淺談原子吸收分光光度計(jì)

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原子吸收分光光度計(jì)是一種無機(jī)化學(xué)成分分析儀器，于20世紀(jì)50年代中期出現(xiàn)，并逐漸發(fā)展起來的一種新型分析儀器，是集光學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)為一體的高科技產(chǎn)品。主要用于測量痕量金屬元素。作為金屬分析的主要精密儀器，具有測定元素多、靈敏度高、分析速度快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、計(jì)量科學(xué)、材料科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、生命科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、石油科學(xué)、食品科學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、鋼鐵冶金、化學(xué)、化工等各個(gè)領(lǐng)域。本文除簡單介紹原子吸收分光光度計(jì)相關(guān)知識(shí)外，就作者在日常檢定過程中遇到的一些問題與大家一起討論。

1 原子吸收分光光度計(jì)的工作原理

原子吸收分光光度計(jì)的工作原理是通過燃燒霧化過程將被測元素的化合物離解為基態(tài)原子。當(dāng)工作元素?zé)舭l(fā)出的與被測元素相同的特征譜線穿過火焰原子化器產(chǎn)生的樣品蒸汽層時(shí)，光的一部分被蒸汽層中待測元素的基態(tài)原子所吸收。通過測定特征譜線被吸收的大小,得到待測元素的含量。在一定濃度范圍內(nèi)，其吸收強(qiáng)度與試液中被測元素的含量成正比。其定量關(guān)系可用朗伯-比爾定律，

A=-lgI/I0=-lgT=KCL，

式中I為透射光強(qiáng)度；I0為發(fā)射光強(qiáng)度；T為透射比；L為光通過原子化器光程（長度），

每臺(tái)儀器的L值是固定的；C是被測樣品濃度；所以A=KC。

2 原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)

原子吸收分光光度計(jì)是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)組成。見下圖：

光源一般采用空心陰極燈、無極放電燈,作為光源要求發(fā)射的待測元素的銳線光譜有足夠的強(qiáng)度、背景小、穩(wěn)定性好。

常見的原子化器有火焰原子化器和石墨爐原子化器。

火焰原子化器由噴霧器、預(yù)混合室、燃燒器3部分組成。其特點(diǎn)是操作簡便、測量重復(fù)性好。

石墨爐原子化器是一類將試樣放置在石墨管壁、石墨平臺(tái)、碳棒盛樣小孔或石墨坩堝內(nèi)用電加熱至高溫實(shí)現(xiàn)原子化的系統(tǒng)，其中管式石墨爐是最常用的原子化器。原子化程序分為干燥、灰化、原子化、高溫凈化4個(gè)步驟。特點(diǎn)為原子化效率高，在可調(diào)的高溫下試樣利用率達(dá)100%；靈敏度高，其檢測限達(dá)10-6～10-14；試樣用量少，適合難熔元素的測定。

分光系統(tǒng)（單色器）由凹面反射鏡、狹縫或色散元件組成。色散元件為棱鏡或衍射光柵。

檢測系統(tǒng)由檢測器（光電倍增管）、放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器和電腦組成。

3 原子吸收分光光度計(jì)使用過程中的注意事項(xiàng)

3.1 采用火焰原子吸收光譜法測定的注意事項(xiàng)

首先，檢查霧室的廢液是否暢通無阻，如果有水封，一定要設(shè)法排除后再進(jìn)行點(diǎn)火。其次，防止“回火”，點(diǎn)火的操作順序?yàn)橄乳_助燃?xì)?、后開燃?xì)?；熄滅順序?yàn)橄汝P(guān)燃?xì)猓鹣绾笤訇P(guān)助燃?xì)狻Ｒ坏┌l(fā)生“回火”，應(yīng)迅速關(guān)閉燃?xì)猓缓箨P(guān)閉助燃?xì)?，切斷儀器的電源。并且在必要時(shí)采用二氧化碳滅火器滅火。

3.2 采用石墨爐原子吸收光譜法測定時(shí)的注意事項(xiàng)

冷卻水的使用：首先接通冷卻水源，待冷卻水正常流通后方可開始執(zhí)行下一步的操作。

當(dāng)燃燒器的縫口存積鹽類時(shí)，火焰可能出現(xiàn)分叉，這時(shí)應(yīng)當(dāng)熄滅火焰，用濾紙插入縫口擦拭，用刀片插入縫口輕輕刮除積鹽或用水沖洗。

此外，操作中還應(yīng)采用簡易的肥皂水檢漏法或檢漏儀對(duì)供氣管路進(jìn)行檢漏。當(dāng)發(fā)現(xiàn)空心陰極燈的石英窗口有污染時(shí)，應(yīng)用脫脂棉蘸無水乙醇擦拭干凈。

4 原子吸收分光光度計(jì)常見故障排除

4.1 燃燒火焰不穩(wěn)

原因分析：燃?xì)獠环€(wěn)或純度不夠，或者是燃燒縫混合氣體比例不適當(dāng)。

解決方法：此時(shí)應(yīng)首先檢查空氣與乙炔的混合比例是否適當(dāng)。如果比例適當(dāng)，應(yīng)檢查助燃?xì)夂腿細(xì)馔ǖ兰敖宇^是否漏氣或氣路是否堵塞。若漏氣，應(yīng)及時(shí)更換漏氣管路，即可解決問題。若火焰不均勻，長時(shí)間出現(xiàn)缺口或鋸齒形，說明燃燒縫堵塞，需要清除堵塞物。清除方法是：熄滅火焰后，先用濾紙揩拭，開啟空氣壓縮機(jī)吹入空氣，同時(shí)用單面刀片沿縫細(xì)心刮除，利用壓縮空氣將刮下的沉積物吹掉，同時(shí)要防止把縫邊刮傷。

另外，周圍環(huán)境的干擾也會(huì)使火焰異常。當(dāng)空氣流動(dòng)強(qiáng)或者有灰塵干擾時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉門窗，以免對(duì)測定結(jié)果造成影響。

4.2 儀器使用中熄火

原因分析：燃燒器縫口有污漬或水滴導(dǎo)致火焰不連續(xù)燃燒，或是霧化室內(nèi)有油膜或生銹，使得霧化樣品變成水珠，造成室內(nèi)積水。

解決方法：儀器關(guān)閉后，可用柔軟的刀片輕輕刮去燃燒器縫口的污漬或擦干燃燒器內(nèi)腔及縫口的水滴。若是霧化室問題，可用丙酮除銹，用乙醚和乙醇清洗去油，最后用水沖洗并吹干。

4.3 輸出能量過低

原因分析：可能是波長超差；陰極燈老化；外光路不正；透鏡或單色器被嚴(yán)重污染；放大器系統(tǒng)增益下降等。

解決方法：若是在部分波長范圍內(nèi)輸出能量較低，則應(yīng)檢查燈源及光路系統(tǒng)的故障。若在全波長范圍內(nèi)輸出能量低，應(yīng)重點(diǎn)檢查光電倍增管是否老化，放大電路有無故障。

4.4 校準(zhǔn)曲線不成線性或者線性差

原因分析：光源燈老化或是燈電流過大；狹縫過寬；測定樣品的濃度太大。

解決方法：應(yīng)及時(shí)更換光源燈或調(diào)低燈電流；減小狹縫；由于高濃度溶液在原子化器中生成的基態(tài)原子不成比例，使校準(zhǔn)曲線產(chǎn)生彎曲。因此，需縮小測量濃度的范圍。

4.5 霧化量少

原因分析：毛細(xì)管堵塞；溫度過低。

解決方法：如果毛細(xì)管被氣泡堵塞，可用手指輕彈，趕出氣泡即可；如果是其他物質(zhì)堵塞，應(yīng)將毛細(xì)管拔下，用軟金屬絲清除，仍然不通，應(yīng)更換毛細(xì)管。儀器使用時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)在10℃～30℃之間，若溫度過低，低溫高速氣體將使樣品無法霧化，甚至結(jié)成冰粒，此故障提高室溫即可解決。

4.6 儀器吸光度值不穩(wěn)定

原因分析1：空心陰極燈使用時(shí)不亮或燈頻繁閃動(dòng)。造成這一現(xiàn)象的原因是空心陰極燈在使用一段時(shí)間或長時(shí)間不用時(shí)，會(huì)因?yàn)闅怏w吸附、釋放等原因而使燈內(nèi)氣體不純或損壞，導(dǎo)致發(fā)射能力的減弱。

排除方法：應(yīng)確保每個(gè)空心陰極燈每隔兩三個(gè)月點(diǎn)燃一次，每次2h～3h。使用時(shí)應(yīng)預(yù)熱30min以上。如果因電壓不穩(wěn)導(dǎo)致燈閃，應(yīng)連接穩(wěn)壓電源，待電壓穩(wěn)定后再開機(jī)使用，以免造成空心陰極燈損壞；如果是連接口接觸不良，則應(yīng)調(diào)整接觸口簧片或更換新的連接口。

原因分析2：燈電流超出范圍。

排除方法：對(duì)于空心陰極燈，工作電流過大，使燈絲發(fā)熱溫度較高，導(dǎo)致原子發(fā)射線的壓力變寬，同時(shí)空心陰極燈的自吸增大，使輻射的光強(qiáng)度降低，導(dǎo)致無吸收。因此，在空心陰極燈發(fā)光強(qiáng)度滿足需要的條件下，應(yīng)盡可能地采用較小的工作電流。

5 原子吸收分光光度計(jì)發(fā)展與最新應(yīng)用

5.1 原子吸收分光光度計(jì)按照技術(shù)發(fā)展的階段，大致可分為3代

第1代：單火焰原子吸收分光光度計(jì)，如日立的Z500、北京東西分析儀器有限公司早期的單火焰型等。

第2代：火焰原子吸收分光光度計(jì)+外置石墨爐，如普析的TAS990等。其設(shè)計(jì)目的是為了彌補(bǔ)火焰吸收光譜儀靈敏度不夠的缺陷。

第3代：一體化的火焰+內(nèi)置石墨爐原子吸收分光光度計(jì)，這也當(dāng)今的主流產(chǎn)品，如島津公司的AA6800、PE公司的AA800、北京東西分析儀器有限公司AA7000系列等。

5.2 原子吸收分光光度計(jì)最新技術(shù)的應(yīng)用

5.2.1 橫向加熱石墨爐技術(shù)是當(dāng)今世界上最重要的科技成果之一

橫向加熱石墨爐具有縱向加熱石墨爐無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的是：橫向加熱石墨管，它使得沿光束方向的石墨管溫度嚴(yán)格均勻一致；可避免縱向加熱石墨管引起的靈敏度損失；溫度梯度?。M向中心和兩端溫度差150℃；縱向差500℃）。

橫向加熱石墨爐與縱向加熱石墨爐的比較如圖

5.2.2 新型的連續(xù)光源原子吸收分光光度計(jì)儀器問世

常規(guī)的傳統(tǒng)線光源原子吸收分光光度計(jì)，一個(gè)燈只能作一個(gè)元素。而連續(xù)光源原子吸收分光光度計(jì)，采用交叉色散系統(tǒng)和CMOS圖像傳感器的形式，不需要移動(dòng)光路中的任何部件，可以同時(shí)檢測As193.76nm～Cs852.11nm之間的多條任意分析譜線，具有同時(shí)多元素定量/定性分析能力。定量分析能力（檢出限和精密度）達(dá)到或超過線光源原子吸收分光光度計(jì)的水平，從而使原子吸收分光光度計(jì)發(fā)展到一個(gè)新的水平。

我國目前的原子吸收分光光度計(jì)發(fā)展很快，但是，我國在高檔原子吸收分光光度計(jì)方面與國外差距很大，特別在可靠性、軟件、附件、工藝等指標(biāo)上，差距更加明顯。在中、低檔原子吸收分光光度計(jì)領(lǐng)域，我國與國外的差距已經(jīng)很小，特別是在火焰法方面，差距更小。我國自己生產(chǎn)的火焰法原子吸收分光光度計(jì)基本上都能滿足使用要求。我國的中檔AAS，有些技術(shù)指標(biāo)還優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，如北京普析通用公司的TAS－986/990，采用橫向加熱石墨爐技術(shù)，而掌握這種技術(shù)的公司全世界只有5家。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是材料科學(xué)、生命科學(xué)的大發(fā)展，對(duì)不透明物質(zhì)的分析越來越多，所以原子吸收分光光度計(jì)儀器的應(yīng)用越來越廣泛。許多食品、藥品、自然環(huán)境中的重金屬微量元素對(duì)人類生存、發(fā)展的威脅越來越大。而這些重金屬微量元素的分析主要是依靠原子吸收分光光度計(jì)。因此，原子吸收分光光度計(jì)及應(yīng)用的發(fā)展非常值得廣大科技工作者重視。

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