前言
仪器分析是一种科学实验的手段,利用它可以获取所需要的信息,仪器分析实验的目的是通过实验教学,包括严格的基本操作训练,实验方案设计,实验数据处理,谱图解析,实验结果的表述及问题分析,掌握仪器的原理、结构、各主要部件的功能及操作技能,了解各种仪器分析技术在科学研究领域的应用,培养理论联系实际、利用掌握的知识解决问题的能力,培养良好的科学作风和独立从事科学实践能力。
在这门课程的学习中,我们了解了原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法、红外光谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、离子色谱法等仪器分析的方法。其中,我们重点学习了离子色谱法和原子吸收光谱法,并进行了实验操作,下面介绍一下原子吸收光谱法和离子色谱法测浓度。
二、原子吸收光谱法 1.原子吸收光谱法概述:
光谱仪器的产生原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。这一年澳大利亚的瓦尔什(A.Walsh发表了他的著名论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用”奠定了原子吸收光谱法的基础。50年代末和60年代初, Hilger, Varian Techtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器,发展了瓦尔西的设计思想。到了60年代中期,原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。电热原子吸收光谱仪器的产生1959年,苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。电热原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达到10-10g,使原子吸收光谱法向前发展了一步。原子吸收分析仪器的发展随着原子吸收技术的发展,推动了原子吸收仪器的不断更新和发展,而其它科学技术进步,为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。近年来,使用连续光源和中阶梯光栅,结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析检测器,设计出了微机控制的原子吸收分光光度计,为解决多元素同时测定开辟了新的前景。微机控制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构,提高了仪器的自动化程度,改善了测定准确度,使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。
2.原子吸收分光光度计的基本部件
原子吸收分光光度计装置示意图
原子吸收分光光度计一般由四大部分组成,即光源(单色锐线辐射源、试样原子化器、单色仪和数据处理系统(包括光电转换器及相应的检测装置。原子化器主要
有两大类,即火焰原子化器和电热原子化器。火焰有多种火焰,目前普遍应用的是空气—乙炔火焰。电热原子化器普遍应用的是石墨炉原子化器,因而原子吸收分光光度计,就有火焰原子吸收分光光度计和带石墨炉的原子吸收分光光度计。前者原子化的温度在2100℃~2400℃之间,后者在2900℃~3000℃之间。
3.原子吸收分光光度计的工作原理
元素在热解石墨炉中被加热原子化,成为基态原子蒸汽,对空心阴极灯发射的特征辐射进行选择性吸收。在一定浓度范围内,其吸收强度与试液中被的含量成正比。其定量关系可用郎伯-比耳定律,A= -lg I/I o= -lgT = KCL ,式中I为透射光强度;I0为发射光强度;T为透射比;L为光通过原子化器光程(长度,每台仪器的L值是固定的;C是被测样品浓度;所以A=KC。
利用待测元素的共振辐射,通过其原子蒸汽,测定其吸光度的装置称为原子吸收分光光度计。它有单光束,双光束,双波道,多波道等结构形式。其基本结构包括光源,原子化器,光学系统和检测系统。它主要用于痕量元素杂质的分析,具有灵敏度高及选择性好两大主要优点。广泛应用于特种气体,金属有机化合物,金属醇盐中微量元素的分析。但是测定每种元素均需要相应的空心阴极灯,这对检测工作带来不便。
火焰原子化法的优点是:火焰原子化法的操作简便,重现性好,有效光程大,对大多数元素有较高灵敏度,因此应用广泛。缺点是:原子化效率低,灵敏度不够高,而且一般不能直接分析固体样品;
石墨炉原子化器的优点是:原子化效率高,在可调的高温下试样利用率达100%,灵敏度高,试样用量少,适用于难熔元素的测定。缺点是:试样组成不均匀性的影响较大,测定精密度较低,共存化合物的干扰比火焰原子化法大,干扰背景比较严重,一般都需要校正背景。
4.原子吸收光谱法原理
当通过基态原子的光辐射具有的能量h 恰好等于原子由基态→激发态
所含有的能量ΔE时,基态原子吸收光辐射产生原子吸收光谱(线 ΔE=h v =hc/λ
一般由基态跃迁至第一激发态所需能量最低。吸收谱线称为第一共振吸收谱线——主共振线——灵敏线,干扰小。通常测量基态原子对特征谱线的吸收程度进行定量分析。不同种类的原子有不同的原子结构,由基态→激发态所需的能量差不同,吸收的光辐射的频率或波长不同。
5.原子吸收光谱法的特点及缺点 特点:
(1灵敏度高,比原子发射光谱高几个数量级,绝对灵敏度达10-13-10-15g
原子发射光谱以Ni为依据,测定的是占原子总数不到1%的激发态原子。原子吸收光谱以No为依据,测定的是占原子总数99%以上的基态原子。
(2精密度高,准确度高,相对标准偏差一般可达百分之一,最低可达百分之零点三或更低。原子吸收程度受温度变化影响较小。重现性好,稳定性好。
(3选择性好,干扰少。干扰易排除。原子吸收光谱是元素的固有特征。 (4应用范围广。可测70多种元素,既可测低含量和主量元素,又可测微量、痕量和超痕量元素。可测金属,还可间接测非金属元素。S、P、N等可测土壤、植物、生物组织等样品中的元素
(5样品用量小,FAAS进样量一般为3—6ml,微量进样量为10-50μL,GFAAS 液体进样量为10-30μL,固体进料为毫克级。
(6仪器设备相比较简单,操作简单。
缺点:
(1多元素同时测定有困难;
(2对非金属及难熔元素的测定尚有困难; (3对复杂样品分析干扰也较严重; (4石墨炉原子吸收分析的重现性较差。 三、离子色谱法 1.离子色谱法概述
离子色谱技术是1975年提出的一种革命性的微量湿化学分析新技术,1977年开始在水处理领域中采用。现在离子色谱仪应用已经越来越广泛,精密度也越来越高,已逐渐推广到对蒸汽纯度作更精确的评价、对锅炉水处理的监督以及改善水中沉积物特性方面的研究中。
本学院分析中心的离子色谱仪是由13本SHIMADZU(岛津公司生产,采用离子 色谱方法测定离子浓度,具有以下特点:1、试样用量少(本仪器只需求20 L以上的样品,灵敏度高,操作简单,不需要过多的辅助试剂,能准确、快速地顺序检测出多种离子,这是比色法等常规分析方法所无法比拟的优点。2、由于它是属于色谱学方面的技术,因而可以同任何具有峰值一积分软件的数据处理技术结合使用。