毕业设计论文火焰原子吸收分光光度计测定水中铜离子含量定稿

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1、毕业设计论文：火焰原子吸收分光光度计测定水中铜离子含量 定稿 火焰原子吸收分光光度计测定水中铜离子含量 摘要 重金属污染对生态和人体健康有一定的危害。本文采用火焰原子吸收分光光度法测定北京局部地区环境水样中铜的含量。测定结果为北京自来水中铜的含量符合标准;河水,湖水中铜的含量较高,应加强治理。 【关键词】 火焰原子吸收分光光度法; 铜; AbstractHeavy metal pollution on the ecological and human health has certain hazards. In this papers, flame atomic absorption spec

2、trometry in parts of Beijing Environmental content of copper in water samples. Results for the determination of copper in Beijing water standard; river, lake with higher levels of copper, should be strengthened governance.【Key words】 Flame atomic absorption spectrophotometry;copper; 目 录摘要Abstract目录第

3、一章 前言引言1水中重金属污染的介绍3 水中重金属污染的测定方法5本论文的提出与主要内容第二章 实验局部1实验试剂2实验仪器3实验步骤3.1 水样采集3.2测试条件的选择3.3 数据记录与分析 3.3.1工作曲线 3.3.2 北京不同区域自来水 3.3.3 北京不同区域河水 3.3.4 同一地点不同时间河水 3.3.5 不同地区公园湖水第三章 实验结果分析第四章 结论参考文献致谢 第一章 前 言引言:1 水中重金属污染的介绍: 在当今社会,科技飞速开展,很多重金属进入了我们的日常消费产品中来。这些重金属包括汽车用柴油、荧光灯管、恒温器中的汞,特种玻璃、涂料、农药中的砷和铅,等等。由于这些含有重

4、金属产品的广泛使用,加上消费者对重金属的危害缺少了解而不够重视,很多生产厂家不注意废品回收处理,没有建立完整的处理系统,导致的大量重金属产品在使用中产生了重金属污染,甚至使用后被当作普通的垃圾进行掩埋、冲洗处理,从而加重了重金属的污染程度。更有甚者很多毫无责任感的企业直接将重金属污水排放到江河、湖泊,荒地浅滩?种种迹象说明地球正在遭受着有史以来最为严重的重金属污染。 重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。如日本的水俣病和痛痛病分别由汞污染和镉污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属

5、污染主要表现在水污染中,还有一局部是在大气和固体废物中。 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中,但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多,造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中,引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属,在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移,造成危害。如随废水排出的重金属,即使浓度小,也可在藻类和底泥中积累,被鱼和贝的体表吸附,产生食物链浓缩,从而造成公害。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中,造成目前地表铅的浓度已有显著提高,致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍,损害了人体健康。自然界存在着很多重金属,

6、比方锌、镉、铜、铅等,这些重金属同样存在于人体内,是人体的必需元素。但是,凡事都有一个量的问题,任何东西一旦超过正常的量,它必然给环境或人体造成不良影响。而我们常说的重金属污染指的就是因人类活动导致环境中的重金属含量增加,超出正常范围,并导致环境质量恶化。 其中铜元素是水中金属元素的一种,是人体必不可少的,但是过量的铜对人体的危害非常大。游离态铜离子对人体的危害要比配合态铜大得多。过量的铜离子对许多水生生物有极大的负作用,缘由是它与蛋白质中的巯基结合,干扰巯基酶的活性,如在珊瑚、水草等生态缸中假设有过量的铜离子,将很快使心爱的生物毙命法。铜的污染主要来源于电镀、冶金、化工等行业。为及时、准确地

7、监测水的质量,确保人们获得平安饮用水,我们建立了污染水中铜离子浓度分光光度测定方法。 经资料所知,自来水的总铜含量不应超过0.5mg/L,生活用水中总铜的含量不应超过1.0mg/L。 2水中重金属污染全国及北京现状2.1 全国范围综述 影响水质的重金属元素很多,而水体沉积物中的重金属的含量又受到多种因素的影响。例如,区域水文地质条件、土壤条件、水质酸碱特征、水体氧化特征、工业废水的排放等等。因此,不同水体常常存在不同的重金属污染。 江西鄱阳湖地处中国中部,是中国最大的淡水湖,受江西德兴铜矿开采的影响,目前其沉积物中Pb、Cu、Zn、Cr、bin、Cd、Hg含量均高于正常土壤背景值。其中,以Zn

8、、Pb、Cu、Cr较为严重,这些重金属可以随着水体的活动而稀释出来,造成湖水重金属的含量明显增高。乐安江受德兴铜矿的影响,表层沉积物也受到重金属严重污染,主要超标重金属是Cu、Zn、Pb等,沉积物生态风险性指数评价结果说明,乐安江沉积物具有潜在的生态危害性。 浙江于岛湖湖底沉积物中,Cd、Hg、Zn的自然富集系数大于正常值的两倍,呈现Cd、Hg、Zn污染的迹象。 南京玄武湖属浅水型湖泊,湖水主要靠钟山北麓雨水供应,湖底沉积物中重金属的含量均超过南京相应地区冲积土中重金属的平均值,主要重金属污染物为Zn、Cu、Cr、Hg。 南四湖位于山东省西南,是南阳、独山、昭阳、微山四湖的总称,是山东省最大的

9、浅水型淡水湖泊,底质中重金属污染物主要是Cr、Hg。 滇池水系也受到重金属污染,主要污染元素为Sn、Pb、Cr、Hg。 四川凉山州大桥水库是一座大型综合利用工程,流域内无大中型工矿企业分布,工业污染源极少,监测结果说明,水体中仅铜元素超标,底泥中重金属检出工程较多,含量大体与上游背景值相近,主要是库区地壳矿物质背景条件偏高所致,而人为影响次要。 风雨湖位于湖南省吉首市吉首大学新校区内,由于工业和生活污水的排放,大肠菌群已严重超标,但水样重金属离子均未超标。 苏州河上海市区段,底泥呈现Cr和Cd污染状态,Cr污染尤为严重。 广东省浈水河水体由于铅锌矿区的矿尾砂和矿区废水的排放,沉积物及悬浮物中P

10、b、Zn、Cd含量较高,并且对下游地区有污染隐患。 条子河属于辽河水系,在吉林四平市内受工业和生活污水的污染较严重,底泥中污染的主要重金属为:Cr、Pb、Cd、Cu。 长江干流地区重金属污染尚不存在超标情况,但在某些支流地区仍存在重金属污染,有的还比拟严重,如江西境内铙河Cd和Pb超标;赣江Cd和Pb超标,靖江六价Cr为主要污染物,长江某些江段即使在丰水期仍有Hg轻度超标。这些支流的污染主要来源于支流地区的化工、造纸、印染、电镀等以排放重金属污水为主的企业,污染的支流仍会影响到长江整个流域水质,并由生物食物链富集,从而可能进入人体,造成极大危害。 香港淡水资源来自天然的河流,其河流众多,均属山

11、区河流。香港众多的河流中,已有2/3以上被工业废水、禽畜废物及生活污水所污染,水质严重恶化。对锦田河、城门河、屯门河和大埔河沉积物中主要重金属含量的分析测定说明:各河流根本上属轻微生态危害或接近中等生态危害,产生生态危害的主要重金属污染物是Cd、Cu、Pb、Zn。 海南三亚湾近些年来,随着旅游业的兴旺,海湾水质呈轻度污染状态,河口水质已接近严重污染,重金属Pb的含量明显超出标准,Cu、Zn含量虽未超出标准,但也表现出近岸含量高,远岸含量低的特点,说明存在着较大的人为活动影响。除正常河流输人、污水排放外,日益增多的海上船舶交通对重金属的输人作用也不可低估。 现行的地面水环境质量标准,是以总锌、总

12、镉、总铅的浓度mg/L来进行分类的,而造成水体污染的重金属有多种不同形态,并非水体中重金属的所有形态都具有毒性效应,所以对水体重金属化学形态及迁移转化的研究也同样具有重要意义。黄河 山东肖家店广西平阳湘江 北京市城区地处永定河、北运河两大河流的冲洪积平原上, 背靠燕山山脉。在市区范围内主要有清河、坝河、通惠河、凉水河等条排水河道均属北运河水系及其30余条较大支流, 主要河道总长度约360千米, 总流域面积约1266平方千米。这些河道担负着供水、排水、美化环境、调节小气候的作用, 其中护城河、筒子河、土城沟、通惠河、长河等河道是在不同历史时期人工开挖而成, 解放后, 为解决城市供水又先后修建了引

13、水进城的永定河引水渠和京密引水渠。但是, 由于北京市水资源紧张, 市区河道中只有永定河引水渠、京密引水渠、南护城河、通惠河高碑店闸以上、长河、北护城河根本常年有水, 其余河道根本没有常年补充水源。 长期以来, 北京市在增加城市供水能力的同时, 未将水污染的防治问题放到足够的高度予以重视, 城市污水处理厂及污水截流工程的建设相对滞后。据统计随粉北京市经济迅速开展和城市用水不断增长, 污水排放总也在不断增加, 市区年排放污水量1949?1958年平均仅为0.6亿立方米, 1959一1961年为2.6亿立方米,1962一1969年为3.2亿立方米,1970一1981年为6.1亿立方米, 1982一1

14、990年为7.2亿立方米1991一2002年增加到8.9亿立方米, 2003年北京市区年污水排放量约为9亿立方米, 污水处理率为53%, 有约4.2亿立方米左右的污水未经处理直接排入市区河道的水体中, 造成了河道水体的严重污染, 使一些河流变成了“ 臭河 、“ 黑河 , 如市区的凉水河、马草河、水衙沟等河道水体呈黑色, 臭气袭人, 鱼虾绝迹, 严重影响沿河两岸居民生活。近年来, 虽然市政府加大水环境综合整治力度, 加快污水处理厂、截污工程的建设, 使局部河湖水质明显改善, 黑奥消除, 鱼虾回游, 但河湖水质总体仍以劣类居多。监测说明市区除京密引水渠、永定河引水渠、昆明湖、六海水系等少数重要景观

15、水的水质为类或类以上外, 凉水河水系、坝河水系及清河下游等河道的水质均为类或劣类。 目前, 局部污水处理厂仍在建设之中, 运行尚不正常,大量污染水的排放造成了城市水体的严重污染, 直接影响广阔人民群众身体健康和工农业生产。安定门桥一带肮脏的护城河凉水河边垃圾成堆亮马河香河园附近的河面上到处漂着垃圾雍和宫旁的护城河臭气熏天3 水中重金属污染的测定方法 1 原子吸收光谱法AAS:原子吸收光谱法是本世纪50年代中期出现并在以后逐渐开展起来的一种新型的仪器分析方法,这种方法根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量。它在地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、

16、生物医药、环境保护、材料科学等各个领域有广泛的应用。 2 原子发射光谱法AES:原子发射光谱法(AES),是利用物质在热激发或电激发下,每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成,而进行元素的定性与定量分析的方法。 3 原子荧光光谱法AFS:通过测定原子在光辐射能的作用下发射的荧光强度进行定量分析的一种发射光谱分析方法。 4 分光光度法:通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度,对该物质进行定性和定量分析的方法。 5 发光分析法:主要基态分子吸收了一定的能量后,跃迁至激发态再以辐射跃迁形式将能量释放后返回基态,产生分子发光,主要有荧光分析、磷光分析、化学发光分析。 6 质谱

17、法MS:ICP2MS 法具有前处理简单、干扰少、检出限低、分析速度快、能同时测定多种元素等优点而被广泛在实际推广应用中的主要缺点是仪器昂贵, 仪器运转维持费用高。但在常规大批水样和多元素分析时, ICP2MS 具有很大的优势。同时由于ICP2MS 具有很好的准确性和精密度, 可作为参照方法来衡量新的检测技术的准确性。 7 阳极溶出伏安法ASV:测量各种间质中多种金属的一种电化学分析方法,它被用来测定血铅的浓度已有25年多的历史。虽然此技术比拟直接,而且仪器也不贵,但此技术方法在分析时所要求使用的每个试剂的价格却比石墨炉原子吸收法所用试剂价格要高,用阳极溶出伏安法的仪器体积很小,比石墨炉原子吸收

18、法所用设备占用的空间也小,并且也不要求别的特殊辅助设备。这种分析方法的原理是要求铅必须从其复合物中别离出来,并且以游离态Pb2+离子存在,在镀汞的石墨电极上加负的电势使游离Pb2+被电镀在镀汞的石墨碳电极表层。再在一个特定的电压值上,铅离子又会从电极上溶出,在此过程中将产生一定的电流,而此电流值正好与血样中铅浓度的大小成比例。 8 离子选择电极(ISE)一种电化学传感器,其结构中有一个对特定离子具有选择性响应的敏感膜,将离子活度转换成电位信号,在一定范围内,其电位与溶液中特定离子活度的对数呈线性关系,通过与离子浓度的溶液比拟可求得未知溶液的离子活度,按其测定过程又分为直接测定法和间接测定法,目

19、前大局部采用间接测定法,由于间接测定法将待测样本稀释后测定,所测离子活度更接近离子浓度。ISE法具有标本用量少,快速准确,操作简便等优点。是目前所有方法中最为简便准确的方法。缺点:电极具有一定寿命,使用一段时问后,电极会老化。 4 原子吸收光谱法4.1.1 共振线与吸收线 原子光谱是由于其价电子在不同能级间发生跃迁而产生的。当原子受到外界能量的激发时,根据能量的不同,其价电子会跃迁到不同的能级上。电子从基态跃迁到能量最低的第一激发态时要吸收一定的能量,同时由于其不稳定,会在很短的时间内跃迁回基态,并以光波的形式辐射现同样的能量。这种谱线称为共振发射线简称共振线;使电子从基态跃迁到第一激发态所产

20、生的吸收谱线称共振吸收线亦称共振线。 根据Eh可知,各种元素的原子结构及其外层电子排布的不同,那么核外电子从基态受激发而跃迁到其第一激发态所需要的能量也不同,同样,再跃迁回基态时所发射的光波频率即元素的共振线也就不同,所以,这种共振线就是所谓的元素的特征谱线。加之从基态跃迁到第一激发态的直接跃迁最易发生,因此,对于大多数的元素来说,共振线就是元素的灵敏线。 在原子吸收分析中,就是利用处于基态的待测原子蒸汽对从光源辐射的共振线的吸收来进行的。 让不同频率的光入射光强度为I0通过待测元素的原子蒸汽,那么有一局部光将被吸收,其透光强度与原子蒸汽的宽度即火焰的宽度的关系,同有色溶液吸收入射光的情况类似

21、,遵从Lembert定律: AlgI0/IKL其中:K为吸光系数,所以有:I I0?e- KL吸光系数K将随光源频率的变化而变化。这种情况可称为原子蒸汽在特征频率0处有吸收线。假设将K随的变化关系作图那么可得图。原子从基态跃迁到激发态所吸收的谱线并不是绝对单色的几何线,而是具有一定的宽度,常称为谱线的轮廓形状。此时可用吸收线的半宽度来表示吸收线的轮廓。图中,0称为中心频率,为吸收线半宽度0.0010.005?。当然,共振发射线也就一定的谱线宽度,不过要小的多0.00050.002 ?4.1.3 积分吸收与峰值吸收 在原子吸收分析中,常将原子蒸汽所吸收的全部能量称为积分吸收,即吸收线下所包括的整

22、个面积。依据经典色散理论,积分吸收与原子蒸汽中基态原子的密度有如下关系: Kd e2/mc ? N0 ? f 式中:e为电子电荷;m为电子质量;c为光速;N0 为单位体积的原子蒸汽中吸收辐射的基态原子数,即原子密度;f 为振子强度代表每个原子中能够吸收或发射特定频率光的平均电子数,通常可视为定值。 该式说明,积分吸收与单位体积原子蒸汽中吸收辐射的原子数成简单的线性关系,它是原子吸收分析法的一个重要理论根底。因此,假设能测定积分值,即可计算出待测元素的原子密度,从而使原子吸收分析法成为一种绝对测量法。但要测得半宽度为0.0010.005?的吸收线的积分值是相当困难的。所以,直到1955年才由A.

23、Walsh提出解决的方法。即:以锐线光源能发射半宽度很窄的发射线的光源来测量谱线的峰值吸收,并以峰值吸收值来代表吸收线的积分值。 根据光源发射线半宽度e 小于吸收线的半宽度a的条件,经过数学推导与数学上的处理,可得到吸光度与原子蒸汽中待测元素的基态原子数存在线性关系,即: A=kN0L为实现峰值吸收的测量,除要求光源的发射线半宽度ea外,还必须使发射线的中心频率0恰好与吸收线的中心频率0相重合。这就是为什么在测定时需要一个用待测元素的材料制成的锐线光源作为特征谱线发射源的原因。4.1.4 基态原子数与原子吸收定量根底 在原子吸收分析仪中,常用火焰原子化法把试液进行原子化,且其温度一般小于300

24、0K。在这个温度下,虽有局部试液原子可能被激发为激发态原子,但大局部的试液原子是处于基态。也就是说,在原子蒸汽中既有激发态原子,也有基态原子,且两状态的原子数之比在一定的温度下是一个相对确定的值,它们的比例关系可用玻尔兹曼Boltzmann方程式来表示: Nj/N0Pj/P0e-Ej-E0 / kT式中:Nj与N0 分别为激发态和基态原子数; Pj 与P0分别为激发态和基态能级的统计权重;k 为玻尔兹曼常数;T为热力学温度。 对共振吸收线来说,电子从基态跃迁到第一激发态,那么E00,所以: Nj/N0 Pj/P0 e-Ej / kT Pj/P0 e -h/ kT在原子光谱法中,对于一定波长的谱

25、线,Pj/P0和Ej均为定值,因此,只要T值确定,那么Nj/N0即为可知。 由于火焰原子化法中的火焰温度一般都小于3000K,且大多数共振线的频率均小于6000?,因此,多数元素的Nj/N0都较小1%,所以,在火焰中激发态的原子数远远小于基态原子数,故而可以用N0代替吸收发射线的原子总数。但在实际工作中测定的是待测组分的浓度,而此浓度又与待测元素吸收辐射的原子总数成正比,因而,在一定的温度和一定的火焰宽度L条件下,待测试液对特征谱线的吸收程度吸光度与待测组分的浓度的关系符合比耳定律: AkC 所以,原子吸收分析法可通过测量试液的吸光度即可确定待测元素的含量。4.2 原子吸收分光光度计 原子吸收

26、分光光度计分为单光束型和双光束型。其根本结构与一般的分光度计相似,由光源、原子化系统、光路系统和检测系统等四个局部组成。4.2.1 光源 如前所述,为测出待测元素的峰值吸收,须使用锐线光源,即能发射半宽度很窄的特征谱线的光源。根据AAS对光源的根本要求,能发射锐线光谱的光源有蒸汽放电,无极放电灯和空心阴极灯等,但目前以空心阴极灯的应用较为普遍。 普通空心阴极灯实际上是一种气体放电灯。它包括了一个阳极钨棒和一个空心圆桶形阴极由用以发射所需谱线的金属或金属合金;或以铜、铁、镍等金属制成阴极衬管,衬管的空穴内再衬入或熔进所需金属。两电极密封于充有低压惰性气体的带有石英窗的玻璃壳内。 当两电极施加适当

27、的电压,便开始辉光放电。此时,电子将从空心阴极内壁射向阳极,并在电子的通路上又与惰性气体原子发生碰撞并使之电离,带正电荷的惰性气体离子在电场的作用下,向阴极内壁猛烈地轰击,使阴极外表的金属原子溅射出来,而这些溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生碰撞并被激发,于是阴极内的辉光便出现了阴极物质的光谱。 空心阴极灯发射的主要是阴极元素的光谱,因此,用不同的待测元素作阴极材料,即可制成各种待测元素的空心阴极灯。但为防止发生光谱干扰,制灯时一般选择的是纯度较高的阴极材料和内充气体常为高纯氖或氩,以使阴极元素的共振线附近不含内充气体或杂质元素的强谱线。 空心阴极灯的操作参数是灯电流,灯电流的

28、大小可决定其所发射的谱线的强度。但灯电流的选择应视具体情况来定,不能一概而论。因为灯电流过大,虽能增强共振发射线的强度,但往往也会发生一些不良现象。如:灯的自蚀现象、内充气体消耗过快;放电不正常,光强不稳定等。 空心阴极灯在使用前一定要预热,预热的时间一般约为520min。4.2.2 原子化系统 原子化系统的作用是将待测试液中的元素转变成原子蒸汽。具体方法有火焰原子化法和无火焰原子化法两种,前者较为常用。 火焰原子化法简单、快速,对大多数元素都有较高的灵敏度和较低的检测限,应用最广,但其缺点是原子化效率低仅有10%。 火焰原子化装置是由雾化器和燃烧器两局部组成,而燃烧器又分为全消耗型和预混合型

29、,但以后者用的较多。 雾化器 作用:将试液雾化; 要求:喷雾稳定,雾滴细小而均匀,且雾化效率高。 常用类型:同轴雾化器 高压助燃气如空气、O2、N2O等从毛细管的环隙间高速通过,在环隙至喷嘴之间形成负压区,从而使试液沿毛细管吸入,并被高速气流分散成雾滴,同时再经节流管碰在撞击球上,进一步地分散成更细小的雾滴。 燃烧器 常用的预混合型燃烧器。试液雾化后进入预混合室与燃气如乙炔、丙烷及氢气等在室内混合,较大的雾滴在壁上凝结并从下方废液口排出,而最细的雾滴那么进入火焰进行原子化。燃烧器所配置的喷灯主要是“长缝型,一般是单缝式喷灯,且有不同的规格。常用的是适合于空气-乙炔火焰,缝长吸收光程为1011c

30、m,缝宽0.50.6mm的喷灯头。 火焰 原子吸收光谱法测定的是基态原子对特征谱线的吸收情况,所以,应首先使试液分子变成基态原子。而火焰原子化法是在操作温度下,将已雾化成很细的雾滴的试液,经蒸发、枯燥、熔化、离解等步骤,使之变成游离的基态原子。因此,火焰原子化法对火焰温度的根本要求是能使待测元素最大限度地离解成游离的基态原子即可。因为,如果火焰温度过高,蒸汽中的激发态原子数目就大幅度地增加,而基态原子数会相应地减少,这样吸收的测定受到影响。故在保证待测元素充别离解成基态原子的前提下,低温度火焰比高温火焰具有更高的测定灵敏度。 火焰温度的上下取决于燃气与助燃所的比例及流量,而燃助比的相对大小又会

31、影响火焰的性质即贫焰性或富焰性火焰,火焰性质的不同,那么测定时的灵敏度、稳定性及所受到的干扰等情况也会有所不同。所以,应根据实际情况选择火焰的种类、组成及流量等参数。 一般而言,易挥发或离解即电离能较低的元素如:Pb、Cd、Zn、Sn、碱金属及碱土金属等,宜选用低温且燃烧速度慢的火焰;而与氧易形成高温氧化物且难离解的元素如:Al、V、Mo、Ti、W等,应使用高温火焰。 在常见的Air-C2H2、N2O-C2H2、Air-H2等火焰中,使用较多的是Air-C2H2火焰。这种火焰的最高温度约2300,可用于35种以上元素的分析测试定。但不适于Al、Ta、Ti、Zr等元素的测定。根据燃助比的不同,A

32、ir-C2H2的性质可分为贫焰性和富焰性两种。 贫焰性Air-C2H2火焰:燃助比Q燃Q助小于1:6,火焰燃烧高度低,燃烧充分,温度较高,但该火焰能产生原子吸收的区域很窄,火焰属氧化性,仅适于Ag、Cu、Co、Pb及碱土金属等元素的测定。 富焰性Air-C2H2火焰:Q燃:Q助大于1:3,火焰燃烧高度高,温度较贫焰性火焰低,噪声大,火焰呈强复原性,仅适于测定Mo、Cr等易氧化的元素。 在实际工作中,常选用燃助比Q1:4的中性火焰进行测定,因为它有火焰稳定、温度较高、背景低、噪声小等特点。4.2.3 光学系统 原子吸收分光光度计的光路系统分为外部光路系统和分光系统。 外部光路系统 其作用是使光源

33、发射出来的共振线准确地透过被测试液的原子化蒸汽,并投射到单色器的入射狭缝上。通常用光学透镜来到达这一目的。 分光系统 由入射狭缝S1Slot投射出来的被待测试液的原子蒸汽吸收后的透射光,经反射镜M、色散元件光栅G、及出射狭缝S2,最后照射到光电检测器PMPhotometer上,以备光电转换。 在分光系统中,单色器G的作用是将待测元素的共振线与其邻近的谱线分开,通常在G确定后,狭缝的宽度S1和S2就成为分光系统中一个重要的参数。所以一般应根据实际情况,来调节适宜的狭缝宽度并使之与单色器G相匹配。4.2.4 检测系统 检测系统包括检测器、放大器、对数转换器及显示装置等。 从狭缝S2照射出来的光先由

34、光电检测器PM光电倍增管转换为电讯号,经放大器同步检波放大器将讯号放大后,再传给对数转换器三极管运算放大器直流型对数转换电路,并根据I/ I0 e- KL将放大后的讯号转换为光度测量值,最后在显示装置仪表表头显示或数字显示上显示出来。 当然,配合计算机及相应的数据处理工作站,那么会直接给出测定的结果。4.3 AAS的定量分析方法4.3.1 标准曲线法 配制一组浓度由低到高、大小适宜的标准溶液,依次在相同的实验条件下喷入火焰,然后测定各种浓度标准溶液的吸光度,以吸光度A为纵坐标,标准溶液浓度C为横坐标作图,那么可得到AC关系曲线标准曲线。在同一条件下,喷入试液,并测定其吸光度Ax值,以Ax在AC

35、曲线上查出相应的浓度Cx值。 在实际测试过程中,标准曲线往往在高浓度区向下弯曲。出现这种现象的主要原因是吸收线变宽所致。因为吸收线变宽常常导致吸收线轮廓不对称,这样,吸收线与发射线的中心频率就不重合,因而吸收减少,标准曲线向下弯曲。当然,火焰中的各种干扰也可能导致曲线发生弯曲。4.3.2 标准参加法 在正常情况下,我们并不完全知道待测试液确实切组成,这样欲配制组成相似的标准溶液就很难进行。而采取标准参加法,可弥补这种缺乏。 取相同体积的试液两份,置于两个完全相同的容量瓶A和B中。另取一定量的标准溶液参加到B瓶中,将A和B均稀释到刻度后,分别测定它们的吸光度。假设试液的待测组分浓度为Cx,标准溶

36、液的浓度为C0,A液的吸光度为Ax,B液的吸光度为A0,那么根据比耳定律有: Ax k?Cx A0 k C0 + Cx 所以 Cx Ax?C0 A0 - Ax 实际工作中,多采用作图法。即:取假设干份至少四份同体积试液,放入相同容积的容量瓶中,并从第二份开始依次按比例参加待测试液的标准溶液,最后稀释到同刻度。假设原试液中待测元素的浓度为Cx,那么参加标准溶液后的试液浓度依次为:Cx +C0、Cx +2C0、Cx +4C0 ,相应地吸光度得:Ax、A1 、A2、A3。以A对标准溶液的参加量作图,那么得到一条直线,该直线并不通过原点,而是在纵轴上有一截距b,这个b值的大小反映了标准溶液参加量为零时

37、溶液的吸光度,即:原待测试液中待测元素的存在所引起的光吸收效应。如果外推直线与横轴交于一点b,那么ob Cx。4.4 干扰及其抑制 如前所述,原子吸收光谱法采用的是锐线光源,应用的是共振吸收线,吸收线的数目比发射线的数目少的多,谱线相互重叠的几率较少;而且原子吸收跃迁的起始状态为基态,基态原子数目受常用温度的影响较小,所以,N0 近似等于总原子数。因此,在原子吸收光谱分析法中,干扰一般较少。但在实际工作中,一些干扰还是不容无视的。所以,必须了解产生干扰的可能的原因,以便采取措施使干扰对测定的影响最小。 总的来说,原子吸收光谱法中的干扰主要有光谱干扰、物理干扰和化学干扰等三大类型。4.4.1 光

38、谱干扰及其消除 光谱干扰主要产生于光源和原子化器。 光源产生的干扰 与分析线相邻的其它谱线的存在所引起的干扰 共存谱线为待测元素线。这种情况多发生在多谱线元素的测定中。如:在镍空心阴极灯的发射线中,分析线2320?附近还有许多条发射谱线如2316?,而这些谱线又不被镍元素所吸收,这样测定的灵敏度就会下降,自然会导致工作曲线的弯曲。不过,这样的干扰可借助于调节狭缝的宽度的方法来控制。 共存谱线为非待测元素的谱线。假设此谱线为该元素的非吸收线,那么会使测定的灵敏度下降;但假设为该元素的吸收线,那么当试液中含有该元素时,就会使试液产生“假吸收,使待测元素的吸光度增加,产生正误。当然,这种误差的产生主

39、要是空心阴极灯的阴极材料不纯引起的,且常见于多元素灯。防止这种干扰的方法是选用适宜的单元素灯。 谱线重叠的干扰 一般谱线重叠的可能性较小,但并不能完全排除这种干扰存在的可能性。这是由于共存元素的共振线与待测元素的共振线重叠而引起的。例如:被测元素铁的共振线为2719.025?,而共存元素Pt的共振线为2719.038?;又如被测Si的共振线为2506.899?,共存元素V的共振线为2506.905?等。在一定的条件下,就会发生干扰。遇到这种情况,可选择灵敏度较低的的谱线进行测量,以防止干扰。 与原子化器有关的干扰 这类干扰主要是由于背景吸收所造成。 背景吸收的干扰系由气体分子对光的吸收和高浓度

40、盐的固体微粒对光的散射所引起的。 火焰成分对光的吸收。 波长越短,火焰成分中的OH、CH及CO等基团或分子对辐射的吸收就越严重。通常可通过调节零点或改换火焰组成等方法来消除。 固体对光的散射 在进行低含量或痕量分析时,大量的盐类物质进行原子化器,这些盐类的细波微粒处于光路中,会使共振线发生散射而产生“假吸收,从而引入误差。 所以,背景吸收分子吸收主要是由于在火焰或无火焰原子化器中形成分子或较大的质点,因此,在待测元素吸收共振线的同时,会因为这些物质对共振线的吸收或散射而使局部共振线损失,产生误差。 消除这种背景吸收对分析测定结果的影响,可通过测量与分析线相近的非吸收线的吸收,再从分析线的总吸收

41、中扣除这局部吸收来校正;也可以用与试样组成相似的标准溶液来校正。当然,现代原子吸收分光光度计中都具有自动校正背景吸收的功能。4.4.2 物理干扰基体效应 此类干扰是指试样在转移、蒸发过程中的某些物理因素的变化而引起的干扰效应。它主要影响试样喷入火焰的速度、雾化效率、雾滴大小及其分布、溶剂与固体微粒的蒸发等。主要因素有: 试液的粘度影响试样喷入火焰的速度; 试液的外表张力影响雾滴的大小及分布; 溶剂的蒸汽压影响其蒸发速度; 雾化气体的压力影响试液喷入量的多少。 这些因素的存在,对火焰中待测元素的原子数量有明显的影响,当然会影响到吸光度的测定。 采用配制与试液组成相近似的标准溶液、或标准参加法均可

42、消除这种干扰。因为这种干扰对试样中的各元素的影响是相似的。4.4.3 化学干扰 这是一种由待测元素与其它组分之间的化学作用所引起的干扰效应,此效应主要对待测元素的原子化效率产生影响。由于这种干扰对试样中不同的元素的影响各不相同,并随火焰温度、状态和部位、其它组分的存在、雾滴的大小等条件的变化而变化。所以它是原子吸收光谱法的主要干扰源。 化学干扰的形式有两种,一是待测元素与共存元素作用生成难挥发的化合物,致使参与吸收的基态原子数目减少。如:用火焰原子化法测Mg时,假设有Al存在,Mg的原子化程度大为降低,这是由于在雾化过程中,Mg和Al在气溶胶中热力学性质更稳定的物质MgAl2O4,造成Mg的原

43、子化程度降低。常见的元素还有Al、Ti、B、Si、Be等,可通过使用高温火焰来降低其影响程度。二是基态原子的电离。在火焰中,当外界条件相当时,局部基态原子会推动一个或几个电子而变成离子,不发生原子吸收现象,从而使吸收强度减弱,对测定结果产生影响。这种情况是电离电位?6eV的元素特有的,它们在火焰中易电离,且火焰温度越高,此干扰的影响就越严重。碱金属及碱土金属的这种干扰现象尤为明显。 消除化学干扰的方法应视具体情况而定。采用在标准溶液和试液中均参加某些试剂,以使化学干扰得到控制或抑制,如:为克服电离干扰而参加的“消电离剂;为防止待测元素与共存元素形成难挥发化合物而参加的“保护剂掩蔽剂及将所形成的

44、难挥发化合物中的待测元素重又置换或释放出来的“置换剂释放剂等。 当常用的简便方法都不能足以克服或控制化学干扰的影响时,可考虑采用适宜的别离手段将干扰元素别离出去。5本论文的提出与主要内容 目前由于自然资源的开发及废弃物重返水环境,在许多国家和地区,已经超出自然水体的自净能力,造成了严重的水环境污染。因此,水环境污染已成为世界各国普遍关注的课题。重金属污染是水环境污染的一个重要方面。随着工农业的开展,包括重金属在内的大量污染物排人河流,造成了水质El益恶化,也带来了一系列严重后果。为了控制和治理水体重金属污染,保护人类生存环境,国内外开展了大量的研究工作。本论文就北京水环境重金属污染的现状进行测

45、定及分析。 通过反复测量确定使用火焰原子吸收分光光度计测定水中铜离子含量的最正确测量参数。测定采集水样的铜离子含量,并以所测得的数据分析和当地所处环境推断出水样的污染程度及其所造成的原因。 实验局部1 实验试剂 铜标准贮备液:称取光谱纯金属铜1.0000g准确到0.0001g,用去离子水溶解,必要时加热直至完全溶解,用去离子水准确稀释至1000mL。 铜标准使用液:配置5份呈梯度的标准溶液(分别用移液管取100vg/ml的标准溶液1ml,2ml,3ml,4ml,5ml放入5个100ml的容量品内,加去离子水至刻度,摇匀)。2 实验仪器WFX-110原子吸收分光光度计铜空心阴极灯乙炔钢瓶容量瓶(

46、100ml *5)电子分析天平真空抽滤泵真空枯燥箱3 实验步骤3.1 水样采集(1)北京不同区域自来水:顺义,大兴,通州,丰台,海淀,朝阳。(2)北京不同区域河水:坝河酒仙桥河段,南二环右安门河段,丰台京小河洋桥段,亮马河南十里居河段,东八间,望京医院河段,黄岗子,孙河,昆玉河,红庙,护城河雍和宫河段,通惠河,亦庄工业区,亦庄橡胶厂,大兴黄村。(3)同一地点不同时间河水:1-4月坝河酒仙桥河段(4)不同地区公园湖水:团结湖,什刹海,汪兴湖,红领巾公园,朝阳公园对这些水样进行水的预处理:抽滤以去除其中的杂质。 在实际测试中,应综合各方面的因素,做好分析测试最正确条件的选择。通常主要考虑原子吸收分

47、光光度计的操作条件即:元素灵敏线、灯电流、火焰、燃烧器的高度及狭缝宽度等。3.2.1 分析线的选择 待测元素的特征谱线就是元素的共振线也称元素的灵敏线,也称待测元素的分析线。在测试待测试液时,为了获得较高的灵敏度,通常选择元素的共振线作为分析线。但并非在任何情况下都作这样的选择。 例如:在待测组分的浓度较高时,即使共振线不受干扰,也不宜选择元素的灵敏线作分析线用。因为灵敏线是待测元素的原子蒸汽吸收最强烈的入射线,假设选择元素的共振线为分析线,吸收值有可能会突破标准曲线的有效线性范围,给待测元素的准确定量带来不必要的误差。所以,应考虑选择灵敏度较低的元素的共振线作为分析线用。但在微量元素的分析测

48、定中,必须选择吸收最强的共振发射线。 当然,最正确分析线的选择应根据具体情况,通过实验来确定。3.2.2 灯电流的选择 空心阴极灯作为光度计的光源,其主要任务是辐射出能用于峰值吸收的待测元素的锐线光谱即特征谱线。那么欲到达这个目的,就须选择有良好发射性能的空心阴极灯,可空心阴极灯的发射特性又取决于灯电流的大小,所以,选择最适宜的灯电流就成为能否准确分析的操作条件之一。一般情况下,尽管市售商品空心阴极灯都标有允许使用的最大工作电流,但也并不是工作电流越大越好,其确定的根本原那么是:在保证光谱稳定并具有适宜强度的条件下,应使用最低的工作电流。3.2.3 火焰确实定 对装配有火焰原子化器的光度计来说

49、,火焰选择的是否恰当,直接关系到待测元素的原子化效率,即基态原子的数目。这就需要根据试液的性质,选择火焰的温度;根据火焰的温度,再选择火焰的组成,但同时还要考虑到,在测定的光谱区间内,火焰本身是否有强吸收。因为组成不同的火焰其最高温度有着明显的差异,所以,对于难离解化合物的元素,应选择温度较高的火焰如:Air-C2H2、N2O-C2H2等。反之,应选择低温火焰,以免引起电离干扰。当然,确定火焰类型后,还应通过实验进一步地确定燃助比。3.2.4 燃烧器的高度 不同性质的元素,其基态原子浓度随燃烧器的高度即:火焰的高度的分布是不同的。如图4-11所示,氧化稳定性高的Cr,随火焰调试的增加,其氧化特

50、性增强,形成氧化物的倾向增大,基态原子数目减少,因而吸收值相对降低;而不易氧化的Ag,其吸收值随火焰高度的增加而增大。但对于氧化物稳定性居中的Mg来说,其吸收值开始时是随火焰高度的增加而增加,但到达一峰值后却又随火焰高度的增加而降低。所以,测定时应根据待测元素的性质,仔细调节燃烧器的高度,使光束从N0最大的火焰区穿过,以获得最正确的灵敏度。.5 狭缝宽度 在原子吸收光谱分析法中,谱线重叠的可能性一般比拟小,因此,测定时可选择较宽的狭缝,从而使光强增大,提高信噪比。但还应考虑到单色器分辨能力的大小、火焰背景的发射强弱以及吸收线附近是否有干扰线或非吸收线的存在等。 如果单色器的分辨能力强、火焰背景

51、的发射弱、吸收线附近无干扰线,那么可选择较宽的狭缝,否那么,应选择较窄的狭缝。 总之,对于通常所遇到的上述条件,原那么上均应以实验手段来确定最正确操作条件。测定条件:工作灯1-Cu工作电流3mA负高压300.0V燃气流量1500 ml/min乙炔气0.075 mPa3.3 数据记录与分析序号ABS反算浓度(g/ml)(其中序号1为去离子水)3.3.2 北京不同区域自来水地区ABSS.DR.S.D浓度(g/l)以上数据(负值可忽略记为零)3.3.3 北京不同区域河水(1)数据记录地区ABSS.DR.S.D浓度(g/l)孙河0.01620.00069.2485486.75904(2)采集水样地点及

52、其分析亮马桥 从图中可以看出采集地点毗邻加油站,医院,且在在其附近有东风制药厂,由此我们可以推断出其水质的特点:含有大量医院用废水,药厂废水,加油站污染水。 东八间 从图中我们可以看出采集点毗邻五环,有汽车尾气所引起的水污染较为严重,引流预付金不靠近住宅区故生活污水较少。 望京医院 从图中我们可以看出采集点毗邻医院,公路及大片住宅区,医院污水,汽车尾气所带来的水污染,大量生活污水是水质污染的主要原因。 黄岗子 从上图可知采集点附近有两个汽车修理厂且在其不远处有医院及大量住宅区,这些都是主要污染源。 孙河 由图可知采集点毗邻京密路,高白路,汽车尾气所引起的水污染是其主要污染源。 昆玉河 有上图可

53、知才几点毗邻四环,附近有大量住宅区,汽车尾气所引起的水污染及生活用水使其水质污染的主要原因。 红庙 由图知采集点毗邻朝阳北路及金台路,附近有大量住宅及各种小,中型商铺,汽车尾气所引起的水污染及大量生活用水,商业用水是其主要污染源。 雍和宫 由上图可知采集点毗邻繁忙的公路且附近有大量住宅及小,中型商铺,因汽车尾气和生活,商业污水所引起水污染是主要污染原因。 通惠河 采集点附近毗邻两条汽车主干道及三家汽车修理厂,汽车尾气所引起的水污染和汽车修理厂所产生的废水是主要污染。 酒仙桥 采集点附近有大量平房,毗邻公路,附近有一家造纸厂,因此生活污水,汽车尾气所引起的水污染及造纸厂所产生的污水是主要污染源。 亦庄工业区 采集点毗邻京津塘高速,附近有大量住宅区且因在工业区内,所以是汽车尾气所引起的水污染,生活污水是主要污染。 亦庄橡胶厂的采集样本中生产橡胶所产生的污水是其主要污染原因。 大兴黄村 采集点附近有高速公路,医院,大量住宅区,因此汽车