1、本科毕业论文（20 届）浓海水中微量元素锂的定量方法的研究所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要锂元素自发现后，在电子，能源等领域都能看到其身影。随着锂的开发与利用，锂的需求量一直呈上升趋势。海水提锂技术的发展，使得海水成为锂的一大来源。海水中锂离子浓度的准确测量,对于从海水提锂的研究以及未来提锂工艺的实现都具有重要的意义。原子吸收分光光度法测离子浓度具有较多优点。利用原子吸收分光光度计，在波长670. 8nm下,用火焰原子吸收光谱法测量浓海水中锂离子的浓度。采用标准加入法，排除了海水中其他阳离子对低浓度锂离子测定的干扰。通过
2、模拟海水组成，测得数据误差均在允许误差范围-5%5%之内。采用加标法,对实验海水样进行了6次平行测定,测定结果精密度(RSD)为0.78% ,加标回收率为100. 4%。可知此方法精密度好，准确度高，分析结果满足要求。关键词：锂；原子吸收；吸光度；标准加入法本科生毕业论文IIQuantitative Methods of the Concentration of Trace Elements Lithium in Concentrated SeawaterAbstractSince the discovery of lithium element, In electronics, energy
3、 and other fields can see its shadow. With the development and use of lithium, Lithium has been the rise in demand.The development of technology for extractinglithiumfrom seawater make the seawater became a major source of lithium. The accurate measurement of Lithium-ion concentration in seawater fo
4、r the research of extracting lithium from seawater and to achieve the future extracting lithium technology has important meaning.The atomic absorption spectrometry has many advantagea for measure ion concentration. Use atomic absorption spectrophotometer, the concentration of lithium in seawater was
5、 determined by atomic absorp tion spectrometry under the 670. 8nm wave length. Use the standard addition method has eliminated the disturbance ofmain cations to low concentrition ion (L i+ ) in concentraed seawater. By simulating the seawater composition, the errors of results are all in the allowed
6、 errors range between -5% and 5%. Six parallel seawater were analyzed by the standard addition method, then the relative standard deviation was 0.78% and the standard addition recovery was 100. 4%. It shows the methods precision and accuracy are good, the results meet the requirements.Key words: Lit
7、hium; atomic absorption; absorbance; standard addition method本科生毕业论文III目 录前言 .1第 1 章 实验原理 .31.1 原子吸收光谱分析基本原理 .31.2 标准加入法定量分析基本原理 .4第 2 章 实验药品及仪器 .6第 3 章 实验步骤 .83.1 实验前的准备 .83.2 标准溶液的配制 .83.2.1 配制锂离子浓度约为 10mg/L 的硝酸锂标准溶液 .83.2.2 配制其他浓度的硝酸锂标准溶液 .83.2.3 其他类型标准溶液的配制 .93.2.4 用标准加入法测浓海水中锂离子浓度的溶液的配制 .93.2.5
8、 硝酸锂标准溶液与其他化合物溶液混合液的配制 .103.2.6 用标准加入法测混合液中离子浓度的溶液的配制 .103.2.7 验证标准加入法的已知浓度溶液的配制 .103.3 用原子吸收分光光度计测定溶液的浓度 .103.3.1 原子吸收分光光度计的使用 .103.3.2 用标准加入法测各种溶液 .123.4 精密度实验 .123.5 回收率实验 .123.6 实验结束 .12第 4 章 实验数据及处理 .13第 5 章 结果与讨论 .185.1 误差分析 .185.2 遇到问题及解决方法 .185.3 测定条件选择 .195.4 干扰及其抑制 .205.5 实验小结 .21总结 .22本科生
9、毕业论文IV参考文献 .23致 谢 .24本科生毕业论文1前言锂 是 在 1817年 被 著 名 化 学 家 贝 齐 里 乌 斯 的 学 生 阿 尔 费 特 逊 在 分 析 一 种 矿 石 的 成 分 时发 现 的 ， 贝 齐 里 乌 斯 将 其 命 名 为 锂 。 锂位于元素周期表的第三位，是一种银白色，质软，密度最小的金属。锂与 水 的 反 应 非 常 剧 烈 ， 而 且 锂 是 唯 一 的 与 氮 在 室 温 下 反 应 ， 生 成 氮化 锂 （ Li3N） 的 碱 金 属 。 地 壳 中 约 有 0 0065 的 锂 ， 其 丰 度 居 第 二 十 七 位 。 已 知 含 锂的 矿 物
10、 有 150多 种 ， 其 中 主 要 有 锂 辉 石 、 锂 云 母 、 透 锂 长 石 等 。 海 水 中 锂 的 含 量 不 算 少 ，总 储 量 达 2600亿 吨 。 某 些 矿 泉 水 和 植 物 机 体 里 ， 含 有 丰 富 的 锂 。 如 有 些 红 色 、 黄 色 的海 藻 和 烟 草 中 ， 往 往 含 有 较 多 的 锂 化 合 物 ， 可 供 开 发 利 用 。锂及其化合物有许多特有的优良性能,用途非常广泛。在冶金工业上，利用锂能强烈地和O、N、Cl、S等物质反应的性质，充当脱氧剂与脱硫剂。在整个冶炼铜的过程中，只要加入极少量的锂，就能大大地改良铜的内部结构，使其变得
11、非常致密，从而可以大大增加铜的导电性，使之变得更容易导电。在生产优质铜产品中。利用锂能除去其中不利的气体与杂质。在现代生产优良特殊合金钢材工艺过程中，需要清除其中的杂质，而锂在这其中扮演了重要的角色。锂的燃烧值是42998kJ/kg，因此锂可以作为火箭的燃料，而且非常之有效。1kg锂通过核反应所放出的能量约等于二万多吨煤的燃烧能。因此用锂及其化合物制成的燃料来代替固体推进剂，用作导弹、宇宙飞船、火箭的推动力，不仅燃速大、能量高，而且比冲量极高，比冲量的大小与火箭的有效载荷直接相关。在本世纪三、四十年代研制开发的优质能源锂电池，是电池领域是很有前途的动力电池。它具有放电平衡、自放电子、开路电压高
12、、比能量高、工作温度范围宽等优点，因此被广泛应用于各个领域。用锂电池发电来开动汽车，行车费还不到普通汽油发动机车的一半。用锂制取的氚来发动原子电池组，过程只不需要充电，可连续工作高达二十多年。目前，发展像锂电池这样的新型电池是解决汽车的排气污染与用油危机的重要途径之一。随着锂的发现和其的功能的开发与应用，人们开始把目光投向这中兴起的金属上。近10 年来,锂的国际需求量以每年7 %11 %的速度持续增长,2002 年世界锂的消耗量约为20 万吨。然而,世界上陆地锂资源总量(主要为矿石锂资源和盐湖锂资源) 约为1700 万吨 (折金属锂) ,远不能满足锂的远景市场需要。随着不断扩大的锂需求量,在未
13、来陆地锂资源的消耗会越来越大。因此,人们开始将目光转向锂资源含量丰富的大海。在海水中的锂的储量高达2600 亿吨 ,是陆地锂资源总量的一万多倍。因此,近些年来国内外科研工作者开始探索海水提锂技术研究,并取得了一定的进展。在国外，日本、美国等工业高度发达的国家已从事多年海水提锂的研究工作,并且取得了一定成果。在国内，也有一部分科研人员从事该项目的研究。目前,在海水提锂中主要应用吸附剂法与溶剂萃取法。由于海水中锂浓度很低 ,因此从低浓度海水中提锂,其中吸附剂法是比较有效并且最具前途的海水提锂方法。在海水提锂成为未来提锂的发展趋势之下，对海水中锂离子浓度的准确测量对于海水提锂这一工艺有着重要的意义。
14、此 次 实 验 主 要 通 过 原 子 吸 收 光 谱 法 来 研 究 如 何 定 量 分 析 浓 海 水 中 微 量 元 素 锂 的 含 量 。目前，锂离子浓度的测量方法主要是用原子吸收分光光度计，利用直线回归分析方法进行测定，该方法又称标准工作曲线法。该法是配制一组合适的标准溶液，按照从高到低的浓度顺本科生毕业论文2序，依次向火焰喷入，测定各浓度溶液的吸光度A。以测得的结果吸光度为纵坐标，待测元素的浓度c或含量为横坐标，绘制A-c关系标准曲线。在相同的实验条件下，喷入待测试样溶液即未知浓度溶液，根据最终测得的吸光度A，从标准曲线中求出试样中待测元素的浓度。但是利用该方法测量海水中的锂离子浓
15、度时,海水中各种高浓度干扰阳离子,在乙炔空气焰中,电离作用干扰了锂的电离,特别是锂离子浓度很低时,这种干扰更为严重。为解决这一缺点，我们试着使用用标准加入法来解决这一问题。在干扰物种类和浓度一样的情况下,使上述两种干扰得到了补偿后进行测定。标 准 曲 线 法 适 用 于 标 准 曲 线 的 基 体 和 样 品 的 基 体 大 致相 同 的 情 况 ， 优 点 是 速 度 快 ， 缺 点 是 当 样 品 基 体 复 杂 时 不 正 确 。 标 准 加 入 法 可 以 有 效 克 服上 面 所 说 的 缺 点 ， 因 为 它 是 把 样 品 和 标 准 混 在 一 起 同 时 测 定 的 （ “标
16、 准 加 入 法 ”的 叫法 就 是 从 这 里 来 的 ） ， 但 它 也 有 缺 点 就 是 速 度 很 慢 。 因 为 海 水 中 存 在 着 大 量 未 知 的 干 扰离 子 ， 因 此 选 择 标 准 加 入 法 更 优 于 标 准 曲 线 法 。所 以 这 次 实 验 要 比 较 标 准 曲 线 法 与 标 准 加 入 法 的 优 缺 点 ， 确 定 出 较 优 的 方 法 ， 并 且 验证 试 验 的 正 确 性 ， 最 终 得 出 一 个 较 好 的 结 论 。本科生毕业论文3第 1 章 实验原理1.1 原子吸收光谱分析基本原理 1在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态）
17、 ，称为基态（E 0 = 0） 。当原子吸收外界能量被激发时，其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级上，此运动状态被称之为激发态。这种为激发态的原子非常不稳定，所以在非常短的时间（10 -810-7s）内，电子便跃回基态或者较低的激发态，此时的原子便以电磁波的形式放出能量： 共振发射线：电子从其基态跃迁到能量最低的激发态时需要吸收一定频率的光，它再次跃迁回到基态时，就会发射出同样频率的光(谱线) ，此谱线被称之为共振发射线 。共振吸收线：电子从基态跃迁到第一激发态所产生的吸收谱线。 共振线：共振发射线和共振吸收线统称为共振线。由于不同元素的原子结构和它的外层电子排布都有所差别，各元素的原子从基态
18、激发到第一激发态或者从第一激发态跃迁返回到基态时，吸收或发射的能量有所不同，因此不同元素的共振线不同而各具特征，所以这种共振线可以作为元素的特征谱线。一般原子吸收分光光度分析就是利用元素的共振吸收来进行分析的。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，则有一部分光将被吸收，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，遵从 Lembert 定律：A=lg(I0/I)=KL其中：K 为吸光系数，所以有：I= I0e- 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。原子从基态跃迁到激发态所吸收的
19、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， 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(0.0005 0.002 )。 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.电子电荷m电子质量c.光速 N0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 .振子强度。该式表明，积分吸收与单位体积原子蒸汽中吸收辐射的原子数成简
20、单的线性关系，它是原子吸收分析法的一个重要理论基础。因此，若能测定积分值，即可计算出待测元素的原子chvEn0本科生毕业论文4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.Walsh 提出解决的办法。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：AkN 0L为实现峰值吸收的测量，除要求
21、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。在原子吸收风光光度计中，常用火焰原子吸收化法把试液原子化，并且温度一般不高于3000K。在此温度下，虽然会有部分的试样的原子可能被激发成激发态，但是大部分的试样原子仍旧处于基态。也就是说，在原子蒸汽中既有基态原子，也有激发态原子，且两状态的原子数之比在恒定的温度下是一个相对稳定值，其比例关系可以用玻尔兹曼(Boltzmann)方程式表示为：Nj/N0=(Pj/P0)e-(Ej-E0) / kT式中：Nj激发态原子
22、数N0 基态原子数Pj 激发态的统计权重P0基态能级的统计权重k.玻尔兹曼常数T.热力学温度。对于共振吸收线，电子从基态跃迁到第一激发态，E 0=0，所以：Nj/N0 = (Pj/P0) e-Ej / kT = (Pj/P0) e -h/ kT在原子吸收光谱法中，对于波长一定的谱线，P j/P0 与 Ej 都为定值，因此，只要 T 值确定，则Nj/N0 即为可知。因为火焰原子化法中的火焰温度基本上都不大于 3000K，并且多数的共振线频率也都小于 6000，因此，大部分元素的 Nj 与 N0 的比值都小于 1%，所以，在火焰中的激发态原子数比基态原子数小很多，所以基本上可以用 N0 来替代发射
23、线的原子总数。但是在实际的操作中。需要测定的是未知溶液的浓度，但是其浓度又和未知元素吸收的原子数成正比，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：A=kC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。原子吸收分光光度法优点：灵敏度高 ；准确性高，重现性好；用途广；样品量少；选择性好。不足之处：多元素同时测定有困难；对非金属及难熔元素的测定尚有困难；对复杂样品分析干扰也较严重；石墨炉原子吸收分析的重现性较差。1.2 标准加入法定量分析基本原理当试样基体影响较大，且又没有纯净的基体空白，或测定纯物质中极微量的元素时采用。本科生毕业论文5先测定一定体积试液（c x）的吸光度 Ax，然后在该试液中加入一定量的与未知试液浓度相近的标准溶液，其浓度为 Cs ，测得的吸光度为 A，则 Ax = kcx A = k (cx + cs) 整理以上两式得：实际测定时，通常采用作图外推法：在 4 份或 5 份相同体积试样中，分别按比例加入不同量待测元素的标准溶液，并稀释至相同体积，然后分别测定吸光度 A。以加入待测元素的标准量为横坐标，相应的吸光度为纵坐标作图可得一直线，此直线的延长线在横坐标轴上交点到原点的距离相应的质量即为原始试样中待测元素的量。图 1.1 标准加入法工作原理图sxx
