浅析原子吸收分光光度计的结构及原理

原子化器的功能是提供能量,使试样干燥、蒸发和原子化。原子化器主要有两大类,即火焰原子化器和无火焰原子化器。①火焰原子化器由火焰提供能量,在火焰原子化器中实现被测元素原子化,原子化的温度在2100℃~2400℃之间。火焰原子化系统将被分析溶液转化成自由基态原子并置于光路中。通常的方法是用雾化器将样品雾化,用雾化室将较大的雾滴滤除掉,剩下的小雾滴与火焰气体混合。在火焰底部,溶剂被蒸发掉,样品成为非常小的固体颗粒,进而形成基态自由原子出现在光路中。火焰有多种火焰,目前普遍应用的是空气—乙炔火焰。利用空气—乙炔测定的元素可达30多种,若使用氧化亚氮—乙炔火焰,测定的元素可达70多种。但氧化亚氮—乙炔火焰安全性较差,应用不普遍。空气—乙炔火焰原子吸收分光光度法,一般可检测到PPm级,精密度1%左右。

当元素的特征辐射通过该元素的气态基态原子区时,部分光被蒸气中基态原子共振吸收而减弱,通过单色器和检测器测得特征谱线被减弱的程度,即吸光度,根据吸光度与被测元素的浓度成线性关系,从而进行元素的定量分析。

2、在元素分析中应用

火焰光度计是以发射光谱为基本原理的一种分析仪器。包括:气体和火焰燃烧部分、光学部分、光电转换器及检测记录部分。其过程是由雾化器将试样喷入火焰,激发发光,经分光后由检测器测量发射强度,后者与试样中待测元素含量成正比。如:将
食盐置于火焰光度计中时,火焰呈黄色,这是由于食盐中的钠
原子外层电子吸收火焰的热能,而跃迁到受激
能级,再由受激能级恢复到正常状态时,电子就要释放 能量。这种
能量的表征式发射出钠原子所特有波长的 光谱线环
色光谱。利用火焰的热能使某元素的原子激发发光,并用仪器检测其光谱
能量的强弱,进而判断物质中某元素含量的高低,这类仪器称之为火焰光度计。如今较为先进的火焰光度计可同时进行多元素的同时分析检测,内置空压机一体化设计,并带有软件记录。

原子吸收光谱法中检测器通常使用光电倍增管。光电倍增管是一种多极的真空光电管,内部有电子倍增机构,内增益极高,是目前灵敏度最高、响应速度最快的一种光电检测器,广泛应用于各种光谱仪器上。最常用的则是峰响应在185-900nm范围的广域光电倍增管。

AFS是一种辐射的去活化过程,当特定的基态原子(一般为蒸气状态)吸收合适的特定频率的辐射,其中部分受激发态原子在去激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。

1、灵敏度高:原子吸收分光光度法测定大多数金属元素的相对灵敏度为1.0×10-8——1.0×10-10g•mL-1,非火焰原子吸收分光光度法的绝对灵敏度为1.0×10-12——1.0×10-14g。这是由于原子吸收分光光度法测定的是占原子总数99%以上的基态原子,而原子发射光谱测定的是占原子总数不到1%的激发态原子,所以前者的灵敏度和准确度比后者高的多。

在测定中为了稳定火焰和排除一些元素的干扰,常在测定液中加入“缓冲剂”,如K,
Ca, Mg
同时存在彼此间对测定有影响,如果把这三种元素配成饱和溶液为“缓冲剂”,在试液中加到一定量时,则产生的影响是单一恒定值,可作本底扣除,测钠时,大量的HCO32-存在可使结果偏低,可用盐酸酸化试液后加热除去.

光源

1.
灵敏度高,火焰原子法,ppm级,有时可达ppb级;石墨炉可达10-9~10-14(ppt级或更低)。

原子吸收分光光度计现巳广泛用于各个分析领域,主要有四个方面:理论研究;元素分析;有机物分析;金属化学形态分析

火焰光度计是以发射光谱为基本原理的一种分析仪器。包括:气体和火焰燃烧部分、光学部分、光电转换器及检测记录部分。下面本文就给大家着重的介绍下火焰光度计以及其原理分别是什么?有兴趣的小伙伴可以和本小编一起来看下!

A=KC

三者都涉及原子化过程,其蒸发、原子化过程相似。

缺点:每测验一种元素就要使用一种元素灯而使得操作麻烦。对于某些复杂的样品分析,尚存某些干扰问题需要解决。如何进一步提高灵敏度和降低干扰是当前和今后原子吸收分析工作者研究的重要课题。

火焰光度法是按罗马金公式进行定量分析的,即I=aXc的b次方,式中I为谱线的强度,c是待测元素的含量,d是与待测元素的蒸发、激发条件有关的常数;b为自吸系数,因为用火焰作激发光源,其温度可通过控制空气与燃气的流量以保持稳定,又因采用液体试样,试样组分的影响较少,故在各次测定中a是个较稳定的常数,一般由于试样浓度较低,自吸可忽略不计,于是I=λc,并可用相对强度的测量方法进行分析。

原子吸收光谱法是基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析的方法。

局限性:多元素同时测定有困难;难熔元素(如W)、非金属元素测定困难、对复杂样品分析干扰也较严重;石墨炉原子吸收分析的重现性较差。

原子吸收光谱分析,由于其灵敏度高、干扰少、分析复合快速,现巳广泛地应用于工业、农业、生化、地质、冶金、食品、环保等各个领域,目前原子吸收巳成为金属元素分析的最有力工具之一,而且在许多领域巳作为标准分析方法。原子吸收光谱分析的特点决定了它在地质和冶金分析中的重要地位,它不仅取代了许多一般的湿法化学分析,而且还与X-
射线荧光分析,甚至与中子活化分析有着同等的地位。目前原子吸收法巳用来测定地质样品中40多种元素,并且大部分能够达到足够的灵敏度和很好的精密度。钢铁、合金和高纯金属中多种痕量元素的分析现在也多用原子吸收法。原子吸收在食品分析中越来越广泛。食品和饮料中的20多种元素巳有满意的原子吸收分析方法。生化和临床样品中必需元素和有害元素的分析现巳采用原子吸收法。有关石油产品、陶瓷、农业样品、药物和涂料中金属元素的原子吸收分析的文献报道近些年来越来越多。水体和大气等环境样品的微量金属元素分析巳成为原子吸收分析的重要领域之一。利用间接原子吸收法尚可测定某些非金属元素。

进行火焰
光度分析时,把待测液用雾化器使之变成溶胶导入火焰中,待测元素因热离解生成
基态原子,在火焰中被激发而产生光谱,经 单色器分解成
单色光后通过光电系统测量,由于火焰的湿度比较低,因此只能激发少数的元素,而且所得的光谱比较简单,干扰较小,
火焰光度法特别适用于较易激发的 碱金属及 碱土金属的测定.

②无火焰原子化器

AAS AES AFS 三者之间的异同点

一、原子吸收分光光度计的工作原理

简介

原子吸收分光光度计一般由四大部分组成,即光源、试样原子化器、单色器和检测系统。

AFS:

3、选择性强:由于原子吸收谱线仅发生在主线系,而且谱线很窄,线重叠几率较发射光谱要小很多,多以光谱干扰较小选择性强,而且光谱干扰容易克服。大多数情况下,共存元素不对原子吸收光谱产生干扰。由于选择性强,使得分析准确快速。,分析一个元素只需数十秒至数分钟。

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2、原子吸收分光光度计结构

是利用物质在热激发或电激发下,每种元素的原子发射特征光谱来判断物质的组成并进行元素的定性与定量分析。

利用待测元素的共振辐射,通过其原子蒸汽,测定其吸光度的装置称为原子吸收分光光光源,原子化器,光学系统和检测系统。它主要用于痕量元素杂质的分析,具有灵敏度高、精确度好和选择性好三大主要优点。广泛应用于特种气体,金属有机化合物,金属醇盐中微量元素的分析。但是测定每种元素均需要相应的空心阴极灯,这对检测工作带来不便。

工作原理

式中K为常数;C为试样浓度;K包含了所有的常数。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础由于原子能级是量子化的,因此,在所有的情况下,原子对辐射的吸收都是有选择性的。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同,元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同,因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。由此可作为元素定性的依据,而吸收辐射的强度可作为定量的依据。

AAS AES AFS 各自主要特点

4、在金属化学形态分析中的应用

原子吸收分光光度计主要用于痕量元素杂质的分析,具有灵敏度高及选择性好两大主要优点。广泛应用于各种气体、金属有机化合物、金属醇盐中微量元素的分析。下面,贤集网小编给您介绍一下原理收分光光度计的原理及其基本组成。1、原子吸收分光光度计原理

AAS:

元素在热解石墨炉中被加热原子化,成为基态原子蒸汽,对空心阴极灯发射的特征辐射进行选择性吸收。在一定浓度范围内,其吸收强度与试液中被的含量成正比。其定量关系可用郎伯-比耳定律,A=
-lg I/I o= -lgT = KCL
,式中I为透射光强度;I0为发射光强度;T为透射比;L为光通过原子化器光程(长度),每台仪器的L值是固定的;C是被测样品浓度;所以A=KC。

单色器是用于从激发光源的复合光中分离出被测元素的分析线的部件。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜、色散元件和聚焦装置组成。

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三、原子吸收分光光度计的应用

众所周知,任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成,原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级,因此,一个原子核可以具有多种能级状态。能量最低的能级状态称为基态,其余能级称为激发态能级,而能量最低的激发态则称为第一激发态。正常情况下,原子处于基态,核外电子在各自能量最低的轨道上运动。如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子,当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差ΔE时,该原子将吸收这一特征波长的光,外层电子由基态跃迁到相应的激发态,而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱法
(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射,使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同,将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光,这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时,即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量频率时,原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线,使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A,在线性范围内与被测元素的含量成正比:

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无火焰原子化器又分为石墨炉原子化器、冷蒸气发生原子化器及氢化物发生原子化器等。应用最广的是石墨炉原子化器,其由电热石墨炉及电源等部件组成。其功能是利用电能加热盛放试样的石墨容器,使之达到高温,将供试品溶液干燥、灰化,再通过高温原子化阶段使待测元素形成基态原子,其原子化的温度在在2900℃~3000℃之间。石墨炉法,进样量少,灵敏度高,有的元素也可以分析到pg/mL级。石墨炉原子吸收分光光度计,可以测定近50种元素。

AAS是基于“基态原子”选择性吸收光辐射能(hv),并使该光辐射强度降低而产生的光谱。

原子吸收可作为物理和物理化学的一种实验手段,对物质的一些基本性能进行测定和研究。电热原子化器容易做到控制蒸发过程和原子化过程,所以用它测定一些基本参数有很多优点。用电热原子化器所测定的一些有元素离开机体的活化能、气态原子扩散系数、解离能、振子强度、光谱线轮廓的变宽、溶解度、蒸气压等。

检测系统

1.
灵敏度高,检出限较低。采用高强度光源可进一步降低检出限,有20种元素优于AAS。

二、原子吸收分光光度计的特点

原子化器

2.
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。

利用间接法可以测定多种有机物。8-
羟基喹啉(Cu)、醇类(Cr)、醛类(Ag)、酯类(Fe)、酚类(Fe)、联乙酰(Ni)、酞酸(Cu)、脂肪胺(co)、氨基酸(Cu)、维生素C(Ni)、氨茴酸(Co)、雷米封(Cu)、甲酸奎宁(Zn)、有机酸酐(Fe)、苯甲基青霉素(Cu)、葡萄糖(Ca)、环氧化物水解酶(PbO、含卤素的有机化合物(Ag)等多种有机物,均通过与相应的金属元素之间的化学计量反应而间接测定。

单色器

AES:

通过气相色谱和液体色谱分离然后以原子吸收光谱加以测定,可以分析同种金属元素的不同有机化合物。例如汽油中5种烷基铅,大气中的5种烷基铅、烷基硒、烷基胂、烷基锡,水体中的烷基胂、烷基铅、烷基揭、烷基汞、有机铬,生物中的烷基铅、烷基汞、有机锌、有机铜等多种金属有机化合物,均可通过不同类型的光谱原子吸收联用方式加以鉴别和测定。

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2.
检出限低,10~0.1mg×g-1(一般光源);ng×g-1(ICP—电感耦合等离子体光源)。

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%——3%,性能好的仪器可达0.1%——0.5%。

光源是原子吸收光谱仪的重要组成部分,它的性能指标直接影响分析的检出限、精密度及稳定性等性能。光源的作用是发射被测元素的特征共振辐射。对光源的基本要求:发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度;辐射的强度要大;辐射光强要稳定,使用寿命要长等。空心阴极灯是符合上述要求的理想光源,应用最广。

相似之处:

1、在理论研究中的应用

从原理看,相应能级间跃迁所涉及的频率相同。

3、在有机物分析中的应用

3.
选择性好,方法简便:由光源发出特征性入射光很简单,且基态原子是窄频吸收,元素之间的干扰较小,可以测定大部分金属元素。

AFS(原子荧光光谱):

在正常状态下,原子处于基态,原子在受到热(火焰)或电(电火花)激发时,由基态跃迁到激发态,返回到基态时,发射出特征谱线。

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AAS(原子吸收光谱):

介于原子发射(AES)和原子吸收(AAS)之间的光谱分析技术,其原理类似于原子发射光谱技术。通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激发下所产生的荧光发射强度,以此来测定待测元素含量的方法。

  1. 准确度较高,5%~10% (一般光源); <1% (ICP) 。

基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光的吸收为基础的分析方法。

局限性:荧光淬灭效应、复杂基体效应等可使测定灵敏度降低;散色光干扰;可测量的元素不多,应用不广泛(主要因为AES和AAS的广泛应用,与它们相比,AFS没有明显的优势)。

  1. 多元素检测,分析速度快。

不同之处:

局限性:非金属元素不能检测或灵敏度低。

  1. 谱线简单,干扰较少,可以做成非色散AFS。

  2. 校正曲线范围宽(3~5个数量级)。

  3. 易制成多道仪器(产生的荧光各个方向发射)——多元素同时测定。

4.
试样消耗少(毫克级),适用于微量样品和痕量无机物组分分析,广泛用于金属、矿石、合金、和各种材料的分析检验。

AES(原子发射光谱):

“光谱三兄弟”简介

AES是基态原子受到热、电或光能的作用,原子从基态跃迁至激发态,然后再返回到基态时所产生的光谱(共振发射线和非共振发射线)

AAS(原子吸收光谱)、AES(原子发射光谱)、AFS(原子荧光光谱)是三种常见的光谱分析技术,在食品、化工、环境等领域具有广泛的用途,由于其原理相近,结构类似,很多初学者对于这三种技术难以参透,因此小编今天就带大家辨一辨这“光谱三兄弟”。

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