原子吸收光谱分析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;金属化学形态分析在理论研究中的应用:
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。在元素分析中应用
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较为有力工具之一,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。
原子吸收光谱法是基于从光源发射的待测元素的特征辐射通过样品蒸气时,被蒸气中待测元素的基态原子所吸收,根据辐射强度的减弱程度以求得样品中待测元素的含量。
通常情况下,原子处于基态。当相当于原子中的电子由基态跃迁到激发态所需要的辐射频率通过原子蒸气,原子就能从入射辐射中吸收能量,产生共振吸收,从而产生吸收光谱。
原子吸收分析就是利用基态原子对特征辐射的吸收程度的,常使用zui强吸收线作为分析线。
原子吸收光谱仪由以下四部分组成
1.光源系统:空心阴极灯
2.原子化系统:火焰原子化器;石墨炉原子化器或氢化物发生器。
3.分光系统:单色器
4.检测系统:光电倍增管等
光源系统
原子吸收光源应满足以下条件
1.能辐射出半宽度比吸收线半宽度还窄的谱线,并且发射线的中心频率应与吸收线的中心频率相同。
2.辐射的强度应足够大。
3.辐射光的强度要稳定,且背景小。
空心阴极灯则可满足原子吸收上述三点要求,它是利用空心阴极效应而制成的一种特殊辉光放点管。
空心阴极灯发光机理
空心阴极灯为直流供电,当在正负电极上施加适当电压(一般为300~500伏)时,在正负电极之间便开始放电,这时,电子从阴极内壁射出,经电场加速后向阳极运动。
电子在由阴极射向阳极过程中与载气(惰性气体)原子碰撞使其电离成为阳离子,带正电荷的惰性气体离子在电场加速下,以很快的速度轰击阴极表面,使阴极内壁的待测元素的原子溅射出来,与其它粒子相互碰撞而被激发,处于激发态的原子很不稳定,大多会自动回到基态,同时释放能量,发出共振发射线。
原子吸收仪器类型
单光束:
1.结构简单,体积小, 价格低;
2.易发生零漂移,空心阴极灯要预热
双光束:
1.零漂移小,空心阴极灯不需预热,降低了MDL;
2.仍不可消除火焰的波动和背景的影响
原子吸收是上世纪五十年代以后发展起来的定性定量的仪器分析技术。因其灵敏度高、特异性好、准确度高、分析范围广和简便快速而获得推广,目前为止,技术发展已经相对成熟,可用来测定食品、水、化妆品、生物材料、土壤等样品中的铜、铁、锌、钙、镁、锰、铅等约70种元素。
广泛应用于多个行业领域,也成了各个实验室的必备分析仪器。
工业生产中的废水、居民的生活污水以及地面水等都对生态环境造成了极大的污染,对人们的生存环境造成严重威胁。此外,大量污水废水的排放也消耗了水资源,在全球 水资源日益紧缺的形势下,应该加强资源的回收利用。利用原子吸收分析法对废水和污水等进行中水处理,不仅可以减少对环 境造成的污染,同时节约了水资源,对于企业的发展以及我国的经济建设都具有重要的意义。以下对于原子吸收分析法在中水处理中的应用进行了分析,为化学分析法的发展以及水处理技术的进步奠定了坚实的基础。
在社会快速发展的背景下,人们逐渐意识到环境保护以及节约 资源的重要性,尤其是在全球水资源日益紧缺的形势下,更应该加强对水资源的保护。在工业生产和人们的日常生活中,排放的工业废水和生活污水在经过相应的化学处理后,都可以回收利用,既减少了对环境造成的污染,同时又提高了水资源的利用率。在进行中水处理的过程中,化学方法的选择非常重要,其直接关系到处理的效果。以下主要阐述了原子吸收分析法在中水处理中的应用,对于水资源的循环利用具有重要的意义。
原子吸收分析方法的原理、特点
原子吸收分光光度法又称原子吸收分析法,也属于仪器分析中的吸收光谱法。它是基于物质所产生的原子蒸气对待测元素的特征 谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。利用空心阴极灯光源 发出被测元素的特征辐射光,待测元素通过原子化后对特征辐射光产生吸收。通过测定此吸收的大小,来计算出待测元素的含量。在通常情况下,原子处于基态,当特征辐射光通过原子蒸汽时,基态原子 就从入射辐射中吸收能量由基态跃迁到激发态,通常是第一激发态发生共振吸收,产生原子吸收光谱。原子吸收分光光度法具有分析干扰少、准确度高、灵敏度高、测定范围广等优点。
原子化过程
将样品中待测元素转变为基态原子的过程叫原子化。根据手段不同,原子化可分为火焰原子化和无火焰原子化两大类。火焰原子化系统,通常包括雾化器、雾化室和燃烧器三部分。其中雾化器是原 子化系统的核心部件,原子吸收分析灵敏度和精密度在很大程度上 取决于雾化器的工作状态。而无火焰原子化装置提高了原子化效 率。
仪器结构
原子吸收分光光度计由光源、原子化、分光和检测读出系统组成。光源系统提供待测元素的特征辐射光谱;原子化系统将样品中的待测元素转化成自由原子;分光系统将待测元素的共振线分出; 检测读出系统将光信号转换成电信号进而读出光密度值。
分析条件的选择
波长的选择
波长的选择对于测定结果有重要的影响,一般情况下,元素灯会发射出若干条特征谱线,在对波长选择的过程中,一般都会以灵敏度为主要的参考依据,对于提高测定结果的灵敏度具有重要的作用。
灯电流的选择
电流的选择也会影响到谱线的灵敏度,现阶段使用较为普遍是空心阴极灯。在测量的过程中,对于电流的掌控非常重要,电流大小 要适中,一般情况下,电流越小,所获得的谱线就会越窄,从而它的 灵敏度也相应提高,有利于测定结果。
狭缝的选择
检测的过程中,在被测元素的灵敏线周围一般会存在一定数量的干扰谱线,为了减少干扰,可以选择较小的狭缝,以阻挡多余谱线的干扰,提高测量的灵敏度,同时对于测量的线性范围也会有所改善。
观测高度的选择
燃烧器高度的选择与吸光度有直接的关系,在助燃比确定的前 提下,通过对标准溶液在不同的燃烧高度时所产生的吸光度来绘制 出相应的曲线,然后根据曲线的来确定适宜的燃烧高度。
选择合适的试液的提升量
进入火焰中的试样溶液越多,测量的灵敏度越高。试液的提升量主要是通过调节空气的流束来实现的,空气的压力可调比说明书规定的稍高一点,容易保持空气流速的恒定。
应用范围
目前原子吸收已成为金属元素分析的较为有力工具之一,原子吸收是水质监测金属元素非常成熟而又成功的技术。适用于饮用 水、地面水、生活污水及工业废水中金属元素的测定。一般清洁饮用水和地面水在一定酸度下(PH<2)可以直接进行测定。
水样的采集和保存
水样的采集和保存工作是化学分析的重要基础,水样的采集要 具有很强的代表性,同时还要保证水样中各种元素含量的恒定性, 避免在取样和保存的过程中发生污染,进而影响到分析工作的顺利 进行。在水样采集前,应该对分析工作的需求进行详细的了解,然后 合理的选择采集的地点以及水样的属性,根据需求选择适宜的取样方法。在取样和贮存的过程中可能会出现一定的误差,一是在取样之前没有对取样容器进行清洁处理,导致污染到采集的水样;二是 采样容器中有上次样品的残留物,所以对这次采集的水样造成污 染;三是没有按照规定的要求对水样进行酸化处理,导致水样中的 金属吸附在容器上,或者沉积,导致水样采集不标准。为了确保水样 采集和保存的正确性,要严格按照规范标准执行,做好各项准备工 作,尤其是对于细节部位的控制,为分析工作的顺利进行创造有利 的条件。
分析中应注意的问题
在对水中含Fe、Mn金属元素进行分析时,若水样中存在磷酸 盐、硅酸盐、铝酸盐或其他含氧阴离子时,铁、锰等金属与它们形成 难解离的化合物,妨碍了原子化,使吸光值下降,这是原子吸收光度分析中一种比较复杂的化学干扰。加入钙离子的目的,是使它与这 些干扰物形成更稳定的难解离子的化合物,从而释放出被测元素。 加入大量钙离子后,改变了样品的基本组成和体积,吸收值也将改 变,所以应在标准系列溶液中加入同样体积的钙溶液。对于铁、锰的 测定应单独测定。
中水处理已经成为我国经济发展中的重要内容,尤其是在水资源日益紧缺的形势下,中水处理具有非常重要的意义。原子吸收分析法在中水处理中的应用,促进了中水处理的发展,在处理质量和 效率方面具有显著的作用。随着我国科学技术的发展,原子吸收分析法会不断的改善,为我国化学分析以及水资源的循环利用创造有 利的条件。
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