Transcript 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

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
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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
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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。
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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
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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：
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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
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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
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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。
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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。
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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）
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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。
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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？
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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
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谢 谢！
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