上海力晶科學(xué)儀器有限公司新員工培訓(xùn)原子吸收光分光光度計和原子熒光光譜儀

1、原子吸收分光光度計和原子熒光光譜儀原理及應(yīng)用,上海力晶科學(xué)儀器有限公司上海儀先儀器有限公司儀先國際貿(mào)易有限公司2014年7月,原子吸收是用來做什么的？,哪些行業(yè)需要使用原子吸收？,只要對于金屬元素有需求的客戶都會用到原子吸收。 例如：食品行業(yè)、飼料行業(yè)、化工企業(yè)、藥企、環(huán)境行業(yè)、第三方檢測機(jī)構(gòu)、政府部門、高校等。,一、原子吸收分光光度計原理及應(yīng)用,1、原理概述2、基本結(jié)構(gòu)3、品牌4、應(yīng)用,1、原理概述

2、,（1）原子吸收緒論（2）原子吸收基本原理（3）原子吸收定量分析基礎(chǔ)理論,（1）原子吸收緒論,,,,,,,,太陽光,棱鏡,,,,,,1600年牛頓發(fā)現(xiàn)太陽光經(jīng)過棱鏡后分成了彩色光帶，他稱其為光譜。,（1）原子吸收緒論,,,,,基態(tài)原子,（1）原子吸收緒論,原子能量的吸收和發(fā)射,（1）原子吸收緒論,原子吸收過程,（1）原子吸收緒論,吸收能量圖,（1）原子吸收緒論,Pb的能級躍遷圖,（2）原子吸收基本原理,①原理：原子吸收光譜測定法（a

3、tomic absorption spectrometry，簡稱 AAS），是基于蒸氣中待測元素的基態(tài)原子對特征電磁輻射的吸收強(qiáng)度來測定試樣中待測元素含量的一種儀器分析方法。,,（2）原子吸收基本原理,②原子吸收的基本原理可用以下幾點來說明： a、所有原子均可對光產(chǎn)生吸收。 b、被吸收光線的波長只與特定元素相關(guān)。如樣品中含鎳、鉛、銅等元素，如將該樣品 置于鎳的特征波長中，那么只有鎳原子才會對該特征光線產(chǎn)

4、生吸收。 c、光程中該原子的數(shù)量越多，對其特征波長的吸收就越大，與該原子的濃度成正比。,（3）原子吸收定量分析基礎(chǔ)理論,朗伯-比耳定律,A = 吸光度 a = 吸收系數(shù)Io = 初始光強(qiáng)b = 樣品在光路中的強(qiáng)度It = 透過光的強(qiáng)度 c = 樣品濃度,2、基本結(jié)構(gòu),（1）光源（2）原子化系統(tǒng)（3）單色器（分光系統(tǒng)）（4）檢測系統(tǒng),2、基本結(jié)構(gòu),2、基本結(jié)構(gòu),原子吸

5、收分光度計是由光源、原子化器、單色器（分光系統(tǒng)）、檢測系統(tǒng)等幾部分組成。,單色器,原子化器,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),檢測器,光源,,,,,2、基本結(jié)構(gòu),①光源：空心陰極燈,②原子化系統(tǒng),2、基本結(jié)構(gòu),Ⅱ、石墨爐原子系統(tǒng),Ⅰ、火焰原子化系統(tǒng),,,2、基本結(jié)構(gòu),Ⅰ、火焰原子化系統(tǒng) a、原理：空氣與乙炔燃燒產(chǎn)生火焰，樣品中的被測物在這種火焰下，分解產(chǎn)生原子。 b、火焰原子化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：霧化器、混合室、燃燒器。,2、基本結(jié)構(gòu),Ⅱ、石

6、墨爐原子化系統(tǒng) 原理：將樣品加入到通過電加熱的石墨管內(nèi)，電加熱經(jīng)幾個步驟，最后在一個較高的溫度下，被迅速地原子化。,2、基本結(jié)構(gòu),石墨爐原子化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：電源、保護(hù)氣系統(tǒng)、石墨管（耗材）,2、基本結(jié)構(gòu),石墨爐原子化系統(tǒng),2、基本結(jié)構(gòu),火焰法與石墨爐法對比,標(biāo)準(zhǔn) 火焰 石墨爐元素數(shù)量 6748靈敏度 ppm-% ppt-ppb

7、精確度 好一般干擾 少多速度 快慢操作方便程度 容易較復(fù)雜含量計算方式 相對含量 絕對含量自動進(jìn)樣器 較少用 推薦使用 氣源 空氣、乙炔 氬氣,2、基本結(jié)構(gòu),③單色器（分光系統(tǒng)） 構(gòu)成：色散元

8、件光柵、發(fā)射鏡、狹縫等組成,2、基本結(jié)構(gòu),④檢測系統(tǒng)：檢測器（光電倍增管（PMT） ）,3、品牌,（1）品牌 a、國產(chǎn)：北京瑞利、普析通用、上海天美、上海光譜… b、進(jìn)口：賽默飛世爾、安捷倫、PE、耶拿、島津、日立…（2）價位 國產(chǎn)10~20多萬；進(jìn)口30多萬~60多萬,3、品牌,北京瑞利原子吸收產(chǎn)品線： a、WFX-810 是最北京瑞利原子吸收產(chǎn)品中最高端的，帶有塞曼扣背景技術(shù)。 b、WFX-2

9、10/200 這兩款是WFX-110A和WFX-120A的升級版，如果這兩款均配置石墨爐自動進(jìn)樣器即相當(dāng)于WFX-210和WFX-200。,3、品牌,c、WFX-110/120/130A/B ①A代表火焰加石墨爐兩種原子化系統(tǒng)，B代表火焰原子化系統(tǒng)； ②他們檔次依次是110最高端，帶有富氧火焰技術(shù)，中端是120、低端是130； ③120和130最基本的區(qū)別就是有錢的買120，沒錢的選擇130。

10、 d、WFX-310/320 即將淘汰產(chǎn)品。 e、WFX-910 便攜式原子吸收。,3、品牌,進(jìn)口：（1）歷史：發(fā)展歷史都差不多（2）技術(shù)：見附表,3、品牌,賽默飛世爾： a、 iCE 3500 火焰原子化系統(tǒng)+石墨爐原子化系統(tǒng) b、 iCE 3400 石墨爐原子化系統(tǒng) c、iCE 3300 火焰原子化系統(tǒng),3、品牌,,3、品牌,,3、品牌,3、品牌,4

11、、應(yīng)用,主要體現(xiàn)在客戶面前遇到的具體問題①測定元素種類②測定元素方法③樣品前處理④實驗室環(huán)境要求⑤背景校正技術(shù)問題⑥石墨管的加熱方式⑦石墨爐可視化系統(tǒng)⑧氫化物發(fā)生法,4、應(yīng)用,①測定元素種類 在了解客戶需要測定元素種類的同時，最好能了解到每種測定元素的大致含量，有助于儀器選型過程中原子化系統(tǒng)的選擇。,4、應(yīng)用,②測定元素方法 原子化系統(tǒng)的選擇一定要有依據(jù)，根據(jù)客戶要求確定是否

12、是火焰法或者石墨爐法，如果不是，按照標(biāo)準(zhǔn)或者相應(yīng)的測定方法來確定。,4、應(yīng)用,③樣品前處理 不是所有樣品都要進(jìn)行樣品的前處理的，原子吸收是液體進(jìn)樣，當(dāng)碰到不是液體（固體或者其他形態(tài)）的樣品時，進(jìn)樣前要通過樣品前處理處理成液體狀態(tài)，然后進(jìn)樣測定。 a、電熱板加熱法（加酸消解），此設(shè)備價格成本低，所以使用程度高，但是此方法對于樣品的損失量大，處理時間長，且危險性高。 b、微波消解儀（微波消解），

13、此設(shè)備操作簡單，樣品損失小，處理時間短，危險性低，但是價格成本高，且需放置通風(fēng)廚內(nèi)使用。,4、應(yīng)用,④實驗室環(huán)境要求，包括：電源、氣源、排風(fēng)系統(tǒng)等。 a、最好單獨隔間 b、儀器實驗臺尺寸必須按照廠家指定要求來設(shè)計，必須堅固 c、放置儀器實驗臺需離開墻面30~50cm，作為維修通道 d、儀器上方必須安裝排風(fēng)系統(tǒng) e、對于儀器使用的電路必須主機(jī)和石墨爐電源線線路分開，防

14、止電壓互相干擾，不穩(wěn)定、影響測定結(jié)果 f、對于原子吸收氣源方面，火焰法涉及到空氣和乙炔氣（高純），石墨爐只需要氬氣（高純），如果石墨爐系統(tǒng)不配循環(huán)水系統(tǒng)，還需要另接水源，儀器氣源必須與實驗室分開放置，不能放置同一房間,4、應(yīng)用,⑤背景校正技術(shù)問題a、自吸收式扣背景b、氘燈扣背景c、塞曼扣背景,4、應(yīng)用,注意： a、自吸收式扣背景是最低端的，氘燈扣背景比自吸收式扣背景高端一些，最高端的是塞曼

15、扣背景技術(shù)。 b、一般國產(chǎn)儀器中都配有自吸收和氘燈扣背景技術(shù)，塞曼扣背景技術(shù)很少見，國產(chǎn)儀器北京瑞利產(chǎn)品中帶有塞曼扣背景技術(shù)；進(jìn)口儀器中三種扣背景技術(shù)都有，其中賽默飛世爾產(chǎn)品標(biāo)配中含有塞曼扣背景技術(shù)，且是唯一提供背景校正驗收的廠家，其他進(jìn)口儀器產(chǎn)品塞曼扣背景技術(shù)作為選配項的。,4、應(yīng)用,⑥石墨管的加熱方式a、橫向加熱：橫向加熱時石墨管與加熱方向垂直。b、縱向加熱：縱向加熱時加熱方向與石墨管平行。,橫向石墨管,縱向石墨管,4、應(yīng)用,

16、⑦石墨爐可視化系統(tǒng)優(yōu)點：a、石墨爐進(jìn)樣更加精準(zhǔn)。b、記錄石墨爐進(jìn)樣的整個過程，為樣品測定結(jié)果產(chǎn)生的誤差提供了依據(jù)。,4、應(yīng)用,石墨爐進(jìn)樣過程：石墨管剖面圖,4、應(yīng)用,⑧氫化物發(fā)生器 在測定砷和汞元素的時候必須配備，且此裝置必須與火焰原子化系統(tǒng)聯(lián)用。,二、原子熒光光譜儀原理及應(yīng)用,1、原理概述2、基本結(jié)構(gòu)3、品牌4、應(yīng)用,,1、原子熒光是用來做什么的 ？ 測定金屬及非金屬元素，但是種類有限，只有11種：

17、汞、砷、銻、鉍、硒、蹄、錫、鍺、鋅、鎘、鉛 。 2、哪些行業(yè)需要用到原子熒光？ 與原子吸收行業(yè)類似。,1、原理概述,原子熒光簡介 原子熒光光譜分析是20世紀(jì)60年代中期提出并發(fā)展起來的光譜分析技術(shù),是原子光譜法中的一個重要分支,它是原子吸收和原子發(fā)射光譜的綜合與發(fā)展，是一種優(yōu)良的痕量分析技術(shù)。 原子熒光光譜分析是利用原子熒光譜線的波長和強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)的定性與定量分析的方法，它具有設(shè)備簡單、靈敏度高

18、、光譜干擾少、工作曲線線性范圍寬、可以進(jìn)行多元素測定等優(yōu)點。在地質(zhì)、冶金、石油、生物醫(yī)學(xué)、地球化學(xué)、材料和環(huán)境科學(xué)等各個領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。,1、原理概述,原子熒光發(fā)展歷史 （1）1859年克?；舴蜓芯刻柟鈺r開始原子熒光理論的研究。 （2）1902年胡克研究原子熒光現(xiàn)象，觀察到了鈉的熒光現(xiàn)象。 （3）1964年威博尼爾提出原子熒光光譜法，可作為一種化學(xué)分析方法。 （4）20世紀(jì)70年代，我國一批專家學(xué)者致力

19、于原子熒光的理 論和應(yīng)用研究。西北大學(xué)杜文虎、上海冶金研究所、西北有色地質(zhì)研究院郭小偉等均作出了貢獻(xiàn)。尤其郭小偉致力于氫化物發(fā)生(HG)與原子熒光(AFS)的聯(lián)用技術(shù)研究，取得了杰出成就，成為我國原子熒光商品儀器的奠基人，為原子熒光光譜法首先在我國的普及和推廣打下了基礎(chǔ)。,1、原理概述,原子熒光光譜法的定義 原子熒光光譜法（AFS）是介于原子發(fā)射光譜（AES）和原子吸收光譜（AAS）之間的光譜分析技

20、術(shù)。原子熒光光譜法是一種通過測定待測元素的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下所產(chǎn)生熒光的發(fā)射強(qiáng)度，來測定待測元素含量的一種發(fā)射光譜分析方法。它的基本原理是基態(tài)原子（一般蒸氣狀態(tài)）吸收合適的特征頻率的輻射而被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，而后從激發(fā)態(tài)又再降低至基態(tài)過程中以光輻射的形式發(fā)射出特征波長的熒光。,1、原理概述,,,,,原子熒光,原子熒光的產(chǎn)生過程示意圖,1、原理概述,（1）原子熒光的種類 原子熒光一般可分為3類：即共振熒光、非共振熒光和敏化熒

21、光，其中以共振原子熒光最強(qiáng)，在分析中應(yīng)用最廣。a、共振熒光：激發(fā)態(tài)原子發(fā)射的熒光波長和吸收的輻射波長相同的原子熒光。 b、非共振熒光：激發(fā)態(tài)原子發(fā)射的熒光波長和吸收的輻射波長不相同的原子熒光。c、敏化熒光：激發(fā)原子通過碰撞將其激發(fā)能轉(zhuǎn)移給另一個原子使其激發(fā)，后者再以輻射方式去活化而發(fā)射熒光，此種熒光稱為敏化敏化原子熒光。,1、原理概述,（2）熒光淬滅 熒光淬滅，又稱熒光熄滅或萃滅。熒光淬滅是指處于激發(fā)態(tài)的原子

22、，隨時可能在原子化器中與其他分子、原子或電子發(fā)生非彈性碰撞而喪失其能量，熒光將減弱或完全不產(chǎn)生的現(xiàn)象。,1、原理概述,If = φ Ia If—熒光強(qiáng)度 φ—為熒光量子效率 Ia—吸收光的強(qiáng)度,,If = k C,原子熒光光譜分析法是用激發(fā)光源照射含有一定濃度的待測元素的原子蒸氣，從而使基態(tài)原子躍遷到激發(fā)態(tài)，然后回到較低能態(tài)或基態(tài)，發(fā)出原子熒光。測定原子熒光的強(qiáng)度即可求得待測樣品中該元素的含量。,2、基本結(jié)構(gòu),單色

23、器,原子化器,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),檢測器,氫化物發(fā)生系統(tǒng),光源,,,,,,原子熒光基本結(jié)構(gòu)圖,2、基本結(jié)構(gòu),原子熒光光譜儀實樣圖,2、基本結(jié)構(gòu),氫化物發(fā)生系統(tǒng),氫化物發(fā)生系統(tǒng)主要是用來樣品的反應(yīng),2、基本結(jié)構(gòu),原子化器,原子化器是石英管原子化器,3、品牌,（1）國產(chǎn)：北京瑞利、普析通用、北京吉天、海光…（2）進(jìn)口：無 a、原子熒光是唯一一款由中國人發(fā)明的儀器 b、由于是國內(nèi)發(fā)明，一直沒有得到國

24、外的認(rèn)可，所以國外無原子熒光,3、品牌,北京瑞利產(chǎn)品線a、AF-610D2液相色譜-原子熒光聯(lián)用b、AF-630A/640A/610E分別為三通道、雙通道、單通道原子熒光光譜儀c、 AF-2100/2200/2300分別為單道、雙道、三道順序注射原子熒光光譜儀,4、應(yīng)用,主要體現(xiàn)在客戶面前遇到具體情況：①測定元素種類②測定元素方法③樣品前處理④實驗室環(huán)境要求⑤通道的選擇⑥聯(lián)用技術(shù),4、應(yīng)用,①測定元素種類

25、 在了解客戶需要測定元素種類的同時，最好能了解到每種測定元素的大致含量，有助于儀器選型過程中原子化系統(tǒng)的選擇。,4、應(yīng)用,②測定元素方法 儀器的選擇一定要有依據(jù)，根客戶要求確定是否一定是原子熒光測定，如果不是，按照標(biāo)準(zhǔn)或者相應(yīng)的測定方法來確定。,4、應(yīng)用,③樣品前處理 樣品的進(jìn)樣狀態(tài)和原子吸收一樣，基本都是液體進(jìn)樣，所以有時候遇到固體樣品或者半固體狀態(tài)的樣品要通過一定的樣品前

26、處理方式處理成液體狀態(tài)進(jìn)樣。 a、電熱板加熱法（加酸消解），此設(shè)備價格成本低，所以使用程度高，但是此方法對于樣品的損失量大，處理時間長，且危險性高。 b、微波消解儀（微波消解），此設(shè)備操作簡單，樣品損失小，處理時間短，危險性低，但是價格成本高，且需放置通風(fēng)廚內(nèi)使用。,4、應(yīng)用,④實驗室環(huán)境要求，和原子吸收基本一致，不同的主要是氣源方面。氣源方面，原子熒光只需要氬氣，且不需要循環(huán)水。,4、應(yīng)用,⑤通道的選擇

27、 原子熒光有單通道，雙通道，三通道，通道的個數(shù)是根據(jù)儀器元素?zé)舻膫€數(shù)確定的。 注意：不是儀器配置多通道就能多種元素同時測定。,4、應(yīng)用,⑥聯(lián)用技術(shù) HPLC-AFS聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用于砷、汞等元素形態(tài)分析。所謂形態(tài)分析即是不同價態(tài)的元素的分析，有些元素價態(tài)的不同會使得元素呈現(xiàn)出的毒性不同，目前原子熒光測定的結(jié)果是某種元素各個價態(tài)的總和，對于單獨的各種價態(tài)的量的確定無法進(jìn)行測定，所以要通過HPLC-

28、AFS的聯(lián)用技術(shù)來進(jìn)行測定。,三、AAS與AFS對比,1、適用范圍對比（元素種類）2、工作環(huán)境對比（條件）,1、適用范圍對比（元素種類）,a、AFS只能測定11種元素，特別是砷和汞的測定，檢出限很低，是原子吸收的一個很有效的補充。 b、AAS能測定絕大部分金屬元素。,2、工作環(huán)境對比（條件）,工作環(huán)境基本相同，除了氣源不同，AFS只需要氬氣，AAS根據(jù)火焰法與石墨爐法來進(jìn)行氣體的選擇（乙炔或者氬氣）。,Thank you！