原子吸收知识..doc

原子吸收分光光度法知识
1、原子吸收分光光度法的原理
为什么原子吸收光
原子吸收光谱法利用原子对固有波长光的吸收进行测定。
所有的原子可分类成具有低能量和高能量的。具有低能量的状态称为基态而具有高能量的状态称为激发态。处于基态的原子吸收外部能量,变成激发态。例如,钠主要有两种具有较高能量的激发态,分别比基态原子高 和 ,如图 . (eV 是能量的计量单位, 称为“电子伏特”) 当 能量给于处于基态的钠原子,原子将移动到激发态(I) ;当 能量给予基态,原子将移动到激发态(II)。
给予的能量以光的形式, 和 和 波长光的能量。
对于钠基态原子而言,只吸收这些波长的光,而不吸收其他波长的光。
图 钠的能级
基态和激发态能量的差取决于元素和吸收光的波长。原子吸收光谱法使用空心阴极灯(HCL)。
HCL 给出被测定元素的特征波长的光。根据光吸收从而测定原子密度。
光吸收率和原子密度之间的关系
当一定强度的光给予许多处于基态的原子时,部分的光被原子吸收。
原子密度决定吸收率。
图 原子吸收的原理
如图 .,当强度 Io 的光照射到密度为 C 的原子蒸气上,蒸气的长度是 1 ,光经过原子蒸气以后强度减弱为 I。
I 和 Io 之间具有下列关系:
(k:比例常数) 或
上述关系式称为 Lambert-Beer 定律, 值为吸收。
上述公式表明吸收正比于原子密度。
例如,当1,2 和 3 ppm 样品的吸收测定后,以浓度和吸收作图,得到如图 . 的直线,以图象表示的吸收和浓度的关系称为校准曲线。
当一个未知样品的吸收得到后,其浓度就可如图所示求得。
图 校准曲线
样品原子化的方法
上述原理可应用到自由原子对光的吸收。“自由原子”意味着没有和其他原子结合的原子。然而,样品中要分析的元素并不一定处于自由状态,而常常于其他元素结合成为所谓的分子。例如,海水中的钠多数与氯结合形成 NaCl (氯化钠) 分子。分子状态样品不能测定原子吸收,因为分子不吸收特定波长的光。
这些结合的原子必须使用一些手段,切断相互的结合使之成为自由原子。这一过程称为原子化。最常用的原子化方法是热解离,即把样品加热到高温,使分子转换到自由原子。热解离方法又可分成火焰方法,采用化学火焰作为热源;和无火焰方法,采用非常小的电炉。
a) 火焰原子吸收
用于原子化的火焰使用燃烧器产生,这是最普遍的方法。目前商品原子吸收装置作为标准配备几乎都有燃烧器。
图 火焰原子吸收
图 . 是典型的燃烧器示意图。
图中说明以氯化钙形式的含钙溶液样品的测定。样品首先通过雾化器雾化。大的水滴作为废液排放,只有细的雾粒在雾化室与燃气和助燃气混合送入火焰。
当这些雾粒进入火焰中后,雾粒迅速蒸发产生细的氯化钙分子颗粒。这些颗粒在火焰中由于热的作用,氯化钙进一步离解成自由的钙原子和氯原子。
(Ca)的光束照射到这部分火焰时,就产生原子吸收。在火焰的上部,部分钙原子与氧结合变成氧化钙,而一部分进一步电离。因此,光通过火焰的上部原子吸收的灵敏度就不会太高。
许多不同种类的气体组合曾被用作原子化的火焰。考虑到分析灵敏度、安全、使用简单和稳定性等因素,四种标准火焰被应用于原子吸收:空气-乙炔,氧化亚氮-乙炔,空气-氢和氩-氢。这些火焰应用于不同的元素,关键取决于温度和气体的特性。
b) 电热原子吸收
原子化方法中火焰仍然作为标准的原子化方法被广泛地使用,其原因是测定值的重现性好和使用简单。然而,火焰方法的主要缺点是原子化率低,提升的样品只有 1/10 左右被利用,而 9/10 作为废液被排放了。因此,其原子化效率低和分析灵敏度也不是很高。
电热原子吸收(无火焰方法), 使用石墨管,改善了上述缺点,灵敏度提高 10 ~ 200 倍之多。此方法起源于前苏联的 L'vov 博士。
图 无火焰原子化器
在电热原子吸收方法中,样品注入到石墨管中,最大达300 安培的电流加到管上。石墨加热到高温,样品中的元素原子化。
如果光源的光通过石墨管,光被原子化的原子吸收。
在实际测定中,样品注入到管中后,加热过程分如图 ,即:干燥阶段,管加热到约 100oC,样品中的水完全蒸发;然后是灰化阶段,管加热到 400oC ~ 1000oC,有机物质和其他共存物质分解和蒸发;最后是原子化阶段,加热到 1400oC ~ 3000oC,留在管中的金属盐类原子化。通常加热方式如图 所示,分成阶梯式升温(如图中的实线)