簡述原子吸收光譜儀

鞏 琪核工業(yè)二0三研究所，陜西咸陽 712000

簡述原子吸收光譜儀

鞏 琪
核工業(yè)二0三研究所，陜西咸陽 712000

原子吸收光譜儀作為一種能夠檢測多種元素的化學(xué)儀器，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)甚至是農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。同時(shí)，由于原子吸收光譜儀具有測定精確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此作為地礦實(shí)驗(yàn)室的一種常用儀器，為地礦樣品的元素測定提供科學(xué)準(zhǔn)確的分析測定。

原子吸收光譜儀；原理；樣品制備

1 原子吸收光譜儀的相關(guān)基本概念

原子吸收光譜儀的基本原理是儀器從光源輻射出具有待測元素特征譜線的光，通過試樣蒸汽時(shí)被蒸汽中待測元素基態(tài)原子所吸收，由輻射特征譜線光被減弱的程度來測定試樣中待測元素的含量。其中，火焰原子吸收光譜法的最高檢出限可到10g/mL～9g/mL數(shù)量級(jí)，石墨爐原子吸收法的最高檢出限可到10g/mL～13g/mL數(shù)量級(jí)。其氫化物發(fā)生器可對(duì)8種揮發(fā)性元素汞、砷、鉛、硒、錫、碲、銻、鍺等進(jìn)行微痕量測定。

原子吸收光譜的過程就是原子發(fā)射光譜的逆過程，同時(shí)由于每一種原子都有其獨(dú)一無二的原子結(jié)構(gòu)，這也就是不同元素有不同特征吸收光譜的原因。

2 原子吸收光譜儀的組成結(jié)構(gòu)

通常來說，一個(gè)完整的原子吸收光譜儀（如圖1）是由4部分構(gòu)成的——即光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。

1）光源。對(duì)于原子吸收光譜儀的光源來說，需要達(dá)到發(fā)射的待測元素的銳線光譜有足夠的強(qiáng)度、背景小、穩(wěn)定性高的要求，現(xiàn)階段的光源主要為空心陰極燈和無極放電燈兩種。

空心陰極燈主要是由鎢棒陽極和內(nèi)含有待測元素的金屬或合金的空心圓柱形陰極兩部分組成，在儀器接上電源以后，光源的陰極上發(fā)生輝光放電現(xiàn)象，從而可以將陰極的元素共振線輻射出來。無極放電燈是將待測元素與碘或溴一起密封在一段石英管中，同時(shí)還將給石英管中封入267Pa～667Pa的氬氣，將石英管整體放在2 450MHz微波發(fā)生器中對(duì)待測元素進(jìn)行激發(fā)。

2）原子化系統(tǒng)。原子吸收光譜儀的原子化系統(tǒng)目前最常使用的可主要分為預(yù)混合型火焰原子化器、石墨爐原子化器、石英爐原子化器和陰極濺射原子化器等4類。

預(yù)混合型火焰原子化器主要是由噴霧器、預(yù)混合室和燃燒器3個(gè)部分組成，它最主要的優(yōu)點(diǎn)是易操作、重現(xiàn)性好。石墨爐原子化器主要是由石墨管壁、石墨平臺(tái)和碳棒盛樣小孔（或石墨坩堝）3個(gè)部分組成，其中管式石墨爐是使用最為廣泛的一種，它最主要的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率高、靈敏度高、元素用量少。石英爐原子化器又稱低溫原子化法，主要是將元素與蒸汽反應(yīng)，發(fā)生法配合反應(yīng)。陰極濺射原子化器主要是對(duì)元素進(jìn)行正離子轟擊，使檢測元素轉(zhuǎn)變?yōu)樵诱羝?/p>

3）分光系統(tǒng)。分光系統(tǒng)現(xiàn)階段主要有3種，分別是單光束系統(tǒng)、雙光束系統(tǒng)和單色儀。

單光束系統(tǒng)相對(duì)來說結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、靈敏度高、線性范圍廣等特點(diǎn)，但也正是如此，需要在使用過程當(dāng)中注意校正零點(diǎn)和補(bǔ)償基線漂移的問題。雙光束系統(tǒng)相較于單光束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，可以通過兩條光束來克服使用過程中的基線漂移的問題。單色儀是利用光柵將非分析線成分分離開來，保證分析線的準(zhǔn)確性。

4）檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)通常是由檢測器（即光電倍增管）、放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器和電腦4個(gè)部分組成，檢測器可將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)在經(jīng)過放大器和對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器之后變?yōu)榭杀浑娔X記錄的直流信號(hào)，到這一步就完成了對(duì)元素的記錄和分析。

3 原子吸收光譜儀的樣品制備

1）樣品制備原則。對(duì)于原子吸收光譜儀所檢測的樣品來說，首先，要盡可能的避免其他成分的干擾，更不能將其他待測組分混入樣品之中；其次，要得到最適宜檢測的樣品濃度，這一點(diǎn)可對(duì)樣品體積和用量的控制來實(shí)現(xiàn)；最后，在保證樣品用量最少的前提下還需要制備備用樣品。

2）制樣方法。取樣時(shí)應(yīng)具有普遍性，可代表整個(gè)原料的真實(shí)狀態(tài)，樣品經(jīng)過研磨粉碎后需要經(jīng)過烘干過程去除表面的吸附水，取樣重量和濃度要合適，通常需要將樣品的吸光度控制在0.01～0.7之間。除此之外，在消解過程中某些不能完全形成液體的樣品需要進(jìn)行加熱、加壓等輔助手段來使其變?yōu)槌吻迦芤海欢ㄒ裢庾⒁饽z體和沉淀物的存在，可能會(huì)在實(shí)驗(yàn)過程中使儀器堵塞。

用高純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)貯藏液（通常為1 000μg/mL濃度），來配制所需要濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液，以備制作校正曲線，然后才能測試待測試樣溶液濃度。同時(shí)，所有標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白溶液和樣品溶液，應(yīng)當(dāng)同步進(jìn)行，并且都需要經(jīng)過酸化這一過程。

4 原子吸收光譜儀的工作條件選擇

為了能夠保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，原子吸收光譜儀的工作條件相對(duì)苛刻，需要滿足以下幾方面條件：

1）分析線。當(dāng)某一元素有多條分析線時(shí)，要結(jié)合樣品的實(shí)際元素含量來選擇一條敏感度最高的現(xiàn)作為分析線。

2）光譜通帶。光譜通帶是指單色儀出口狹縫包含波長的范圍。通常情況下需要盡可能選擇界限明確、范圍較寬的光譜通帶，但在有復(fù)雜譜線的元素時(shí)就需要選擇范圍較窄的光譜通帶以此來降低干擾。

3）燈電流。通常情況下會(huì)采用額定電流的40%～60%來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在提高靈敏度的前提條件下還可以延長儀器的使用壽命。

4）在調(diào)節(jié)燃燒頭時(shí)，使其縫口正好在光束的中央，升高或降低燃燒器，使光束正好在縫口上方。點(diǎn)燃火焰，吸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，對(duì)燃燒器再進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到獲得最大吸收。

5）火焰。吸入標(biāo)準(zhǔn)溶液后固定助燃?xì)獾牧髁浚ㄟ^調(diào)節(jié)流量來獲得最為穩(wěn)定的火焰，從而進(jìn)一步得到最大吸收值。

6）燃燒器高度。主要是根據(jù)靈敏度和穩(wěn)定性兩方面來對(duì)燃燒器高度（即火焰區(qū)域）進(jìn)行選擇，存在干擾時(shí)可以通過改變高度來避免干擾。

5 原子吸收光譜儀的誤差消除

對(duì)于原子吸收光譜儀來說，實(shí)驗(yàn)過程中的誤差主要是由干擾引起的，而干擾又可以分為化學(xué)干擾、物理干擾、電離干擾、光譜干擾和背景干擾5個(gè)方面：

1）化學(xué)干擾。化學(xué)干擾是實(shí)驗(yàn)過程中最常出現(xiàn)的一種干擾，主要原因是實(shí)驗(yàn)元素在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中形成了穩(wěn)定的化合物，導(dǎo)致濃度下降，令實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成誤差。通常可以采用利用溫度效應(yīng)和火焰氣氛、加入釋放劑、加入保護(hù)絡(luò)合劑、加入助熔劑、改變?nèi)芤旱男再|(zhì)或霧化器的性能、預(yù)先分離干擾物和采用標(biāo)準(zhǔn)加入法等手段來消除化學(xué)干擾。

2）物理干擾。物理干擾主要是指因?yàn)闃悠返奈锢硇再|(zhì)（如表面張力）發(fā)生變化而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過程中可以通過稀釋試液、在標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入與試液相同的基體的辦法和采用標(biāo)準(zhǔn)加入法等方法來消除物理干擾。

3）電離干擾。電離干擾是指在實(shí)驗(yàn)過程中原本不帶電的院子變成了帶正電的離子，這種情況多存在于堿金屬和堿土金屬等電離勢低的情況，也就是因?yàn)樵訚舛冉档投斐蓪?shí)驗(yàn)結(jié)果誤差。可以通過控制火焰溫度或在溶液中加入大量易電離元素來消除電離干擾。

4）光譜干擾。光譜干擾通常是由于某些非分析線被檢測到而造成的誤差。通常情況下可以通過采用較窄的光譜通帶、提高光源的發(fā)射強(qiáng)度、選擇其他的分析線，預(yù)先分離干擾物等方法來消除光譜干擾。

5）背景干擾。背景干擾是指背景吸收這一現(xiàn)象，通常分為光散射、分子吸收和火焰吸收3種情況。可以通過調(diào)零、連續(xù)光源、塞曼效應(yīng)和自吸等方法來消除背景干擾。

［1］王素萍.連續(xù)光源原子吸收光譜儀——原子吸收光譜儀劃時(shí)代的技術(shù)革命［J］.生命科學(xué)儀器，2004（6）：50-51.

［2］章詒學(xué)，宋友才，李增昌，等.便攜式原子吸收光譜儀的研究與探討［J］.光學(xué)儀器，2012（5）：79-83.

［3］“原子吸收光譜儀”百度百科詞條.

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鞏琪，核工業(yè)二0三研究所。