原子吸收分光光度計原理及分類

武開業(yè)

（榆林市環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 榆林719000）

原子吸收分光光度法又稱原子吸收光譜法。所謂原子吸收就是指氣態(tài)自由原子，對于同種原子發(fā)射出來的特征光譜輻射具有吸收現(xiàn)象，將這種原子吸收現(xiàn)象應用到化學定量分析，首先必須將試樣溶液中的待測元素原子化，同時還要有一個強度穩(wěn)定的光源，給出同樣原子光譜輻射，使之通過一定的待測元素原子區(qū)域，從而測出其消光值，然后根據消光值對標準溶液濃度關系曲線，計算出試樣中待測元素的含量

1 定量分析的理論依據

原子吸收共振線的強度和蒸汽中原子濃度的關系，與分光光度法中分子溶液對光的吸收規(guī)律相似，一束平行的，輻射強度為Pof，頻率為f 的光，投射到長度為L 的火焰中，火焰吸收均勻，若通過火焰后的光強度為Pf，則在頻率為f 時的吸收系數K 可由下式表示：

Pf=Pof*e-KfL，Kf與f 的關系即為吸收線的輪廓，在很大程度上它決定于火焰的溫度和吸收原子周圍的壓力，吸收線的半寬是指吸收系數為最大值一半時的輪廓寬度，吸收與原子濃度之間有以下關系：∫Kfdf=e2Noff/mc, 式中Kf為吸收系數，c 為光速，e 為電子電荷，m 為電子質量，2Nof為單位體積內進行吸收的原子數，f 為振子強度，是指每個原子可能吸收光源能量的平均電子數。由于原子吸收線的寬度非常狹窄，約為十分之幾納米，因此要準確求得積分吸收系數是非常困難的，同時還要求單色儀必須具有千分之幾納米的分辨率，這就超過了一般單色儀的工作能力，為此在實際應用中，使用銳線光源測光吸收線中心位置的吸收系數（即最大吸收系數K），用譜線寬度較原子吸收線更窄的光源，如空心陰極燈發(fā)出的光，能夠測定原子蒸汽的吸收系數K0，在化學分析中，為求得基態(tài)原子數N 的比較值，只需要測定吸光度A，不必精確求得K0，K0與原子濃度N 有線性關系，即：

K0=KN，A=0.4343K0L=K′N, 上式說明原子吸光度與原子蒸汽濃度有直線關系，由此可見原子吸收中的銳線光源是定量分析的基礎。

2 主要部件及功能

原子吸光法是利用原子蒸汽能夠吸收該元素本身特征波長的現(xiàn)象，來進行化學分析的一種方法，此法將試樣的一部分轉變?yōu)樵诱羝?，再測量原子蒸汽對特征波長輻射的吸收，通過比較標準樣與試樣吸收值來測定試樣中元素的濃度。

原子吸收分光光度計包括以下部件，現(xiàn)將各部件的功能簡述如下：

2.1 穩(wěn)定的銳線光源

它可以發(fā)射待測元素的共振線。光源一般由待測元素制成具有空心陰極的燈，燈的發(fā)射光經電調制或切光器調制成交流，再由放大器解調并檢出，使之與火焰的直流輻射相區(qū)別。

2.2 原子化器

它使溶液轉化為原子蒸汽，常用的有火焰和石墨爐倆種，火焰中最常用的是空氣-乙炔火焰，高溫元素用氧化亞氮-乙炔火焰。

2.3 單色器

起分離共振線的作用，使共振線聚焦于光電倍增管上。

2.4 光電倍增管

它可以檢出入射光能量強度，其后接放大器和讀出裝置。

2.5 放大器

它將光電倍增管發(fā)出的信號通過解調放大，轉換成對數信號，提供給記錄系統(tǒng)，這一環(huán)節(jié)包括解調燈信號放大、對數轉換、自動調零、量程擴展和曲線校直等部分。

2.6 記錄系統(tǒng)

包括電表讀數、記錄儀、數字顯示、數字打印和電傳打字等。

操作時先吸收空白溶液于火焰中，將儀器調零，這時對應空心陰極燈所發(fā)射出來的光為100%，即吸光度為0（A=0），當噴入含有待測元素溶液時，部分光被吸收，這時光強度減弱表頭記錄吸光度值A，用待測元素的標準溶液繪制標準曲線，由此可以求出未知試樣中該元素的含量。

3 分類

原子吸收分光光度計的分類比較復雜，從儀器外光路結構形式分類，可以分為單道單光束、單道雙光束和雙道雙光束三種，從原子化系統(tǒng)可以分為火焰原子化和無火焰原子化倆大類，從儀器功能上看，又可分為不扣除背景和智能化儀器三類，現(xiàn)將一些常見儀器類型介紹如下：

3.1 火焰型儀器

1）單道單光束儀器

“單道”是指儀器只有一個光源，一個單色器，一個顯示系統(tǒng)，每次只能測一種元素?！皢喂馐笔侵笍墓庠粗邪l(fā)出的光僅以單一光束的形式通過原子化器、單色器和檢測系統(tǒng).單道單光束原子吸收分光光度計光學系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 單道單光束原子吸收分光光度計光學系統(tǒng)示意圖

這類儀器簡單，操作方便，體積小，價格低，能滿足一般原子吸收分析的要求。其缺點是不能消除光源波動造成的影響，基線漂移。國產WYX-1A、WYX-1B、WYX-1C、WYX-1D 等WYX 系列和360、360M、360CRT 系列等均屬于單道單光束儀器。

2）單道雙光束儀器（圖略）

3）雙道雙光束儀器

雙道雙光束型儀器有兩個光源，兩套獨立的單色器和檢測顯示系統(tǒng)。但每一光源發(fā)出的光都分成兩個光束：一束為樣品光束，通過原子化器；一束為參比光束，不通過原子化器。這類儀器可以同時測定兩種元素，能消除光源強度波動的影響及原子化系統(tǒng)的干擾，準確度高，穩(wěn)定性好，但儀器結構復雜。儀器光學系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 雙道雙光束型儀器光學系統(tǒng)示意圖

4）雙道單光束儀器

圖3 雙道單光束型儀器光學系統(tǒng)示意圖

“雙道單光束”是指儀器有兩個不同的光源，兩個單色器，兩個檢測顯示系統(tǒng)，而光束只有一路。兩種不同元素的空心陰極燈發(fā)射出不同波長的共振發(fā)射線，兩條譜線同時通過原子化器，被兩種不同元素的基態(tài)原子蒸氣吸收，利用兩套各自獨立的單色器和檢測器，對兩路光進行分光和檢測，同時給出兩種元素的檢測結果。這類儀器一次可同時測定兩種元素，并可進行背景吸收的扣除。這類儀器型號有日本島津AA－8200 型和AA－8500 型等。儀器光學系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

此外，還有多道雙光束型儀器，可用來對三種或三種以上元素進行同時測定，目前美國PE 公司推出的SIM6000 多元素同時分析原子吸收光譜儀，以新型四面體中階梯光柵取代普通光柵單色器，獲取二維光譜。以光譜響應的固體檢測器替代光電倍增管取得了同時檢測多種元素的理想效果。

3.2 無火焰原子化型儀器

1）高溫石墨爐原子化裝置儀器

2）低溫原子化裝置儀器

3.3 塞曼效應扣背景儀器

1）光源調制型儀器

2）吸收線調制型儀器

3.4 自吸效應背景校正儀器（略）

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