馮素玲 李晶 李全民

(河南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 河南師范大學(xué)國(guó)家級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 河南新鄉(xiāng) 453007)

在原子吸收分析中，背景吸收會(huì)導(dǎo)致吸光度增大，給分析結(jié)果帶來(lái)誤差。為了扣除背景吸收產(chǎn)生的影響，很多商品儀器都配備了氘燈背景校正器，其校正原理如下：當(dāng)出入狹縫的寬度相等時(shí)，檢測(cè)器接收到的輻射能的有效譜帶寬度W=S·D，式中S為狹縫寬度，單位為mm，D為色散元件的倒線色散率，單位為nm·mm-1。當(dāng)S=0.1mm，D=2nm·mm-1，W=0.2nm。即檢測(cè)器接收的氘燈輻射能的有效帶寬為0.2nm，而分析元素吸收線的有效帶寬一般為0.001nm，可見，分析元素吸收線僅為氘燈輻射能有效帶寬的0.5%，分析元素對(duì)氘燈輻射能的吸收與進(jìn)入檢測(cè)器的總輻射能相比較顯得很小，可以忽略不計(jì)。因此，用氘燈測(cè)得的只是原子化器中背景對(duì)氘燈輻射能的吸收[1]。空心陰極燈是銳線光源，測(cè)得的吸光度為背景吸光度與元素吸光度的加和。而用空心陰極燈測(cè)得的背景吸光度與用氘燈測(cè)得的背景吸光度相等，因此，兩光源測(cè)得的吸光度的差值即為元素的吸光度。本文根據(jù)郎伯-比爾定律證明了上述結(jié)論。

從圖1可以看出:

It(D2)=Io(D2)-Ia,b(D2)-Ia,e(D2)

(1)

式中It(D2)指被檢測(cè)器接收的光強(qiáng)度，也就是入射光Io(D2)通過(guò)原子化器(火焰)后透過(guò)光的強(qiáng)度，Io(D2)指有效寬帶內(nèi)的入射光強(qiáng)度，Ia,b(D2)和Ia,e(D2)分別表示有效寬帶內(nèi)背景和分析元素吸收的光強(qiáng)度。由圖2可以看出，當(dāng)背景和分析元素吸收同時(shí)存在時(shí)，入射光Io(D2)通過(guò)原子化器(火焰)后，總的透過(guò)光強(qiáng)度It(D2)又可寫成:

It(D2)=It,b(D2)-Ia,e(D2)

(2)

圖1 氘燈作光源時(shí)入射光強(qiáng)度與背景吸收及元素吸收的關(guān)系

圖2 氘燈作光源時(shí)入射光強(qiáng)度與透過(guò)光強(qiáng)度的關(guān)系

根據(jù)吸光度的加和性原理可得出：

Aall(D2)=Ab(D2)+Ae(D2)=

(3)

式中總吸光度Aall(D2)為以氘燈為光源時(shí)測(cè)得背景吸光度Ab(D2)與分析元素吸光度Ae(D2)之和。由圖1可知，根據(jù)分析元素吸收線僅為氘燈輻射能有效帶寬的0.5%,可知分析元素對(duì)氘燈輻射能的吸收光強(qiáng)度Ia,e(D2)很小，對(duì)背景吸收后透光強(qiáng)度的影響可以忽略不計(jì)，因此，It,b(D2)-Ia,e(D2)≈It,b(D2)≈It(D2)，故式(3)可寫成：

(4)

可見，用氘燈測(cè)量的吸光度就是背景吸收產(chǎn)生的吸光度Ab(D2)，而由分析元素產(chǎn)生的吸光度Ae(D2)可以忽略不計(jì)。

Aall(HCL)=Ae(HCL)+Ab(HCL)

(5)

根據(jù)圖3，式(5)可寫成:

(6)

圖3 空心陰極燈作光源時(shí)入射光強(qiáng)度與透過(guò)光強(qiáng)度的關(guān)系

由于氘燈是寬帶輻射，而空心陰極燈是窄帶輻射，當(dāng)S=0.1mm，D=2nm·mm-1時(shí)，后者是前者有效帶寬的0.1%，那么，為什么兩者測(cè)得的背景吸光度會(huì)近似相等？該問(wèn)題可以通過(guò)吸收定律得到證明。

背景吸收為均勻吸收，隨波長(zhǎng)變化基本保持恒定，這意味著在不同的波長(zhǎng)下由背景吸收引起的吸光度(Ab)具有相同值，正如圖4(a)所示。圖4(b)和圖4(c)分別為氘燈和空心陰極燈在儀器的有效光譜帶寬度內(nèi)的輻射強(qiáng)度分布。

圖4 背景吸收及氘燈、空心陰極燈在儀器有效光譜帶寬度內(nèi)的輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系 (a) 背景吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系;(b) 氘燈在儀器的有效光譜帶寬度內(nèi)的輻射強(qiáng)度分布;(c) 空心陰極燈在儀器的有效光譜帶寬度內(nèi)的輻射強(qiáng)度分布。

當(dāng)氘燈輻射通過(guò)原子化器，并到達(dá)接收器時(shí)，根據(jù)圖4可以得出:

(7)

根據(jù)圖4(a)可知，背景吸光度的大小不隨波長(zhǎng)變化而改變，這意味著不同波長(zhǎng)下的吸光系數(shù)相同，因此，ε1=ε2=ε3=…=εn=ε，則式(7)可寫成：

(8)

當(dāng)空心陰極燈輻射通過(guò)原子化器，并達(dá)到檢測(cè)器時(shí)，設(shè)發(fā)射線包括不同波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度,則背景產(chǎn)生的吸光度為:

(9)

根據(jù)圖4(a)可知，ε1=ε2=ε3=…=εn=ε，則式(9)可寫成:

(10)

比較式(8)和(10)可知，Ab(D2)=Ab(HCL)?？梢?，盡管氘燈和空心陰極燈的發(fā)射線有效帶寬不同，測(cè)得的背景吸光度值卻是相同的。所以有:

(11)

調(diào)節(jié)儀器使Io(D2)=Io(HCL)，由式(11)可得：

(12)

式中K為吸收系數(shù)，c為樣品溶液的濃度。

可見，利用氘燈可以扣除背景吸收的影響。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 戴樹桂.儀器分析.北京:高等教育出版社,1984