原子吸收分光光度計(jì)的使用

原子吸收分光光度計(jì)美國PE公司AA800型原子吸收儀背景與應(yīng)用AAS的方法原理AAS的基本結(jié)構(gòu)安裝條件技術(shù)指標(biāo)操作步驟主要內(nèi)容

原子吸收光譜分析是上世紀(jì)五十年代以后發(fā)展起來的一種利用原子吸收光譜進(jìn)行定性定量分析的儀器分析技術(shù)。因其靈敏度高、特異性好、準(zhǔn)確度高、分析范圍廣和簡便快速而獲得了飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為一種較為成熟的儀器分析技術(shù)，被廣泛用于地質(zhì)、冶金、環(huán)保、食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和衛(wèi)生防疫和疾病控制等部門進(jìn)行金屬和類金屬元素等的定量分析。這種儀器來測定食品、水、化妝品、生物材料、土壤等樣品中的銅、鐵、鋅、鈣、鎂、錳、鉛等約70種元素。背景及應(yīng)用

原子吸收分析方法，是利用呈基態(tài)的原子蒸氣吸收一定特征的輻射光，在一定的濃度范圍內(nèi)被吸收的光強(qiáng)度與蒸氣中自由原子的數(shù)目成正比，根據(jù)已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)的比較，求得待測元素的含量。具體地說，就是首先測定若干個已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測元素的吸收強(qiáng)度，按溶液的濃度對吸收強(qiáng)度作工作曲線，再測定未知樣品溶液中該元素的吸收強(qiáng)度，然后在此工作曲線上找出該元素的濃度，便完成了樣品溶液中某元素含量的分析。若樣品經(jīng)過溶樣、稀釋或濃縮等預(yù)處理，還應(yīng)根據(jù)處理前后的量的變化關(guān)系，換算到原樣品中去。

AAS的方法原理光源系統(tǒng)原子化系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)檢測系統(tǒng)1

基本構(gòu)造AAS的基本構(gòu)造數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)火焰原子化器2

火焰原子化法中的原子化器，其結(jié)構(gòu)如圖所示。這種原子化器由霧化器、混合室和燃燒器組成。

最常用的火焰是乙炔-空氣火焰，其燃燒穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，噪聲低，對大多數(shù)元素有足夠的靈敏度。石墨爐原子化器3

管式石墨爐原子化器由加熱電源、保護(hù)氣控制系統(tǒng)和石墨管狀爐組成。石墨爐原子化器的操作分為干燥、灰化、原子化和凈化四步，由微機(jī)控制實(shí)行程序升溫。圖石墨爐原子化器結(jié)構(gòu)示意圖石墨爐原子化器分類橫向加熱石墨管平臺縱向加熱石墨管平臺最常用

石墨爐原子化器優(yōu)點(diǎn)：試樣原子化是在惰性氣體保護(hù)下于強(qiáng)還原性介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的，有利于氧化物分解和自由原子的生成。用樣量小，樣品利用率高，原子在吸收區(qū)內(nèi)平均停留時間較長，絕對靈敏度高。液體和固體試樣均可直接進(jìn)樣。缺點(diǎn)是試樣組成不均勻性影響較大，有強(qiáng)的背景吸收，測定精密度不如火焰原子化法。

光源

銳線光源是用來發(fā)射原子吸收特征譜線的，可用空心陰極燈、無極放電燈發(fā)射銳線光源，而以空心陰極燈最為常用。

圖3是空心陰極燈構(gòu)造圖。空心陰極燈是一種輻射強(qiáng)度大而穩(wěn)定的銳線光源，為低壓輝光放電?，F(xiàn)有單元素?zé)?、多元素?zé)艉透邚?qiáng)度燈。燈的質(zhì)量可由發(fā)射強(qiáng)度、背景強(qiáng)度、穩(wěn)定性、噪聲及壽命來評價?？招年帢O燈強(qiáng)度依賴于燈電流。對一個性能好的燈來說，應(yīng)該在較小的燈電流下，有較大的發(fā)光強(qiáng)度。下面簡單介紹各部分的作用圖3空心陰極燈構(gòu)造圖在元素?zé)舻年帢O與陽極之間加上高電壓，帶正電的惰性氣體離子在電場的作用下轟擊陰極杯，使陰極表面的金屬原子發(fā)出此金屬的特征譜線。原子化系統(tǒng)

原子化系統(tǒng)可分為火焰原子化系統(tǒng)、石墨爐原子化系統(tǒng)和氫化物發(fā)生原子化系統(tǒng)?；鹧嬖游辗ǎ和ㄟ^火焰來進(jìn)行原子化，常用有空氣/乙炔焰、笑氣(N2O)/乙炔焰、空氣/甲烷氣等。用于測定鉀、鈉、鈣、鎂、鋅、銅、鐵、錳、鉛、銀等，靈敏度相對較低，通過縫管、在線流動注射富集、固相微萃取等技術(shù)可更進(jìn)一步提高靈敏度。該法操作簡便，測定快速。石墨爐原子吸收法：通過加熱石墨管來進(jìn)行原子化，常用有傳統(tǒng)縱向加熱和現(xiàn)代的橫向加熱兩種方式。用于鉛、鎘、銀、鋁、鋇、釩、鎳、鉬、銻等。該法靈敏度高，操作相對復(fù)雜一些。圖5是石墨爐原子示意圖。優(yōu)點(diǎn)：試樣原子化是在惰性氣體保護(hù)下于強(qiáng)還原性介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的，有利于氧化物分解和自由原子的生成。用樣量小，樣品利用率高，原子在吸收區(qū)內(nèi)平均停留時間較長，絕對靈敏度高。液體和固體試樣均可直接進(jìn)樣。缺點(diǎn)是試樣組成不均勻性影響較大，有強(qiáng)的背景吸收，測定精密度不如火焰原子化法。

氫化物發(fā)生原子吸收法：通過一些元素在一定條件下與還原劑形成氣態(tài)的自由原子或氫化物或易揮發(fā)的氣態(tài)化合物與介質(zhì)分離，然后導(dǎo)入石英管原子化器進(jìn)行原子化。可用于砷、硒、汞、鉛、鎘、銻、錫、鉈、鈹?shù)葴y定。該法靈敏度高，干擾少，由于現(xiàn)在有原子熒光光度計(jì)，一般不再需要?dú)浠镌踊b置。單色器

即分光系統(tǒng)。分光系統(tǒng)的作用是將欲測的吸收線與其它譜線分開。原子吸收所用的吸收線是銳線光源發(fā)出的共振線，譜線比較簡單，因此對儀器的色散能力、分辨力要求較低。譜線結(jié)構(gòu)簡單的元素如K、Na，可用濾光片作為單色器，一般元素可用棱鏡或光柵分光，現(xiàn)在的儀器以光柵為多。原子吸收光譜儀對分光器的分辨率要求不高，曾以能分辨開鎳三線Ni230.003，Ni231.603，Ni231.096nm為標(biāo)準(zhǔn)，后采用Mn279.5和Mn279.8nm代替Ni三線來檢定分辨率。檢測器常見有光電倍增管（PMT）和固態(tài)檢測器。1.1.4.1光電倍增管:用量子效率來表示光電轉(zhuǎn)換效率。量子效率與光電陰極的材料和入射光波長波長有關(guān)。對使用一定的光電倍增管的原子吸收分光光度計(jì)可以通過調(diào)整負(fù)高壓來增加光電倍增管的總靈敏度。但過高的電壓會增加噪聲和暗電流。1.1.4.2固態(tài)檢測器：固態(tài)檢測器即電荷轉(zhuǎn)移器件（CTD）檢測器。其包括電荷耦合器件（CCD）和電荷注入器件（CID）。電荷轉(zhuǎn)移器件具有光譜范圍寬、量子效率高、暗電流小、噪聲低、靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于多元素的測定。數(shù)據(jù)處理、顯示及輸出

電信號經(jīng)測光系統(tǒng)放大、檢波后，可分別采用表頭檢流計(jì)、數(shù)字顯示器或記錄器、打印機(jī)等進(jìn)行讀數(shù)。新型原子吸收分光光度計(jì)均有工作站，其中包含對數(shù)轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、曲線校直、濃度直讀、標(biāo)尺擴(kuò)大、自動增益等功能，這些功能大大提高了儀器的自動化程度。背景校正

背景校正技術(shù)主要有連續(xù)光源（氘燈）背景校正、塞曼背景樣正、自吸背景校正等三種技術(shù)。氘燈背景校正：氘燈背景校正簡單，但扣除能力較低；其測量的是光譜通帶內(nèi)平均背景吸收，與待測元素分析線的真實(shí)背景吸收有差異；氘燈只適合短波輻射（200～400nm）；燈的壽命較短。塞曼效應(yīng)背景校正：利用塞曼效應(yīng)扣除背景，背景扣除能力可達(dá)1.7A；由于塞曼效應(yīng)很雜，常常會出現(xiàn)校正曲線反轉(zhuǎn)。自吸校應(yīng)背景校正：又叫S-H背景校正（Smith-Hieftjebackgroundcorrection），利用空心陰極燈在高電流下發(fā)生自吸或自蝕扣除背景，扣除背景能力有時可達(dá)3A；可校正光譜干擾和結(jié)構(gòu)背景。但靈敏度降低比較明顯。單光束原子吸收分光光度計(jì)

結(jié)構(gòu)簡單、價廉；但易受光源強(qiáng)度變化影響，燈預(yù)熱時間長，分析速度慢。

雙光束原子分光光度計(jì)

一束光通過火焰，一束光不通過火焰，直接經(jīng)單色器此類儀器可消除光源強(qiáng)度變化及檢測器靈敏度變動影響。

雙波道或多波道原子分光光度計(jì)

使用兩種或多種空心陰極燈，使光輻射同時通過原子蒸氣而被吸收，然后再分別引到不同分光和檢測系統(tǒng)，測定各元素的吸光度值。

此類儀器準(zhǔn)確度高，可采用內(nèi)標(biāo)法，并可同時測定兩種以上元素。但裝置復(fù)雜，儀器價格昂貴。AAS的類型

配電：原子吸收分光光度計(jì)對供電要求較高，主機(jī)、電腦、打印機(jī)等要求電壓比較穩(wěn)定，一般為220V～240V，如果電網(wǎng)電壓不太穩(wěn)定，要求配穩(wěn)壓電源，一般1kVA（注意不含石墨爐供電）即可?？諌簷C(jī)及空調(diào)是一種頻繁啟動的電器，最好與原子吸收其它部分分相供電。石墨爐為大功率直流供電，石墨爐加熱電源常常是220V交流電轉(zhuǎn)換為直流，其瞬間電流可達(dá)60～80A，一般要求用銅芯線，線徑大于4mm2。（石墨爐需用多大的穩(wěn)壓電源）建議這三類設(shè)備分別接入電網(wǎng)，不共相。原子吸收分光光度計(jì)為大型精密儀器，要求有良好的接地，一般接地電阻應(yīng)小于1～10Ω,需要專門的接地線。安裝條件配水：石墨爐分析需要專門的冷卻水，對沒有購買自動循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)備要求有自來水。建議最好購買專用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。配氣：火焰法需用到乙炔和空氣，或者乙炔、空氣、笑氣。石墨爐分析需要用到保護(hù)氣，一般為氬氣。燃?xì)猓ㄒ胰玻┡c助燃?xì)猓諝猓?yīng)分開放置。燃?xì)馄恳佬孤?，要注意隨時排風(fēng)。有條件的單位可用單獨(dú)的氣瓶室或氣瓶柜，乙炔氣需用合格的防爆氣瓶柜。實(shí)驗(yàn)臺面：承重防震，寬度在1000～1500mm，長度2000～2400mm，高度750～800mm比較合適，擺放不要靠墻和窗，后面留有800～1000mm空間，以便檢修，避免陽光直射。

環(huán)境：原子吸收一般工作溫度為10～30℃，相對濕度不超過80%，應(yīng)有空調(diào)和相應(yīng)除濕設(shè)備。原子吸收原子化的時候要產(chǎn)生有毒的原子蒸氣，應(yīng)使用排氣罩，大小稍寬于原子吸收排氣口，高度約在其上200～300mm，風(fēng)力以能吸住一張報紙為佳。防塵：最好是雙層玻璃窗，有防塵緩沖間。具體安裝應(yīng)該參照各儀器的自身要求。技術(shù)指標(biāo)分為兩類：功能技術(shù)指標(biāo)、性能技術(shù)指標(biāo)功能技術(shù)指標(biāo)一般是指儀器的軟件，如控制、數(shù)據(jù)處理、自動化程度、扣背景方式等。性能技術(shù)指標(biāo)是指原子吸收分光光度計(jì)的影響分析測試準(zhǔn)確度的指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)靈敏度

靈敏度S的定義是分析標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)X=f（c）的一次導(dǎo)數(shù)S=dx/dc。

1.特征濃度

在原子吸收光度法中，習(xí)慣于用1%吸收靈敏度。特征濃度定義為能產(chǎn)生1%吸收（即吸光度值為0.0044）信號時所對應(yīng)的被測元素的濃度。

C0=CX×0.0044/A（g.cm-3）

CX表示待測元素的濃度；A為多次測量的吸光度值。

2.特征質(zhì)量

石墨爐原子吸收法常用絕對量表示，特征質(zhì)量的計(jì)算公式為

m0=0.0044/S=0.0044m/AS

（Pg或ng）

式中m為分析物質(zhì)量，單位為Pg或ng，AS為峰面積積分吸光度。

特征濃度或特征質(zhì)量越小越好。

基線穩(wěn)定性是指儀器在一定時間內(nèi)基線漂移的情況。選擇好波長Cu324.7nm和通帶0.2nm，把燈預(yù)熱30min，在不點(diǎn)燃火焰的情況下進(jìn)行測量記錄，要求吸光度漂移在30min不能超過0.005abs，雙光束儀器0.004abs，使用過的儀器為0.006abs，點(diǎn)燃火焰并吸入蒸餾水，在10min內(nèi)不超過0.006abs，使用過的儀器為0.008abs。提升量就是一定時間內(nèi)吸取樣品的毫升數(shù)。主要考察原吸的物化器的效果，不是越快越好,也不是越慢越好.主要根據(jù)實(shí)際使用情況.分辨率儀器實(shí)際分辨率。

在光譜通常為0.2nm時，能清楚分開錳三線（279.5、279.8、280.1nm），279.5與279.8之間的波谷透過率小于或等于279.5nm的發(fā)射強(qiáng)度的40％。237.9的背景透過率小于或等于10％。其實(shí)際分辨率為0.2nm。能分開汞的265.2、265.37、265.51nm的譜線組，實(shí)際分辨率為0.1nm。能分開汞的365.0、365.5、366.3nm的譜線組，實(shí)際的分辨率為0.7nm。

*參考國家計(jì)量鑒定規(guī)程JJG694-90和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB7T6780-95以火焰法測定銅和石墨爐法測定鉛為例。一個待測元素是選擇火焰法來測定還是選擇石墨爐法來測定，主要取決于樣品中含量和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限量值?；鹧娣ê褪珷t法的元素測定線性范圍見表1，可作為選擇方法和配制標(biāo)準(zhǔn)系列的依據(jù)。操作步驟元素火焰（mg/L）石墨爐(μg/L)鉀0.05~2鈉0.05~0.8錳0.05~0.85~40鎂、鋅0.05~0.8銅、鐵0.25~4鉛0.5~105~80鎘0.05~0.80.5~4銀0.05~0.85~40鉻0.25~0.810~80鈷10~80鋁10~80鉬20~200鎳10~80銻10~80表1常見元素火焰和石墨爐標(biāo)準(zhǔn)系列范圍除了干凈水樣外，絕大多數(shù)樣品要進(jìn)行樣品前處理。樣品前處理一般應(yīng)遵循簡單高效環(huán)保的原則。要注意損失和污染。空白和回收是檢驗(yàn)污染和損失的常見手段之一，空白一般要求帶三個以上。常見方法有微波消解、濕消化、干消化直接溶解、酸浸提、冷消化等。如何選擇消解方式應(yīng)根據(jù)樣品類型，使用儀器、分析元素、樣品數(shù)量，以及標(biāo)準(zhǔn)方法要求而定。標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：最好購買國家有證標(biāo)準(zhǔn)溶液作為儲備液，再稀釋為應(yīng)用液，最后配成標(biāo)準(zhǔn)系列。原子吸收法常有標(biāo)準(zhǔn)一般用0.5～1.0%硝酸來保存。應(yīng)用液在mg/L級，在密塞冷藏條件下，大多數(shù)元素一般保存半年至一年不會發(fā)生明顯變化。標(biāo)準(zhǔn)系列一般要求除標(biāo)準(zhǔn)空白外3點(diǎn)～5點(diǎn)。開機(jī)：打開穩(wěn)壓器電源，等到電壓穩(wěn)定到220V，打開主機(jī)及計(jì)算機(jī)、打印機(jī)電源。對自動化程度較高的儀器，啟動工作站，儀器開始自檢?；鹧嬖游?/p>

1.條件設(shè)置及儀器調(diào)節(jié)選擇所測元素?zé)簦ㄣ~），安裝到儀器燈座上(注意定位)。調(diào)節(jié)燈電流至合適大小（3mA）。選擇所用測定譜線波長及帶寬（324.8nm，0.4nm）。自動化程度較高的儀器，自動尋峰，并找到最大吸收波長。對自動化程度不太高的儀器，則加一定負(fù)高壓，松開波長轉(zhuǎn)輪鎖定裝置，調(diào)節(jié)波長轉(zhuǎn)輪至所需波長，在所示波長附近仔細(xì)調(diào)節(jié)波長轉(zhuǎn)輪至能量最大，固定波長轉(zhuǎn)輪。反復(fù)調(diào)節(jié)燈的位置至能量最大，加負(fù)高壓至能量示值為90左右，不同儀器不一樣，按所用儀器要求即可。2.設(shè)置測定參數(shù)，一般火焰測定選擇測定次數(shù)三次，測定方式為連續(xù)，延遲可不設(shè)，積分參數(shù)一般為1s。必要時設(shè)置其它用于儀器采樣點(diǎn)等的參數(shù)。3.調(diào)節(jié)燃燒器的位置，使空心陰極燈光束與狹縫基本平行、光斑位于燃燒器狹縫一定位置，一般在其上3～8mm(本例為3mm)，依火焰大小，元素性質(zhì)有關(guān)。很多儀器可以在點(diǎn)燃火焰后進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)到靈敏度最高時為佳。4.火焰燃助比的選擇：依儀器要求打開空壓機(jī)，一般出口壓力約0.2MPa；打開乙炔氣瓶。乙炔出口壓力一般為0.05～0.1MPa(本例為0.05MPa)?；鹧嫒贾纫涝夭煌煌?，常見元素中，鈣宜選擇富燃焰（乙炔流量較大），鋅宜選擇貧燃焰（乙炔流量較?。渌乜梢杂没瘜W(xué)計(jì)量火焰。5.設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)系列濃度及樣品參數(shù)。本例銅標(biāo)準(zhǔn)溶液系列為0.00，0.25，0.50，1.00，1.50mg/L。標(biāo)準(zhǔn)及樣品的測定待儀器及元素?zé)纛A(yù)熱一段時間穩(wěn)定后打開排風(fēng)進(jìn)行測定。點(diǎn)燃火焰，依次進(jìn)行空白標(biāo)準(zhǔn)和樣品的測定，記錄或打印測定吸光度等信息。關(guān)閉火焰，若還需用火焰法測定其它元素，則換燈依上進(jìn)行其它元素測定?；鹧娣y定完畢應(yīng)先關(guān)閉乙炔氣瓶，等火焰熄滅后方能關(guān)閉空壓機(jī)。石墨爐原子吸收條件設(shè)置及儀器調(diào)節(jié)選擇所測元素（鉛），調(diào)節(jié)燈電流至合適大?。?mA）。選擇所用測定譜線波長及帶寬（283.3nm，0.4nm）。自動化程度較高的儀器，自動尋峰，并找到最大吸收波長。對自動化程度不太高的儀器，則加一定負(fù)高壓，松開波長轉(zhuǎn)輪鎖定裝置，調(diào)節(jié)波長轉(zhuǎn)輪至所需波長，在所示波長附近仔細(xì)調(diào)節(jié)波長轉(zhuǎn)輪至能量最大，固定波長轉(zhuǎn)輪。反復(fù)調(diào)節(jié)燈的位置至能量最大，加負(fù)高壓至能量示值為90左右，不同儀器不一樣，按所用儀器要求即可。石墨爐測定要使用背景校正，以氘燈扣除背景為例。打開氘燈背景校正，調(diào)節(jié)燈電流使氘燈能量與空心陰極燈能量基本匹配，光束盡可能與元素?zé)糁睾稀Ｗ詣踊潭鹊偷膬x器需手動切入或移除半透半反鏡。2.設(shè)置測定參數(shù)，一般石墨爐測定選擇測定次數(shù)2～3次，測定方式為峰高或峰面積（本例采用峰高），積分時間一般為3～5s，以保證全部吸收峰被采集完為佳。有必要時設(shè)置其它用于儀器采樣點(diǎn)等的參數(shù)。3.調(diào)節(jié)石墨爐