1、本科毕业论文（20 届）原子吸收光谱法测定浓海水中的锂所在学院 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II摘要锂是推动现代化与科学技术发展的重要元素，锂及其化合物凭借着其优异的性能在众多领域备受世人瞩目，在各方面的需求量也迅速扩大。近几年来，随着陆地锂资源逐渐被开采而储藏量越来越少。因此，向蕴藏锂资源丰富的海洋资源开发势在必行。本论文采用空气-乙炔火焰原子吸收光谱法，在波长 670.8nm 下测量浓海水中的微量金属锂离子。并分析了共存的其它金属离子对测量结果的影响，初步探讨了消除干扰离子影响的方法。并采用加标法，对海水样品进行了 6 次平行测
2、定，测定结果相对标准偏差(RSD)为1.22%，加标回收率为 97.37102.63%。结果表明，标准曲线法可以用于定量浓海水中微量金属锂的含量，具有操作简便、精准度高、重现性好等优点。关键词：浓海水；锂；分析；原子吸收本科生毕业论文IIIThe measurement of concentrated Lithium in seawater by Atomic Absorption SpectrometryAbstractLithium is an important chemical element which promoting modernization and development
3、of science and technology, with its excellent performance, lithium and its compounds have attracted worldwide attention in many fields, which brings rapid increasing expansion of aspects of demand. In recent years, with lands lithium resources had been gradual mining, the reserves became fewer and f
4、ewer. Therefore, to mine lithium resources abundantly in sea is imperative. In this thesis, we use air - acetylene flame atomic absorption spectrometry studied measurement of lithium ion concentration in seawater with 670.8nm in wavelength. And studied the main molest measurement process effects and
5、 eliminating methods. And using adding standard method, measurng six parallel determination of lithium of water samples, the determination shows RSD is 1.22%, and add to mark the recovery rate range from 97.37% to 102.63%. The results showes that determination of trace concentrations lithium in seaw
6、ater by standard curve method has simple operation, high accuracy, good reproductivity, and so on merit. Key words: concentrated seawater; lithium; analysis; atomic absorption 本科生毕业论文IV目 录前言 .1第 1 章 实验部分 .31.1 实验原理 .31.2 原子吸收光谱法分析仪器的结构 .51.3 主要仪器与试剂 .51.4 仪器工作条件与操作 .61.5 实验方法 .71.6 实验主要步骤 .7第 2 章 结果
7、与讨论 .92.1 实验干扰因素及消除 .92.1.1 物理干扰及其消除方法 .92.1.2 化学干扰及其消除方法 .92.1.3 电离干扰及其消除方法 .102.1.4 光谱干扰及其消除方法 .102.2 使用原子吸收光谱法的注意事项 .112.2.1 乙炔流量影响 .112.2.2 常见无机酸对发射强度影响 .112.3 标准工作曲线 .112.4 提高火焰光度吸收法测定锂含量准确性的方法 .122.4.1 标准液和样品测试时间间隔的影响 .122.4.2 仪器的预热和火焰状态直接影响测定的稳定性和重现性 .132.4.3 液面高度对测定结果的影响 .132.5 海水中主要干扰离子的影响及
8、消除 .142.6 回收试验 .142.7 精密度试验 .152.8 应用：几种水样中锂含量测定 .152.9 误差分析 .162.10 实验中遇到问题及解决思路 .16本科生毕业论文V结论 .17参考文献 .18致谢 .19本科生毕业论文1前言近几年来锂资源的开发利用已成为国际上科研和工业界所共同关注的热门话题。锂是原子半径最小的碱金属，为目前已知的最轻的金属，拥有与许多其他金属元素不同的化学与物理性质。锂、锂合金及锂盐化合物有许多特有的优异性能，应用十分普遍。在能源领域，锂离子电池已成为热门研究项目 1 ，据预测它将有可能取代传统矿物燃料而成为大型设备的动力源，因此锂又被称为“能量元素”
9、，也是推动现代化与科学技术发展的重要元素。锂属于高新技术产品，锂及其化合物的应用范围涉及冶炼、空调、新能源、氢弹、医药、玻璃、陶瓷、焊接等多个领域。金属锂及锂盐在国民经济建设中具有十分广泛的用途，具有极其重要的战略地位，尤其是近年来随着锂在高新科技领域中的应用及投入不断扩大，加快锂资源开发，提高锂盐加工工艺，是我国无机盐工业的一项新课题，也是一个全新的挑战。世界对锂的需求量越来越大，其消耗量在一个侧面标志着一个国家高新科技产业的发展水平，锂盐产品的生产和发展在一定程度上直接决定着工业新技术的发展。因此，建立和发展锂工业、开发更新更好的提锂技术是一向十分迫切的任务。正因为如此，锂在各方面的需求量
10、正在迅速增大，世界锂盐市场发展迅速。锂及其盐类的早期应用，仅局限于医药、玻璃、陶瓷和搪瓷工业，50 年代中期，为了核武器工业的发展，美国原子能委员会急需大量氢氧化锂，锂工业借机获得了高速发展。在二次能源领域，2000年以后，用于锂电池的碳酸锂将超过 2 万吨。在原子能领域上，如果可控核聚变反应堆实现工业化，锂的消耗量将成倍增大，将使世界锂工业的发展进入一个全新的时代。同时锂在新型材料、有色冶金、环保型制冷等领域的需求量也将日益猛增。综上所述，可见目前锂的需求量相当大，而世界上锂矿石锂的储藏量远不能满足市场需求，而且固体矿源不断枯竭，锂矿资源的开发利用方向也面临转折，据估计海水中锂的总溶存量高达
11、 2600 亿吨，从海水中提取锂势必成为必然趋势 2 。近年来国内外都在探讨从海水、地下水、盐湖卤水中提取锂的可能性，且在这方面已取得了可喜进展。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
12、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。总之，建立海水中金属锂离子的定量方法，对于从海水提锂的研究以及未来提锂工艺的实现都具有非常重要的意义。目前，锂离子常用的定量方法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 3 ，该方法又称为标准工作曲线法。但采用标准曲线法定量浓海水中的锂离子含量时发现，由于海水中共存的其它高浓度的阳离子，在乙炔空气焰中，锂的电离遭到显著的电离作用干扰，特别是当锂离子浓度很低时，该现象尤为突出。本实验尝试采用标准曲线法，在干扰离子种类、浓度一致的情况下，使上述两种干扰得本科生毕业论文2到了补偿
13、后进行测定。并利用标准加入法分析对浓海水样品中的干扰离子的消除方法，证明此法能够有效的避免干扰离子给分析过程中带来的影响，灵敏度高、精密度好，分析结果满足要求。本科生毕业论文3第 1 章 实验部分1.1 实验原理每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线，也可以吸收与发射线波长相同的特征谱线。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度 A，与被测元素的含量成正比。可以通过测定物质里某种元素
14、的吸光度A，来确定被测定物质里某种元素的含量。由于原子能级是量子化的，因此，在所有的情况下，原子对辐射的吸收都是有选择性的。鉴于各元素的原子结构与外层电子的排布组合不同，元素从基态跃迁至第一激发态时需要吸收的能量不同，因此各元素的共振吸收线具有不同的特征，可以采用原子吸收法对某种元素进行定量 4 。在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态） ，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
15、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
16、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(0.00050.002) 。 chvEn
17、0本科生毕业论文4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 19
18、55 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
19、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
20、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本科生毕业论文5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
21、，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。配制一系列浓度合适的标准溶液，采用原子吸收法，分别测定其吸光度 A。以测得的吸光度为纵坐标，待测元素含量或浓度 c 为横坐标，绘制 A-c 标准曲线。在相同的实验条件下，测定待测试验的吸光度，根据测得的吸光度，由标准曲线求出试样中待测元素的含量。1.2 原子吸收光谱法分析仪器的结构原子吸收分光光度计一般由由光源、原子化系统、光学
22、系统、检测系统四几部分组成。光源的作用是辐射待测元素的特征光谱，以供测量之用。为了测出待测元素的峰值吸收和获得较高的灵敏度和准确度，所使用光源的应满足下列要求。（1）能辐射锐线。（2）能辐射待测元素的共振线，并具有足够的强度。（3）辐射的光强度必须稳定且背景小。空心阴极放电灯是能满足上述各项要求的理想的锐线光源，应用最广。原子化系统其功能是提供能量，使试样干燥，蒸发和原子化。在原子吸收光谱分析中，试样中被测元素的原子化是整个分析过程的关键环节。试试样原子化的方法有火焰原子化法和无火焰原子化法两种。前者具有简单、快速，对大多数元素具有较高的灵敏度和较低的检出限等优点，因而至今使用仍最广泛。无火焰
23、原子化技术具有较高的原子化效率、灵敏度和更低的检出限，因而发展很快。光学系统由外光路系统和分光系统组成。分光系统主要由色散元件、反射镜、狭缝等组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器、显示装置组成。原子吸收光谱仪中广泛使用的检测器是光电倍增管。最新的仪器都安装了 CCD 传感器。它使用一种灵敏度极高的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，以闪电的速度把数字信号存储在内置硬盘卡上。因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，对数据进行处理，获得有关数据。先进的原子吸收光谱分析仪带有处理数字信号的芯片，可以在本机上即时处理采集到的数据 5 。1.3 主要仪器与试剂TAS990 型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司） 、Li 空心阴极灯、移
