光谱吸收

光谱吸收（共12篇）

光谱吸收 篇1

1 引言

钙、镁广泛地存在于各种类型的天然水中, 是构成水中硬度的主要成份。钙主要来源于含钙岩石 (如石灰岩) 的风化溶解, 镁主要是含碳酸镁的白云岩以及其他岩石的风化溶解产物。在测定钙和镁的总量即总硬度时, EDTA滴定法是最为精典的方法, 且操作简便;分别测定钙、镁离子浓度时, 离子色谱法灵敏度较高, 测定值较为稳定, 原子吸收光谱法受火焰条件、试样有背景吸收等因素影响, 在实际测量中数据准确性及重现性均不如离子色谱法。为了解原子吸收光谱法中试样有背景吸收对钙、镁离子浓度测定的影响, 经过多次试验, 对原子吸收光谱法测定钙、镁离子浓度时背景扣除的问题进行了研究和探讨。

2 材料与方法

2.1 火焰原子吸收光谱法原理

将试液喷入火焰中, 使钙、镁原子化, 在火焰中形成的基态原子对特征谱线产生选择性吸收。由测得的样品吸光度和校准溶液的吸光度进行比较, 确定样品中被测元素的浓度。选用422.7nm共振线的吸收测定钙, 用285.2nm共振线的吸收测定镁[1]。

2.2 仪器和试剂

仪器选用AA-6300原子吸收分光光度计 (日本) 、钙、镁自吸收空心阴极灯、玻璃量具。以上仪器、量具均经检定合格。

试剂选用钙、镁标准溶液及已知浓度溶液 (均为国家环境保护部标准样品研究所提供) 、实验用水均为新鲜的超纯水。

3 方法与讨论

火焰类型为空气-乙炔型, 固定乙炔流量为2.0L/min, 空气流量为15L/min, 调节燃烧器原点位置在7mm。样品背景吸收的扣除拟采用连续光源背景校正和自吸效应背景校正两种方法。

3.1 连续光源背景校正

连续光源背景校正是利用空心阴极灯辐射的锐线光谱所测得原子吸收和背景吸收的总吸光度值与连续光源辐射的连续光谱所测得的背景吸收的吸光度值之差, 得到待测元素原子吸光度值, 从而达到扣除背景的目的[2]。常用氚灯作为背景校正的光源, 本次实验所用的氚灯可发射190nm~430nm的连续光谱。

3.2 自吸效应背景校正

自吸效应背景校正是利用双脉冲供电空心阴极灯来扣除背景的方法, 即用低电流脉冲供电空心阴极灯产生的发射线, 测得原子吸收和背景吸收的吸光度值, 用高电流脉冲使空心阴极灯产生有强自吸的变宽谱线, 测得背景吸收的吸光度值, 两次测定吸光值相减, 得到待测元素原子吸光度值, 从而达到扣除背景的目的[3]。

3.3 钙、镁的测定

配制钙、镁标准溶液并设定原子吸收分光光度仪器参数 (表1) 。

3.3.1 钙的测定

分别用BGC-D2和BGC-SR方式点灯, 新鲜超纯水调零, 1%HNO3溶液测定空白, 钙的标准曲线制作见表2。

已知标准溶液浓度为1.41±0.08mg/L, 平行测定5次, 氚灯扣背景法测定值分别为2.25mg/L、2.16mg/L、2.14mg/L、2.13mg/L, 2.11mg/L, 测定值均不在允许误差范围。自吸收灯扣背景法测定值分别为1.33mg/L、1.29mg/L、1.38mg/L、1.36mg/L、1.39mg/L, 测定值相对误差为-4.26%。

3.3.2 镁的测定

分别用BGC-D2和BGC-SR方式点灯, 新鲜超纯水调零, 1%HNO3溶液测定空白, 镁的标准曲线制作见表3。

已知标准溶液浓度为0.197±0.015mg/L, 平行测定5次, 氚灯扣背景法测定值分别为0.191mg/L、0.186mg/L、0.187mg/L、0.194mg/L、0.193mg/L, 测定值相对误差为-3.56%, 且5个测定值均在允许误差范围内。自吸收灯扣背景法测定值分别为0.241mg/L、0.248mg/L、0.231mg/L、0.237mg/L、0.220mg/L, 测定值相对误差为19.3%, 且5个测定值均不在允许误差范围内。

3.4 数据分析

两种扣除背景法分别用于测定已知钙、镁离子浓度的标准溶液, 结果见表4。

根据对同一已知浓度标准样品进行的测定显示, 分析钙无素时, 连续光源背景校正法所测数值均不在已知样允许误差范围内, 相对误差达到53.2%;自吸效应背景校正法所测数据中有1个低于已知样允许误差范围, 平均浓度相对误差为-4.3%。分析镁元素时, 连续光源背景校正法所测数值均在已知样允许误差范围内;自吸效应背景校正法所测数据均高于已知样允许误差范围, 相对误差为19.3%。

4 结语

背景吸收是一种非原子吸收现象, 多数文献认为主要来自光散射 (微固体颗粒引起) 、分子吸收、火焰产生吸收等现象。尽管本次实验用氚灯可发射的波长覆盖了钙、镁测定波长, 理论上来讲用连续光源背景校正可以扣除背景吸收, 但本次实验数据显示, 当火焰条件固定, 测定钙元素时, 选择自吸效应背景校正法的测定准确度高于连续光源背景校正法;测定镁元素时, 连续光源背景校正法的测定准确度高于自吸效应背景校正法。

参考文献

[1]国家环境保护总局.GB11905-89水质钙和镁的测定原子吸收分光光度法[S].北京:中国标准出版社, 1989.

[2]国家环境保护总局.GB/T15337-2008原子吸收光谱分析法通则[S].北京:中国标准出版社, 2008.

[3]李华昌, 高介平, 符斌.ATC006原子吸收光谱分析技术 (第一版) [M].北京:中国标准出版社, 2011.

光谱吸收 篇2

红外吸收光谱法

10．1教学建议

一、从应用实例入手，介绍红外吸收光谱法的基本原理和红外光谱仪结构特征。

二、依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构为目的,介绍红外光谱分析方法在定性及定量分析的方面的应用。

10．2主要概念

一、教学要求：

（一）、掌握红外吸收光谱法的基本原理；

（二）、掌握依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构方法；

（三）、了解红外光谱仪的结构组成与应用。

二、内容要点精讲

（一）基本概念

红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。

红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。

振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。

转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。

伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。

红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。

诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。

共轭效应——分子中形成大键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。

氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。

溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。

基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。

振动偶合——两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。

基团频率区——红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。指纹区——红外吸收光谱中能反映和表征化合物精细结构的区域。分子振动自由度——多原子分子中原子振动形式的数目，称为分子振动自由度。倍频峰——振动能级由基态跃迁至第二激发态、第三激发态……所产生的吸收峰称为倍频峰。

组（合）频峰——多原子分子中由于各种振动之间的相互作用而形成的组合频率（等于两个或多个基团频率之和或差）的吸收峰。

泛频与泛频峰——倍频与组（合）频，统称为泛频。相应的吸收峰称为泛频峰。相关峰——表征某一基团存在的一组特征峰称为相关峰。

（二）基本内容

1.红外吸收光谱的基本原理

利用物质分子对红外辐射的吸收，并有其振动及转动引起偶极矩的净变化产生振动和转动能级由基态跃迁到激发态，获得分子振动和转动能级变化的振动-转动光谱，即红外吸收光谱。除对称分子外，几乎所有具有不同结构的化合物都有相应的特征红外吸收光谱。它反映了分子中各基团的振动特征。因此可以用以确定化学基团和鉴定未知物结构。同时，物质对红外辐射的吸收符合朗伯-比尔定律，故可用于定量分析。

2.红外吸收光谱产生的条件

（1）照射的红外光必须满足物质振动能级跃迁时所需的能量，即光的能量E = hv必须等于两振动能级间的能量差E(E =E振动激发态-E振动基态)。

（2）红外光与物质之间有偶合作用及分子的振动必须是能引起偶极矩变化的红外活性振动。

3.分子的振动方程

1307k Ar 由方程可知，振动波数（或频率）随键力常数k的增加或折合相对原子质量Ar的减少而增大，实际用于真实分子时应加以修正。

4.分子振动的形式和类型

分子中的基本振动形式（理论数）：

对于非线性分子有（3N―6）个基本振动（即简正振动）形式；线性分子有（3N―5）个基本振动形式（N为分子中原子数目），实际上大多数化合物在红外光谱图上出现的吸收峰数目比理论数要少。

振动类型：多原子分子中有伸缩振动（对称和非对称伸缩振动）和弯曲（或变形）振动两大类。

5.红外吸收光谱与有机化合物分子结构的关系

（1）红外吸收光谱的分区：按照红外吸收光谱与分子结构的关系可将其分为基团频率区（或特征区）（4000～1300cm-1）和指纹区（1300～670cm-1）两大区域。基团频率区包括：①X—H伸缩振动区（4000～2500cm-1），主要包括C—H，O—H，N—H和S—H键伸缩振动频率区；②三键及积累双键区（2500～1900cm-1），主要包括C≡C，C≡N键伸缩振动及C═C═C和C═C═O等累积双键的不对称伸缩振动频率区；③双键伸缩振动区（1900～1500cm-1），主要包括C═O（1900～1650cm-1）和C═C（1680～1500cm-1）伸缩振动频率区。

指纹区包括：①1300～900cm-1振动区：主要包括C—O，C—N，C—F，C—P，C—S，P—O，Si—O等单键和C═S，S═O，P═O等双键的伸缩振动频率区以及一些弯曲振动频率区。如C—O的伸缩振动（1300～1000cm-1）和甲基的弯曲振动（～1380cm-1）；②900cm-1以下振动区，主要包括一些重原子伸缩振动和一些弯曲振动频率区，C—H在这一区域的吸收峰可用来确定苯环的取代类型。某些吸收峰还可用来判定化合物的顺反构型。

6.影响红外吸收光谱的主要因素

（1）影响吸收峰位置（即基团频率）的因素 内部因素：诱导效应、共轭效应和氢键效应；外部因素：物质的物理状态和溶剂效应。

（2）影响吸收峰数目的因素 通常大多数化合物在红外光谱上出现的吸收峰数目比理论计算数目有所增减，这主要是由于：①分子中存在着红外非活性振动；②某些振动频率完全相同，即简并为一个吸收峰；有些振动频率相近，仪器分辨不出来；③某些振动吸收强度太弱，仪器检测不出来或某些振动吸收频率超出了仪器的检测范围；④倍频峰和合频峰的产生，使吸收峰增加；⑤振动偶合使得吸收峰发生分裂；⑥ 费米共振，倍频峰和组频峰与基频峰之间相互偶合而产生的吸收峰的分裂，使吸收峰增多。

7.红外吸收光谱仪

用于测量和记录待测物质红外吸收光谱并进行结构分析及定性、定量分析的仪器，称为红外吸收光谱仪或红外吸收分光光度计。

仪器的类型：色散型红外吸收光谱仪和干涉型红外吸收光谱仪。

仪器的结构：红外光谱仪的基本结构与紫外光谱仪类似，也由光源、吸收池、单色器、检测器和记录系统等部分组成。干涉型（傅里叶变换型）与普通色散型红外光谱的主要区别在于它有干涉仪和计算机两部分。

8.红外吸收光谱法的应用

红外吸收光谱法广泛用于有机物的定性分析、定量分析及未知物结构的确定。

三、重点、难点

（一）重点内容

1、红外吸收光谱法的基本原理；

2、依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构方法。

（二）难点

影响基团频率位移的因素、双原子分子振动及未知物结构的确定。

10．3 例题

例3．1 由下述力常数k数据，计算各化学键的振动频率（波数）。

（1）乙烷的C―H键，k=5.1N·cm-1;(2)乙炔的C―H键，k=5.1N·cm-1(3)苯的C=C键，k=7.6N·cm-1;(4)甲醛的C=O键, k=12.3N·cm-1。由所得计算值，你认为可以说明一些什么问题？

答：计算

k5.111307A1307cm1r121cm13072（1）乙烷的C―H键，121

同理可得

（2）乙炔的C―H键：2=3304 cm-1（3）苯的C=C键：3=1471 cm-1（4）甲醛的C=O键：4=1750 cm-1 由此可知，①折合相对原子质量Ar的平方根与化学键的振动频率（波数）成反比，与折合相对原子质量Ar小的C―H键相比，C=C键和C=O键的振动波数比较低；②键力常数k的平方根与化学键的振动频率（波数）成正比，不同的化学键有不一样的键力常数，键力常数差异决定了折合相对原子质量相近的化学键，如C=C键和C=O键的频率（波数）有明显的差异。【评注】本题给定条件明了、直接，解题思路清晰。

例3．2氯仿（CHCl3）的红外光谱表明其C―H伸缩振动频率为3100 cm-1,对于氘代氯仿(CDCl3)，其C―D伸缩振动频率是否会改变，如果变动，是向高波数还是低波数方向移动？

答：因为=1307（k1/Ar）1/2,的折合相对原子质量Ar1=12×1/（12+1）=12/13，而C―2H的折合相对原子质量Ar2=12×2/（12+2）=12/7，显然，Ar2≈2 Ar1，所以，与氯仿（CHCl3）红外光谱中的C―H伸缩振动频率比较，氘代氯仿(CDCl3)的C―2H伸缩振动频率会改变。从Ar2≈2 Ar1来看，C―2H伸缩振动频率向低波数方向移动。

例3．3 图6-1为1-辛烯的红外光谱，试给出各峰的归属。

图6-1 1-辛烯的红外光谱图

答：

（1）如═CH2的反对称伸缩振动（末端═C—H出现在3085 cm-1附近）及═CH2的对称伸缩振动（═CH2出现在2975 ±10cm-1附近），═CH—的伸缩振动（C—H伸缩振动出现在3040～3010cm-1附近）。

（2）C═C的振动（C═C伸缩振动出现在1680～1620cm-1附近）。

（3）—CH2，—CH3的反对称变形（在1460±10cm-1附近）及—CH3的对称变形（在1370～1380cm-1附近）。

（4）═C—H的面外弯曲振动（在1000～650cm-1处出现强吸收峰）。

（5）═CH2面外摇摆振动（910～890cm-1附近）

（6）—(CH2)5面外摇摆振动 [—(CH2)n—(n＞4)的面内摇摆振动720cm-1]。

10．4习题精选详解

（题号）2.1.羧基（－COOH）中C＝O、C－O、O－H等键的力常数分别为12.1N.cm-

1、7.12N.cm-1和5.80N.cm-1，若不考虑相互影响，计算：

（1）各基团的伸缩振动频率；（2）基频峰的波长与波数；

（3）比较ν（O－H）与ν（C－O），ν（C＝O）与ν（C－O），说明键力常数与折合原子质量对伸缩振动频率的影响。

解：Ar（H）=1.00794，Ar（O）=15.9994，Ar（C）=12.0107 1303kA1303krAr(A)Ar(B)Ar(A)Ar(B)12.1CO130312161730.9(cm1)1216

1141730.9105.777(m)c1730.93101051931010(Hz)

7.12CO130312161327.7(cm1)1216

111327.71047.532(m)

c1327.7310103983.11010(Hz)

5.80OH13031163234.6(cm1)116

1413234.6103.092(m)

c3234.6310109703.81010(Hz)

2.2.化合物的不饱和度是如何计算的？

答：不饱和度是有机化合物分子中含有双键、三键及环的个数，即碳原子的不饱和程度，其经验公式为Ω=1+n4+1/2(n3-n1)n4、n3、n1分别为四价元素（C,Si等）、三价元素（N,P等）和一价元素（H,F,Cl,Br等）的个数。

2.3 已知CHCl3中C－H键和C－Cl的伸缩振动分别发生在3030cm-1与758cm-1。（1）试计算CDCl3中C－H键的伸缩振动发生的位置；（2）试计算CHBr3中C－Br键的伸缩振动频率。

（假设CHCl3与CDCl3的键力常数K相同，C－Br键与C－Cl的键力常数K相同）

k212CH(1303)Ar(3030211303)1124.992(N.cm1)解：（1）

.992CD130342122223.5(cm1)212

75835.512k2(2N.cm1)（2）CCl(1303)Ar1303)35.5123.04（c13033.0431010703.4310102.111013CBr79.912(Hz)79.912

2.4 分别在95％乙醇溶液和正己烷中测定2－戌酮的红外吸收光谱。预计在哪种溶剂中C＝O的吸收峰出现在高频区？为什么？

答：正己烷溶剂中C＝O的吸收峰出现在高频区，在95％乙醇溶液C＝O的吸收峰出现在低频区。

光谱吸收 篇3

关键词： 原子吸收； 钨丝原子化器； CCD光谱仪； 便携式

中图分类号： TH 744文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.05.016

引言原子光谱分析技术历经数十年发展，已经形成利用原子发射、原子吸收、原子荧光等不同光谱特性进行有效化学分析的光谱分析仪器系列。纵观原子光谱分析仪器近几年的发展，一方面，设计与制造技术日臻完善、质量水平日趋稳定的“综合大系统”被全球各领域数以万计的实验室购置使用，成为微量与痕量元素分析的重要装备。另一方面，便携式分析仪器由于小型化、专用化、便于携带、可以现场快速分析检测等诸多诱人的优点，有日渐增长的社会需求。因此，研制便携式原子吸收光谱仪，旨在利用现代科学发展的新技术、新材料、新设备、新工艺，开发出可以在现场进行分析检测的便携式仪器。环境保护是国家的一项基本国策，是造福子孙万代，构建社会主义和谐社会，建设资源节约型和环境友好型社会的重要保证。食品与药品的安全防控也是功在当代，惠及长远的社会公共安全的重要内容之一。在当前环境恶性事件频发，水质、食品、药品等公共卫生安全问题已严重威胁人类健康，不得不采取科学有效的监管防控措施的社会大背景下，研制和发展小型化、专用化、现场快速分析检测的便携式仪器，无疑是顺应了社会公共安全需求，为建设社会公共安全监管防控长效机制，尤其是应对公共安全突发事件的应急检测监测，具有现实意义。1研究背景目前国内外实验室用常规原子吸收分光光度计仪器起步于上世纪60年代末70年代初。发展至今，其稳定性、可靠性都达到较高水平；仪器的硬件与软件技术、分析方法也不断更新提高。在传统的常规分析仪器发展定式中，原子吸收分光光度计历来是实验室内使用的仪器，属于“高、精、全”综合大系统。虽然仪器小型化有诸多优点和诱人之处，但便携式、小型化的原子吸收仪器由于原子吸收原理的复杂程度和仪器功能的综合程度等原因，在过去很少有人触及与探索。但随着科技水平的不断提高，近年来对于小型化、专用化、应用于现场应急分析检测的便携式原子吸收光谱仪的探索研究在国内外都取得了明显进展。1972年国外首次在原子吸收光谱分析中采用了钨丝电热原子化器[1]。文献[2]详细介绍了国外钨丝原子化器在原子吸收光谱分析中的应用与进展情况；文献[34]介绍Hou X D等人在实验室内对光源、原子化过程和钨丝温度方面的研究成果；文献[56]报道了国外组装便携式钨丝电热原子吸收光谱仪，测定Pb和Cd的情况。四川大学侯贤灯教授结合自己多年的研究，组装了钨丝电热原子发射光谱仪，并于2005年申请了实用新型专利（专利号：ZL 200520033944.5）。其后完成钨丝电热原子吸收光谱分析实验装置，开展了多项实验研究。钨丝电热原子化器的研究成果对原子吸收仪器实现小型化、便携式提供了关键性的技术突破。钨丝电热原子化器由于功耗低，可实现无电网环境下的电池供电，为原子吸收光谱仪器走出实验室迈出了关键性的一步。综上所述，钨丝电热原子化器在原子吸收光谱分析中的应用，已在实验室内对其技术与方法的研究取得显著成果，但仪器的商品化研发设计及产业化发展尚未起步。2006年8月北京瑞利分析仪器有限公司与四川大学化学学院开展合作，基于四川大学侯贤灯教授的钨丝电热原子吸收光谱分析实验装置的研究成果，进行商品仪器的开发设计。2007年1月该研发项目中标，由北京瑞利分析仪器有限公司作为主标单位承担“十一五”国家科技支撑计划项目《科学仪器设备研制与开发》“监测检测专用仪器产业化示范——现场检测小型原子吸收光谱仪”课题（编号：2006BAK03A14）。光学仪器第34卷

第5期章诒学，等：便携式原子吸收光谱仪的研究与探讨

2研究内容与实验室用常规原子吸收分光光度计相比较，所研制的便携式原子吸收光谱仪同样是利用元素的自由原子蒸气对其特征谱线产生吸收，及吸收值与被分析元素浓度线性相关原理进行元素定量分析。但该便携仪器的原子化系统和分光检测系统与传统仪器相比，发生了重大变革。研制体积小、重量轻、便于携至现场进行检测的仪器，需要解决制约常规仪器走出实验室的两个关键：一是原子化系统高耗电，不能脱离多种气体（包括燃气）及冷却水供应问题；二是分光检测系统体积大，仪器有可调节移动机构、不耐受环境温度变化及不适应经常搬移等问题。为此，解决两个关键制约因素的技术路线是：原子化系统采用钨丝电热原子化器，实现仪器功耗小，冷却快，无需水冷；分光检测系统采用一体化CCD光谱仪，这样可避免使用常规仪器分光系统必有的调节移动机构，使仪器体积小、重量轻。仪器具体设计方案如下：（1）根据四川大学提供的钨丝结构、吸收池、电源及载气与保护气供给的相关技术要求，设计试验商品仪器的原子化系统。（2）检测考核CCD光谱仪技术参数，确定符合设计目标的光谱仪规格，进行外光路系统试验、计算及光学零部件设计。在此基础上制成科研样机，由四川大学与瑞利公司两地同时考核评价整机性能与零部件结构。按考核评价意见，修改原设计方案，产成正样机。仪器创新点在于：（1）应用四川大学科研新成果之实用新型专利——钨丝电热原子吸收光谱仪（专利号：ZL 200620036013.5）取代传统仪器的火焰/石墨炉原子化器。由于其瞬间单次电能消耗小，冷却快，无需水冷，可使仪器摆脱复杂的多种气体（包括燃气）及冷却水供应装置，同时其功耗仅为石墨炉原子化器的6%，可在无电网环境下实现电池供电；（2）应用物理光学分光检测新技术之新型CCD光谱仪，取代传统仪器的光学分光系统。这样可使仪器体积大大减小，重量仅18 kg，实现仪器真正意义上的便携。3关键技术的研究

3.1钨丝电热原子化器及其电、气供给系统结构性能试验研究对组成原子化系统的原子化器（钨丝组件+吸收池部件）、加热供电控制部件、载气与保护气控制调节部件，根据四川大学提供的科研成果基础数据，按商品仪器设计要求，确定部件结构设计方案，组装后测试检查是否满足预期性能要求。原子化器的钨丝组件，经加热测温试验，确定钨丝结构、尺寸、材质、功率、电压等要素，着重解决其方便更换安装与保持电接触良好问题。吸收池部件则关注其形状尺寸设计和光窗材料透过率问题，以形成有利于光吸收的原子化气流场及尽量减少短波谱线光辐射损失。经初期试验，发现光源光斑与钨丝顶部位置关系对元素分析灵敏度、重复性有显著影响。进一步修改原子化器部件设计，改进位置调节机构，消除钨丝组件高度尺寸离散性对分析性能产生的影响。原子化器加热电源及升温控制电路部件的设计是保证原子化器具有良好性能的重要因素。试验发现，存在仪器升温控制电路某些器件发热以及汽车蓄电池过重，不便携带问题。通过对电路及工艺设计改进、元器件选择，实现仪器光源供电控制、原子化器升温控制、光电信号检测传输等全电路系统的模块化，解决电子器件过热问题。电源试验表明，体积小、重量轻、大储电量锂电池完全适用于加热供电要求，可以替代汽车蓄电池。原子化系统使用氩、氢混合气作为载气与保护气。经试验确定气体控制与调节模块采用手动调节控制的气路元器件架构，在满足使用功能前提下，可以实现减少电能消耗的目的。

3.2光源、分光检测系统结构性能试验研究首先通过实验，检测CCD光谱仪技术参数，如光谱范围、波长准确度、分辨力、主要检测元素的主灵敏线检测信号强度等是否满足仪器性能指标设计要求，由此确定光谱仪技术规格。其次进行光学计算，设计辐射光源光束传递光路。经实验验证发现，测试不同元素时，光源与CCD光谱仪距离原子化器中心的理想位置也分别不同。如果光源与原子化器中心之间和CCD光谱仪与原子化器中心之间的距离不能调整，则影响不同元素空心阴极灯的光辐射强度信号检测。因此，需要将固定式的光源组件结构和固定式的CCD光谱仪支撑结构分别修改为导轨滑移式结构，以利于优化调节光源辐射能量与获得CCD成像的最佳位置。4分析方法研究仪器所使用的分析条件与应用方法研究由四川大学化学学院承担。方法研究工作由两部分组成：（1）对仪器参数与分析条件进行检测试验。分析人员对测试不同元素标准样品的仪器参数，包括原子化器高度、进样量、空心阴极灯位置、空心阴极灯电流、分析波长、背景扣除方式、CCD积分时间、载气流量与比例、原子化升温条件（加热电流与时间）、定量方法等进行优化选择，确定镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铅（Pb）、铊（Tl）、锌（Zn）6种元素的标准分析条件，写成钨丝电热原子吸收光谱仪分析手册，作为未来提供给用户使用仪器的参考。（2）为仪器未来推广使用进行探索性研究。2006年采用超声辅助萃取法与仪器联用，测定大米标准样品与实际样品中不超过0.2 mg/kg的痕量镉[7]。2008年使用样机测定水样中铜、铬、铅和镉，给出优化的实验条件、仪器参数与分析结果[8]。通过浊点萃取法处理，用仪器测定大米和水中镉，检出限为0.03 μg/L[9]。2009年用溶液萃取法测定三种国家标准物质（大米、人发、水系沉积物）中痕量锌，定量下限是5 μg/L，有效解决痕量锌测定时的高空白问题[10]。与西藏大学农牧学院合作，采用微波消解法，在优化仪器条件下测定了手掌参、黄木耳中的镉。进样10 μL时，检出限为0.2 μg/L。该方法测定结果与电感耦合等离子体发射光谱法（ICPOES）测定的结果相符。2010年，采用中空纤维膜萃取方法测定自来水、池塘水、河水中的痕量铅[11]。经过数年样品处理技术与分析方法试验研究，确定了水质、食物、生物类样品中铅、镉、铜等有毒有害元素直接测定的方法与条件，为仪器应用奠定分析方法基础。5结论（1）研发成功的WFX910型便携式原子吸收光谱仪，有如下技术特点与功能特色：（a）具有与实验室用常规原子吸收分光光度计相同的分析性能。瑞利公司分析人员经使用产品样机检测镉、铬、铜、锰、铅五种元素，与WFX810型塞曼原子吸收分光光度计石墨炉法检测结果进行比对表明，所测元素分析灵敏度略低于石墨炉法，但明显高于火焰法；分析重现性略低于石墨炉法。由此得出如下结论：在上述分析条件下，便携式仪器测量镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）、铅（Pb）这五种元素的曲线相关系数优于0.997，标准点的精密度也控制在3%以内，达到了常规石墨炉仪器的测量水平。检出限、特征量两项指标值，略高于常规石墨炉仪器，这主要是由于分析灵敏度低造成的。目前有效的补偿手段是通过增加进样体积来降低相对检出限（检出浓度），仪器升温程序中的干燥、灰化时间也需要适当的延长[12]。常规石墨炉仪器和便携式仪器测量结果比对数据列于表1。

仪器类型实验室仪器便携式样机耗电量4 kW（最大）150 W（最大）耗气量空气6～10 L/min无乙炔2～4 L/min无氩气800～1 000 mL/min800 mL/min氢气无200～300 mL/min耗水量1.8～3 L/min无

（b）仪器运行分析成本（指电、气、水等消耗量）远低于实验室仪器，如表2所列。（c）维修服务成本远低于实验室仪器：构成仪器的各功能系统均为模块化结构，无需安装服务。发生故障的模块，采用快递更换方式，用户可自行安装，简捷易行。（d）仪器具备实验室外使用功能：工具箱式外箱，内置锂电池，重量为18 kg，外形尺寸：610 mm×230 mm×335 mm。（2）研制样机外形如图1所示。其主要技术指标，经研究室检测、检验部门检测、用户使用、型式评价、专家测试等多次测试，达到设计考核要求，如表3所列。（3）在仪器研发前及研发过程中，经对国内外同类课题研究的信息检索，尚未发现有同类商品仪器出现。根据对仪器性能进行的多次检测评价，以及仪器在整体结构、关键性能系统的创新性方面，其技术水平应属国际先进水平。图1仪器外形

（4）首次实现原子吸收仪器的便携化，必然存在一些有待继续完善、改进和研究的问题。（a）便携式仪器使用钨丝电热原子化器，其节电无水冷的特点是便携仪器的首选，而其原子化阶段不能停气的特点恰恰是其分析灵敏度低于石墨炉仪器的根源。如何通过控制原子化器内气流速度和调整气流场分布以提高分析灵敏度是今后改进的研究课题之一。（b）便携式仪器不宜使用常规实验室仪器的氘灯背景校正系统，更不可能使用庞大的塞曼背景校正系统。由于目前光源为直流供电方式，亦不能采用自吸背景校正，故只能使用双线法校正背景，所以存在两次测试的不便以及有些元素找不到邻近线做背景校正的问题。需要从CCD检测脉冲信号问题入手，研究引入自吸效应背景校正方式的可行性。（c）由于钨丝电热原子化器尺寸结构细小，造成不同元素光源成像位置与待测元素自由原子蒸气团分布位置相互关系影响分析性能，目前采用调整光源与原子化器中心之间和CCD光谱仪与原子化器中心之间距离方式以取得最佳分析性能。是否还有更好的调整方式或调节机构，今后可以继续探讨。（5）仪器研发中已对钨丝影响不同元素及不同样品的原子化过程问题有初步了解，今后在便携式仪器的市场开发和应用方法拓展中，将进一步研究和开发新型适合不同元素的通用性、永久性基体改进剂，以使钨丝电热原子化器适应更多类型样品检测要求。（6）便携式原子吸收光谱仪的问世，已引起水利、环境监测、地质、工业污水处理等领域分析工作者的关注。可以预期该仪器在这些领域的水质有毒有害元素现场监测方面，具有较好的应用前景。参考文献：

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光谱吸收 篇4

1 背景干扰的产生和影响

光散射和分子吸收是主要的背景干扰。大多情况下分析结果的偏高与偏低主要取决于背景干扰对吸光度的干扰程度, 如果使吸光度增加就会产生正的误差, 导致分析结果偏高。如果使吸光度减弱就会产生负的误差, 导致偏低, 在光谱分析工作中, 一般情况下遇到的分子吸收主要有以下三种:

无机酸不同分子吸收也不尽相同, 例如磷酸、硫酸在波长小于250nm时, 分子吸收很强, 但是硝酸、盐酸在波长小于250.0n m的情况下分子吸收很小。鉴于上述原因, 大多情况下具体的分析工作中, 主要采用硝酸、盐酸处理样品。

在紫外区碱金属还有碱土金属盐类物质表现出比较强的分子吸收。例如在波长为210.0~290.0nm时, KC1、Na C1、Na NO3等表现出明显的分子吸收带, 这样就会严重干扰镉、锌、铁、镍等元素的测定。还有Sr O吸收带为波长640.0~390.0nm之间, Sr OH分子吸收带为波长600.0~700.0nm之间, 这两个物质都会在测定锂元素的时候表现出明显的干扰。

原子火焰法测定元素的过程中, 会产生一些产物或半分解产物, 例如C2、OH和CN等, 它们都会表现出明显的分子吸收。例如OH在波长为308.0~330.0nm的时候会出现谱带, 这样就会在测定铜、钡和钒等元素的时候出现干扰。

在原子化过程中会产生固体微粒, 这种现象叫做光散射。一般来说光散射的时候产生的微粒会对光的起到阻挡作用, 干扰因此而产生。大多数情况下波长越长散射影响越小, 测试的样品的基体浓度越小, 则它对散射的影响也降低。因此, 当分析工作者面对那些被测元素为短波吸收线, 并且样品中基体浓度很高的时候, 就要留心这种干扰。

2 背景干扰的几种校正方法

2.1 氘灯连续光源法

原子吸收具有很明显的窄带吸收这一特点, 通过火焰的氘灯辐射光, 会产生背景吸收。检测样品的元素的空心阴极灯辐射光通过火焰的时候, 两种吸收同时出现, 在这种情况之下, 分析工作者必须使用电子线路装置, 目的是为了将阴极灯的吸收信号和氘灯的吸收信号进行比较, 这样就可以得到扣除背景吸收后的原子吸收信号, 从而达到校正背景干扰的目的。

2.2 邻近线法

采用邻近线法进行背景校正, 该法的原理是, 利用被测样品元素的吸收线来测定基态原子吸收和背景吸收, 用波长差应<10nm的非吸收线来测定背景吸收, 然后经过减差计算, 扣除背景对测定结果的影响。当分析工作者需要使用相同元素的非吸收线时无需更换元素灯, 当使用其它元素的非吸收线的时候, 分析工作者就必须考虑更换元素灯, 并且必须要第二次原子化。例如测铅的波长为283.3nm, 分析工作者可以使用锡的波长289.9nm作非吸收线。

2.3 有吸变宽校正背景法 (简称S-H法)

本法使用的是双脉冲空心阴极灯, 然后使用低电流脉冲, 这样就会使得阴极灯产生发射线。发射线产生以后就可以计算原子吸收和背景吸收的信号之和, 紧接着使用高电流脉冲目的是为了产生表现出自吸收的谱线, 该谱线较低电流脉冲先的稍宽。利用该法测得的吸光度主要是指背景吸收, 分析工作者便可以将两种信号利用电子线路装置进行比较, 从而得到被测样品元素的原子吸光度, 这样就会达到校正背景干扰的目的。

2.4 塞曼效应背景校正法

塞曼效应背景校正法的准确度高, 灵敏度好, 该方法的工作原理是, 利用特征谱线的偏振性, 将磁场施加在光源上, 这样就会因为辐射产生分裂, 被测样品的π组分将吸收线重合, 但是它们不会发生位移, 这种情况下就容易计算原子吸收和背景吸收信号之和。同时由于辐射其中的σ±组分将会发生位移, 并且表现不出原子吸收, 只有背景吸收。因此, 分析工作者可以利用π组分作为试样的基础光束, 同时利用σ±组分作为分析工作的参比光束, 以达到校正背景的目的。当原子化器上被施加磁场的时侯, 由于产生频率位移其中的π组分而不产生吸收主光源的共振线, 这样就可以在该位观察到背景吸收。此时我们利用旋转偏振器分离在直流磁场下分裂的π或σ±组分, 同时利用电子线路装置, 对两种信号进行比较, 以达到扣除背景干扰影响的目的。

3 各种校正背景方法的评价

邻近线法, 一般情况下氘灯背景校正波长350nm以下光谱带会很强, 否则很弱。损失比较少, 对于火大多数基体背景扣除来说, 很多时候是非常有效, 成分复杂的基体样品的分析, 氘灯背景校正不是最佳选择, 因为基体会产生很大的非特征吸收导致了基线的扭曲, 光能量损失, 光子的噪声放大, 从而使检出限更差。

很强的背景校正能力, 并且没有光能损失是S-H法的主要优点。双值或曲线反转现象在使用该法时候一般没有。使用该法还可以消除因结构背景而产生的误差, 和其他一些光谱的干扰。由于有自吸和无自吸的情况下, 空心阴极灯中的发光部位不同, 在这样的情况下使用该法就会产生准光偏差问题。这样就会导致自吸作用的稳定, 基线不稳定, 这是该法的缺点。该法对空心阴极灯干扰较大, 因此, 需要及时使用新的光源。

塞曼效应校正背景法, 波长在190~900nm之间, 对于整个光谱范围来说都是适用的。该法主要使用偏振器, 因此光透过的时候会有能量损失, 波长不同损失的程度也不一样。使用交流电源的纵向磁场时无光能量损失, 而在交流磁场下虽然有灵敏度损失但是损失不大。该法相当于两条光束, 因此它的基线在检测时间很长的情况下, 仍然可以保持良好的稳定性。对于极低的浓度的检测样品, 检测效果良好。它主要解决了氘灯扣不了的光谱线重叠和结构背景两大难题。样品的检测过程中, 该法对于在那些存在着较高的非特征吸收时, 表现出比较良好的校正能力, 对于诸如Se、Pb和Cd等容易挥发的微量元素的测定, 该法的校正准确度效果显著, 总之, 良好的背景校正可以使分析工作者在进行样品前期处理时, 将工作量降至最低程度。

参考文献

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光谱吸收 篇5

尿中锑的石墨炉原子吸收光谱测定法

目的. 建立尿液中锑的石墨炉原子吸收光谱测定方法.方法 按照WS/T 68-《生物材料分析方法的研制准则》的要求进行实验,采用硝酸镁作为基体改进剂,研究了尿中锑石墨炉原子吸收光谱法的最佳测定条件.结果 本法选择0.4%硝酸镁溶液作为基体改进剂,线性范围为0～100 μg/L,r>0.999 0,进样体积为10μl时的检出限为3.0 ng/L,回收率为97%～100%,RSD小于1.9%.结论 该方法简便快速、灵敏度高、准确度好,适于尿液中锑的测定.

作 者：高寿泉 GAO Shou-quan 作者单位：湖南省劳动卫生职业病防治中心实验室,湖南,长沙,410007刊 名：环境与健康杂志 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ENVIRONMENT AND HEALTH年，卷(期)：25(1)分类号：O657.3关键词：分光光度法 原子吸收 石墨炉原子吸收光谱法 锑 尿

光谱吸收 篇6

关键词：浊点萃取；火焰原子吸收光谱；大米；铅

中图分类號： O657.31 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0262-02

收稿日期：2013-08-20

作者简介：左银虎（1962—），男，河北石家庄人，高级实验师，主要从事食品、化工、药物分析。Tel：（0519）86332095；email：zuoyinhu@126.com。大米是我国居民餐桌上的主食，我国也是世界上水稻总产量最高的国家。但是近几年随着开矿、冶金、化工等发展，带来了严重的环境问题，导致我国部分省区水稻种植区土壤及水体重金属污染，水稻中的重金属又以直接或间接方式进入动物和人体内，从而对人体健康构成严重威胁。国家标准规定，大米中铅的限量为0.2 mg/kg[1-2]，由于含量低，测定大米中的铅通常采用石墨炉原子吸收光谱法、氢化物发生原子荧光光谱法等，火焰原子吸收法由于灵敏度低，无法直接测定，通常采用溶剂萃取后测定[3]。传统的液-液萃取法存在有机溶剂使用量大、富集倍数低、操作繁琐等缺点。浊点萃取（cloud point extraction，CPE）作为一种新型的环保液-液萃取技术，具有富集倍数高、有机溶剂用量小、操作简便等优点，目前已广泛应用于基质复杂样品的前处理[4]。本研究以二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）为螯合剂，TritonX-100表面活性剂浊点萃取，火焰原子吸收法测定大米中铅含量。

1材料与方法

1.1主要仪器及试剂

仪器：TAS-990型原子吸收分光光度计，台式离心机，水浴锅，温度计。试剂：1 mg/mL铅储备液，准确称取称取1 g的铅，加入1+1硝酸加热溶解，转入1 000 mL容量瓶中用蒸馏水定容；二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）溶液（50 g/L），称取5 g二乙基二硫代氨基甲酸钠，用水溶解并加水至 100 mL；TritonX-100溶液（5%），量取12.50 mL的 TritonX-100 溶液到小烧杯中，加水溶解转移到250 mL的容量瓶中定容待用；1%的硝酸-甲醇溶液，移取99 mL的甲醇于烧杯中，再加入1.00 mL的硝酸，摇匀待用。

1.2仪器参数

测定波长：283.3 nm；光谱宽带：0.7 nm；空心阴极灯电流：2 mA；燃烧器高度：5 mm；乙炔流量：1 500 mL/min。

1.3试验设计

研究不同pH值（2、4、6、8、10），不同DDTC用量（01、03、0.5、0.7、1.0 mL），不同 TritonX-100 用量（0.2、0.4、06、0.8、1.0 mL）以及水浴温度和加热时间对浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定大米中铅的影响。

1.4测定步骤

称取粉碎的大米样品5～10 g，置于50 mL瓷坩埚中，小火炭化，然后移入马福炉中，500 ℃以下灰化16 h后，取出坩埚，放冷后加2 mL 1+1盐酸溶解残渣并定量转移至10 mL容量瓶中，稀释至刻度，混匀备用。

吸取一定量的上述样品溶液于10.0 mL的刻度离心管中，加入DDTC溶液、调节溶液的pH值，加入TritonX-100溶液，用蒸馏水定容至刻度，摇匀后置于恒温水浴中加热后趁热离心分离（3 000 r/min，5 min），将离心管置冰水浴中冷却 5 min。弃去水相，在胶束相中加入0.5 mL 0.1 mol/L的硝酸-甲醇溶液稀释，用火焰原子吸收分光光度计测定铅的含量。

2结果与分析

2.1pH值

采用浊点萃取金属离子时，需要选择合适的络合剂与金属离子形成疏水性的络合物，然后被表面活性剂萃取。溶液的pH值可以影响金属离子和络合物的稳定性，从而影响萃取的效率。从图1可见，pH值在7.0时，Pb2+的萃取效果最好，说明浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定大米中铅时，萃取的最佳pH值为7.0。

2.2DDTC用量

DDTC用量决定了其与溶液中铅络合的程度，图2显示了DDTC用量对铅吸光度的影响。

从图2可见，当用量小于0.5 mL时，吸光度明显偏低，当用量≥0.5 mL时，吸光度不随DDTC用量增加而增大。考虑到样品中含有的其他共存离子会与DDTC形成络合物而消耗DDTC，故选择DDTC用量为1 mL。

2.3TritonX-100用量

非离子表面活性剂TritonX-100的用量不仅决定了萃取分离的效果，而且也决定富胶束相体积的大小，因此考察不同TritonX-100的用量对铅吸光度的影响。结果（图3）显示，在10 mL的离心管中加入5%TritonX-100溶液 0.6 mL时，萃取效率达到最大，再增加用量，吸光度不再增大。

2.4水浴温度和加热时间

TritonX-100的浊点温度为65 ℃[5]。试验发现，当水浴温度高于65 ℃时溶液开始出现浑浊，并随着溶液温度的升高浑浊加剧，离心后的吸光度信号增大，到75 ℃时信号达到最大，再增加温度至水沸腾，吸光度基本保持不变。水浴温度越高，需要的萃取时间越短，综合考虑，水浴温度选择85 ℃，加热平衡时间为20 min。

2.5共存离子的干扰

大米中大量存在的K+、Na+、Ca2+、Mg2+对铅的测定基本没有干扰，这些金属离子在浊点萃取过程中被分离到了水相。对能与DDTC络合的Cd2+、Cu2+、Zn2+、Fe3+、Mn2+，试验结果表明，当这些干扰离子浓度为Pb的100倍时对测定没有干扰，实际上大米样品中这些干扰离子含量不会超过干扰允许量。

2.6样品测定及加标回收率

以所建立的浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定了实际样品中Pb的含量，并进行加标回收率试验，结果（表1）表明，加标回收率为107%，标样GBW-08502的测定结果与参考值一致，符合测定要求。

3结论

参考文献：

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间接原子吸收光谱的研究进展 篇7

关键词：原子吸收,分析,间接法

由于原子吸收光谱分析具有简便、高速、准确和选择性高等优点,从文献报道来看,原子吸收目前可以测定七十多种元素,对许多元素来说,测定的灵敏度比较高,因此,在金属元素分析中得到了迅速发展和广泛应用[1]。然而,由于有些元素(如F、Cl、Br、I、S、N和P)的主要共振吸收线位于波长小于200 nm的真空紫外区,还有一些元素在火焰中易形成难熔的氧化物,原子化度小,不能提供足够的基态原子,灵敏度低,使得原子吸收分析在应用上受到限制。为了提高灵敏度,扩大原子吸收法的应用范围,间接AAS应运而生。1968年Christian和Feldman研究了利用AAS可以间接测定一些无机阴离子和有机化合物;1973年Kirkbright和Johnson总结了当时的工作进展,论述了非金属、金属、阴离子和部分有机化合物的测定。此后,间接AAs得到了较快发展[2]。

间接AAS不是直接测定待测物或组分本身,而是测定能与待测物或组分进行定量化学反应的其它元素的原子吸收信号,间接求出待测元素或组分的含量。按照间接AAS利用的化学原理不同,该方法可以分为六类:(1)利用沉淀反应的间接法;(2)利用络合和离子缔合反应的间接法;(3)利用氧化还原反应的间接法;(4)利用置换和分解反应的间接法;(5)利用干扰效应的间接法;(6)利用杂多酸的“化学放大效应”的间接法[3]。

1 利用沉淀反应的间接AAS法

利用样品中的被测物质与阳离子发生反应,生成一种难溶的化合物,测定溶液中过量的金属离子或沉淀中的金属离子,从而间接得出被测物质的含量。 这种方法在制作工作曲线时须经与试样一样的沉淀、分离处理,较费时间,但可以避免沉淀反应本身带来的误差和一些操作误差。

盛若虹[4]根据异烟肼和铜离子定量反应生成沉淀这一原理,用间接原子吸收光谱法测定药物中异烟肼的含量。探讨了最佳实验条件,在此条件下测定异烟肼线性范围50~500 μg/mL,相对标准偏差1.37%,该法简便,快速、易于控制。采用本法测定药物制剂中异烟肼含量所得到的结果与药典法相一致。冒爱荣[5]建立了测定西沙必利片中西沙必利含量的间接原子吸收光度新法。样品经氧瓶燃烧法处理后,加入过量且定量的硝酸银, 使其与氯离子生成难溶的氯化银沉淀,经离心分离后再利用原子吸收光谱法测定上清液中剩余Ag+的含量,间接计算出西沙必利的含量。在最佳实验条件下,方法的线性范围为0~310 mg /L,回收率为97.5%~103.8%。方法准确,检出限低,适合于西沙必利片中西沙必利含量的测定。王尚芝[6]等提出了流动注射-原子吸收光谱法间接测定西米替丁的新方法。基于西米替丁与Ag(iv)反应可以生成白色的沉淀,经流动注射在线过滤稀释,以原子吸收光谱法测定反应剩余银离子的量来间接测定西米替丁的量。在优化条件下西米替丁浓度在2~80 mg/L 范围内与吸光度呈良好的线性关系,回收率为97.0%~104.3%。方法用于片剂西米替丁的测定,结果满意。M.C. Yebra等[7]用沉淀反应,间接原子吸收法测定了牛奶中碘的含量。

2 利用络合和离子缔合反应的间接AAS法

该法是基于一些待测物质的结构上有络合基团或鳌合基团,可与金属离子或试剂反应生成金属络合物或离子对缔合物、鳌合物等,经溶剂萃取等手段进行分离后用原子吸收法测定剩余过量的未参与络合反应的金属离子或络合物中的金属离子来间接测定待测物质的含量。

刘咏[8]等提出了间接测定黄姜中薯蓣皂甙元的原子吸收光谱法。该法基于薯蓣皂甙元能与碱式醋酸铅发生络合反应,生成难溶于水的白色沉淀,经离心分离后,用原子吸收法测定上清液中过量的铅离子,可间接测定薯蓣皂甙元的含量。该法线性范围为0.0~40.0 mg/L;相对标准偏差为0.9%~1.1%;回收率为98.9%~102.9%。马亚军等[9]提出了间接测定葡萄籽提取物中原花青素的原子吸收光谱法。它是基于原花青素能与醋酸铜发生络合反应,生成难溶于水的棕黄色沉淀,经离心分离后,用原子吸收法测定上清液中过量的铜离子,可间接测定原花青素的含量。方法线性范围为3.0~30.0 mg /L;RSD为1.1%~1.2%;回收率为98.9%~102.0%。

3 利用氧化还原反应的间接AAS法

该法是根据待测物质的氧化还原性,经氧化还原反应后,使可测元素产生一种可直接测定的等物质的量的较高(或较低)价态的金属离子或其化合物,通过测定反应物中金属离子或化合物的含量便可间接测定元素的含量。

莫超群等[10]提出了间接原子吸收法测定维生素C含量。利用还原性维生素C分子中的烯二醇基,将过量定量的Fe3+定量还原成Fe2+,本身氧化为去氢Vc。Fe2+再与定量的铁氰化钾(赤血盐) 反应生成滕氏蓝沉淀,沉淀经离心分离,测定沉淀或上清液中的铁含量,可间接测得蔬果、饮料或一些植物组织中的Vc 含量。同时优化了测定铁的最佳原子吸收条件。建立的方法易于操作,线性范围宽,检出限小于1.0 μg/mL,相对标准偏差为2.2%。该法的回收率为99.11%~104.5%,重现性较好,快速省时。董振明[11]等利用利用银离子可被维生素C 还原为银沉淀的原理, 建立了原子吸收法间接测定维生素C含量的方法,研究了原子吸收法间接测定Vc的最佳条件。建立的方法易于操作, 线性范围宽,不受样品颜色干扰且其他共存物质干扰也较小。陈丽娟[12]等先利用硫酸锌和碳酸钠固定碘,并进行灰化,将鸡蛋中的卵磷脂碘和氨基酸碘转化成I-,再利用抗坏血酸将Cu2+还原为Cu+,Cu+与I-定量反应形成沉淀的原理,利用此原理,测定上清液中剩余铜的含量,从而间接求得鸡蛋中碘的含量。研究测定碘含量的最佳条件,拟建立鸡蛋中微量碘测定的间接原子吸收光谱法。该法操作简便,线性范围宽,检出限低于1.0 μg/mL,相对标准偏差为0.58%。

4 利用置换反应或分解反应的间接AAS法

利用难溶化合物溶度积或络合物稳定常数的不同,加入一种试剂置换出易测定的金属离子,从而间接求得被测物质的含量。张琪等[13]将植物叶片中的有机硫和无机硫用酸消化使植物体中的各种硫转化成硫酸盐,利用硫酸盐与铬酸钡悬浊液反应释放出铬酸根,以火焰原子吸收光谱法测定溶液中游离的铬酸根,间接测定消化液中的硫酸盐。研究了试验条件对测定灵敏度的影响,确定了最佳试验条件,该法用于植物叶片中硫含量的分析,回收率在92.5%~96.3%之间。

5 利用各元素间的干扰效应的间接AAS

某些待测元素或化合物对可测元素的原子吸收信号有增强或降低的作用,影响的大小在一定范围内与该元素或化合物的含量成正比,通过测定可测元素,间接得出待测元素或化合物含量。

郑礼岁等[14]研究了火焰原子吸收中铝对铁的增感作用,建立了原子吸收法间接测定微量铝的方法。这种方法是基于铝对可测元素铁具有增感作用,并且铝的加入量与增感作用呈比例关系。铝的加入不仅改变了原试液的物理性质,使铁的基态原子相对集中在火焰中心,也引起了原试液的化学变化,促进了氧化铁的解离,使铁的灵敏度提高。衷明华[15]利用铝对钙的干扰效应和微量进样技术,用空气-乙炔火焰原子吸收光谱间接测定了化学试剂中的铝。在钙离子浓度为5 μg/mL时,铝的最佳测定范围是1.0~5.0 μg/mL,具有样品用量少,精密度好,简便实用的优点。

6 利用杂多酸的化学放大效应的间接AAS法

这是用间接原子吸收法测定难以原子化元素的一种方法。原理是在一定的酸度下,待测元素与钼酸盐、磷酸盐生成二元或三元杂多酸,萃取除去二元磷钼杂多酸,原子吸收法测定其中的钼,可间接测定待测元素的含量。陆建平等[16]研究了火焰原子吸收法间接测定钢中的磷,在酸性条件下,磷酸根和钼酸铵形成磷钼比为1:12的磷钼杂多酸,经甲基异丁基甲酮萃取,用火焰原子吸收法测定有机相中钼,从而间接测定磷的含量。该方法克服了火焰原子吸收法不能直接测定微量磷的不足,拓展了原子吸收分光光度计的应用范围。这类方法是基于在最后测定时形成一个高摩尔比的测定元素。在杂多酸中,硅钼酸酸、磷钼酸与有机化合物的摩尔比都比较大,因此钼对有机药物有很大的放大系数(又称化学放大效应),再加上有机溶剂效应和萃取富集,使有机化合物的间接AAS法的灵敏度提高了1~6个数量级。如余煜棉等[17]利用锗与钼酸盐在一定条件下生成锗钼酸多酸,用甲基异丁基酮(MIBK) 萃取,用FAAS法测定有机相的钼酸间接测定锗。由于锗钼酸中一个Ge与十二个Mo结合,而FAAS法中钼的测定灵敏度是锗的五倍以上,再加上在有机相中测定灵敏度的提高,故能近百倍地提高锗的测定灵敏度,使得用FAAS法测定中药和食品中μg/g级的锗成为可能。本法抗干扰能力强,方法的相对标准偏差为6.8%,回收率为94%~108%,适合多数中药和植物性食品中微量锗的测定。

光谱吸收 篇8

1 光谱型气体吸收基本原理

从根本上说,某种光学现象或特性,只要与气体物理、化学特性相关联,就可直接或间接地方式,对光纤气体浓度进行测量。最重要的光纤气体传感器就是光谱吸收型的气体传感[2]。它是利用吸收峰——气体在石英光纤的投射窗口,由于吸收气体会产生光强衰减,从而能测到气体浓度。通过吸收峰的位置,就可识别气体的种类。但一些常见气体:如CO、CH4的标准特征所吸收到的光谱线会超出石英光纤的投射窗口,而出现在中外区震动谱中。针对这一类型气体,利用气体在石英光纤投射窗口所产生的泛频谐波谱。这类波谱相对于标准特征谱,其吸收量小。但是探测系统对其灵敏性较高,所以检测结果较好。

2 光纤传感瓦斯系统

图1所示为光谱吸收式光纤传感瓦斯系统。

该系统用1660mm波段的分布反馈式半导体激光器当做光源。包括探测器、光学系统、电流控制系统、二级管激光系统的温度控制系统,包括锁相放大器、数据采集系统。

利用波长为1660mm的光源。采用甲烷等吸收测量瓦斯成分中的甲烷气体。为了提高系统的探测灵敏性,采用波长调制,通过二次谐波2F进行探测。通过检测谐波信号就可知气体浓度,因为两者成正比。在利用二次谐波进行检测时,由二级管激光器所发出的光会通过样品池,在通过角反射器反射到探测器上。继而探测器产生信号进入锁相放大器,计算机将会采集它所发出的2F信号。与此同时,信号发生器产生出锯齿波和正弦波来扫描、调制信号。再通过激光电流控制器调制激光所发出的波长,如果进行的是直接吸收探测,这时激光器的波长就只会被锯齿波扫描到,而不是被正弦波调试,探测器的信号也不会经过锁相放大器而是直接被送入计算机。

3 光纤瓦斯检测仪的安装与测试

针对煤矿瓦斯检测所面临的严峻形势,光纤瓦斯传感检测仪是一种较好的煤矿井下检测手段:长期稳定、准确可靠、快速敏捷、本质安全,它代表着一种新的瓦斯检测发展方向。为了加速推广该装置在煤矿井下的应用,某煤业集团所属的超化煤矿在井下利用该装置进行了试验。

3.1 试验方法

3.1.1 井下设备的安装与布设

根据预先制定的试验方案:(1)超化煤矿在其所选的22102上付巷安装一台KFD-2型井下分站,其主要作用是把光纤甲烷探测仪以及所对应的催化燃烧式的甲烷探头数据传输到监控中心。(2)将电缆分布在巷道里,从22102上付巷迎头处由内向外沿着巷道布设电缆,直至井下分站处,将多余的电缆卷扎在巷道迎头以便于今后随着掘进面而向里延伸。(3)在巷道迎头处安装光纤甲烷检测仪,将检测仪与煤矿现有的催化燃烧式甲烷传感器并排式悬挂在仪器上。这样,可对这两类甲烷传感器所测出的结果进行对比分析。(4)接通分站电源,观察光纤甲烷检测仪的运行情况,以及井下分站的通讯状况。

3.1.2 与煤矿现有安全监测系统兼容性试验

通过安好的分站及甲烷检测仪。观察两者运行状态。正常运行10min后,对该点进行相关性的设置,启用该测点。记录该测点的数据,分别是井下现场、监控中心。然后对比两者数据,看是否相同。同时,观察催化燃烧式甲烷传感器与光纤甲烷检测仪数据结果的一致性并进行比对,数据吻合,表明光纤检测仪与该安全检测系统具备良好的兼容性。

3.1.3 矿井下恶劣环境的适应性研究

矿井下恶劣环境的适应性研究主要是:先按原有方式:用光谱吸收原理进行气体浓度检测。再考察探头在恶劣环境下(如高温度、高粉尘、冲击振动)时是否对检测结果产生影响以及其影响程度,从而可检测出探头防空、防水、防震等的可靠性。在离采掘工作面大约5m处悬挂探头,在与它并排位置悬挂一催化燃烧式甲烷传感器,收集两者在放炮、采煤掘进、喷水除尘等情况下监测数据的一致性。试验初,将单层不锈钢防尘滤网安装在探头上,开始时,其透光率为27%,当设备工作<9h时,粉尘的阻挡会使透光率<11%,从而中断数据上传。这时需要清洗探头内部的气室镜片,可恢复正常透光率达到28%。而用棉质滤网代替防尘滤网,气室镜片的清洗周期为3~8天;在气室管外再增加一层防尘网,清洗周期可延长到21天以上;换上金属滤片式网,探头的维护周期达到3个月以上[3]。

3.2 实验结论

通过近1年的井下试验,光纤甲烷检测仪在性能、使用、维护等方面的试验结论如下:(1)光纤甲烷检测仪能够对煤矿井下环境中甲烷的浓度进行长期监测。(2)光纤甲烷检测仪和煤矿现有的安全监测系统之间具有较好的兼容性。(3)按照煤矿安全监测设备相关标准要求,光纤甲烷检测仪的各项技术指标都达到了设计要求。(4)光纤甲烷检测仪是能够被一次标定并且长期使用。(5)在煤矿恶劣环境下,光纤甲烷检测仪具有较好的适应性。其他气体不影响测量结果,也不受振动冲击影响。在透光率约10%以上时,粉尘也不会对其有所影响。(6)在甲烷浓度变化上,光纤甲烷检测仪要比催化燃烧式传感器的感应快。如果对探头的防尘措施作进一步改进,较大程度上使探头的气室镜片清洗周期延长,光纤甲烷检测仪的维护和使用也将会更加简化。

4 结束语

应用光纤传感技术进行煤矿瓦斯监测,具有应用价值、抗干扰能力强。实验表明:光谱吸收式光纤传感瓦斯系统可以对煤矿的甲烷气体进行检测。该系统利用分布反馈式半导体激光器作为光源,用光纤作为信号传输通道,将光电二极管作为光点的探测器件,可以对噪声以及其它干扰起到有效地抑制作用。这样可将系统的灵敏度提高到10×10-6。通过次谐波检测技术,可使传感器在一定程度上抑制环境中光量的变化、温度漂移的干扰。通过实验,可得到与2F信号中最大值相对应的最佳调制幅度值。能用光纤传感器有效地检测出微弱气体浓度信号,该系统可广泛应用于煤矿瓦斯气体监测,并实现煤矿井下气体遥测。研制、开发煤矿瓦斯自动监测设备,对推动光机电一体化精密环境监测仪器的形成具有一定的现实意义。

摘要：分析了气体光谱吸收基本原理,研究了一套光纤传感瓦斯系统,应用于某超化煤矿试验,并取得良好效果。指出基于光谱吸收的煤矿瓦斯光纤传感器,可用于对煤矿瓦斯气体进行大范围监测,也可在线连续监测井下瓦斯气体,其具有广阔的应用前景。

关键词：光谱吸收,煤矿瓦斯,光纤传感气体

参考文献

[1]宋元明,王涛.中国煤矿瓦斯治理现状和对策[J].中国煤层气,2007(4):59-63.

[2]冯明,宫辉力,陈立.煤矿瓦斯形成的构造地质条件及瓦斯灾害预防[J].中国煤层气,2006(2):31-33,49.

光谱吸收 篇9

目前, 原子吸收和原子荧光光谱分析技术, 已经成为我国各行业中元素微量和痕量分析的主要手段[1]。本文首先对原子吸收和荧光光谱分析的相关概念进行阐述, 然后结合铜业中对铜、铁和银的化学分析方法进行论述。

1 原子吸收光谱分析概述

原子吸收光谱需要具备以下特点, 才能检测元素能量的变化:

1.1 选择性强

由于原子的吸收带宽比较窄, 所以检测速度比较快而且简单, 甚至可以进行自动检测。在原子吸收光谱分析过程中, 不受到其他光谱干扰。这是由于光谱主线周围的谱线比较窄, 出现发射光谱重叠的概率几乎为零。同时, 光谱周围的邻线分离并不完整, 或者辐射空心阴极灯不会辐射波段长的谱线。

1.2 灵敏度高

原子吸收光谱是目前检测灵敏度最高的方法之一, 其次火焰原子吸收法, 最后是石墨炉原子吸收光谱法。原子吸收光谱是火焰原子吸收法灵敏度的十亿分之一, 所以该方法检测元素的时候精准度更高。

2 原子吸收光谱对铜矿成分的化学分析

2.1 原子吸收光谱分析银元素

原子吸收光谱法广泛应用于含银量地的矿石检测, 但铜精矿中的银检测难度大, 主要是由于铜对银有一定的干扰性。因此, 铜精矿中银量的检测, 需要解决铜对银的干扰。

2.1.1 仪器和试剂

所需仪器:银空心阴极灯和光度计 (AAS110型) 。

试剂:含银量为100μg/m L的标准溶液和分析纯水 (二次蒸馏水) 。

参数:328.1nm波长, 5m A电流, 带宽0.1mm光谱, 6mm高燃烧器, 6.0L/min空气流量, 1.3L/min乙炔流量。

2.1.2 试验方法

在容量瓶 (50m L) 中注入银标准溶液85μg, 注入浓度为8%的硫脲、硝酸溶液以及硫酸铜溶液 (介质) , 用空气-乙炔火焰检测波长为328.1nm位置的原子吸光值。在烧杯 (400m L) 中加入0.8g的试样, 注入硝酸 (硝酸钾饱和过的) 20m L, 在低温情况下加热溶解, 加入高氯酸 (5m L) , 再次加热至出现白烟 (2min以内) , 然后取出制冷, 清洗容器表面和杯壁, 稀释至25m L左右, 再次加热煮沸, 并冷却至常温。在溶液中注入硫脲 (8%) 1m L, 观察是否有白色固体析出, 如果有的话, 注入Fe Cl3溶液 (20%) , 使之消失, 搁置5min左右, 装入容量瓶中 (50m L) , 并进行干过滤, 按照仪器所需要求进行测定[3]。

2.1.3 结果与讨论

(1) 样品溶解

试样溶解铜精矿中的银, 主要以硫化银、氯化银、纯银及银合金的形式出现。试样溶液中的含银量比较低, 所以要大量称样。试样不仅需要王水进行溶解, 还要在溶解之前进行焙烧, 避免出现分析结果过低的现象。实验证明:硝酸 (饱和氯酸钾处理的) 溶解试样, 焙烧至氯酸冒烟 (2min以内) 既不会析出单质硫, 又可以保证样品完全分解, 检验结果也不会偏低。在容量瓶 (50m L) 注入高氯酸 (5m L) , 并未影响银的吸光值。

(2) 铜的干扰

在拟定的情况下, 虽然大部分并存元素之间不存在干扰问题, 但是铜对银的干扰比较明显。在含银量为100μg/m L的标准溶液中, 注入不同的硫酸铜溶液, 发现不同的硫酸铜溶液对银存在一定的干扰。因此, 在实验过程中, 在含银量为100μg/m L的标准溶液中加入0.3g铜, 保持试样中的铜量和银量相一致, 抵消铜的影响。

(3) 硫脲的用量

在微量盐酸情况下, 通过空气-乙炔火焰可以测定银, 灵敏度是中性溶液的3倍, 而且铜离子也不会对银离子造成干扰。在含银量为100μg/m L的标准溶液中注入不同量的硫脲 (8%) , 并未影响银的吸光值。然而, 在未加入硫脲的标准溶液中, 吸光值比较低, 这可能是因为溶液中氯化银沉淀。在微量盐酸情况下, 硫脲使金属银呈3+的Ag (CSN2H4) 化合物存在, 并保持稳定的化学性。实验发现试样中的硫脲注入量过多, 就会产生大量沉淀, 影响银的吸光值。因此, 含银量为100μg/m L的标准溶液中注入的硫脲 (8%) , 需要即时配比, 防止出现含量不准导致吸光值过低的问题。如果溶液中出现少量的白色沉淀, 可以注入Fe Cl3 (20%) 溶液消除沉淀。

(4) 回收试验

在银量的试样 (含银66.5g/t) 中, 注入不同的银标准溶液, 以此实现金属银的回收, 其回收率为99.6%。

2.2 原子吸收光谱分析铜、锌元素

2.2.1 仪器与试剂

仪器:容量瓶 (50m L) 4只、光度计 (AAS110型) 、吸量管 (1m L、2m L、5m L各一支) 。

试剂:吸耳球、锌、铜 (1.1.3) 标准溶液 (100ug/m L) 以及盐酸 (0.5%) 。

2.2.2 实验方法

选取铜、锌标准溶液 (0.5m L, 1.0m L, 2.5m L) 各一份, 放置在容量瓶 (50m L) 中, 并注入盐酸 (0.5%) 1m L, 加入蒸馏水进行稀释。处理后的溶液 (试剂空白液) 和锌标准溶液分别放入火焰原子仪器上进行检测。

216.7nm波长, 6mm高燃烧器, 1.3L/min乙炔流量调到最佳状态, 并记录相应的吸光值, 与标准曲线进行定量分析, 最后带入公式进行含量分析。样品 (处理后的) 采用上述相同的方法放置在石墨炉原子仪上进行分析, 检测出相应的吸光值, 与标准曲线比较进行定量分析, 最后带入公式进行含量分析。

3 光谱仪使用的注意事项

3.1 光谱仪的前期准备工作

光谱仪所运行的分析软件是在Windows平台上进行的, 所以要求操作人员对Windows操作系统有所了解。如果操作人员不熟悉Windows操作系统没救很难熟练操作光谱仪, 也不能进行原子荧光谱分析。

3.2 光谱仪上的键盘与鼠标使用方法

Windows平台作为可视化界面, 其具有操作灵活, 多窗口同时打开的优点。操作人员需要借助鼠标和键盘等设备进行操作, 所以光谱仪的相关软件中也配备了键盘和鼠标的操作, 可以更加灵活地进行分析。

4 总结

随着社会的不断发展, 铜矿行业在经济发展中的地位日益提高。铜矿中经常富含有其他元素, 所以对铜矿样品进行化学分析, 可以帮助检测出铜矿中铜元素的含量。目前, 铜矿中其他元素的分析主要采用一种方法, 原子吸收和原子荧光光谱分析法, 该方法具有操作简便、检测准确等特点。希望本文的研究可以为铜矿业的元素分析提供帮助。

摘要：20世纪50年代, 我国开始应用原子光谱对各种元素进行分析, 诸如, 冶金、地质和机械等行业。随着原子光谱分析技术的不断发展, 衍生出很多新的分析技术, 使样品元素的研究更加清晰。目前, 原子吸收和原子荧光光谱分析的结合, 成为我国原子光谱分析的主要手段。本文以此为切入点, 研究矿山样品中的银、铜、锌等元素的化学分析。

关键词：原子荧光,原子吸收,光谱分析

参考文献

[1]徐岩.浅谈原子吸收光谱分析技术的应用[J].广州化工, 2012 (3) :43~45.

[2]臧淑梅.原子荧光分析的发展动态[J].黑龙江水产, 2012 (1) :33~35.

光谱吸收 篇10

关键词：磁控溅射,选择性吸收涂层,吸收比,发射比

0 引言

太阳光谱选择性吸收涂层是太阳能光热转换的核心材料[1]。太阳光谱选择性吸收涂层的性能表征主要是太阳吸收比和发射比。近年来, 国内外科学工作者们对涂层材料进行了大量研究, 如W-Al2O3[2]、Ni-Al N[3]、Ni-Si O2[4]、Mo-Al2O3[5]、Mo-Si O2[6]、Ti-Al N[7]、Cr-Cr2O3[8]等。在实际应用中, 涂层附着在基底上, 要经过20 a~30 a的应用过程。涂层如何牢固地粘在基底上, 基底的粗糙状态 (钢片基底粗抛光或精抛光) 对涂层的性能有多大影响, 是很少被考虑到的问题。

本研究以SS (不锈钢) -Al N涂层为例, 说明上述问题, 并提出一种吸收层的金属陶瓷交替沉积法, 同时测试涂层的整体性能和老化结果。

1 实验

本实验在4 m真空磁控溅射镀膜机上进行, 圆柱卧式镀膜真空室, 上开门, 内腔尺寸:Φ1 250 mm×4 650 mm。镀膜室中心装有4个定向溅射平面靶, 靶面向外, 靶面尺寸4 282 mm×128 mm。靶材外围一周均匀分布可安装24支金属管, 金属管围绕靶材做公转加自转的行星运动, 其公自转比例1∶12.5。镀膜室装有2路进气系统, 分别通入惰性气体Ar和反应气体N2或O2或两种反应气体的混合气体。镀膜机真空系统采用预抽和精抽系统, 其精抽系统由8组直连泵加中科仪生产的FF-250/1 600复合分子泵组成。镀膜机配置单片机控制系统, 实现真空室抽真空和镀膜工艺的全自动运行。镀膜时试验用载玻片和抛光金属片安装在1支金属管上即可。

镀膜机配备3台电源, 2台直流电源和1台中频电源, 直流电源采用恒流输出工作模式, 中频电源采用恒功率输出模式。本实验安装4个靶材为Al、Al、SS (不锈钢) 、Cu, 其中SS和Cu分别采用直流电源, 2支Al靶选用中频电源。

溅射前将真空抽至5×10-3Pa以下, 采用偏压电源500 V对基材进行轰击清洗2 min, 然后按预先设置的镀膜工艺自动逐层制备复合吸收涂层。红外反射层采用Cu, 吸收层SS-Al N, 减反射层Al ON。

试样的吸收比α和发射比ε测量采用德国Optosol吸收发射快速测量仪进行测试。Optosol仪器由具有类似积分球功能的上表面开孔圆柱腔体与腔体内光谱选择性光源组成[9]。测量460 nm、570 nm、650 nm、880 nm及1 200 nm~1 900 nm 5个波段区的反射值, 然后进行近似计算。试样的透射比采用日立UV4100分光光度计测定光谱反射率R并计算得到透过率τ。

2 过程及结果讨论

2.1 提高膜层与基材的结合力

在工件或基材上加上高的偏压, 使离子轰击工件表面, 使工件表面形成1个过渡金属或金属陶瓷复合掺入工件表面的混合渗入层, 提高膜层与基体的结合力。同时溅射过程中的负偏压还能使得薄膜致密, 提高薄膜的质量[10,11]。

在基体和膜层之间增加一层粘结层或过渡层, 本研究选用了SS、Cu、Al N-Al作为粘结层, 在靶材允许的情况下也用到了Mo做粘结层, 镀在不锈钢直通管基地上, 并采用胶带撕拉法进行结合力测试。测试结果如图1所示:Cu直接镀制在不锈钢管上结合力最差, 胶带轻轻粘结, 即可将薄膜即由基底脱落, 因此红外反射层Cu, 不能直接用于不锈钢基底;SS和Mo作为粘结层则基本不脱落, 只有个别点脱落;Al N-Al是很好的粘结层。说明合适的材料作为基底与膜层之间的过渡, 可以提高两者之间的结合力。本实验膜系将使用Al NAl作为粘结层。

2.2 基体表面状态对发射率的影响

主要目的是研究基片表面粗糙状态对膜层发射率的影响。实验采用60 mm×70 mm不锈钢片, 分别用不同型号的水砂纸P240、P400、P600、P800、P1000、P1 200、P1 500、P2 000进行手工打磨2组试片, 形成表面不同粗糙度的试片。分别测试其发射率 (如P240砂纸打磨2个试片, 要求2个试片先后打磨的纹理方向一致, 并测试发射率一致或相接近) ;将认为合格的2组试片镀膜, 其中1组 (8片) 镀铜铝不锈钢膜系全膜层, 另外一组镀铜铝不锈钢膜系半膜层, 即只镀到红外反射层铜层结束镀膜;分别观察测量上两组试片镀膜后表面状态和发射率吸收率测量工作, 如表1所示。与表面抛光为镜面的基底相比较, 镜面基底发射率4%, 镀Cu之后发射率3%, 镀全层之后发射率7%, 吸收率96%。

影响有:

a) 膜面状态有较清晰的纹理, 平行和垂直纹理会有较小不同。成膜后的颜色状态也会有微小差别;

b) 打磨后的试片发射率都很高, 个别达到了19%。但在镀半膜后, 即镀完红外发射层, 最表面的材料为Cu, 其发射率除个别 (如P240和P1 000下) 发射率较高外, 其余均接近, 且较镀膜之前发射率明显下降, 与镀膜Cu本身的发射率3%一致。根据镀全膜层后的结果, 其发射率较镀膜之前发射率也均下降, 其值均接近, 在误差范围内, 且与抛光不锈钢片上镀膜的结果一致。表面光洁和粗糙度状态对试片本身的发射率有影响, 但对于镀膜之后的发射率没有太大影响;

c) 吸收率整体上试片与试片之间的区别不是很大, 视为位置和测量误差。

综上, 基底的光亮或粗糙状态直接影响基底的发射率, 但对于镀膜后的发射率和吸收率影响不大。值得说明的是红外反射层的发射率 (本实验中即为Cu层) 是影响整个膜层发射率的关键因素。

2.3 多亚层吸收层工艺优化

吸收层由超薄金属和介质层交替混合溅射沉积 (SS/Al N) / (SS/Al N) …, 如此循环6个~20个周期;第一吸收层和第二吸收层采用了不同的钢靶材功率, 第一吸收层的功率为20 k W, 第二吸收层的功率为10 k W。通过总厚度除以循环周期可确定, 每一个吸收层的循环周期均小于5 nm, 即超薄精细膜, 所以每一个吸收层都可以看作金属介质均匀混合的金属介质层, 即SS均匀分布在Al N, 吸收层简化为SS-Al N;第一和第二吸收层, 金属介质层中金属体积百分比不同, 分别为20%~40%和10%~30%。每一个吸收层的结构如图2所示。同样可达到干涉效果。

2.4 减反射层

用中频电源反应溅射在载玻片上沉积介质Al ON薄膜。沿金属管长度方向不同位置放置的镀上介质Al ON的载玻片经测试所得到的透过率基本相同, 说明镀膜过程沿长度方向分布均匀。如图3所示的通过分光光度计测得的反射曲线, 计算器透过率为86%。这与基底载破片的透过率一致, 说明所制备的Al ON减反射层质量很好。

2.5 涂层的整体性能

镀膜试片在大气条件下400℃循环加热 (每天8 h) 15 d, 颜色和性能基本无变化;吸收率96%, 发射7%。且在200℃、300℃、400℃、500℃下的红外发射比为7.7%、9.0%、10.1%、10.5%, 性能优异。

3 结语

合适的过渡层能够提高膜层与基底的结合力, 如Al NAl;基底的光洁度或粗糙度状态仅对基底的发射率产生影响, 对镀膜之后测试结果不产生影响;金属介质交替沉积的多周期吸收层可看作金属介质均匀混合的干涉型吸收层;应用上述吸收层的太阳选择性吸收涂层具有较好的吸收发射和耐温性能。

参考文献

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光谱吸收 篇11

关键词：墨炉原子吸收光谱法 测定 食品 铝含量 研究

中图分类号：TS210.7 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）04-0046-01

石墨炉原子吸收光谱法主要是指通过石墨材料加工制成杯或者管状的原子化器之后，使用电流来加热原子化，从而进行原子吸收和分析。由于石墨炉原子吸收光谱法会令样品进行原子化，所以能有效避免原子浓度因火焰气体而产生稀释，提高分析的灵敏度，不仅如此，而且石墨炉原子吸收光谱法还可以对少量的样品或者固定样品进行分析，测定样品中的痕量金属元素。因此本文通过研究墨炉原子吸收光谱法测定食品中铝含量的有效性，以期减少食品中的铝对人体造成的损害，保障食品安全。

1 材料与方法

1.1 试验材料

进行石墨炉原子吸收光谱法的仪器选择为德国耶拿分析仪器公司生产的原子吸收光谱仪（型号为：ZEEnit700P，带石墨炉），前处理设备用YL56YLD-60型自动控温石墨炉电热消解仪，铝空心阴极灯选择由北京有色金属研究总院生产，铝标准溶液中国计量科学研究院生产，浓度为100ug/mL，硝酸镁溶液为50g/L，混合酸（4+1）分别是优级纯硝酸和高氯酸。研究的食品选择为500g的油条、800g的粉丝和500g的蛋糕。

1.2 工作条件

本文进行研究的工作条件为：测定的波长是309.3nm、灯的电流为3mA，狭缝为0.2nm，进样的体积是20uL，试验的石墨炉具体升温程序表1所示。

1.3 样品处理

先将食品进行粉碎，以四分法进行缩分均匀后，放入恒温干燥箱中，在85℃的条件下进行干燥，时间约为4h，然后放入干燥器中冷却。用0.1mg天平称取冷却后的样品1g，在玻璃消化管中（50mL，且有刻度）加入混合酸10mmL，然后在自动控温石墨炉电热消解仪上进行消解、赶酸，最后定容为50mL。如果空白则不加样品，其他步骤与上述相同[1]。

1.4 标准系列配制及测定

配置标准曲线的步骤为：将铝标准溶液（100ug/mL）进行稀释，直至成为铝标准使用液（1ug/mL），然后分别吸取0mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL以及2.50mL的标准使用液后，加入1.0mL的硝酸镁溶液（50g/L），利用硝酸溶液（1+99）将其定容为50mL后，将其配成0ug/L、5ug/L、10ug/L、20ug/L、30ug/L、40ug/L以及50ug/L标准系列，然后使用进行石墨炉原子吸收光谱法的仪器测试吸光度，并绘制标准的曲线[2]。

1.5 样品的测定

吸取进行消解并定容的样品（0.5～5.0mL左右），将其放在容量瓶中加入1mL的硝酸镁溶液（50g/L），利用硝酸溶液（1+99）将其定容为50mL后，如果样品上的铝浓度比较低，则可以在样品的消化液里加入1mL的硝酸镁溶液（50g/L），并利用硝酸溶液（1+99）将其定容为50mL，最后使用测定的标准系列操作条件来对样品进行测定，并完成试剂空白[3]。

2 结果

2.1 选择样品灰化的方法

由于样品消化对铝含量测定的准确性十分重要，当进行干灰化法的时候，如果温度在500℃一下，则会使得样品的灰化不完整，残留碳粒会使得铝含量测定的准确性受到影响。在选择微波消解法时由于该方法设备价格昂贵，不适合小型实验室，而硝酸-高氯酸湿式的消化法虽然操作简单，但是在该法耗时且酸的用量浪费，相对而言也不经济，因此本文选择使用石墨炉电热消解法对样品进行消化，既可保证消解过程中因剧烈反应产生的暴沸、赶酸不彻底等情况导致前处理结果不好，又有相对于微波消解法经济的优势。

2.2 选择试验的条件

为了有效避免在样品干燥过程中出现溶液暴沸的情况，本文选择的干燥方式为两步干燥法，即：（1）选择的灰化温度。由于在升高样品灰化温度的时候可以在原子化之前去除大部分的干扰物质，而且在进行实验的时候发现选择硝酸作为介质的时候，当灰化温度低于1300℃不会损失铝成分，因此本文的灰化温度选择为900℃，最大限度的清除干扰物质，保证测定的准确度。（2）选择的原子化温度。由于铝原子化的温度比较高，而太高的温度会令石墨管的寿命缩短，当原子化的温度选择为2500℃时，吸光度变化不大，因此本文铝的原子化温度选择为2500℃。

2.3 方法的检出限与线性范围

检出限的测定主要为：连续对空白溶液进行测定（11次），根据吸光度的标准差3倍的对应浓度来计算出检出限。本文方法检出限是0.25mg/kg，然后根据仪器的条件以及试验方法可知标准曲线是y=0.0046x+0.018，r为0.9996.

2.4 精密度的试验

对3份样品各自选取1g来进行试验，在优化好的条件中平行测试6次，相对标准的偏差值在1.05～1.15%之间，重现性比较好。精密度的试验以及加标回收率的试验结果表2所示。

2.5 回收率的试验

对3份样品各自选取1g来进行试验，然后分别对样品添加2.50mL的铝标准溶液（10ug/mL），实施消化处理，添加量选择是25.0mg/kg，测试结果为表2，已知加标的回收率为92.6～94.5%左右。

3 结论

对于食物中铝含量的测定，传统的测定方法不仅需要耗费大量的人力物力资源，测定的时间长，而且测定的准确性较差，精密度低，难以有效的检测出食物中的铝含量，而石墨炉原子吸收光谱法则能有效弥补传统测定方法的不足，根据上述结果可知，石墨炉原子吸收光谱法测定食品中铝含量的检出限为0.25mg/kg，相对标准的偏差值在1.05～1.15%之间，回收率为92.6～94.5%左右，由此可见，石墨炉原子吸收光谱法测定食品中铝含量具有灵敏度高、准确性好以及回收率高的优势，经济适用性好，其可以应用于各种食品铝含量的检测当中，值得应用推广。

参考文献

[1] 马小宁，向晓黎，陈霞，石墨炉原子吸收光谱法测定食品中的铝含量[J].化学分析计量，2014（22）：164-165.

[2] 麦浪，梁雄宇，改良基体改进剂用于石墨炉原子吸收法测定血铅[J].海峡预防医学杂志，2014（6）：125-126.

[3] 陈榕，李永财，梁意引，匡玉宝，改良基体改进剂用于石墨炉原子吸收法测定血铅[J].中国卫生检验杂志，2014（9）：67-68.

光谱吸收 篇12

1 实验试剂及主要仪器

100 g/L的氧合血红蛋白溶液;0.15 mol/L NaCl溶液;分光光度计;标准镨钕滤光片;离心机;漩涡混匀器;HB-1002血红蛋白仪。

2 实验方法

测定不同波长的光线通过氧合血红蛋白 (HbO2) 溶液和标准滤光片 (镨钕滤光片) 时的吸光度, 以波长为横坐标, 相应的吸光度为纵坐标, 绘制吸收光谱曲线。

2.1 100 g/L的氧合血红蛋白溶液制备

取新鲜血液2 m L加入0.2 m L肝素溶液中, 混匀, 离心, 吸去上层血浆, 用生理盐水将压积红细胞做1∶10倍稀释 (0.5 m L红细胞压积+生理盐水4.5 m L) 混合, 离心 (2 000转/min, 10 min) , 吸出上清液, 如此洗涤3~4次, 彻底除去血浆蛋白质。取洗涤过的压积红细胞1份, 加蒸馏水1份和氯仿半份, 加塞于漩涡混匀器振荡5 min (离心2 000转/min, 10 min) , 除去细胞膜等残渣, 吸取上层Hb溶液, 采用HB-1002血红蛋白仪测定其含量并调节至100 g/L.

2.2 氧合血红蛋白溶液吸光度 (A) 测定

2.2.1 HbO2样品制备

按原教材方法, 取100 g/L氧合血红蛋白溶液4滴, 加蒸馏水5 m L (原液) , 测定吸光度值过大 (如520 nm, A值为1.6) , 故将原液做1∶2, 1∶3, 1∶4倍稀释后测定。

2.2.2 HbO2溶液测定

分光光度计具体操作步骤见教材内容, 波长范围470 nm~650 nm.接通仪器电源, 预热20 min, 取不同稀释度的HbO2样品溶液适量盛于比色皿内, 按表1中各波长, 以蒸馏水调零、调100%, 记录A值。

2.2.3 镨钕滤光片吸光度测定

操作步骤同上, 波长范围510 nm~550 nm.

2.2.4 吸收光谱绘制

取方格坐标纸2张, 以X轴为波长 (每一小格=2 nm) , 以Y轴为吸光度 (每一小格为0.01 A) 。将所测HbO2溶液和镨钕滤光片吸光度按相应波长分别点在两张图上。将各点连接成光滑的曲线, 即为HbO2溶液和镨钕滤光片的吸收光谱曲线。

3 结果

3.1 不同浓度氧合血红蛋白溶液吸光度测定值 (见表1) 及氧合血红蛋白溶液吸收光谱 (见图1) 。

3.2 镨钕滤光片吸光度测定值 (见表2) 及镨钕滤光片吸收光谱 (见图2) 。

4 讨论

为了便于学生操作, 血红蛋白溶液的制备方法应做以下补充或修改:

(1) 根据实验室常用试管的规格, 调整静脉采血量 (约2 m L为宜) , 以方便红细胞的洗涤。并在原教材的基础上, 增加对洗涤红细胞时离心速度与时间的说明。 (2) 血红蛋白溶液分离后, 测定其含量的方法与仪器应标明。 (3) 氧合血红蛋白样品溶液的浓度若采用原教材中浓度, 则吸光度太大, 故应作适当调整, 以保证吸收峰A值小于0.8.本实验室条件下, 将原液做1∶3倍稀释, 结果较为理想。我们按该教材操作方法, 经多次测定, 实际测得氧合血红蛋白 (HbO2) 在470 nm~620 nm内具有两个固定的吸收峰, 但一个波长是540 nm (与教材相同) , 而另一个则为575 nm (教材为578 nm) 。 (4) 标准镨钕滤光片在可见光区内有许多固定不变的吸收峰, 我们选择529 nm的吸收峰, 即“λ最大”为529 nm作为对照, 以校正仪器。 (5) 靠近吸收峰处, 测定距离应尽可能缩小。

参考文献

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