原子荧光分析法测定电池中的汞 - 中山大学化学与化学工程学院

Report
仪器分析实验
中山大学
化学与化学工程学院
原子荧光分析法测定电池中的汞
实验名称:原子荧光分析法测定电池中的汞
实验学时:5
实验类型:基础性实验
主讲教师:瞿俊雄 高级讲师
Hg
中山大学现代化学实验与技术
2
原子荧光分析法测定电池中的汞
原子荧光光谱的形成原理
原子荧光光谱的类型
原子荧光光谱仪器及其组成
原子荧光光谱实验
思考题
中山大学现代化学实验与技术
3
原子荧光分析法测定电池中的汞
1. 原子荧光光谱的形成原理
原子荧光光谱的产生是由于原子蒸气吸收特征后,部
分自由原子被激发跃迁至较高能级,在很短时间(~10-8秒)
去激发而回到较低的能态,而发射出特征的原子荧光光谱。
中山大学现代化学实验与技术
4
原子荧光分析法测定电池中的汞
2. 原子荧光光谱的类型
①. 共振荧光
②. 直跃线荧光
③. 阶跃线荧光
④. 热助反斯托克斯荧光
⑤. 敏化荧光
中山大学现代化学实验与技术
5
原子荧光分析法测定电池中的汞
①.共振荧光
原子吸收光子辐射跃迁
至激发态后,再辐射发射波
长或频率相同的光子,称为
共振荧光。
A 基态共振荧光 B 热助共振荧光
虚线代表亚稳态能级
中山大学现代化学实验与技术
6
原子荧光分析法测定电池中的汞
②.直跃线荧光
原子从低能级(通常从基态)光
致激发到高能级,而后直接跃迁到
高于基态的亚稳态能级,辐射出直
跃线荧光。
荧光线的波长比激发线波长长。
亚稳态能级的能量与基态能量的差
别越小,直跃线荧光的强度越大。
直跃线荧光有时与共振荧光共
生,产生混合荧光。
中山大学现代化学实验与技术
7
原子荧光分析法测定电池中的汞
③.阶跃线荧光
原子吸收光子被激发后未
立即再辐射产生荧光,而是经
非辐射跃迁至另一能级,然后
辐射出光子,产生阶跃线荧光。
光致激发后的原子也可进
一步从原子化器火焰中获得能
量而跃迁至更高能级的激发态,
然后再辐射产生荧光。这种情
况称为热助阶跃线荧光。
中山大学现代化学实验与技术
8
原子荧光分析法测定电池中的汞
④.热助反斯托克斯荧光
荧光线的波长比激发光的
波长短,称为反stokes荧光。
中山大学现代化学实验与技术
9
原子荧光分析法测定电池中的汞
敏化荧光是一种间接的原子荧光。原子或分子被光致激
发后,通过第二类非弹性碰撞而激发另一元素的原子,该元
素被激活的原子辐射出荧光。
式中,A称为给予体,M为接受体。
中山大学现代化学实验与技术
10
原子荧光分析法测定电池中的汞
原子荧光强度
原子对激发光的吸收遵守Lambert-Beer定律:
式中:IA是原子吸收的光强,I0是激发光光强,a、b、c的
意义同光度分析,a是吸光系数,b是光程长,c是吸光原
子的浓度。上式括号内按Tayler级数展开:
中山大学现代化学实验与技术
11
原子荧光分析法测定电池中的汞
在弱吸收条件下,式中高次项可略去,近似为:
荧光再辐射的强度正比于吸收的强度
式中,y是荧光与吸收光之间的转换效率,也称荧光产率或
荧光产额。
中山大学现代化学实验与技术
12
原子荧光分析法测定电池中的汞
上式表明:
①. 在弱吸收条件下,荧光强度与被测元素原子浓度c成正比,
工作曲线呈线性。
②. 荧光强度与激发光强度I0成正比,增强激发光可正比改善
检测灵敏度。
③. 由于荧光在垂直于激发光入射方向进行测量以避开透射光
的影响,因此激发光可以不必是锐线光源。
④. 系数k包括光致激发过程中对激发光的吸收系数和光程长,
系数Y荧光产率受到共存物猝灭和荧光传播途径被重新吸
收的影响。
中山大学现代化学实验与技术
13
原子荧光分析法测定电池中的汞
3. 原子荧光光谱仪器及其组成
(1) 激发光源
(2) 原子化器
(3) 分光系统
(4) 检测器
中山大学现代化学实验与技术
14
原子荧光分析法测定电池中的汞
(1)激发光源
a. 高强度空心阴极灯
普通原子吸收光谱分析所用的空心阴极灯原则
上不适用于原子荧光光谱分析。原子荧光光谱分析有
多种设计形式的高强度空心阴极灯,强脉冲供电,加
以辅助激发,以获得大的峰值强度。
中山大学现代化学实验与技术
15
原子荧光分析法测定电池中的汞
b.无极放电灯
低沸点元素或化合物封在石英泡壳内,置于微
波装置的谐振腔内点燃。无极放电灯的亮度高,且由
于高频趋肤效应,放电趋于泡壳面,因而自吸小,使
用寿命较长;缺点是强度稳定性差。
中山大学现代化学实验与技术
16
原子荧光分析法测定电池中的汞
c. 短弧氙灯
功率约150W的氙弧灯作为连续光源激发原子荧光。
d. ICP炬
e. 激光
中山大学现代化学实验与技术
17
原子荧光分析法测定电池中的汞
(2) 原子化器
主要采用低温火焰原子化,火焰有空气乙炔焰、
氢氧焰氢氩焰,火焰呈圆柱形。
中山大学现代化学实验与技术
18
原子荧光分析法测定电池中的汞
(3) 分光系统
采用滤光片分离荧光谱线进行检测。不用分光系统
的仪器称为非色散原子荧光光谱仪。
(4)检测
原子荧光用光电倍增管检测,常用锁相放大电子学
系统以降低噪声,提高信倍比。
中山大学现代化学实验与技术
19
原子荧光分析法测定电池中的汞
原子荧光光谱仪的仪器装置
中山大学现代化学实验与技术
20
原子荧光分析法测定电池中的汞
AFS-2202a双道原子荧光光度计(北京万拓)结构图
1 气路系统 2 氢化物发生系统 3 原子化器 4 激发光源
5 光电倍增管 6 前放 7 负高压 8 灯电流 9.炉温控制
10 控制及数据处理系统 11. 打印机 A 光学系统
中山大学现代化学实验与技术
21
原子荧光分析法测定电池中的汞
原子荧光与分子荧光的异同点
• 原子荧光与分子荧光光谱的产生形式是相似的。
• 主要区别:
① 分子荧光是由基态分子吸收特征辐射后,受激发产生分
子荧光,这样可以根据荧光光谱位置和荧光强度对物质分
子进行定性和定量测定。而原子荧光则测量样品中特定原
子的含量。
中山大学现代化学实验与技术
22
原子荧光分析法测定电池中的汞
② 荧光产生时存在状态不同:分子荧光可以在固态,液态
和气态状态下产生;而原子荧光只能在气态下产生。
③ 原子荧光光谱是线光谱,而分子荧光光谱是带光谱。
中山大学现代化学实验与技术
23
原子荧光分析法测定电池中的汞
4. 原子荧光光谱实验
• 实验原理
Hg(NO3)2+3NaBH4+HNO3+6H2O
→ Hg+3HBO2+3NaNO3+11H2
• 仪器: AFS-2202a
双道原子荧光光度计
(北京万拓)
中山大学现代化学实验与技术
24
原子荧光分析法测定电池中的汞
• AFS-2202a双道原子荧光光度计特点
★ 双元素同时测定
★ 先进的断续流动进样系统
★ 自动识别单、双阴极灯,双阴极灯电流自动配置
★ 六项中国技术专利
★ 高集成度模块化电路设计
★ 自动调节气路系统
★ RS-232C标准通讯接口
★ 屏蔽式石英炉原子化器
中山大学现代化学实验与技术
25
原子荧光分析法测定电池中的汞
• AFS-2202a双道原子荧光光度计应用领域
★ 食品卫生检验 ★ 临床检验 ★ 化妆品检验
★ 城市给排水检验 ★ 农业及其产品检测 ★ 药品检验
★ 环境样品检测 ★ 地质冶金样品检测 ★ 教育及科研
技术指标
元 素
As Sb Bi Se Pb Te Sn Ge
Zn
Hg
Cd
检出限DL(μg/L)
≤0.08
≤8.0
≤0.008
≤0.008
相对标准偏差
RSD ≤1.8%
线性范围
大于三个数量级
≤0.5
中山大学现代化学实验与技术
26
原子荧光分析法测定电池中的汞
试剂
(1) 汞标准储备液(1.0 mg/mL)
(2) 中间液(含Hg2+ 10 g/mL): 吸取 0.50 mL 储备液
于 50 mL容量瓶中,用 5% HNO3稀释至刻度,摇匀。
(3) 使用液(含Hg2+ 0.01 g/mL):吸取中间液 0.25 mL
于 25 mL 容量瓶中,用 5% HNO3 稀释至刻度,摇匀。
然后吸取此溶液 2.5 mL于 25 mL 容量瓶中,用 5%
HNO3 稀释至刻度,摇匀。
(4) 1% NaBH4
(5) 5% HNO3
中山大学现代化学实验与技术
27
原子荧光分析法测定电池中的汞
仪器条件
元素
光电倍增管
负高压/V
原子化器
温度/℃
原子化器
高度/mm
灯电流
/mA
载气流量
/ml.min-1
屏蔽气流量
/ml.min-1
Hg
300
200
8
5
400
1000
中山大学现代化学实验与技术
28
原子荧光分析法测定电池中的汞
测量条件
读数时间/s
10
标准校正点
1
延迟时间/s
0.5
标准频率
0
注入量/mL
0.5
测量方式
Std.Curve
重复次数
1
读数方式
Peak area
空白判别值
10
分析液单位
μg. L-1
中山大学现代化学实验与技术
29
原子荧光分析法测定电池中的汞
断流程序
步骤
1
时间/s
6
泵转速/rpm
0
读数
No
2
10
100
No
3
6
0
No
4
16
130
Yes
中山大学现代化学实验与技术
30
原子荧光分析法测定电池中的汞
分析校准曲线制作和样品测定
(1). 分析校准曲线制作:分别吸取 1.0 mL、1.5 mL、2.0
mL、2.5 mL 汞标准使用液于4个 25 mL的具塞试管中,
用 5% HNO3稀释至刻度,摇匀。按前表中的参数进行测
量,以荧光强度对浓度作图制作分析校准曲线。
(2). 样品测定:在与分析校准曲线相同条件下分别测定试剂
空白和样品的荧光强度。
中山大学现代化学实验与技术
31
原子荧光分析法测定电池中的汞
数据处理
(1). 制作工作曲线。
(2). 根据样品的荧光强度,从校准曲线上得到样品的浓度。
中山大学现代化学实验与技术
32
原子荧光分析法测定电池中的汞
5. 思考题
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
原子荧光光谱与原子吸收光谱的区别?
原子荧光光谱的五大性能指标是什么?
原子荧光光度计有主要有哪些厂商?
国内原子荧光光度计为什么国际领先?
原子荧光分析法的检测限?适用哪些元素?
原子荧光分析法适用哪些领域?
本实验的安全和环保措施有哪些?
本实验如何进行绿色化改进?
原子荧光分析法的发展方向是什么?
中山大学现代化学实验与技术
33
原子荧光分析法测定电池中的汞
欢迎同学们对《现代化学实验与技术》课程的教学组
织、教学过程、实验准备、实验指导教师等提出意见、建
议和批评,以便我们不断改进教学工作,提高教学质量。
瞿俊雄 高级讲师 联系方式:
E-mail: [email protected]
Tel.: 84115662
Site: http://ce.sysu.edu.cn/hope
中山大学现代化学实验与技术
34
原子荧光分析法测定电池中的汞
谢 谢!
Hg
中山大学现代化学实验与技术
35

similar documents