原子吸收分析中的氘燈背景校正技術原理

馮素玲 李晶 李全民

(河南師范大學化學與環境科學學院 河南師范大學國家級化學實驗教學示范中心 河南新鄉 453007)

在原子吸收分析中，背景吸收會導致吸光度增大，給分析結果帶來誤差。為了扣除背景吸收產生的影響，很多商品儀器都配備了氘燈背景校正器，其校正原理如下：當出入狹縫的寬度相等時，檢測器接收到的輻射能的有效譜帶寬度W=S·D，式中S為狹縫寬度，單位為mm，D為色散元件的倒線色散率，單位為nm·mm-1。當S=0.1mm，D=2nm·mm-1，W=0.2nm。即檢測器接收的氘燈輻射能的有效帶寬為0.2nm，而分析元素吸收線的有效帶寬一般為0.001nm，可見，分析元素吸收線僅為氘燈輻射能有效帶寬的0.5%，分析元素對氘燈輻射能的吸收與進入檢測器的總輻射能相比較顯得很小，可以忽略不計。因此，用氘燈測得的只是原子化器中背景對氘燈輻射能的吸收[1]。空心陰極燈是銳線光源，測得的吸光度為背景吸光度與元素吸光度的加和。而用空心陰極燈測得的背景吸光度與用氘燈測得的背景吸光度相等，因此，兩光源測得的吸光度的差值即為元素的吸光度。本文根據郎伯-比爾定律證明了上述結論。

從圖1可以看出:

It(D2)=Io(D2)-Ia,b(D2)-Ia,e(D2)

(1)

式中It(D2)指被檢測器接收的光強度，也就是入射光Io(D2)通過原子化器(火焰)后透過光的強度，Io(D2)指有效寬帶內的入射光強度，Ia,b(D2)和Ia,e(D2)分別表示有效寬帶內背景和分析元素吸收的光強度。由圖2可以看出，當背景和分析元素吸收同時存在時，入射光Io(D2)通過原子化器(火焰)后，總的透過光強度It(D2)又可寫成:

It(D2)=It,b(D2)-Ia,e(D2)

(2)

圖1 氘燈作光源時入射光強度與背景吸收及元素吸收的關系

圖2 氘燈作光源時入射光強度與透過光強度的關系

根據吸光度的加和性原理可得出：

Aall(D2)=Ab(D2)+Ae(D2)=

(3)

式中總吸光度Aall(D2)為以氘燈為光源時測得背景吸光度Ab(D2)與分析元素吸光度Ae(D2)之和。由圖1可知，根據分析元素吸收線僅為氘燈輻射能有效帶寬的0.5%,可知分析元素對氘燈輻射能的吸收光強度Ia,e(D2)很小，對背景吸收后透光強度的影響可以忽略不計，因此，It,b(D2)-Ia,e(D2)≈It,b(D2)≈It(D2)，故式(3)可寫成：

(4)

可見，用氘燈測量的吸光度就是背景吸收產生的吸光度Ab(D2)，而由分析元素產生的吸光度Ae(D2)可以忽略不計。

Aall(HCL)=Ae(HCL)+Ab(HCL)

(5)

根據圖3，式(5)可寫成:

(6)

圖3 空心陰極燈作光源時入射光強度與透過光強度的關系

由于氘燈是寬帶輻射，而空心陰極燈是窄帶輻射，當S=0.1mm，D=2nm·mm-1時，后者是前者有效帶寬的0.1%，那么，為什么兩者測得的背景吸光度會近似相等？該問題可以通過吸收定律得到證明。

背景吸收為均勻吸收，隨波長變化基本保持恒定，這意味著在不同的波長下由背景吸收引起的吸光度(Ab)具有相同值，正如圖4(a)所示。圖4(b)和圖4(c)分別為氘燈和空心陰極燈在儀器的有效光譜帶寬度內的輻射強度分布。

圖4 背景吸收及氘燈、空心陰極燈在儀器有效光譜帶寬度內的輻射強度與波長的關系 (a) 背景吸收與波長的關系;(b) 氘燈在儀器的有效光譜帶寬度內的輻射強度分布;(c) 空心陰極燈在儀器的有效光譜帶寬度內的輻射強度分布。

當氘燈輻射通過原子化器，并到達接收器時，根據圖4可以得出:

(7)

根據圖4(a)可知，背景吸光度的大小不隨波長變化而改變，這意味著不同波長下的吸光系數相同，因此，ε1=ε2=ε3=…=εn=ε，則式(7)可寫成：

(8)

當空心陰極燈輻射通過原子化器，并達到檢測器時，設發射線包括不同波長的輻射強度,則背景產生的吸光度為:

(9)

根據圖4(a)可知，ε1=ε2=ε3=…=εn=ε，則式(9)可寫成:

(10)

比較式(8)和(10)可知，Ab(D2)=Ab(HCL)。可見，盡管氘燈和空心陰極燈的發射線有效帶寬不同，測得的背景吸光度值卻是相同的。所以有:

(11)

調節儀器使Io(D2)=Io(HCL)，由式(11)可得：

(12)

式中K為吸收系數，c為樣品溶液的濃度。

可見，利用氘燈可以扣除背景吸收的影響。

參 考 文 獻

[1] 戴樹桂.儀器分析.北京:高等教育出版社,1984