原子吸收光譜法檢測技術研究綜述

許文艷 ，李曉蓉 ，郭 斌

（1.甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，甘肅 蘭州 730070）

原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）自1955年作為一種分析方法問世以來，先后經歷了初始的序幕期、爆發性的成長期、相對穩定期和智能化飛躍期，并得以迅速的發展與普及，如今已成為一種倍受人們青睞的定量分析方法。原子吸收光譜法以其檢測速度快、靈敏度高、檢測元素多、前處理簡單等特有的優勢，已成為無機元素定量分析應用最廣泛的一種分析方法［1］。在農業、食品、輕工、生物醫藥、環境保護、材料科學等檢測中發揮著重要的作用。

1 檢測原理

原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是利用氣態原子可以吸收一定波長的光輻射，使原子中外層的電子從基態躍遷到激發態的現象而建立的。由于各種原子中電子的能級不同，將有選擇性地共振吸收一定波長的輻射光，這個共振吸收波長恰好等于該原子受激發后發射光譜的波長，由此可作為元素定性的依據，而吸收輻射的強度可作為定量的依據。

2 原子吸收光譜儀結構

2006年，何華焜等綜述了原子吸收光譜儀的光源、原子化器、光學系統、檢測系統和顯示裝置等關鍵部件［2］。

2.1 光源

光源的功能是發射被測元素的特征共振輻射。空心陰極燈是能滿足各項要求的理想的銳線光源，應用最廣。現在有部分廠家把二極管激光器光源引進AAS領域，使得各種小型、微型的專用AAS實驗儀器裝置得到了廣泛的應用。

2.2 原子化器

原子化器提供能量，使試樣干燥、蒸發和原子化。在原子吸收光譜分析中，試樣中被測元素的原子化是整個分析過程的關鍵環節。實現原子化的方法，最常用的有2種，一是火焰原子化法，它是原子光譜分析中最早使用的原子化方法，至今仍在廣泛地被應用；二是非火焰原子化法，其中應用最廣的為石墨爐原子化法。

2.3 光學系統

光學系統由入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成，其作用是將所需要的共振吸收線分離出來。分光器的關鍵部件是色散元件，商品儀器均為光柵。光柵放置在原子化器之后，阻止來自原子化器內的所有不需要的輻射進入檢測器。2005年，李昌厚等從信噪比、性價比等方面評述了原子吸收光譜儀中采用1 200條/mm的平面光柵優于采用1 800條/mm的平面光柵［3］。

2.4 檢測系統

原子吸收光譜儀中廣泛使用的檢測器是光電倍增管，一些儀器也采用CCD作為檢測器。

2.5 顯示裝置

近代的原子吸收光譜儀普遍采用了多位數字顯示裝置，這樣能對信號穩定性處理的更快、更好［4］。

3 原子化法分類

3.1 火焰原子化法

適用于測定易原子化的元素，是原子吸收光譜法應用最為普遍的一種，有較高的靈敏度和檢測極限，且重現性好，易于操作。通過火焰的燃燒作用，使試樣原子化。試液與燃氣在霧化室充分混合后進入火焰燃燒，按試樣在火焰中的行為，火焰內大致可以分為干燥區和蒸發區、原子化區和電離區。試樣在火焰中的原子化程度與溫度有關，過低的溫度不利于被測元素分解成基態原子，過高能引起基態原子電離，降低靈敏度［5-10］。

3.2 石墨爐原子化法

火焰原子化雖好，但缺點在于僅有10%的試液被原子化，而90%由廢液管排出，這樣低的原子化效率成為提高靈敏度的主要障礙，而石墨爐原子化裝置可提高原子化效率，使靈敏度提高10～200倍。而且其檢測限很低，對許多元素測定比火焰法低2～3個數量級。試樣用量少，每次測定僅需5～100 uL，能直接對粘度很大的樣液、懸浮液和固體樣品進行分析［11-14］。

3.3 氫化物原子化法

氫化物原子化法是低溫原子化的一種。由于某些易形成氫化物的元素，如Sb、As、Bi、Pb、Se、Te、Hg和Sn用火焰原子化法測定時靈敏度很低，而這些元素在酸性介質與強還原劑硼氫化鈉（或鉀）反應得到氣態氫化物，這種氣態氫化物可將待測元素分離并富集，因此可減輕甚至完全消除干擾。可將檢測限降低至ng/mL級的濃度［15-20］。

3.4 冷原子吸收法

將試液中汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺還原為金屬汞，然后用空氣流將汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體吸收管中進行原子吸收測量。靈敏度和準確度都較高（可檢出0.01 ug的汞），是測定痕量汞較好的方法［21-26］。

3.5 其余原子化法

濺射原子化法，適用于易生成難溶化合物的元素和放射性元素。電極放電原子化法，適用于難熔氧化物的金屬Al、Ti、Mo、W的測定。等離子體原子化法，適用于難熔金屬Al、Y、Ti、V、Nb、Re。激光原子化法，適用于任何形式的固體材料，如測定石墨中的 Ca、Ag、Cu、Li［27-30］。

4 原子吸收光譜法的優缺點

2006年，何祥來等對原子吸收光譜法的一系列優點進行了綜述［28］，認為AAS具有很大的優越性，具有選擇性強、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強、精密度高等優點，這也是它迅速發展的內在原因。但是原子吸收光譜法也存在一定的缺點。2009年，李琳琳等對AAS的缺陷進行了評述［29］，原子吸收光譜法一方面不能多元素同時分析，還不能測定共振線處于真空紫外區域的元素如P、S等；另一方面標準工作曲線的線性范圍比較窄。因此，充分認識到原子吸收光譜法的優點和缺點，更有利于分析檢測工作的進行。

5 原子吸收光譜法的應用

原子吸收光譜法憑借其本身的特點，現已廣泛的應用于工業、農業、生化制藥、地質、冶金、食品檢驗和環保等領域，并且該法已成為金屬元素分析的最有力手段之一，通過使用原子吸收光譜儀利用間接法也可以對多種有機物進行測定，如 8- 羥基喹啉（Cu）、醇類（Cr）、酯類（Fe）、氨基酸（Cu）、維生素C（Ni）、含鹵素的有機物（Ag）等多種有機物，都可通過與相應的金屬元素之間的化學計量反應而間接測定［30-34］。

6 展望

原子吸收光譜法測定樣品中的重金屬具有靈敏、高效、準確等優點。根據待測金屬種類和濃度的不同，實驗中需要選擇石墨爐、火焰和氫化物發生等原子吸收光譜，并結合適當的預處理手段，其中消化設備、改進劑、消解試劑和消解溫度等均直接影響測定結果的準確性［35-40］。但是，由于樣品種類繁多，相關標準和法規的制定需要借助更大量的檢測實驗和更先進的檢測手段。為了更準確和快速地測定樣品中的金屬元素，原子吸收光譜還經常與其他檢測手段聯用，比如原子吸收光譜與高效液相色譜、氣相色譜、毛細管電泳等聯用。可以預測，原子吸收光譜法的應用、完善和創新必將帶動農產品質量安全的監管以及相關檢測標準的完善［41］。

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