原子吸收使用技巧

羅習(xí)文(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室)

原則吸收是眾所周知的儀器， 在很多化探樣品及化學(xué)樣品中都需要用它來測定。 其原理是：基于測量蒸汽中基態(tài)原子對特征電磁輻射（電磁輻射實(shí)際是空心陰極燈發(fā)射光子形成的輻射）的吸收，以測定各元素的方法。 同時吸收有選擇性且條件不同，結(jié)果差異很大。

原子吸收服從朗伯定律：Itr＝I0e－kυb。 式中kυ 為原子蒸汽對頻率為υ 的電磁輻射的吸收系數(shù),b 為原子蒸汽厚度。

在通常的原子吸收光譜法的條件下， 吸收線的輪廓主要受多普勒變寬（原子無規(guī)則熱運(yùn)動產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起、又稱熱變寬）和勞倫茲變寬（吸收原子和其他粒子碰撞而產(chǎn)生的變寬）的影響。 多普勒變寬△υD 由下式?jīng)Q定：

υ0 中心普賢頻率，T 為熱力學(xué)文溫度，Ar 為吸收原子的相對原子質(zhì)量。 吸收原子是被測元素中的一部分原子， 在一定溫度下，處于熱力學(xué)平衡時，激發(fā)態(tài)與基態(tài)原子數(shù)之比服從波茨曼定律：

j 代表激發(fā)態(tài)，0 代表基態(tài)，N 代表原子數(shù)，P 代表統(tǒng)計(jì)權(quán)重，E 代表激發(fā)能，K 為波茨曼常數(shù)，T 為熱力學(xué)溫度。 原子吸收主要是對共振線的吸收，對共振線，電子從基態(tài)（E0 ＝0）躍遷至第一激發(fā)態(tài)。因此可得到激發(fā)態(tài)與基態(tài)原子數(shù)之比：Nj/N0 ＝( Pj/P0 )e－ Ej/kT ＝ ( Pj/P0 ) e－ hυ/kT 在原子光譜中， 對一定波長的譜線，Pj/P0 和Ej 都是已知值。 所以激發(fā)態(tài)與基態(tài)的比值主要取決于溫度。

原子吸收光譜法的測定基礎(chǔ)∶原子吸收理論上是測得積分吸收值,但在現(xiàn)階段實(shí)際儀器分析工作中,都是通過測得吸收線中心頻率的峰值吸收系數(shù)K0 ，來計(jì)算待測元素原子數(shù)，而K0 與譜線寬度有關(guān)。 而現(xiàn)在一般只考慮多普勒變寬，所以有：

e 為電子電荷，m 為電子質(zhì)量，N 為單位體積原子蒸汽中吸收輻射的原子數(shù)，f 振子強(qiáng)度 （表示能被光源輻射激發(fā)的每個原子的平均電子數(shù)）。 在測定溫度不變時，多普勒寬度是常數(shù)，對一定待測元素，f 也是常數(shù)， 在熱激發(fā)溫度低于3000K 的恒定溫度下，峰值吸收系數(shù)K0與單位體積原子蒸汽中待測元素吸收輻射的原子數(shù)N 成正比。

前面提到Itr＝I0e－kυb對于一定待測元素來說，共振線的頻率υ是一定的，所以可以用K0代替Kυ即得Itr＝I0e－k0b即A＝lg I0/Itr ＝0.4343 K0b 在實(shí)際測定中，一般是測定吸光度而不求峰值吸收系數(shù)K0。 將以上公式代入即得A＝kNb＝K'C

通過以上幾個公式簡述了原子吸收的原理， 發(fā)現(xiàn)溫度的影響起到了決定性的作用。 同時我們還發(fā)現(xiàn)作為一個測試人員，主要能夠改變的參數(shù)有一、 吸收程長度b (通過偏轉(zhuǎn)燃燒頭實(shí)現(xiàn))二、改變和選擇原子化溫度（1，調(diào)節(jié)燃?xì)獗壤?2 調(diào)節(jié)燃燒器高度，當(dāng)然高度不同，Nj/N0 也就不同）。 由于火焰各部位氣體組成不同、燃燒反應(yīng)進(jìn)行程度不同、發(fā)熱不同、散熱不同、故各溫度不同。 下面主要介紹改變原子化溫度的兩個方式：

1、 燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)

對于許多元素來說,為了達(dá)到最好的靈敏度,必須調(diào)節(jié)燃?xì)馀c助燃?xì)獾谋壤赃_(dá)到改變溫度的目的. 下面是以2ug/ml 的Cr標(biāo)液, 然后改變?nèi)細(xì)獗壤郎y出的一組數(shù)據(jù)。

測定環(huán)境：溫度33℃ 濕度56%儀器型號GGX－600 負(fù)高壓320v 燈電流6mA

乙炔燃?xì)?L/min) 助燃?xì)?L/min) 吸光強(qiáng)度1.5 6.0 0.0103 1.8 6.0 0.0270 2.0 6.0 0.0405 2.3 6.0 0.0550 2.5 6.0 0.0750

從以上這組數(shù)據(jù)不難看出，隨著燃?xì)獗壤脑黾?，吸光度非常明顯的增加，靈敏度也變大。 當(dāng)然助燃?xì)獯蠖蛔兊那闆r下，火焰會太高，穩(wěn)定性就不好。 這時可以降低助燃?xì)獗壤?然后再調(diào)節(jié)燃?xì)?，主要是調(diào)節(jié)好二者的比例，得到合適的靈敏度。 在調(diào)節(jié)過程中我們需要檢查零點(diǎn)， 如有需要還得重調(diào)由于火焰吸收隨燃?xì)獗壤円鸬牧泓c(diǎn)變動。

2、 燃燒器高度的調(diào)節(jié)

燃燒器高度位置，決定了火焰各部位的組成，是內(nèi)焰還是外焰，亦或是兩者之間的位置，我們都可以隨意選擇，位置不同，火焰溫度不同，Nj/N0 也會不同。原則是得到自己最合適的信號。調(diào)節(jié)時先降低燈頭到光路下方， 然后慢慢升高到剛好擋住光路為止，這可以從吸光度的變化看出來。 然后在吸入標(biāo)液的同時再慢慢降低燈頭， 可以得到各個高度的信號。 下面是以5ug/ml 的Cr標(biāo)液做的一個實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件：溫度33℃ 濕度56%儀器型號GGX－600 負(fù)高壓320v 燈電流6mA

原子化高度（mm） 15 14 13 12 10 8 5 3吸光強(qiáng)度 0.0260 0.0681 0.1175 0.1508 0.1750 0.1763 0.1567 0.1357

從以上數(shù)據(jù)可以看出，在8－10mm 高度時，靈敏度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 所以我們在測定不同元素時可以根據(jù)自己需要選擇合適的高度。

結(jié)語： 由于我們每個人測定的工作環(huán)境不同 （氣體純度、空氣條件、機(jī)子性能不同，同廠家同型號的機(jī)子性能也不一定完全相同，機(jī)子使用時間、電壓不穩(wěn)等等未知的不同）。 所以這就要求我們每個測試人員能深刻理解工作原理，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，選擇最佳條件，得出最佳結(jié)果，而不是拿著別人的條件生搬硬套。 只有這樣我們才能快速提高自己的業(yè)務(wù)水平。

1、 分析化學(xué)第四版（華東理工大學(xué)分析化學(xué)教研組等編）

2、 巖石礦物分析（地質(zhì)出版社）

3、 原子吸收分析方法（光譜學(xué)與光譜分析編輯部，北京）