原子吸收和原子荧光光谱
基本原理和分析技术
一、基本原理
1.光的吸收和发射
能级图
Na,
3 2S? 32P3/2
32P1/2
?,589.0 nm
589.5 nm
吸收和辐射
△ E=Ei-E0=hv
?受激吸收,
dNoi=Boi?(v)Nodt
?自发辐射,
dNio=AioNidt
?受激辐射,
dNio=Bio ?(v)Nidt
E0
Ei
2,原子谱线的轮廓
V0= △ E/h
中心频率,（ v0）
宽度（半宽）,（ △ v）
?自然宽度
?多普勒宽度
?络伦兹宽度
?共振宽度
K0
v0
△ v
? K0
二、光谱仪器
1.组成,
? 光源
? 原子化器
? 分光系统
? 检测系统
光源 检测 原子化器 分光
原子
化器 分光
光源
检
测
检
测
原子吸收仪
原子荧光仪
1,光源
空心阴极灯,
结构,
阴极：纯金属
阳极：环状 W,Ni,Ta
光窗：石英或紫外玻璃
原理,
Ar+e Ar+
Ar++Mn M+Ar+
M+e M*+e
M* M+hv
特点,
发出原子谱线 (锐线 )
2.原子化器
火焰原子化,
乙炔－空气火焰
T,2500K
S,158cm/s
<230nm 有吸收
乙炔－氧化亚氮
T,2990K
S,180cm/s
氢 -氩扩散火焰
T,850℃
离子
溶液 → 雾滴 → 雾粒 → 分子蒸气 → 基态原子 激发态
分子
Ar
Ar+H2+S
M+
M+X- MX-aH2O MnXm MX M M*
干燥 热解 原子化 MY
电热原子化,
主要反应,
?热解反应
?还原反应
?碳化物生成
?易挥发化合物生成
3.检测
光电倍增管
倍增极,δ＝ N2/N1
如,
δ=4,n=10
K=Io/Ii=410=106
三、分析技术
1.原子吸收光谱
1) 原子吸收的测量
? 比尔定律
?
? 吸收值,
? 单色光, A∝ C
?
? 积分吸收,
? 峰值吸收,
Iv
均匀介质
l
I0v Ivl dl
Clvk
v eII
??
0
eClKA vIIv v lglg 0 ??
? ? NBchvdK iv 0?
KCA ?
vo
Kv
ko
A
C
? 类型,
分子吸收, 气体分子
氧化物
氢氧化物
盐类分子
光散射
? 氘灯法背景校正
A空 =Aa+Ab
A氘 =Ab
A= A空 － A氘 = Aa
波长范围,200～ 360nm
? 自吸法背景校正
2) 光谱背景干扰
4
1
??I
3) 测试条件的选择
火焰法
① 分析线 灵敏度 Zn 213.9nm 0— 2ppm; 307.5nm 0— 1000ppm
稳定性 Pb 217.0nm f=0.48; 283.3nm f=0.22
② 灯电流
③ 通带宽度 0.2nm 0.4nm
④ 火焰 类型, 空气 -乙炔；氧化亚氮 — 乙炔
配比, 富燃火焰；中性火焰；贫燃火焰
naiI ? ?????? 寿命 SIi ?
??????? 噪声 VSIi ?
石墨炉法
①石墨管 热解涂层管 平台石墨管
②进样体积 5— 40ｕｌ
③加热程序
④保护气体 Ar(99.9%)
N2 AlN 2000 ℃
步骤 目的 温度 (℃ ) 时间 (s)
干燥 除去溶剂 ～溶剂沸点 10 ～ 30
灰化 除去基体 条件实验 10 ～ 30
原子化 生成原子 手册 3 ～ 7
空烧 消除记忆 ≥原子化温度 3 ～ 7
4) 应用
适合于金属元素分析
? 碱金属 Li Na K …
易电离 采用低温火焰 加消电离剂
? 碱土金属 Be Mg Ca…
灵敏度高 存在阴离子干扰
? 有色金属 Cu Zn Pb…
灵敏度高 波长短 背景干扰较重
? 黑色金属 Fe Co Ni…
谱线复杂 选择窄光谱通带
? 贵金属 Ag Au Pt…
易原子化 贫燃火焰
? 难原子化元素 稀土元素 Si Ta W…
灵敏度差 高温火焰 金属涂层石墨管
2.氢化物发生原子荧光分析
1) 定量关系
荧光强度与光源的辐射强度,
If=φIa
根据比尔 -朗伯定律可得,
按泰勒级数展开,N很小时：
If=φI0klN
当实验条件固定时,
If=αC
)1(0 kl Nf eII ???
原子荧光光度计原理图
1.气路系统 2.自动进样器
3.氢化物发生系统 4.原子化器
5.激发光源 6.光电倍增管
7.数据处理系统 8.打印机
A.光学系统
2) 氢化物发生技术
原理,
砷、锑、铋、锡、硒、碲、铅、锗
等元素 KBH4反应可形成气态氢化物
氢化物特点,
?常温下是气体
?原子化温度低
AFS
GLS
????? ??
????
??
?
?
?
2
33
24
8
3
HMH
HNaBOH
HOHN a B H
n
M m
截流 /样品
KBH4
W
Ar
3) 分析技术
1,配制溶液,
2%(w/v)KBH4,溶解 1克 NaOH 于去离子水中, 然后加
入 4克 KBH4,加去离子水稀释至 200ml。
5%HCl,先在烧杯中加入 100ml去离子水, 然后慢慢加入
10ml优级纯浓盐酸, 再加去离子水至 200ml,作为载流溶
液 。
砷标准溶液,0,2,4,8,12μg/L,酸度为 5%HCl。
样品溶液,在 50ml容量瓶加入 10ml水样, 2.5ml浓盐酸和
10ml 5%硫脲＋ 5%抗坏血酸混合溶液,定容 。
2,分析测试,
将配制好的溶液按顺序放在样品架上, 用氢化物发生原子
荧光法测定, 并计算测量结果 。
四、比较
K=3 99.7% R
KS
R
AA
D
KSAA
n
xx
S
bBL
L
bBL
i
b
?
?
?
??
?
??
?
1
)(
2
_
K=3 99.7%
检出限,
浓度范围
AFS
成本 速度
AFS
AFS
谢谢！
基本原理和分析技术
一、基本原理
1.光的吸收和发射
能级图
Na,
3 2S? 32P3/2
32P1/2
?,589.0 nm
589.5 nm
吸收和辐射
△ E=Ei-E0=hv
?受激吸收,
dNoi=Boi?(v)Nodt
?自发辐射,
dNio=AioNidt
?受激辐射,
dNio=Bio ?(v)Nidt
E0
Ei
2,原子谱线的轮廓
V0= △ E/h
中心频率,（ v0）
宽度（半宽）,（ △ v）
?自然宽度
?多普勒宽度
?络伦兹宽度
?共振宽度
K0
v0
△ v
? K0
二、光谱仪器
1.组成,
? 光源
? 原子化器
? 分光系统
? 检测系统
光源 检测 原子化器 分光
原子
化器 分光
光源
检
测
检
测
原子吸收仪
原子荧光仪
1,光源
空心阴极灯,
结构,
阴极：纯金属
阳极：环状 W,Ni,Ta
光窗：石英或紫外玻璃
原理,
Ar+e Ar+
Ar++Mn M+Ar+
M+e M*+e
M* M+hv
特点,
发出原子谱线 (锐线 )
2.原子化器
火焰原子化,
乙炔－空气火焰
T,2500K
S,158cm/s
<230nm 有吸收
乙炔－氧化亚氮
T,2990K
S,180cm/s
氢 -氩扩散火焰
T,850℃
离子
溶液 → 雾滴 → 雾粒 → 分子蒸气 → 基态原子 激发态
分子
Ar
Ar+H2+S
M+
M+X- MX-aH2O MnXm MX M M*
干燥 热解 原子化 MY
电热原子化,
主要反应,
?热解反应
?还原反应
?碳化物生成
?易挥发化合物生成
3.检测
光电倍增管
倍增极,δ＝ N2/N1
如,
δ=4,n=10
K=Io/Ii=410=106
三、分析技术
1.原子吸收光谱
1) 原子吸收的测量
? 比尔定律
?
? 吸收值,
? 单色光, A∝ C
?
? 积分吸收,
? 峰值吸收,
Iv
均匀介质
l
I0v Ivl dl
Clvk
v eII
??
0
eClKA vIIv v lglg 0 ??
? ? NBchvdK iv 0?
KCA ?
vo
Kv
ko
A
C
? 类型,
分子吸收, 气体分子
氧化物
氢氧化物
盐类分子
光散射
? 氘灯法背景校正
A空 =Aa+Ab
A氘 =Ab
A= A空 － A氘 = Aa
波长范围,200～ 360nm
? 自吸法背景校正
2) 光谱背景干扰
4
1
??I
3) 测试条件的选择
火焰法
① 分析线 灵敏度 Zn 213.9nm 0— 2ppm; 307.5nm 0— 1000ppm
稳定性 Pb 217.0nm f=0.48; 283.3nm f=0.22
② 灯电流
③ 通带宽度 0.2nm 0.4nm
④ 火焰 类型, 空气 -乙炔；氧化亚氮 — 乙炔
配比, 富燃火焰；中性火焰；贫燃火焰
naiI ? ?????? 寿命 SIi ?
??????? 噪声 VSIi ?
石墨炉法
①石墨管 热解涂层管 平台石墨管
②进样体积 5— 40ｕｌ
③加热程序
④保护气体 Ar(99.9%)
N2 AlN 2000 ℃
步骤 目的 温度 (℃ ) 时间 (s)
干燥 除去溶剂 ～溶剂沸点 10 ～ 30
灰化 除去基体 条件实验 10 ～ 30
原子化 生成原子 手册 3 ～ 7
空烧 消除记忆 ≥原子化温度 3 ～ 7
4) 应用
适合于金属元素分析
? 碱金属 Li Na K …
易电离 采用低温火焰 加消电离剂
? 碱土金属 Be Mg Ca…
灵敏度高 存在阴离子干扰
? 有色金属 Cu Zn Pb…
灵敏度高 波长短 背景干扰较重
? 黑色金属 Fe Co Ni…
谱线复杂 选择窄光谱通带
? 贵金属 Ag Au Pt…
易原子化 贫燃火焰
? 难原子化元素 稀土元素 Si Ta W…
灵敏度差 高温火焰 金属涂层石墨管
2.氢化物发生原子荧光分析
1) 定量关系
荧光强度与光源的辐射强度,
If=φIa
根据比尔 -朗伯定律可得,
按泰勒级数展开,N很小时：
If=φI0klN
当实验条件固定时,
If=αC
)1(0 kl Nf eII ???
原子荧光光度计原理图
1.气路系统 2.自动进样器
3.氢化物发生系统 4.原子化器
5.激发光源 6.光电倍增管
7.数据处理系统 8.打印机
A.光学系统
2) 氢化物发生技术
原理,
砷、锑、铋、锡、硒、碲、铅、锗
等元素 KBH4反应可形成气态氢化物
氢化物特点,
?常温下是气体
?原子化温度低
AFS
GLS
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2
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24
8
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HMH
HNaBOH
HOHN a B H
n
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截流 /样品
KBH4
W
Ar
3) 分析技术
1,配制溶液,
2%(w/v)KBH4,溶解 1克 NaOH 于去离子水中, 然后加
入 4克 KBH4,加去离子水稀释至 200ml。
5%HCl,先在烧杯中加入 100ml去离子水, 然后慢慢加入
10ml优级纯浓盐酸, 再加去离子水至 200ml,作为载流溶
液 。
砷标准溶液,0,2,4,8,12μg/L,酸度为 5%HCl。
样品溶液,在 50ml容量瓶加入 10ml水样, 2.5ml浓盐酸和
10ml 5%硫脲＋ 5%抗坏血酸混合溶液,定容 。
2,分析测试,
将配制好的溶液按顺序放在样品架上, 用氢化物发生原子
荧光法测定, 并计算测量结果 。
四、比较
K=3 99.7% R
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检出限,
浓度范围
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成本 速度
AFS
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谢谢！
