認(rèn)識原子吸收分光光度計

認(rèn)識原子吸收分光光度計【任務(wù)分析】本任務(wù)主要是以能獨立操作原子吸收分光光度計為學(xué)習(xí)目的。原子吸收分光光度計主要是用來測量微量金屬元素的。在現(xiàn)實生活中，人們越來越關(guān)注身體的健康，食品中是含有哪些身體必須的微量元素，化妝品中重金屬是否超標(biāo)，兒童是否缺鈣、缺鋅等等都涉及到微量金屬元素的檢測，這就涉及到原子吸收分光光度計的使用。另外，原子吸收分光光度計在地礦等行業(yè)也有廣泛應(yīng)用。【任務(wù)實施】1、認(rèn)識原子吸收分光光度計2、火焰原子吸收分光光度計的使用（1）按儀器說明書檢查儀器各部件，檢查電源開關(guān)是否處于關(guān)閉狀態(tài)，各氣路接口是否安裝正確，氣密性是否良好。（2）配制溶液鎂貯備液：準(zhǔn)確稱取于800°C灼燒至恒重的氧化鎂（A.R.）1.6583g，滴^口mol/LHCl至完全溶解，移入1000mL容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，搖勻。此溶液鎂的質(zhì)量濃度為1.000mg/mL。配制鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液配制0.1000mg/mL鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液：移取10mL1.000mg/mL貯備液于l00mL容量瓶中，用蒸餾水稀至標(biāo)線，搖勻。配制0.00500mg/mL鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液：移取5mL0.1000mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL容量瓶中，稀至標(biāo)線，搖勻。配制0.300“g/L鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液:移取6mL0.00500mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液于l00mL容量瓶中,稀釋至標(biāo)線，搖勻。（3）安裝空心陰極燈。將鎂空心陰極燈小心從盒中取出，打開燈源室門，取出元素?zé)粢_，將元素?zé)粢_對準(zhǔn)燈電源插座適配插入。并且燈的鍵體對準(zhǔn)電源插座的鍵槽，輕輕插入。如果感覺插入困難，說明操作有誤，拔出重新安裝。目前一些型號的儀器室單元素?zé)舭惭b的，還有些是有回轉(zhuǎn)元素?zé)艏?，可以同時安裝多只空心陰極燈的，大家要根據(jù)具體儀器具體操作。（4）打開電源，電腦對儀器進(jìn)行初始化。打開穩(wěn)壓器開關(guān)，打開儀器主機開關(guān)，打開電腦進(jìn)入工作軟件；系統(tǒng)對儀器進(jìn)行初始化，初始化主要是對氘燈電機、元素?zé)綦姍C、原子化器電機、燃燒頭電機、光譜帶寬電機以及波長電機進(jìn)行初始化。（5） 選擇合適的元素?zé)?、選擇最佳測定波長。選擇合適的元素?zé)?，對元素?zé)舻奶卣鞑ㄩL進(jìn)行尋峰操作；選擇最佳測定波長。（6） 設(shè)置實驗條件設(shè)置工作燈電流、預(yù)熱燈電流、光譜帶寬和負(fù)高壓值。將所需數(shù)據(jù)設(shè)定完成后，系統(tǒng)將會自動進(jìn)行元素參數(shù)的調(diào)整。調(diào)節(jié)燃燒器，對準(zhǔn)光路：將對光板騎在燃燒器縫隙上；調(diào)節(jié)燃燒器旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)鈕;調(diào)節(jié)燃燒器前后調(diào)節(jié)鈕。使從光源發(fā)出的光斑在燃燒縫的正上方，與燃燒縫平行。（7） 接通氣源，點燃空氣一乙炔火焰。檢查排水安全裝置，開啟排風(fēng)裝置電源開關(guān)；排風(fēng)lOmin后，接通空氣壓縮機電源，將輸出壓調(diào)至O.3MPa；開啟乙炔鋼瓶總閥，調(diào)節(jié)乙炔鋼瓶減壓閥輸出壓為0.05MPa;將燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)到2000?2400mL/min，點火（若火焰不能點燃，可重新點火，或適當(dāng)增加乙炔流量后重新點火）。點燃后，應(yīng)重新調(diào)節(jié)乙炔流量，選擇合適的分析火焰。注意！點火時，為安全起見，操作者應(yīng)盡量遠(yuǎn)離燃燒器，以防萬一發(fā)生爆炸時受傷。事實證明，重大事故往往是忘記通風(fēng)而貿(mào)然點火造成的。因此儀器啟動前一定要通風(fēng)。（8） 設(shè)置測量參數(shù)并調(diào)零設(shè)置測量參數(shù)；吸噴去離子水（或空白液），點擊“校零”，使儀器顯示吸光度為零。（9） 測定鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度將吸噴去離子水調(diào)零后的毛細(xì)管提出，用濾紙擦去水分；將毛細(xì)管插入鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液中，待吸光度穩(wěn)定后讀取并記錄吸光度。注意：測定數(shù)據(jù)時必須等測得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再記錄；每次測定后必須用去離子水調(diào)零。（10） 關(guān)機操作測量完畢吸噴去離子水5min；關(guān)閉乙炔鋼瓶總閥使火焰熄滅，待壓力表指針回到零時再旋松減壓閥；關(guān)閉空氣壓縮機，待壓力表和流量計回零時，最后關(guān)閉排風(fēng)機開關(guān)；d退出工作軟件（一些型號儀器是儀器自帶控制面板，一些型號是要電腦安裝工作站軟件），關(guān)閉主機電源，關(guān)閉電腦，填寫儀器使用記錄；e.清洗玻璃儀器，整理實驗臺。（11）注意事項點火時先開空氣，后開乙炔。關(guān)機時先關(guān)乙炔后關(guān)空氣。完成尋峰，點火之前有時需要調(diào)節(jié)燃燒器的位置，使空心陰極燈發(fā)出的光線在燃燒縫的正上方，與之平行。與氮氣、空氣、氧氣鋼瓶不同，乙炔鋼瓶內(nèi)充活性炭與丙酮，乙炔溶解在丙酮中，使用時不可完全用完，必須留出0.5MPa，否則乙炔揮發(fā)進(jìn)入火焰使背景增大，燃燒不穩(wěn)定。儀器在接人電源時應(yīng)有良好的接地。原子吸收分析中經(jīng)常接觸電器設(shè)備、高壓鋼瓶，使用明火，因此應(yīng)時刻注意安全，掌握必要的電器常識，急救知識，滅火器的使用。安裝好空心陰極燈后應(yīng)將燈室門關(guān)閉，燈在轉(zhuǎn)動時不得將手放人燈室內(nèi)。按下點火按鈕時應(yīng)確保其他人員手、臉不在燃燒室上方，最好關(guān)閉燃燒室防護(hù)罩。不得在火焰上放置任何東西，或?qū)⒒鹧媾沧魉?。在燃燒過程中不可用手接觸燃燒器。測定過程中最好將燃燒室防護(hù)罩關(guān)閉，高溫火焰可能產(chǎn)生紫外線，灼傷人的眼睛?；鹧嫦绾笕紵魅杂懈邷?，20min內(nèi)不可觸摸。【知識鏈接】1、原子吸收分光光度計的構(gòu)造原子吸收分光光度計（AAS）儀器由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)四部分組成。助燃霧化廢樣品檢測器圖5-2助燃霧化廢樣品檢測器圖5-2原子吸收儀器結(jié)構(gòu)示意圖(1)光源光源的作用是發(fā)射待測元素的特征光譜，供測量用。為了保證峰值吸收的測量，要求光源必須能發(fā)射穩(wěn)定的共振線，且為銳線；強度大，沒有或只有很小的連續(xù)背景；操作方便，壽命長這些特點?？招年帢O燈、無極放電燈、蒸氣放電燈和激光光源燈都能滿足上述要求，其中應(yīng)用最廣泛的是空心陰極燈和無極放電燈。圖5-3空心陰極燈①空心陰極燈(HCL圖5-3空心陰極燈結(jié)構(gòu)組成：由一個在鎢棒上鑲鈦絲或鉭片的陽極和一個由發(fā)射所需特征譜線的金屬或合金制成的空心筒狀陰極組成。陽極和陰極封閉在帶有光學(xué)窗口的硬質(zhì)玻璃管內(nèi)。管內(nèi)充有幾百帕低壓惰性氣體(氖或氬)。工作過程：當(dāng)在兩電極施加300?500V電壓時，陰極燈開始輝光放電。電子從空心陰極射向陽極，并與周圍惰性氣體碰撞使之電離。所產(chǎn)生的惰性氣體的陽離子獲得足夠能量，在電場作用下撞擊陰極內(nèi)壁，使陰極表面上的自由原子濺射出來，濺射出的金屬原子再與電子、正離子、氣體原子碰撞而被激發(fā)，當(dāng)激發(fā)態(tài)原子返回基態(tài)時，輻射出特征頻率的銳線光譜。影響譜線性質(zhì)之因素：電流、充氣種類及壓力。電流越大，光強越大，但過大則譜線變寬且強度不穩(wěn)定；充入低壓惰性氣體可防止與元素反應(yīng)并減小碰撞變寬。使用注意事項：空心陰極燈使用前應(yīng)經(jīng)過一段預(yù)熱時間，使燈的發(fā)光強度達(dá)到穩(wěn)定，預(yù)熱時間隨等元素的不同而不同，一般在20?30min以上。在點燃后可從燈的陰極輝光的顏色判斷燈的工作是否正常，判斷的一般方法如下：充氖氣的燈負(fù)輝光的正常顏色是橙紅色；充氬氣的燈正常是淡紫色；汞燈是藍(lán)色。燈內(nèi)有雜質(zhì)氣體存在時，負(fù)輝光的顏色變淡，如充氖氣的燈顏色變?yōu)榉奂t、發(fā)藍(lán)或發(fā)白，此時應(yīng)對燈進(jìn)行處理。元素?zé)糸L期不用，應(yīng)定期(每月或每隔兩三個月)點燃處理，即在工作電流下點燃lh。若燈內(nèi)有雜質(zhì)氣體，輝光不正常，可進(jìn)行反接處理。使用元素?zé)魰r，應(yīng)輕拿輕放。低熔點的燈用完后，要等冷卻后才能移動。為了使空心陰極燈發(fā)射強度穩(wěn)定，要保持空心陰極燈石英窗口潔凈，點亮后要蓋好燈室蓋，測量過程不要打開，使外界環(huán)境不破壞燈的熱平衡。②無極放電燈a.工作過程：由于沒有電極提供能量，該燈依靠射頻(RF)或微波作用于低壓惰性氣體并使之電離，高速帶電離子撞擊金屬原子產(chǎn)生銳線。

b.特點：無電極；發(fā)射的光強度高，是HCL的1~2個數(shù)量級。光源調(diào)制：不管是使用空心陰極燈還是無極放電燈，來自火焰的輻射背景（連續(xù)光譜,直流信號）都可與待測物吸收線一同進(jìn)入檢測器，盡管單色器可濾除一部分背景，但仍不能圖5-4無極放電燈完全消除這些背景對測定的干擾。為此，必須對光源進(jìn)行“調(diào)制”圖5-4無極放電燈光源調(diào)制就是將入射光所產(chǎn)生的直流信號轉(zhuǎn)換成交流信號，通過電學(xué)方法將其與來自火焰的直流信號濾掉（RC電路），從而避免火焰背景干擾。光源調(diào)制方法有：a.切光器：在光源和火焰之間加一金屬圓盤（分成四個扇形，其中對角的兩個扇形可讓入射光通過）并以一定的速度（頻率）旋轉(zhuǎn)，入射光被“切”成交變的光，其在光電倍增管的響應(yīng)為交流信號。b.光源脈沖調(diào)制：通過脈沖方式給光源供電，直接產(chǎn)生“脈沖”光。2）原子化器將試樣中待測元素變成氣態(tài)的基態(tài)原子的過程稱為試樣的“原子化”。完成試樣的原子化所用的設(shè)備稱為原子化器或原子化系統(tǒng)。原子化系統(tǒng)的作用是將試樣中的待測元素轉(zhuǎn)化為原子蒸氣。試樣中被測元素原子化的方法主要有火焰原子化法和非火焰原子化法兩種?；鹧嬖踊ɡ没鹧鏌崮苁乖嚇愚D(zhuǎn)化為氣態(tài)原子。非火焰原子化法利用電加熱或化學(xué)還原等方式使試樣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子。原子化系統(tǒng)在原子吸收分光光度計中是一個關(guān)鍵裝置，它的質(zhì)量對原子吸收光譜分析法的靈敏度和準(zhǔn)確度有很大影響，甚至起到?jīng)Q定性的作用，也是分析誤差最大的一個來源。原子化器是將樣品中的待測組份轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子的裝置?；鹧嬖踊魉伤牟糠纸M成：噴霧器、預(yù)混合室、燃燒器、火焰。a.霧化器：霧化器的作用是將試液霧化成微小的霧滴。霧化器的性能會對靈敏度、測量精度和化學(xué)干擾等產(chǎn)生影響，因此要求其噴霧穩(wěn)定、霧滴細(xì)微均勻和霧化效率高。目前商品原子化器多數(shù)使用氣動型霧化器。當(dāng)具有一定壓力的壓縮空氣作為助燃?xì)飧咚偻ㄟ^毛細(xì)管外壁與噴嘴口構(gòu)成的環(huán)形間隙時，在毛細(xì)管出口的尖端處形成一個負(fù)壓區(qū)，于是試液沿毛細(xì)管吸入并被快速通入的助燃?xì)夥稚⒊尚§F滴。噴出的霧滴撞擊在距毛細(xì)管噴口前端幾毫米處的撞擊球上，進(jìn)一步分散成更為細(xì)小的細(xì)霧。這類霧化器的霧化效率一般為10%?30%,影響霧化效率的因素有助燃?xì)獾牧魉佟⑷芤旱酿ざ?、表面張力以及毛?xì)管與噴嘴口之間的相對

位置。預(yù)混合室：預(yù)混合室的作用是進(jìn)一步細(xì)化霧滴，并使之與燃料氣均勻混合后進(jìn)入火焰。部分未細(xì)化的霧滴在預(yù)混合室凝結(jié)下來成為殘液。殘液由預(yù)混合室排出口排除，以減少前試樣被測組分對后試樣被測組分記憶效應(yīng)的影響。為了避免回火爆炸的危險，預(yù)混合室的殘液排出管必須采用導(dǎo)管彎曲或?qū)?dǎo)管插入水中等水封方式。燃燒器：產(chǎn)生火焰并使試樣蒸發(fā)和原子化的裝置。有單縫和三縫兩種形式，其高度和角度可調(diào)（讓光通過火焰適宜的部位并有最大吸收）。燃燒器質(zhì)量主要由燃燒狹縫的性質(zhì)和質(zhì)量決定（光程、回火、堵塞、耗氣量）?；鹧妫ㄕ{(diào)節(jié)高度）:火焰分焰心（發(fā)射強的分子帶和自由基，很少用于分析）、內(nèi)焰（基態(tài)原子最多，為分析區(qū)）和外焰（火焰內(nèi)部生成的氧化物擴散至該區(qū)并進(jìn)入環(huán)境）。燃燒速度：混合氣著火點向其它部分的傳播速度。當(dāng)供氣速度大于燃燒速度時，火焰穩(wěn)定。但過大則導(dǎo)致火焰不穩(wěn)或吹熄火焰，過小則可造成回火。火焰的燃助比：任何一種火焰均可按燃?xì)馀c助燃?xì)獾谋壤譃槿惥卟煌再|(zhì)的火焰：（a） 化學(xué)計量型：指燃助比近似于二者反應(yīng)的計量關(guān)系，又稱中性火焰。溫度高、穩(wěn)定、干擾小、背景低，知適于大多數(shù)元素分析；（b） 富燃火焰：燃?xì)獗壤^大的火焰（燃助比大于化學(xué)計量比）。燃燒不完全、溫度略低，具還原性，適于難分解的氧化物的元素分析。但干擾較大、背景高。（c）貧燃火焰：助燃?xì)獯笥诨瘜W(xué)計量的火焰。溫度最低，具氧化性，適于易解離和易電■烷2熬至繾前隔臧口嚨屋離的元素，如堿金屬。■烷2熬至繾前隔臧口嚨屋離的元素，如堿金屬。圖5-5火焰原子化器石墨爐原子化器a.原子化過程可分為四個階段，即干燥、熱解、原子化和除殘。如圖5-6所示圖5-6原子化過程干燥是去除溶劑，防樣品濺射，溫度在11O°C附近。熱解是使基體和有機物盡量揮發(fā)除去，溫度在100-1000C。原子化是待測物化合物分解為基態(tài)原子，此時停止通Ar,延長原子停留時間，提高靈敏度溫度在1500-3000C。除殘是樣品測定完成，高溫去殘渣，凈化石墨管，溫度在3500C。b.石墨爐組成包括電源、保護(hù)系統(tǒng)和石墨管三部分。電源是10?25V,500A。用于產(chǎn)生高溫。保護(hù)系統(tǒng)：保護(hù)氣（Ar）分成兩路管外氣一一防止空氣進(jìn)入，保護(hù)石墨管不被氧化、燒蝕。管外氣可防止空氣進(jìn)入，保護(hù)石墨管不被氧化、燒蝕。管內(nèi)氣流經(jīng)石墨管兩端及加樣口，可排出空氣并驅(qū)除加熱初始階段樣品產(chǎn)生的蒸汽。另外，冷卻水是金屬爐體周圍通水，以保護(hù)爐體。石墨管：多采用石墨爐平臺技術(shù)。如前圖b）,在管內(nèi)置一放樣品的石墨片，當(dāng)管溫度迅速升高時，樣品因不直接受熱（熱輻射），因此原子化時間相應(yīng)推遲?；蛘哒f，原子化溫度變化較慢，從而提高重現(xiàn)性。③火焰原子化器與石墨爐原子化器的比較優(yōu)點缺點火焰原子化器操作簡便、重現(xiàn)性好、測定靈敏度低原子化效率低、自由原子在吸收區(qū)停留時間短、需要試樣多、不能測粘稠液體和固體石墨爐原子化器原子化效率高、自由原子在吸收區(qū)停留時間長、需要試樣少、可測粘稠液體和固體可測有毒和放射性物質(zhì)、安全可靠操作復(fù)雜、重現(xiàn)性差、干擾嚴(yán)重（3）分光系統(tǒng)同其它光學(xué)分光系統(tǒng)一樣，原子吸收光度計中的分光系統(tǒng)亦包括出射、入射狹縫、反射鏡和色散原件（多用光柵）。單色器的作用在于將空心陰極燈陰極材料的雜質(zhì)發(fā)出的譜線、惰性氣體發(fā)出的譜線以及分析線的鄰近線等與共振吸收線分開。注意！在原子吸收光度計中，單色器通常位于光焰之后，這樣可分掉火焰的雜散光并防止光電管疲勞。由于銳線光源的譜線簡單，故對單色器的色散率要求不高（線色散率為10~30A/mm）o（4）檢測器使用光倍增管并可直接得到測定的吸收度信號2、原子吸收分光光度計類型原子吸收按光束形式可分為單光束和雙光束兩類，按波道數(shù)目又有單道、雙道和多道之分。目前使用比較廣泛的是單道單光束和單道雙光束原子吸收分光光度計。（1）單道單光束型：“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。“單光束”是指從光源中發(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(xué)系統(tǒng)，如圖5-7所示。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。（2）單道雙光束型：雙光束型是指從光源發(fā)出的光被切光器分成兩束強度相等的光，一束為樣品光束通過原子化器被基態(tài)原子部分吸收；另一束只作為參比光束不通過原子化器，其光強度不被減弱。兩柬光被原子化器后面的反射鏡反射后，交替地進(jìn)入同一單色器和檢測器。檢測器將接受到的脈沖信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并由放大器放大，最后由讀出裝置顯示。圖5-8是單道雙光束型儀器的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。圖5-7單道單光束原子吸收分光光度計圖5-8單道雙光束原子吸收分光光度計3、原子吸收分光光度計的維護(hù)（1）儀器工作環(huán)境要求：在儀器的維護(hù)保養(yǎng)中，實驗室要求也是非常重要的一個環(huán)節(jié)對于原子吸收實驗室環(huán)境的具體要求見表5-1。表5-1原子吸收實驗室環(huán)境要求一覽表恒溫10?30°C〈70%多個水龍頭，有化驗盆（含水封）、有地漏、石墨爐原子吸收應(yīng)有專用上下水裝置排放實驗室備有專用廢液收集桶，原子吸收儀器廢液排放在與儀器配套的廢液桶中原子吸收設(shè)置單相插座若干供電腦、主機使用。要求220V±10%,如達(dá)不到要求需配備穩(wěn)壓電源通風(fēng)柜單獨供電；石墨爐電源要求220V/40A電源，專用插座空氣由空氣壓縮機提供，乙炔、氬氣由高壓鋼瓶提供，純度99.99%臺防震堅固、防震防爆配備二氧化碳滅火器防護(hù)屬于第三類防雷建筑物電設(shè)置良好接地屏蔽有精密電子儀器設(shè)備，需進(jìn)行有效電磁屏蔽配有窗簾，避免陽光直射設(shè)備配有排風(fēng)管，儀器工作時產(chǎn)生的廢氣及時排出室外(2)儀器的日常維護(hù)與保養(yǎng)：對任何一類儀器只有正確使用和維護(hù)保養(yǎng)才能保證其運行正常，測量結(jié)果準(zhǔn)確。原子吸收分光光度計的日常維護(hù)工作應(yīng)由以下