射被测元素的特征谱线空心阴极灯（HCL）（Hollow Cathode Lamp）,-+,150-300 V,钨棒,氖气（Ne）,2Ne Ne+Ne-,阴极(由被测元素材料制成),（一）光源（锐线光源）：发射被测元素的特征谱线,-+,150-300 V,钨棒,氖气（Ne）,2Ne Ne+Ne-,多种被测元素的合金,混合阴极灯,（二）原子化器：提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。使被测元素达到气态原子状态,火焰原子化器,无火焰的原子化器,测定灵敏度10-6-10-8,稳定性好，精密度高,误差小于3%,氢化物发生原子化器,1火焰原子化器：常用预混合型原子化器。,雾化器（将试液雾化）燃烧器（均匀混合气溶胶）火焰（蒸发和原子化气溶胶）,先雾化试样，与燃气、助燃气混合，再燃烧，样本利用率10%,1火焰原子化器：常用预混合型原子化器。,雾化器（将试液雾化）燃烧器（均匀混合气溶胶）火焰（蒸发和原子化气溶胶）,最常用的火焰：乙炔-空气火焰乙炔-氧化亚氮火焰,原子吸收分析的关键：1.火焰类型2.流量比,火焰类型：助燃气 空气 笑气(N2O)燃气 乙炔 乙炔温度T(K)最高2500 最高3200对象 较易原子 不易原子 化的元素 化的元素,不同流量比得到不同的火焰,计量性火焰富燃性火焰贫燃性火焰,5O2+2C2H2=4CO2+2H2O,温度、稳定性、灵敏度,最高 5O2+2C2H2次之 5O2+3C2H2 最低 5O2+1C2H2,原子吸收分析的关键：1.火焰类型2.流量比,进样,石英管,燃烧器,火焰,脉冲进样：样品损失少，但灵敏度低,原子捕集技术：,2无火焰原子化器：常用管式石墨炉原子化器,（1）电加热器件（2）保护气控制系统（3）石墨管状炉组成,2无火焰原子化器：常用管式石墨炉原子化器,石墨炉的升温过程：干燥(110oC)、热解(180-2000oC)、原子化和除残(3500oC),（二）原子化器：提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。使被测元素达到气态原子状态,火焰原子化器,无火焰的原子化器,测定灵敏度10-6-10-8,稳定性好，精密度高,误差小于3%,氢化物发生原子化器,进样量小，可以测紫外区吸收线强度，检出限达到10-12-10-13，安全，精密性差，背景干扰大,样本（pH）,还原剂,NaBH4KBH4,通电线圈,N2,氢化物发生原子化器测As，Ge，Se，Pb，Sn）,经化学反应生成氢化物,（二）原子化器：提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。使被测元素达到气态原子状态,火焰原子化器,无火焰的原子化器,测定灵敏度10-6-10-8,稳定性好，精密度高,误差小于3%,氢化物发生原子化器,进样量小，可以测紫外区吸收线强度，检出限达到10-12-10-13，安全，精密性差，背景干扰大,干扰小，灵敏度高，检出限达到10-12,（三）分光系统组成：光栅，反射镜，狭缝1.将特征谱线与邻近谱线分开2.遮挡从原子化器辐射出来的强光,分光能力,分辨率（R）倒数线色散率,R=/=m N,色散性能最低要求,两邻近谱线的平均波长,两邻近谱线波长差,倒数线色散率：在焦面上拉开单位距离时，两相邻谱线的波长差nm/mm,线色散率：相邻单位波长的两条谱线在焦面上分开的距离mm/nm,光谱带宽,W(nm)=D(nm/mm)S(mm),倒数线色散率,狭缝宽度,要求：W1nm,一般元素：影响不大,过渡元素：影响很大,仪器的性能,S的调节,用特征浓度S表示灵敏度,火焰法：S=0.0044 c/A,石墨炉：S=0.0044 cV/A,检出限D：,D=c 3/A,标准偏差,当A=3时，D=c,综合反映,性能指标：,Rc,单位浓度或含量的变化引起信号的变化值,比值越大，测定越灵敏,三、干扰效应及其抑制 原子吸收光谱分析中，干扰效应按其性质和产生的原因，可以分为五类。（一）光谱干扰：包括吸收线重叠、光谱带内存在非吸收线等。a.发射法 A减小b.吸收法 A增大,（二）背景吸收干扰1分子吸收干扰：原子化过程中生成的气体、氧化物及盐类分子对光的吸收。2光散射的影响：在原子化过程中产生的固体微粒对光产生散射，使被散射的光偏离光路而不为检测器所检测，导致吸光度值偏高。,A,3氘灯背景吸收校正先用锐线光源测定分析线的原子吸收和背景吸收的总吸光度，再用氘灯（紫外区）在同一波长测定背景吸收（这时原子吸收忽略不计），计算两次测定吸光度之差，即可使背景吸收得到校正。,3氘灯背景吸收校正,HCL,氘灯,钨丝灯光源和氘灯，经分光，光谱通带0.2nm。而原子吸收线半宽度：10-3nm。,旋转斩光器交替使氘灯（D灯）提供的连续光谱和空心阴极灯（HCL）提供的共振线通过火焰；D灯（连续光谱）：测定背景吸收(共振线吸收相对于总吸收可忽略),AD=A背,AHCL=A被+A背,旋转斩光器交替使氘灯（D灯）提供的连续光谱和空心阴极灯（HCL）提供的共振线通过火焰；HCL（共振线）：测定总吸收,AD=A背A=AHCL-AD=A被=Kc,It(HCL)I0(HCL),It(D)I0(D),A=A被=Kc=lg,当 I0(D)=I0(HCL),It(D)It(HCL),A=AHCL-AD=lg-lg,Na Na+e,被测元素原子,K K+e,（三）电离干扰：在高温下原子电离，使基态原子的浓度减少，引起原子吸收信号降低。加入更易电离的碱金属元素，可以有效地消除电离干扰。,（四）化学干扰：由于液相或气相中被测元素的原子与干扰物质组分之间形成热力学更稳定的化合物，从而影响被测元素化合物的解离及其原子化。,Ca2+PO43-Ca3(PO4)2,消除化学干扰的方法：a.加入释放剂(La3+)La3+PO43-La(PO4)b.加入保护剂(乙二胺四乙酸根离子)Ca2+EDTA Ca-EDTA c.加入缓冲剂:干扰物达一定浓度时，干扰作用成恒定值,（五）基体干扰（物理干扰）：试样在转移、蒸发和原子化过程中，由于试样任何物理特性（如粘度、表面张力、密度等）的变化而使原子化效率降低,引起原子吸收强度下降的效应。配制与被测试样相似组成的标准样品，是消除物理干扰最常用的方法。,四、定量分析方法（一）标准曲线法配制一组合适的标准样品，在最佳测定条件下，由低浓度到高浓度依次测定它们的吸光度A，以吸光度A对浓度C作图。在相同的测定条件下，测定未知样品的吸光度，从A-C标准曲线上求出未知样品中被测元素的浓度。,配制一系列标准溶液,浓度逐次递增,配制空白溶液,测出各标准溶液的吸光度值,吸光度(A)纵坐标,溶液浓度(c)横坐标,c c1、c2 cnA A1、A2 An,15 30 45 60 75,1.00.80.60.40.2 0,A,c,标准曲线,15 30 45 60 75,1.00.80.60.40.2 0,A,c,标准曲线,Ax,X：被测样品溶液,15 30 45 60 75,1.00.80.60.40.2 0,A,c,标准曲线,Ax,X：被测样品溶液,15 30 45 60 75,1.00.80.60.40.2 0,A,c,标准曲线,Ax,X：被测样品溶液,15 30 45 60 75,1.00.80.60.40.2 0,A,c,标准曲线,cx,Ax,X：被测样品溶液,（二）标准对照法,V，cx,V，cx,将被测样本溶液一分为二,V，溶剂,V，标准溶液(cs),（三）标准加入法 当无法配制组成匹配的标准样品时，可使用标准加入法。分取几份等量的被测试样，其中一份不加入被测元素，其余各份试样中分别加入不同已知量C1、C2、Cn的被测元素。在标准测定条件下分别测定它们的吸光度A，绘制A-Cn曲线，从曲线上求出未知样品中被测元素的浓度。,V，cx,V，cx,V，溶剂,V，标准液(cs),Ax cxAs cx+cs,=,Ax csAs-Ax,cx=,加入后：Ax=K1/2 cxAs=K1/2(cx+cs),加入前：Ax=K cx,V，cx,V,溶剂,V，标准液(cs),V，cx,V，cx,V，cx,V，标准液(2cs),V，标准液(3cs),A1=K1/2(cx+cs),A2=K1/2(cx+2cs),A3=K1/2(cx+3cs),A0=K1/2 cx,An=K 1/2(cx+ncs),An=K 1/2(cx+ncs),An,ncs,cs 2cs 3cs,A3 A2 A1 A0,cx,c.内标法,被测液cx,标准液cs,内标元素,量已知,同时测出 A样，A内,A样 A内,被测元素含量,15 30 45 60 75,1.00.80.60.40.2 0,c样（m mol/L）,标准曲线,cx,A样 A内,AxA内,被测元素 内标元素,Al Cr,Au Mn,特点：,1.需多道或双道原子吸收分光光度计,2.内标元素与被测元素在溶液或高温中的物理、化学、物理化学性质相似,3.精确度较高,例 用原子吸收分光光度法测定血浆中锌含量时，将三份0.20ml 的血浆样本分别加到2.00ml稀释液中，然后分别加入 0.00,0.01,0.02ml的10.00mg/LZn2+标准液，测得吸光度分别为0.131,0.265,0.397，计算血浆中锌的含量（mol/L，Mr(Zn)=65）,A=K c,Ax=K cx,As=K(cx+cs),Ax cxAs cx+cs,=,Ax csAs-Ax,cx=,cs1=,0.131 0.01 10-3 10 10-3(0.265-0.131)65 2 10-3,=7.52 10-7(mol/L),cs2=,0.131 0.02 10-3 10 10-3(0.397-0.131)65 2 10-3,=7.58 10-7(mol/L),cs=,7.55 10-7(mol/L),cs 2.00/0.20=7.55 10-6(mol/L),微量元素与甲型病毒性肝炎关系的研究 微量元素与健康关系密切。微量元素在人体中的平衡状态被打破后,造成体内代谢异常,引起一系列的生理变化。如：对病毒性肝炎的发生发展产生严重影响。研究甲型肝炎病毒感染者与血清中微量元素铜铁锌硒的关系：（1）检测甲型肝炎病毒感染者血清中的微量元素含量。（2）测定血清中微量元素之间比值。,五、原子吸收光谱法在医学检验中的应用,研究方法：微量元素测定：抽取被检者空腹静脉血5ml，分离血清,置-20冰箱冻存备检。铜铁锌测定方法：火焰原子吸收法,硒测定方法：氢化物发生原子吸收法。统计分析方法：SPSS910 统计软件进行T 检验、方差分析、组间多重分析、相关分析。,结果：甲肝患者血清中Zn、Se 含量明显低于对照组,统计学检验差异有非常显著性意义(P 0.05)。结论：微量元素铁锌硒(铁锌硒均对机体免疫功能产生影响)与甲型病毒肝炎存在密切关系。,实验组与对照组血清中微量元素之间比值的比较结果 HAV 感染者Cu/Zn、Fe/Zn 比值均高于对照组,但只有甲肝患者组与对照组比较差异有显著性意义(P 0.01)。结论：Cu/Zn、Fe/Zn 比值与甲型肝炎有密切关系,说明机体内的微量元素含量应保持在一定范围内,各元素含量之间的相互影响对机体的代谢生理将会产生影响。,原子荧光分析,气态基态金属原子,电磁辐射激发（一次辐射）,激发态,发射辐射（二次辐射）,基态或较低激发态,原子荧光 原子发射,激发源 辐射 电弧、火花等,无辐射跃迁 有 无,基态 E0,第二激发态 E2,第一激发态 E1,第三激发态 E3,E0 E1 E0,共振荧光,-h,E0 E2 E1,-h,直跃型荧光,E0 E3,E1E2,无辐射跃迁,共振荧光,强度最大，F=0 最灵敏线,共振线,直跃型荧光,强度次之，F 0,共振线,特点：检出限较原子吸收低，可用于多元素同时分析,定量：,IF=F A I0(1-e L N0),原子荧光强度,荧光效率,有效面积,光源强度,吸光系数,光程,基态原子数,IF=F A I0 L N0,IF=F A I0 L kc=K c,IF=F A I0 L N0,灵敏度,原子吸收：锐线光源,原子荧光：连续光谱,为什么可以多元素同时分析？,为什么检出限较原子吸收低？,光源,火焰,单色器,检测器,三种元素 M N P,250 260 280 nm,原子荧光分光光度计,非色散色散,滤光器,光栅，棱镜,