5原子吸收光谱法教程.pptx
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1、07:50:4107:50:42重金属如何快速高灵敏度的检测?如何消除干扰?AAS07:50:43一、共振线一、共振线resonant line二、谱线的轮廓与变二、谱线的轮廓与变宽宽line profile and broaden 三、吸收光谱的测量三、吸收光谱的测量detection of atomic absorption第一节第一节 原子吸收光谱法原子吸收光谱法基本原理基本原理第七章第七章原子吸收光谱法原子吸收光谱法principle of atomic absorption spectrometryatomic absorption spectrometry(AAS)07:50:43
2、一、共振线一、共振线 resonant line共振吸收线:原子吸收辐射后,原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线。共振发射线:原子外层电子由基态跃迁至第一激发态,又回到基态,发射出的光谱线。共振吸收线和共振发射线一起统称共振线。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的吸收而进行的定量分析方法。07:50:44以以频频率率为为,强强度度为为 I0 的的光光通通过过原原子子蒸蒸气气,其其中中一一部部分分光光被吸收,使该入射光的光强降低为被吸收,使该入射光的光强降低为 I :二、谱线的轮廓与变宽二、谱线的轮廓与变宽 line profi
3、le and broaden 其中其中k 为一定频率的光吸收系数。为一定频率的光吸收系数。若若原原子子蒸蒸气气中中原原子子密密度度一一定定,则则吸吸收收光光的的强强度度与与原原子子蒸蒸气气宽度满足:宽度满足:原子蒸气原子蒸气lhI0 I 1.吸收谱线的轮廓吸收谱线的轮廓07:50:45注注意意:k 不不是是常常数数,而而是是与与谱谱线线频频率率或或波波长长有有关关。由由于于任任何何谱谱线线并并非非都都是是无无宽宽度度的的几几何何线线,而而是是有有一一定定频频率率或或波波长长范围的,即谱线是有轮廓的!范围的,即谱线是有轮廓的!吸吸收收系系数数kv将将随随着着光光源源的的辐辐射射频频率率而而改改变
4、变(物物质质对对光光的的吸吸收收具具有有选选择择性性),故故透透过过光光的的强强度度随随着着光光的的频频率率而而有有所所变变化化,其其变变化化规规律律如如图图所所示。示。07:50:46谱谱线线轮轮廓廓:原原子子群群从从基基态态向向激激发发态态跃跃迁迁吸吸收收的的谱谱线线并并不不是是绝绝对对单单色色的的几几何何线线,而而是是具具有有一一定定的的宽宽度度,称称之之为为谱线轮廓。谱线轮廓。谱线轮廓就是谱线强度随波长(频率)的分布曲线。谱线轮廓就是谱线强度随波长(频率)的分布曲线。(动画演示)表征吸收线轮廓的参数:中心频率0(特征频率):吸收线半宽度:007:50:46中中心心频频率率:吸吸收收线线
5、的的轮轮廓廓中中,某某频频率率 0处处透透过过的的光光强强度度最最小小(即即物物质质对对光光的的吸吸收收最最大大),0称称为为中中心心频频率率或或特特征频率。征频率。峰峰值值吸吸收收:在在中中心心频频率率 0处处,吸吸收收系系数数有有极极大大值值k0,称为峰值吸收。称为峰值吸收。吸吸收收线线半半宽宽度度:在在吸吸收收系系数数等等于于极极大大值值的的一一半半处处,吸收线轮廓上两点间的频率差。吸收线轮廓上两点间的频率差。07:50:47(1)自然变宽)自然变宽 照射光具有一定的宽度。N=1/2i(2)多普勒变宽(热变宽)多普勒变宽(热变宽)由原子无规则运动而产生。2.吸收谱线变宽的原因吸收谱线变宽
6、的原因多普勒效应:一个运动着的原子,如果运动方向离开观察者(接受器),则在观察者看来,其频率(表观频率)较静止原子所发的频率低,反之,如果运动方向朝向观察者(接受器),则在观察者看来,其频率(表观频率)较静止原子所发的频率高。(动画演示)07:50:48(3)碰撞变宽(分为洛伦兹变宽和赫鲁兹马克变宽)碰撞变宽(分为洛伦兹变宽和赫鲁兹马克变宽)由于原子相互碰撞使能量发生变化,引起的的谱线变宽。洛伦兹(Lorentz)变宽:待测原子和外来其他原子的碰撞。赫鲁兹马克(Holtsmark)变宽 发光粒子之间(待测原子)的碰撞。(4)自吸变宽)自吸变宽 光源的空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸
7、收产生自吸现象。灯电流越大,自吸现象越严重。(5)场场致致变变宽宽 外界电场、带电粒子、离子形成的电场及磁场的作用使谱线变宽的现象。07:50:49三、原子吸收光谱的测量三、原子吸收光谱的测量detection of atomic absorption spectrometry1.1.积分吸收积分吸收 integrated absorption在吸收谱线轮廓内,对吸收系数进行积分。表示原子蒸气吸收的全部能量。f-振子强度,N0-单位体积内的原子数,e-为电子电荷,m-电子的质量。07:50:50讨论讨论如果将公式左边求出,即谱线下所围面积测量出(积分吸收)。即可得到单位体积原子蒸气中吸收辐射的
8、基态原子数N0。但是吸收谱线宽度但是吸收谱线宽度10-3nm,需要分辨率非常高的色散仪,需要分辨率非常高的色散仪器,这是难以达到的。一百多年前已发现,但一直难以器,这是难以达到的。一百多年前已发现,但一直难以使用。使用。?07:50:512.锐线光源锐线光源 narrow line source 1955年年,澳澳大大利利亚亚物物理理学学家家瓦瓦尔尔西西提提出出,在在原原子子吸吸收收分分析析中中使使用用锐锐线线光光源源,测测量量谱谱线线的的峰峰值值吸吸收收,而而代代替替积积分分吸吸收收。经经过过一一系系列列推推导导,得得到到峰峰值值吸吸收收系系数数与与基基态态原子数成正比,从而解决了困扰科学家
9、多年的难题。原子数成正比,从而解决了困扰科学家多年的难题。07:50:51锐线光源需要满足的条件:锐线光源需要满足的条件:(1)光源的发射线与吸收线的)光源的发射线与吸收线的0一致。一致。(2)发射线的)发射线的1/2小于吸收线的小于吸收线的 1/2。锐线光源:锐线光源:发射线半宽度远小于吸收线半宽度,且二者发射线半宽度远小于吸收线半宽度,且二者的中心频率一致的光源。的中心频率一致的光源。待测元素对中心波长的峰值吸收与该种元素的原子浓度成待测元素对中心波长的峰值吸收与该种元素的原子浓度成正比,从而解决了原子吸收的测量问题。正比,从而解决了原子吸收的测量问题。07:50:52然然而而由由于于只只
10、有有同同种种元元素素的的原原子子才才能能发发射射中中心心波波长长相相同同的的发发射射线线,原原子子吸吸收收仪仪器器不不得得不不为为每每一一种种待待测测元元素素配配备备一一个能发射较窄谱线的特制灯。个能发射较窄谱线的特制灯。提供锐线光源的方法:提供锐线光源的方法:空心阴极灯空心阴极灯07:50:52由由于于采采用用锐锐线线光光源源,在在积积分分界界限限内内吸吸光光系系数数kv 基基本本不不变变,合理地等于峰值吸收系数合理地等于峰值吸收系数k0,得到:,得到:在原子吸收中,谱线变宽主要受多普勒效应影响,则:在原子吸收中,谱线变宽主要受多普勒效应影响,则:07:50:53 上式的前提条件上式的前提条
11、件:(1)ea;(2)辐射线与吸收线的中心频率一致。辐射线与吸收线的中心频率一致。07:50:54内容选择:内容选择:第一节第一节 原子吸收光谱法原理原子吸收光谱法原理principle of atomic absorption spectrometer第二节第二节 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪atomic absorption spectrometer第三节第三节 干扰与抑制干扰与抑制interferences and elimination07:50:54一、流程图一、流程图flow chart二、光源二、光源light source 三、原子化装置三、原子化装置device of ato
12、mization四、单色器四、单色器monochromators五、检测器五、检测器 detector第二节第二节 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪第七章第七章原子吸收光谱法原子吸收光谱法atomic absorption spectrometer atomic absorption spectrometry(AAS)07:50:55原子吸收仪器(原子吸收仪器(1)07:50:55原子吸收仪器(原子吸收仪器(2)07:50:56原子吸收仪器(原子吸收仪器(3)07:50:57一、流程图一、流程图 flow chart07:50:58(1)采用锐线光源;(2)原子化系统;(3)单色器在火焰与检测器之
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