原子吸收光譜法檢測(cè)技術(shù)研究綜述

許文艷 ，李曉蓉 ，郭 斌

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)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(wèn)世以來(lái)，先后經(jīng)歷了初始的序幕期、爆發(fā)性的成長(zhǎng)期、相對(duì)穩(wěn)定期和智能化飛躍期，并得以迅速的發(fā)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(cè)速度快、靈敏度高、檢測(cè)元素多、前處理簡(jiǎn)單等特有的優(yōu)勢(shì)，已成為無(wú)機(jī)元素定量分析應(yīng)用最廣泛的一種分析方法［1］。在農(nóng)業(yè)、食品、輕工、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、材料科學(xué)等檢測(cè)中發(fā)揮著重要的作用。

1 檢測(cè)原理

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

2 原子吸收光譜儀結(jié)構(gòu)

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(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和顯示裝置等關(guān)鍵部件［2］。

2.1 光源

光源的功能是發(fā)射被測(cè)元素的特征共振輻射。空心陰極燈是能滿足各項(xiàng)要求的理想的銳線光源，應(yīng)用最廣?，F(xiàn)在有部分廠家把二極管激光器光源引進(jìn)AAS領(lǐng)域，使得各種小型、微型的專用AAS實(shí)驗(yàn)儀器裝置得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 原子化器

原子化器提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化。在原子吸收光譜分析中，試樣中被測(cè)元素的原子化是整個(gè)分析過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)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(yīng)用；二是非火焰原子化法，其中應(yīng)用最廣的為石墨爐原子化法。

2.3 光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)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(lái)。分光器的關(guān)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(lái)自原子化器內(nèi)的所有不需要的輻射進(jìn)入檢測(cè)器。2005年，李昌厚等從信噪比、性價(jià)比等方面評(píng)述了原子吸收光譜儀中采用1 200條/mm的平面光柵優(yōu)于采用1 800條/mm的平面光柵［3］。

2.4 檢測(cè)系統(tǒng)

原子吸收光譜儀中廣泛使用的檢測(cè)器是光電倍增管，一些儀器也采用CCD作為檢測(cè)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(shù)字顯示裝置，這樣能對(duì)信號(hào)穩(wěn)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(cè)定易原子化的元素，是原子吸收光譜法應(yīng)用最為普遍的一種，有較高的靈敏度和檢測(cè)極限，且重現(xiàn)性好，易于操作。通過(guò)火焰的燃燒作用，使試樣原子化。試液與燃?xì)庠陟F化室充分混合后進(jìn)入火焰燃燒，按試樣在火焰中的行為，火焰內(nèi)大致可以分為干燥區(qū)和蒸發(fā)區(qū)、原子化區(qū)和電離區(qū)。試樣在火焰中的原子化程度與溫度有關(guān)，過(guò)低的溫度不利于被測(cè)元素分解成基態(tài)原子，過(guò)高能引起基態(tài)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(diǎn)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(cè)限很低，對(duì)許多元素測(cè)定比火焰法低2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。試樣用量少，每次測(cè)定僅需5～100 uL，能直接對(duì)粘度很大的樣液、懸浮液和固體樣品進(jìn)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(cè)定時(shí)靈敏度很低，而這些元素在酸性介質(zhì)與強(qiáng)還原劑硼氫化鈉（或鉀）反應(yīng)得到氣態(tài)氫化物，這種氣態(tài)氫化物可將待測(cè)元素分離并富集，因此可減輕甚至完全消除干擾?？蓪z測(cè)限降低至ng/mL級(jí)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(jìn)行原子吸收測(cè)量。靈敏度和準(zhǔn)確度都較高（可檢出0.01 ug的汞），是測(cè)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(cè)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(cè)定石墨中的 Ca、Ag、Cu、Li［27-30］。

4 原子吸收光譜法的優(yōu)缺點(diǎn)

2006年，何祥來(lái)等對(duì)原子吸收光譜法的一系列優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了綜述［28］，認(rèn)為AAS具有很大的優(yōu)越性，具有選擇性強(qiáng)、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)、精密度高等優(yōu)點(diǎn)，這也是它迅速發(fā)展的內(nèi)在原因。但是原子吸收光譜法也存在一定的缺點(diǎn)。2009年，李琳琳等對(duì)AAS的缺陷進(jìn)行了評(píng)述［29］，原子吸收光譜法一方面不能多元素同時(shí)分析，還不能測(cè)定共振線處于真空紫外區(qū)域的元素如P、S等；另一方面標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性范圍比較窄。因此，充分認(rèn)識(shí)到原子吸收光譜法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，更有利于分析檢測(cè)工作的進(jìn)行。

5 原子吸收光譜法的應(yīng)用

原子吸收光譜法憑借其本身的特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生化制藥、地質(zhì)、冶金、食品檢驗(yàn)和環(huán)保等領(lǐng)域，并且該法已成為金屬元素分析的最有力手段之一，通過(guò)使用原子吸收光譜儀利用間接法也可以對(duì)多種有機(jī)物進(jìn)行測(cè)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(jī)物（Ag）等多種有機(jī)物，都可通過(guò)與相應(yīng)的金屬元素之間的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)而間接測(cè)定［30-34］。

6 展望

原子吸收光譜法測(cè)定樣品中的重金屬具有靈敏、高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)待測(cè)金屬種類和濃度的不同，實(shí)驗(yàn)中需要選擇石墨爐、火焰和氫化物發(fā)生等原子吸收光譜，并結(jié)合適當(dāng)?shù)念A(yù)處理手段，其中消化設(shè)備、改進(jìn)劑、消解試劑和消解溫度等均直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性［35-40］。但是，由于樣品種類繁多，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定需要借助更大量的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和更先進(jìn)的檢測(cè)手段。為了更準(zhǔn)確和快速地測(cè)定樣品中的金屬元素，原子吸收光譜還經(jīng)常與其他檢測(cè)手段聯(lián)用，比如原子吸收光譜與高效液相色譜、氣相色譜、毛細(xì)管電泳等聯(lián)用?？梢灶A(yù)測(cè)，原子吸收光譜法的應(yīng)用、完善和創(chuàng)新必將帶動(dòng)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的監(jiān)管以及相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的完善［41］。

［1］ 張洪利，王宇杰，王 哲.硝酸鋁對(duì)石墨爐原子吸收法測(cè)定飲用水中鈹?shù)母倪M(jìn)［J］.現(xiàn)代儀器，2006（3）：55-56.

［2］ 何華焜，鄧 勃，何嘉耀.原子吸收和原子熒光光譜分析［J］. 現(xiàn)代科學(xué)儀器，2006（5）：20.

［3］ 李昌厚.原子吸收分光光度計(jì)中光柵的設(shè)計(jì)及選擇［J］.分析測(cè)試技術(shù)與儀器， 2005，11（3）：167-169.

［4］ 李源流，李 軍，張永富，等.分光光度法測(cè)定油田水樣中的硫酸根離子［J］.應(yīng)用化工，2008（5）：579-581.

［5］ 林慶光.原子吸收分光光度法與二氮雜菲分光光度法測(cè)水中鐵的比較［J］. 中國(guó)熱帶醫(yī)學(xué)，2008（6）：1 034-1 035.

［6］ 陸九韶，覃東立，孫大江，等.間接火焰原子吸收光譜法測(cè)定水和廢水中鋁［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2008（3）：111-113.

［7］ 張 琪.石墨爐原子吸收法直接測(cè)定生活飲用水及其水源水中鋁［J］.中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2008（7）：1 293-1 295.

［8］ 陳妍妍，劉 軍，任 蘭，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定水和廢水中鋇、鈹、鈷、釩［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2008（7）：689-690.

［9］ 魯 丹，張文娟.原子吸收氫化物法直接測(cè)定加硒碘鹽中硒［J］. 理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，1999，35（3）：135.

［10］ 葉世源.DDTC-Cd萃取分離火焰原子吸收光譜法測(cè)定電鎘中微量鉛［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2001，37（1）：44.

［11］ 王 瑜.殼聚糖富集火焰原子吸收光譜法測(cè)定水中痕量銅（Ⅱ）［J］. 分析化學(xué)，2005，33（6）：872-874.

［12］ 楊 祥，陳 飛，竇希波，等.析相萑取火焰原子吸收光譜法測(cè)定水樣中痕量鐵［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2002，38（7）：355-356.

［13］ 袁惠娟，張皓宇，常海濤.火焰原子吸收光譜法測(cè)定芝麻中銅鐵錳鋅消化方法比較［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2001，37（3）：137-138.

［14］ 朱永芳.微波消解法測(cè)定化妝品中鉛砷汞［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2002，38（6）：305-307.

［15］ 周享春，黃春華，吳愛(ài)斌.脈沖懸浮進(jìn)樣火焰原子吸收光譜法直接測(cè)定土壤中鉻［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2001，37（3）：97-101.

［16］ 淦五二，何友昭，孫 莉.懸浮液進(jìn)樣火焰原子吸收光譜法測(cè)定高鋅天麻中鋅［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2001，37（1）：45-48.

［17］ 劉立行，祝黎明.懸浮液進(jìn)樣—火焰原子吸收光譜法測(cè)定聚乙烯中銅鎂［J］. 分析化學(xué)，2002，30（7）：819-821.

［18］ 韓長(zhǎng)城，康維鈞，易小林，等.微量脈沖進(jìn)樣導(dǎo)數(shù)火焰原子吸收法測(cè)定小鼠血清鋅含量［J］.河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，20（3）：152-154.

［19］ 周 標(biāo)，孔繁勇，王正方，等.原子捕獲火焰原子吸收光譜法測(cè)定無(wú)鉛汽油中鉛［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2002，38（10）：504-506.

［20］ 楊莉麗，張艷欣，高 英.導(dǎo)數(shù)-原子捕獲-火焰原子吸收光譜法測(cè)定中草藥中的微量銅［J］.分析化學(xué)，2002，30（9）：1 143-1 146.

［21］ 劉勁松，陳恒戊，毛雪琴.流動(dòng)注射在線陰離子樹(shù)脂預(yù)富集火焰原子吸收測(cè)定痕量銅［J］.分析化學(xué)，1998，26（11）：1 369-1 371.

［22］ 李亞榮，郎惠云，譚 峰，等.流動(dòng)注射在線過(guò)濾稀釋原子吸收法測(cè)定藥物制劑中長(zhǎng)托普利［J］.分析化學(xué)，2002，30（2）：165-168.

［23］ 謝文兵，王 暢，郭鵬然，等.流動(dòng)注射石英管原子吸收法測(cè)定微量總汞［J］.分析化學(xué)，2001，30（12）：1 466-1 468.

［24］ 杜頌如.原子吸收光譜法同時(shí)測(cè)定鉛鈣錫鋁合金中鈣和錫［J］. 理化檢驗(yàn)，2002，38（10）：521-522.

［25］ 劉傳仕.火焰原子吸收光譜法測(cè)定粗雜銅中銻［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2003，38（9）：473-474.

［26］ 劉忠雅.火焰原子吸收光譜法測(cè)定鋁合金中銅鎂猛鎳鐵鋅［J］. 理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2002，8（8）：413.

［27］ 楊 強(qiáng)，袁明康，林良棟，等.原子吸收光譜法測(cè)定拉伸斷口鉻鎳鉬鈦鋼樣品中主成分［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2002，38（2）：76-79.

［28］ 何祥來(lái).江蘇省部分地區(qū)鵝、羊組織中重金屬殘留調(diào)查及鎘的骨毒性作用的初步研究［D］.揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2006.

［29］ 李琳琳.原子吸收光譜法在飼料檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.當(dāng)代畜牧，2009（8）：27-28.

［30］ 李 雯，杜秀月.原子吸收光譜法及其應(yīng)用［J］.鹽湖研究，2003，11（4）：67-72.

［31］ 董 麗，沈谷苗.石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定土壤樣品中痕量鎘［J］. 江蘇地質(zhì)，2004，28（1）：42-44.

［32］ 阮桂色.火焰原子吸收光譜法測(cè)定鋅精礦中微量氧化鈣［J］. 理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2002，38（8）：410；412.

［33］ 鄧漢金，廖慶文.火焰原子吸收光譜法測(cè)定重晶石中鋅銅鐵［J］. 理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2001，37（1）：19-20.

［34］ 袁 齊.火焰原子吸收光譜法測(cè)定鉛鈣母合金中鈣［J］. 理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2001，37（9）：401-402.

［35］ 葉明德，薛杏勇.在線流動(dòng)注射N1923萃淋樹(shù)脂預(yù)富集火焰原子吸收法測(cè)定痕量金［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2003，23（1）：78-80.

［36］ 宋頂海，劉興宏，唐宏軍.氫化物發(fā)生-電加熱原子吸收法測(cè)定高純鉛中砷［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2001，37（10）：476-477.

［37］ 周 聰.硝酸作基體改進(jìn)劑塞曼石墨爐原子吸收法測(cè)定海水中的鉛和鎘［J］.光譜學(xué)與光譜分析，1996，16（4）：68-71.

［38］ 馬玉平，戰(zhàn)國(guó)利.固體進(jìn)樣石墨爐原子吸收光譜測(cè)定研究［Ⅱ］—鎘的測(cè)定［J］.光譜學(xué)與光譜分析，1994，14（5）：79-84.

［39］ 胡曉靜，孔 平，黃大亮.石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定磷礦石中微量鎘干擾的抑制［J］.冶金分析，2004，24（3）：63-65.

［40］ 章海風(fēng)，陸紅梅，路新國(guó).食品中重金屬污染現(xiàn)狀及防治對(duì)策［J］.中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2010（8）：17-19.

［41］ REZENDE H C，NASCENTES C C，COELHO N M M.Cloud point extraction for determination of cadmium in soft drinks by thermospray flame furnace atomic absorption spectrometry［J］. Microchemical Journal，2011，97（2）：118-121.