实验四、原子吸收分光光度法
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实验四、 原子吸收分光光度计结构、工作原理、使用
一、实验目的
1、了解AA-7000系列原子吸收分光光度计的结构
2、了解原子吸收分光光度计的工作原理
3、了解原子吸收分光光度计分析相关操作
二、原子吸收分光光度计的结构及工作原理
原子吸收分光光度计有光源、原子化器、检测系统、数据处理以及背景校正器组成。
1、光源。光源的作用发射出能被测元素吸收的特征波长谱线，对于光源的特殊要求是发射的特征波长的宽带要明显小于吸收线的宽带、辐射强度大、背景低、性能好，噪声小以及使用寿命长。最常用的光源是空心阴极灯。
空心阴极灯是一种产生原子锐线发射光谱的低压气体放电管，其阴极形态一般为空心圆柱，由被测元素的纯金属或合金制成。阳极为金属环，通常由钛制成，兼作吸气剂使用，保证管内气体的纯净，灯的外壳为玻璃管，窗口为石英制成，管内抽成真空，充入惰性气体氖气或氩气。
2、原子化器。 原子吸收法测定的是由原子对光的吸收，样品中的待测元素是通过化学键与其他原子结合在一起的， 因此，必须采取手段切断集合，这一过程就称为原子化。最常用的方法是把原子加热到高温，使分子转化为自由原子，常见的加热方法有火焰法和非火焰法。原子化器就是实现这一转化的仪器部件。 A、火焰原子化器。火焰原子化器由雾化器、混合室和燃烧器组成。雾化器是原子化器的主要部件，作用是将试样溶液进行雾化；混合室是把燃气、助燃气、气溶胶液充分混合。燃烧器是产生火焰使气溶胶蒸发和原子化。
B、石墨炉原子化器。石墨炉原子化器是常见的非非火焰原子化器，其基本原理就是将样品通过或注入石墨管中，以石墨管为电阻发热体，通电后使电子发热体升温，实现样品原子化目的。
石墨炉原子化器由加热电源、保护系统、石墨炉等组成。石墨炉加热分三个阶段：干燥阶段，管内100℃，样品中水完全蒸发；灰化阶段，管内400-1000℃，有机物和其他共存物分解和蒸发；原子化阶段，温度高至1400-3000℃，留在管中的金属盐类原子化。
3、单色器。单色器是把待测元素的特征谱线与其他谱线分离，便于测定。
4、检测系统。检测单元完成光电信号转换，将接受的光信号转为电信号，提供给数据处理系统。
5、数据处理单元数据处理单元一是获取仪器传回的信号，完成对数转换的处理，将结果输出；二是利用计算技术控制仪器，显示测量数据、工作曲线、分析结果。并时时显示原子化过程中的原子吸收信号，背景信号，便于更好进行分析判断。
6、背景校正装置。背景校正方式目前有氘灯校正背景、自吸校正背景、塞曼效应校正背景三种。
图为； AA-7000系列原子吸收分光光度计
三、原子吸收分光光度计的使用
一、二组：锌标准溶液，取6支具塞闭塞管，分别吸取
锌标准溶 ml 、 ml、 ml、 ml、 ml、 ml，用1%稀硝酸2ml,用蒸定容至刻度，得到浓度分别为 、 、 、 、 、 的锌标准系列溶液。
三、四组、铜标准溶液，取6支具塞闭塞管，分别吸取 铜标准溶 ml 、 ml、 ml、 ml、 ml、 ml，用1%稀硝酸2ml,用蒸馏水定容至刻度，得到浓度分别为 、 、 、 、 、 的锌标准系列溶液。
分别以上述溶液进行测试操作。
原子吸收分光光度分析又称原子吸收光谱分析，是基于从光源发出的被测元素特征辐射通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸收，由辐射的减弱程度测定元素含量的一种现代仪器分析方法。
优点是：
1、检出限低。火焰原子吸收光谱法（FAAS）的检出限可达到mg/L级，石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)的检出限可达到10-10g～10-14g；
2、选择性好。原子吸收光谱是元素的固有特征；
3、精密度高。 FAAS相对标准偏差一般为0.x%-3%，GFAAS相对标准偏差一般可控制在5%之内；
4、抗干扰能力强。一般不存在共存元素的光谱干扰，干扰主要来自化学干扰；
5、分析速度快 使用自动进样器，每小时可测定几十个样品；
6、应用范围广 可分析周期表中绝大多数的金属与非金属元素，利用联用技术可以进行元素的形态分析，用间接原子吸收光谱法可以分析有机化合物，还可以进行同位素分析；
7、用样量小 FAAS进样量一般为3mL/min～6mL/min，GFAAS液体的进样量为10μL～50μL，固体进样量为毫克级;
8、仪器设备相对比较简单，操作简便。 不足之处是：主要用于单元素的定量分析；标准曲线的动态范围通常小于2个数量级。
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原子吸收光谱分析基本原理
任何元素的原子都是由原子核和饶核运动的电子组成，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，一个原子可以具有多种能级状态。能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能级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。原子吸收光谱的波长和频率由产生跃迁的两能级的能量决定：
（2-18）式中 ——两能级的能量差，eV(1eV=1.602192×10-19J)；
——频率，s-1；
λ——波长，nm；
C——光速，m/s；
——普朗克常数。原子吸收光谱分析的波长区域在近紫外区。其分析原理是将光源辐射出的待测元素的特征光谱通过样品蒸汽被待测元素的基态原子所吸收，由发射光谱被减弱的程度，进而求得样品中待测元素的含量，它符合比尔定律：
（2-19）式中 I——透射光强度；
I0——发射光强度；
T——透射比；
L——光通过原子化器的光程；
N0——待测元素基态原子的数目。由于L是不变值，在试样原子化阶段，火焰温度低于3000K时，对大多数元素来说，原子蒸气中基态原子的数目实际上接近原子总数。在固定的实验条件下，待测元素的原子总数是与该元素在样品中的浓度c成正比的。因此，上式可以表示为：
（2-20）式中在一定实验条件下是一个常数，实际上是标准曲线的斜率。只要通过测定标准系列溶液的吸光度，绘制工作曲线，根据同时测得的样品溶液中待测元素的吸光度，在工作曲线上即可查得待测元素的浓度。这就是原子吸收光谱法定量分析的基础。2 原子吸收光谱分析的定量方法原子吸收光谱分析是一种动态分析方法，用校正曲线进行定量。常用的定量方法有标准曲线法、标准加入法。
标准曲线法是最基本的定量方法。2.1 标准曲线法用标准物质配制一组合适的标准溶液，由低浓度到高浓度依次测定各标准溶液的吸光度值Ai，以吸光度值Ai（i=1,2,3,4,5…）为纵坐标，待测元素的浓度ci（i=1,2,3,4,5…）为横坐标，绘制A-c标准曲线。在同样的测试条件下，测定待测试样溶液的吸光度值Ax，由标准曲线求得待测试样溶液中被测元素的浓度cx。从测光误差的角度考虑，吸光度在0.1～0.5之间测光误差较小，因此，应该这样来选择标准曲线的浓度范围，使之产生的吸光度位于0.1～0.5之间。为了保证测定结果的准确度，标准溶液的组成应尽可能接近样品溶液的组成。喷雾效率和火焰状态的稍许变动，石墨炉原子化条件的变动，波长的漂移，标准曲线的斜率也会随之有些变动。因此，每次分析测定时都应重新绘制标准曲线。2.2 标准加入法在实际分析过程中，样品的机体、组成和浓度千变万化，要找到完全与样品组成相匹配的标准物质是很困难的，特别是对于复杂基体样品就更困难。试样物理化学性质的变化，引起喷雾效率、气溶胶粒子粒径分布、原子化效率、基体效应、背景和干扰情况的改变，导致测定误差的增加。标准加入法可以自动进行基体匹配，补偿样品的物理和化学干扰，提高测定的准确度。标准加入法的操作如下：分取几份等量的被测试样，在其中分别加入0、c1、c2、c3、c4和c5等不同量的被测元素标准溶液，依次在同样条件下测定它们的吸光度Ai（i=1,2,3,4,5…），制作吸光度值对加入量的校正曲线（见图2-7），校正曲线不通过原点。加入量的大小，要求c1接近于试样中被测定元素含量cx，c2是cx的两倍，c3是cx的3～4倍，c5必须仍在校正曲线的线性范围内。从理论上讲，在不存在或校正了背景吸收的情况下，如果试样中不含有被测定元素，校正曲线应通过原点。现在校正曲线不通过原点，说明试样中含有被测定元素。校正曲线在纵坐标轴上的截距所相应的吸光度正是试样中被测定元素所引起的效应。将校正曲线外延与横坐标轴相交，由原点至交点的距离相当的浓度cx，即为试样中被测定元素的含量。3 原子吸收光谱仪3.1 原子吸收光谱仪结构原子吸收光谱仪由光源、原子化器、光学系统、检测系统和数据工作站组成。光源提供待测元素的特征辐射光谱；原子化器将样品中的待测元素转化为自由原子；光学系统将待测元素的共振线分出；检测系统将光信号转换成电信号进而读出吸光度；数据工作站通过应用软件对光谱仪各系统进行控制并处理数据结果。图2-8为原收光谱仪的结构。
