武開業(yè)

（榆林市環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 榆林719000）

原子吸收分光光度法又稱原子吸收光譜法。所謂原子吸收就是指氣態(tài)自由原子，對于同種原子發(fā)射出來的特征光譜輻射具有吸收現(xiàn)象，將這種原子吸收現(xiàn)象應(yīng)用到化學(xué)定量分析，首先必須將試樣溶液中的待測元素原子化，同時還要有一個強度穩(wěn)定的光源，給出同樣原子光譜輻射，使之通過一定的待測元素原子區(qū)域，從而測出其消光值，然后根據(jù)消光值對標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度關(guān)系曲線，計算出試樣中待測元素的含量

1 定量分析的理論依據(jù)

原子吸收共振線的強度和蒸汽中原子濃度的關(guān)系，與分光光度法中分子溶液對光的吸收規(guī)律相似，一束平行的，輻射強度為Pof，頻率為f 的光，投射到長度為L 的火焰中，火焰吸收均勻，若通過火焰后的光強度為Pf，則在頻率為f 時的吸收系數(shù)K 可由下式表示：

Pf=Pof*e-KfL，Kf與f 的關(guān)系即為吸收線的輪廓，在很大程度上它決定于火焰的溫度和吸收原子周圍的壓力，吸收線的半寬是指吸收系數(shù)為最大值一半時的輪廓寬度，吸收與原子濃度之間有以下關(guān)系：∫Kfdf=e2Noff/mc, 式中Kf為吸收系數(shù)，c 為光速，e 為電子電荷，m 為電子質(zhì)量，2Nof為單位體積內(nèi)進行吸收的原子數(shù)，f 為振子強度，是指每個原子可能吸收光源能量的平均電子數(shù)。由于原子吸收線的寬度非常狹窄，約為十分之幾納米，因此要準(zhǔn)確求得積分吸收系數(shù)是非常困難的，同時還要求單色儀必須具有千分之幾納米的分辨率，這就超過了一般單色儀的工作能力，為此在實際應(yīng)用中，使用銳線光源測光吸收線中心位置的吸收系數(shù)（即最大吸收系數(shù)K），用譜線寬度較原子吸收線更窄的光源，如空心陰極燈發(fā)出的光，能夠測定原子蒸汽的吸收系數(shù)K0，在化學(xué)分析中，為求得基態(tài)原子數(shù)N 的比較值，只需要測定吸光度A，不必精確求得K0，K0與原子濃度N 有線性關(guān)系，即：

K0=KN，A=0.4343K0L=K′N, 上式說明原子吸光度與原子蒸汽濃度有直線關(guān)系，由此可見原子吸收中的銳線光源是定量分析的基礎(chǔ)。

2 主要部件及功能

原子吸光法是利用原子蒸汽能夠吸收該元素本身特征波長的現(xiàn)象，來進行化學(xué)分析的一種方法，此法將試樣的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)樵诱羝贉y量原子蒸汽對特征波長輻射的吸收，通過比較標(biāo)準(zhǔn)樣與試樣吸收值來測定試樣中元素的濃度。

原子吸收分光光度計包括以下部件，現(xiàn)將各部件的功能簡述如下：

2.1 穩(wěn)定的銳線光源

它可以發(fā)射待測元素的共振線。光源一般由待測元素制成具有空心陰極的燈，燈的發(fā)射光經(jīng)電調(diào)制或切光器調(diào)制成交流，再由放大器解調(diào)并檢出，使之與火焰的直流輻射相區(qū)別。

2.2 原子化器

它使溶液轉(zhuǎn)化為原子蒸汽，常用的有火焰和石墨爐倆種，火焰中最常用的是空氣-乙炔火焰，高溫元素用氧化亞氮-乙炔火焰。

2.3 單色器

起分離共振線的作用，使共振線聚焦于光電倍增管上。

2.4 光電倍增管

它可以檢出入射光能量強度，其后接放大器和讀出裝置。

2.5 放大器

它將光電倍增管發(fā)出的信號通過解調(diào)放大，轉(zhuǎn)換成對數(shù)信號，提供給記錄系統(tǒng)，這一環(huán)節(jié)包括解調(diào)燈信號放大、對數(shù)轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、量程擴展和曲線校直等部分。

2.6 記錄系統(tǒng)

包括電表讀數(shù)、記錄儀、數(shù)字顯示、數(shù)字打印和電傳打字等。

操作時先吸收空白溶液于火焰中，將儀器調(diào)零，這時對應(yīng)空心陰極燈所發(fā)射出來的光為100%，即吸光度為0（A=0），當(dāng)噴入含有待測元素溶液時，部分光被吸收，這時光強度減弱表頭記錄吸光度值A(chǔ)，用待測元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，由此可以求出未知試樣中該元素的含量。

3 分類

原子吸收分光光度計的分類比較復(fù)雜，從儀器外光路結(jié)構(gòu)形式分類，可以分為單道單光束、單道雙光束和雙道雙光束三種，從原子化系統(tǒng)可以分為火焰原子化和無火焰原子化倆大類，從儀器功能上看，又可分為不扣除背景和智能化儀器三類，現(xiàn)將一些常見儀器類型介紹如下：

3.1 火焰型儀器

1）單道單光束儀器

“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?！皢喂馐笔侵笍墓庠粗邪l(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1 所示。

圖1 單道單光束原子吸收分光光度計光學(xué)系統(tǒng)示意圖

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。國產(chǎn)WYX-1A、WYX-1B、WYX-1C、WYX-1D 等WYX 系列和360、360M、360CRT 系列等均屬于單道單光束儀器。

2）單道雙光束儀器（圖略）

3）雙道雙光束儀器

雙道雙光束型儀器有兩個光源，兩套獨立的單色器和檢測顯示系統(tǒng)。但每一光源發(fā)出的光都分成兩個光束：一束為樣品光束，通過原子化器；一束為參比光束，不通過原子化器。這類儀器可以同時測定兩種元素，能消除光源強度波動的影響及原子化系統(tǒng)的干擾，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，但儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。儀器光學(xué)系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 雙道雙光束型儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖

4）雙道單光束儀器

圖3 雙道單光束型儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖

“雙道單光束”是指儀器有兩個不同的光源，兩個單色器，兩個檢測顯示系統(tǒng)，而光束只有一路。兩種不同元素的空心陰極燈發(fā)射出不同波長的共振發(fā)射線，兩條譜線同時通過原子化器，被兩種不同元素的基態(tài)原子蒸氣吸收，利用兩套各自獨立的單色器和檢測器，對兩路光進行分光和檢測，同時給出兩種元素的檢測結(jié)果。這類儀器一次可同時測定兩種元素，并可進行背景吸收的扣除。這類儀器型號有日本島津AA－8200 型和AA－8500 型等。儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

此外，還有多道雙光束型儀器，可用來對三種或三種以上元素進行同時測定，目前美國PE 公司推出的SIM6000 多元素同時分析原子吸收光譜儀，以新型四面體中階梯光柵取代普通光柵單色器，獲取二維光譜。以光譜響應(yīng)的固體檢測器替代光電倍增管取得了同時檢測多種元素的理想效果。

3.2 無火焰原子化型儀器

1）高溫石墨爐原子化裝置儀器

2）低溫原子化裝置儀器

3.3 塞曼效應(yīng)扣背景儀器

1）光源調(diào)制型儀器

2）吸收線調(diào)制型儀器

3.4 自吸效應(yīng)背景校正儀器（略）

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