王青麗，南君芳，張恩華，蘇晨曦，孫利寧

（國(guó)投金城冶金有限責(zé)任公司，河南靈寶 472500）

眾所周知，自從原子吸收光譜儀問(wèn)世以來(lái)，最早的原子化器就是火焰原子化器，到目前為止，該類型原子化器仍然被廣泛地應(yīng)用于冶金、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)、化工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，是使用時(shí)間最長(zhǎng)、技術(shù)上最成熟、應(yīng)用范圍最廣的原子化方法［1］?；鹧嬖游展庾V法中，原子化器條件的選擇與調(diào)節(jié)會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度、靈敏度產(chǎn)生很大的影響，而在實(shí)際操作中，很多分析人員往往忽視原子化器條件的優(yōu)化，僅僅采用儀器廠家最開(kāi)始提供的參數(shù)，造成檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度不好。作者在長(zhǎng)期操作原子吸收光譜儀器過(guò)程中，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，文章從火焰原子化器的組成結(jié)構(gòu)及性能、影響火焰原子化效率的因素、火焰原子化條件的優(yōu)化三個(gè)方面進(jìn)行了闡述，總結(jié)了火焰原子化器條件優(yōu)化的方法，僅供讀者參考。

1 火焰原子化器的組成結(jié)構(gòu)及性能

原子化器的作用是將試樣中的待測(cè)元素轉(zhuǎn)化成原子蒸汽?；鹧嬖踊饔蓢婌F器、霧化室和燃燒器三部分組成。

1.噴霧器。噴霧器的作用是將試液吸入并將其高速噴出形成霧滴。試液沿毛細(xì)管吸入再噴出，被快速通入的助燃?xì)夥稚⒊蓺怏w膠體，形成約10μm的霧滴。霧滴越細(xì)其越易干燥、熔化，氣化生成自由原子蒸汽就越多，測(cè)定靈敏度也就越高。

2.霧化室。霧化室的作用是使氣、液混合均勻。燃?xì)猓–2H2）在霧化室內(nèi)與試液的細(xì)小霧滴混合，霧化室內(nèi)部安裝的擾氣葉輪，既可使氣、液混合均勻，也可使大的霧滴凝聚后從帶有水封的廢液排出口排出（水封可防止C2H2、Air逸出）。霧化室的記憶效應(yīng)要小，廢液排出要快。

3.燃燒器。燃燒器的作用是使樣品原子化。被霧化的試液進(jìn)入燃燒器，在燃燒的火焰中蒸發(fā)、干燥形成氣固態(tài)-氣溶膠霧粒，再經(jīng)熔化、受熱離解成基態(tài)自由原子蒸氣，原子化效率約為10%。

2 影響火焰原子化效率的因素

影響火焰原子化效率的因素較多，主要考慮以下幾點(diǎn)：火焰類型、樣品提升量、霧化效率、燃燒器位置。

3 火焰原子化條件的優(yōu)化

3.1 火焰類型

選擇合適火焰不僅能提高測(cè)定的靈敏度和穩(wěn)定性，還可減少干擾。選擇的一般原則是：對(duì)易電離、易揮發(fā)的元素及易與硫化合的元素可使用低溫火焰，對(duì)難揮發(fā)和易生成氧化物的元素可使用高溫火焰，對(duì)其余絕大多數(shù)元素多采用Air-C2H2火焰［2，3］。為獲得火焰的合適溫度，應(yīng)控制助燃?xì)夂腿細(xì)獾恼１壤ǔ６唧w積比為Air∶C2H2＝3∶1，燃?xì)夂椭細(xì)庾罴蚜髁颗浔纫部赏ㄟ^(guò)繪制吸光度（A）-流量（v）曲線來(lái)確定。

3.2 樣品提升量

3.2.1 樣品提升量的定義

樣品提升量的物理意義即每分鐘噴霧器可以吸入多少毫升的樣品。樣品提升量的大小是直接影響火焰吸光值高低的重要因素之一。大多數(shù)操作者平時(shí)是不太注意這個(gè)量值的，只有到了明顯感到靈敏度下降時(shí)，才會(huì)想起來(lái)檢測(cè)樣品的提升量。

試液提升量受吸液毛細(xì)管的內(nèi)徑與長(zhǎng)度、通入壓縮空氣的壓強(qiáng)、試液的黏度等因素的影響。進(jìn)樣量過(guò)小，產(chǎn)生自由原子的濃度低，自然會(huì)降低測(cè)定靈敏度。若進(jìn)樣量太大時(shí)，消耗的總熱量多，若火焰產(chǎn)生的熱量小于原子化所消耗的熱量，則分析物不能有效地原子化。原子化效率降低，大量試液成為廢液排出。且隨著進(jìn)樣量增加，較大粒徑的氣溶膠量增多，在氣溶膠經(jīng)過(guò)火焰的短時(shí)間內(nèi)，不能獲得足夠的能量完成原子化，對(duì)原子吸收信號(hào)沒(méi)有貢獻(xiàn)，卻又消耗大量的熱量。

由此可見(jiàn)，在一定范圍內(nèi)，增加進(jìn)樣量可以提高測(cè)定的靈敏度，而過(guò)大的進(jìn)樣量，對(duì)火焰產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷卻效應(yīng)，不僅不能提高測(cè)定的靈敏度，反而降低測(cè)定的靈敏度。合適的進(jìn)樣量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行選擇，以獲得最佳吸光度值作為選取進(jìn)樣量的評(píng)定指標(biāo)。進(jìn)樣量一般取5～8 mL／min為最佳。

3.2.2 樣品提升量的測(cè)試方法

樣品提升量檢測(cè)步驟：燃燒器點(diǎn)火后將進(jìn)樣毛細(xì)管插入一只盛滿10 mL去離子水的量筒，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。1 min到時(shí)后，馬上撤出毛細(xì)管并記下剩余液面的刻度，用10 mL初始體積量減去剩余的液量體積量就是樣品提升量。值得注意的是：不同的儀器的樣品提升量是不同的。這個(gè)提升量的范圍一般在儀器使用手冊(cè)中均會(huì)給出。如果沒(méi)有給出，則要在正常的儀器上實(shí)際測(cè)試后記錄備案，以作為今后檢查樣品提升量的參考依據(jù)。

3.2.3 影響樣品提升量的主要因素

1.助燃?xì)獾牧髁渴欠駶M足儀器的設(shè)計(jì)要求。

2.噴霧器的狀態(tài)是否正常，如果噴霧器的毛細(xì)管或者出氣環(huán)被異物堵塞，即便助燃?xì)獾墓┙o正常也會(huì)降低提升量。

3.3 霧化效率

3.3.1 霧化效率的定義

所謂的霧化效率，簡(jiǎn)單地講就是已經(jīng)轉(zhuǎn)換為氣溶膠的樣品量與噴霧器吸入的樣品量之間的百分比值。這個(gè)比值越大，說(shuō)明霧化效率越高。

3.3.2 霧化效率的測(cè)試方法

燃燒器點(diǎn)火后吸入10 mL的去離子水（不限時(shí)，吸凈為止），同時(shí)用另一個(gè)量筒置于燃燒器的廢液排放口處來(lái)承接排出的廢液。最后用總的吸入量減去排出的廢液量后再除以吸入量則為霧化效率。其計(jì)算公式為：

ε＝（吸入量-廢液量）／吸入量×100%

3.3.3 影響霧化效率的因素

有些操作者則往往將樣品提升量和霧化效率混為一談。霧化效率的高低取決于最終進(jìn)入到火焰中的樣品氣溶膠顆?？倲?shù)的多少，而影響氣溶膠顆粒多少的因素有：

1.樣品提升量的多少。對(duì)于同一臺(tái)儀器而言，在相同的單位時(shí)間內(nèi)，吸入的樣品越多，有可能形成氣溶膠的顆粒也就會(huì)越多，這是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。

2.噴霧器毛細(xì)管的出口與撞擊球的垂直對(duì)位切點(diǎn)是否為撞擊球直徑的一端。目前絕大部分儀器的霧化器已經(jīng)采用噴霧器與撞擊球二者一體化的結(jié)構(gòu)了，所不同的是撞擊球和噴霧器的材質(zhì)不同而已。嚴(yán)格地講，這種玻璃材質(zhì)一體化的霧化器的撞擊球還可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)來(lái)達(dá)到最佳的位置。也有噴霧器與撞擊球雖然是固定對(duì)位的但是二者也可隨意分離的霧化器，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗和單獨(dú)購(gòu)買二者其一被損壞的配件。

3.當(dāng)噴霧器毛細(xì)管出口破損時(shí)，所噴出的液霧則會(huì)偏離毛細(xì)管與撞擊球的垂直切點(diǎn)，從而減少了氣溶膠顆粒的總數(shù)，自然也就影響到了霧化效率。

4.撞擊球表面不光潔或者受到污染，造成產(chǎn)生氣溶膠顆?？倲?shù)的減少，不會(huì)得到較高的霧化效率。

5.由于霧化室內(nèi)壁的不潔凈致使已經(jīng)形成的氣溶膠在噴向燃燒頭的過(guò)程中產(chǎn)生“掛壁”現(xiàn)象，而轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟮蔚囊褐槌蔀閺U液，降低了霧化效率。

6.不潔的燃燒縫造成氣溶膠不能完全進(jìn)入火焰中變?yōu)榛鶓B(tài)原子。如果燃燒縫因樣品堵塞而造成總長(zhǎng)度變短或者寬度變窄的話，其霧化效率也會(huì)變差。

3.4 燃燒器

3.4.1 燃燒器前后位置的調(diào)整

1.燃燒器前后位置對(duì)靈敏度的影響。燃燒器的前后位置與光源射出的光束的偏離程度影響著測(cè)量的靈敏度。即便燃燒器的霧化效率再高，產(chǎn)生的基態(tài)原子個(gè)數(shù)再多，如果陰極燈的光軸（光）偏離了與燃燒縫的垂直對(duì)位關(guān)系，也就是說(shuō)陰極燈的光束沒(méi)有完全進(jìn)入到原子蒸汽中去，就不會(huì)產(chǎn)生很高的吸光度，測(cè)量的靈敏度就不會(huì)高。

2.燃燒器前后位置的調(diào)整方法。對(duì)于如何判斷陰極燈光軸與燃燒縫是否對(duì)位，有的儀器會(huì)隨機(jī)附帶一個(gè)光軸與燃燒縫對(duì)位檢查的量具，測(cè)量時(shí)將量具的定位銷子插入到燃燒頭的燃燒縫中，通過(guò)觀察陰極燈的光斑與透光孔是否能形成同心圓來(lái)判定光軸是否與燃燒縫處于相互垂直的狀態(tài)。如果儀器沒(méi)有附帶類似的這種量具，則可以自制一條白紙條并且在白紙條中心位置畫(huà)出一條垂直線，將紙條的垂直線對(duì)位于燃燒縫上，然后觀察陰極燈光斑的中心線是否與紙條的垂直線吻合。

但是上述方法僅僅是一種靜態(tài)的判斷方法并且還有很大的不確定性，燃燒器前后最佳位置的調(diào)節(jié)還是要采用動(dòng)態(tài)方法來(lái)完成。就是燃燒器點(diǎn)火后，吸噴一個(gè)待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后利用燃燒器前后調(diào)整旋鈕調(diào)節(jié)到吸光值最大即可。為了簡(jiǎn)化燃燒器前后調(diào)節(jié)的繁瑣步驟，目前有些儀器廠家已經(jīng)將前后可調(diào)式燃燒器改為前后固定型的了，僅僅保留高低調(diào)整功能。

3.4.2 燃燒器高度的調(diào)整

1.燃燒器高度對(duì)靈敏度的影響。燃燒器的高度就是燃燒縫的水平面與光軸的垂直距離。燃燒器的火焰在不同的區(qū)域的溫度是不同的，而不同的元素由于解離能的不同，因而在火焰里不同的區(qū)域的密度也是不同的。要想得到最大的吸收信號(hào)，就必須讓待測(cè)元素陰極燈的發(fā)射譜線通過(guò)火焰中待測(cè)元素的基態(tài)原子最密集的區(qū)域才成。由于陰極燈的光軸是固定不變的，為此只能改變?nèi)紵髋c光軸的相對(duì)高度才能達(dá)到最佳的吸收值。

2.燃燒器高度的調(diào)整方法。通常的做法是一邊吸入一個(gè)待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，一邊緩緩上下試著調(diào)整燃燒器的高度，同時(shí)觀察信號(hào)值和背景值的變化。燃燒器高度調(diào)整到最佳狀態(tài)的原則是樣品信號(hào)為最大，而背景信號(hào)為最小。

4 結(jié) 語(yǔ)

原子化器是原子吸收光譜儀器最重要和最關(guān)鍵的部件，是直接決定儀器分析靈敏度的關(guān)鍵因素，火焰原子化器條件的選擇與調(diào)節(jié)會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度、靈敏度產(chǎn)生很大的影響。在實(shí)際工作中，只有事無(wú)巨細(xì)，全盤考慮，重視每個(gè)環(huán)節(jié)和每種影響因素，才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。