原子吸收分光光度计.ppt

原子吸收分光光度计 姜晓妍 北京北分瑞利分析仪器(集团)有限公司 应用支持部 2011年7月 主要内容 v公司简介 v原子吸收分光光度计基本原理和应用领域 v原子吸收分光光度计的结构 v原子吸收分光光度计条件的选择以及日常 维护和简单故障排除 v我公司的原子吸收分光光度计 v我公司的其它产品 北分瑞利集团 v北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司， 是由原国有大型企业北京分析仪器厂（中国第一 家分析仪器厂）、北京瑞利分析仪器公司（北京 第二光学仪器厂）组建而成的集团公司。共有10 余个分公司、子公司，2个中外合资公司，总资产 近5亿元。是中国规模最大的分析仪器专业制造商 。 n 中国分析仪器制造业的发祥地； n 我国第一批商品化质谱、红外、气相色谱仪和原子吸收仪 器的诞生地； n 目前主要生产色谱、光谱、过程分析仪器、有毒有害物质 报警监测系列、水质和烟气分析等系列产品和标准气、氦气 等气体产品； n 在业内率先通过ISO9001，ISO14000，OHSAS18000质量 体系认证； n 原子吸收 (GB/T 21187-2007)、原子荧光(GB/T 21191- 2007) 、傅里叶红外光谱等国家标准起草单位。 公司简介 集团最新动态 v对生产线进行了现代化改造 v2010年1月1日，北分瑞利集团整合原北分色谱中 心和北京瑞利分析仪器有限公司的优势资源，成 立了200人的营销体系。 v销售人员近百人，可以销售公司全线产品（原吸 、荧光、红外、紫外、光电直读、一米光栅、气 相色谱、液相色谱） 集团最新动态 v售后服务部60余人 可以达到24小时响应，48小时到位。 员工均为从业五年以上的资深售后服务工程师 高级技师两人，90%以上拥有大专及以上学历 v新成立的应用支持部有20余人 主要负责为用户提供整体解决方案、分析方法开发、培训 等 在原有应用实验室的基础上 集团投资1500万 人员均为分析化学相关专业，本科及以上学历 50%的员工拥有硕士及硕士以上学历 现代原子光谱的分类 现代原子光谱的分为 原子吸收光谱 原子荧光光谱 原子发射光谱 原子吸收光谱包括 : 火焰原子吸收 FAAS 石墨炉原子吸收 GFAAS 氢化物原子吸收 HGAAS 火焰原子发射 FAES 原子吸收的历史 v原子吸收光谱的研究起源于对太阳光的观 测 。1802年渥拉斯通发现太阳光谱中存在 许多黑线，以后弗兰霍夫详细研究了这些 现象，但未阐明原因 。 v1860年柯尔希霍夫 解释了产生黑线的原因 由于大气层中的蒸气组分吸收了太阳 辐射的某些波长的电磁波所造成的 太阳光 暗 线 原子吸收定律 当元素灯发射的与被测元素特征波长相同的光穿过 一定厚度的原子蒸气时 ,光的 一部分被原子蒸气 吸收 , 测定其特征谱线被基态原子吸收后的辐射 强度 . T = It / Io 当浓度为 C 光程长度为 L ,由 实验得出以下关系式 A = -LogT = - Log It / Io = aLC A 吸光度 a 吸收系数 C 浓度 L 有效光程长度 出现商品化的原子吸收光谱仪 vAAS自身有一个发展过程，从1955年澳大利亚科 学家AWalsh（威尔茨）发表AAS分析论文后， 开创了火焰原子吸收光谱分析法（FAAS）。 v其后1959年前苏BOB(LVOV)李沃夫又创 建石墨炉原子吸收法（GFAAS），1968年经过德 国学者麦斯曼（HMaSSMann）设计出第一台石 墨炉原子吸收仪。 v从1955年到现在走过50多年路程，经过不断改进 和发展创新，AAS已成为现代分析测试重要手段 之一。 原子吸收分光光度计的一般结构 光源系统 原子化系统分光系统 检测系统 显示系统 元素周期表 1、灵敏度高、检出限低FAAS可检测出xx ug/ml（ ug/g） GFAAS可检测出xx ng/ml（ ng/g） 。 2、精度高：FAAS相对标准偏差 1%（国标），近年已达 到0.5%，好的仪器达到0.3%。GFAAS仪也达到 5%， 一般在4%，HG（氢化法）达3%-4%。 3、干扰少：（抗干扰能力强），光源和电路干扰很少，主 要干扰来自一些化学干扰。 原子吸收的分析特点 4、速度快：FAAS一般可测50-60个样品/小时。 5、应用范围广：理论上可检测70种元素，日常可测（定量 ）元素为35-40种；如 Cu，Pb，Zn,Fe,Co,Ni,Mo, Al,Ca,Mg,K,Na,Li,Sr,Ba, Cr,Mn,Sn,As,Sb,Bi,Cd,Au,Ag,Pt,Pd,In,Tl,V,Hg。其中Ba, Mo.Sn,Al,Cr适用氧化亚氮-乙炔火焰或富氧火焰，冷原子 吸收可测Hg,GFAAS可检测Ti,V,个别稀土元素及Be, Se, Te,Ce。但是W,Nb,Ta,B,Zr是属于比较难检定高温元素。 6、用样品量小：FAAS法：3-6ml/min，GFAAS法用5-20l （一般多用 10-20l）. 7、设备相对简单，易操作，仪器一般都带有数码显示或PC 机。自动化程度较高、省时省力。 由于AAS经过50多年发展，已趋向成熟，在我 国国民经济各部门广泛应用着，从过去在冶金、地 质、机械，厂矿和科研院校等已经推广到材料科学 ，生命科学，环境科学甚至航天事业多学科领域。 （1）在地质、冶金、材料领域应用，如：岩矿有色 金属，黑色金属及其产品，煤炭业。 （2）在石油化工和轻工领域应用：如，原油及其加 工产品，附产品、油料，油漆，石腊、沥青， 化工产品如催化剂，漂白剂，精细化工，化妆 品，塑料，陶瓷，玻璃，纺织品、电镀液。 原子吸收的主要应用领域 （3）农业上应用：如土壤，化肥，杀虫剂。农 产品：麦、稻、谷物、甘蔗、棉花、麻、 糖、酒、佐料（油料）。 （4）在食品安全中应用：植物-蔬菜、水果， 茶叶。动物-鱼、肉、海产品。 （5）在生物医药卫生:保健品，成品中药等, 医 学上生物组织，尿、血、毛发、内脏，公 安屍体检查毒物。 （6）在环境保护领域应用：水样（自来水、海 水，河水，地下水，矿泉水、排放水污水 等）空气，漂尘，固体废毒物（垃圾中有 害物）。 一、AAS仪的结构及各部分主要功能 AAS仪的结构现可分为五部分，激发光源，原 子化系统，分光系统（单色器），检测与控制系统 ，数据处理系统。附助结构有冷却系统，自动进样 系统，背景校正系统等。 1、激发光源：现在一般用空心阴极灯 芋 2、原子化系统 作用：产生被测元素基态原子(气态)。 2.1火焰法：由燃烧器（头），雾化室、雾化器，撞击球（ 紊流器）组成：（a）、燃烧头单缝，缝宽一般为0.5mm， 长度有50和100mm两种（0.550和0.5100mm2）有不锈钢 （旧仪器），钛钢或全钛。（b）、雾化室：一般预混型， 内有非亲水塑料作衬里。（c）、雾化器：有不锈钢制，国 内以玻璃吹制成外加钢套的。（d）、撞击球，由玻璃制成 型，近年有用陶瓷制成型。（e）、紊流器，国内很少用， PE公司等国外公司较常用。国外最近几年推出高效雾化器 ，虽然有优点，由于价格较高，推广应用不广泛。 2.2 无火焰法：以石墨炉HGA为主（MassMann型），现 代仪器分为纵向加热和横向加热附件有石墨管（热解管，涂 层管，平台管），石墨锥体和冷却系统。 3、分光系统（单色器） 作用：分出被测元素谱线（共振线） 由入射狭缝、反射镜、复制光栅、准直镜、出射狭 缝组成。 3.1 狭缝：一般用光谱通带表示 光谱通带=线色散率倒数机械窄缝角度。 3.2光栅：（1）一般采用复制光栅，有1200条刻线 /mm，1440条/mm，1800条/mm 4、检测与控制系统 4.1 检测系统：作用用来完成由光的信号转换成电信号，一 般用光电倍增管来完成。如：R456，R7154，R955、R928 ，R166等。 4.2 控制系统：作用主要通过仪器内部的单片机或外接PC机 的软件控制和协调仪器各部操作（动作），如控制调整（节 ）灯电流，各种气体流量，原子化温度，燃烧器位置和灯的 位置调整，波长调整等。 5、数据处理系统，通过仪器内部单片机或外接PC机实现 对信号的处理，如积分，数字连续测定平均值，峰高和峰面 积的计算，相对标准偏差RSD或SD计算，工作曲线线性拟合 ，打印报告等。 AAS法分析条件的选择 1、分析线的选择：一般选用“主灵敏线”或干扰小谱线 。含量较高，可选择次灵敏线，如Cu选327.4nm， Na330.2，589.5线，K766.9线，Pb一般不用217.0线，因 它Sb217.6线可能重叠，选分析线必须避免谱线重叠，如 ：Fe248.3线与Pt247.6线可能重叠，Au242.8线与 Co242.5线可能重叠，还要考虑稳定性等因素。 2、光谱通带选择：如果要得到好的信噪比和稳定性， 一般选用0.4nm，Fe、Ni、Mn个别元素应选用0.2nm，检 查或验收仪器一般用0.2nm，现代AAS仪一般有4-5档次光 谱通带。 3、灯电流选择：从灵敏度角度考虑应用低灯 电流，从稳定性考虑可以用较高电流，同时要注 意考虑仪器负高压的高低。国内与国外电源供方 式不同,应适当地改变灯电流，一般国产仪器用的 灯电流较小（占空比为1：4）如2-4mA,国外用的 灯电流较大，如8-30mA，灯电流过大往往降低灵 敏度，HCL寿命会缩短，一般采用HCL标签给出 灯电流40-60%。 4、火焰的选择 火焰有贫燃火焰（燃助比约1：6）适用于一 些高熔点金属如：Ag、Pd、Pt、Rh、Ga、In等测 定。 化学计量火焰（中性火焰）（燃助比约1:4） 常用的分析火焰。适用于不易在火焰中形成氧化 物的元素等元素的测定。 富燃火焰：（1:3）对于易形成氧化物的元素 用这种火焰原子化较为有利 。例如Cr、Ba、Mo、 A1等元素。 富氧或氧化亚氮乙炔火焰，必须在富燃情况 下工作，适用于Al、Ba 、Ca、Mo、Sn等元素的 测定，氧化亚氮（N2O）具有一定危险性。富氧 火焰较氧化亚氮火焰易操作，某些技术性能较氧 化亚氮火焰好（见表） 表 富氧-空气乙炔火焰与其它火焰的特征浓度比较 元素波长（nm ） 富氧空气-乙炔氧化亚氮乙炔空气乙炔 Ca422.70.0090.0080.07 Yb378.80.0370.087.6 Eu459.40.1370.33.0 Al309.30.40.5- Sr460.70.0160.020.15 Ba553.50.10.410.0 Mo313.30.150.250.8 W255.13.25.0- Ga287.40.40.81.3 Sm429.72.928.5 La550.137.235.0 Sn224.60.81.050 5、火焰高度的选择，原则以光通过中间薄 层区为好。 石墨炉原子吸收分析条件的选择 石墨炉的原子吸收分析有关灯电流，光谱通带， 分析线选择原则与火焰法相同，不同点是于石墨炉 中石墨管孔径小，光损失大，石墨管热辐射强，通 常使用较窄光谱通带宽和低光栏，GFAAS操作步骤 有干燥，灰化，原子化，净化，清除，冷却。 1、石墨锥和石墨管清洁，除去沉积物。 2、新石墨管的预热处理，新管建议从室温逐级 升温到2700，在使用热解涂层管时，石墨管预先 在2700灼烧3次每次10秒，非涂层管在2700灼 烧处理4次，每次10秒。 3、空烧管：除去空白，按操作程序，在不加 样品情况下连续加温操作3次直至待元素在管内“空 白”接近“零”。 4、干燥处理：是低加热第一步，一般水溶液 选择90-120范围，有机物（如MIBK）选择110- 120，为了避免样液暴沸或飞溅，干燥分两步进 行。最好选用斜坡升温方式干燥。 5、灰化处理，这是个重要步骤，灰化温度要 保证被测元素不损失的最高温度，可一定程度降低 基体干扰，灰化温度最好通过实验确定。 6、原子化温度和时间的选择 原子化温度是由元素及其化合物的性质来决 定，根据原子化温度的高低可分三个类型。 A、低温原子化元素一般在2000 -2300 ，例如Ag 、Pb、Cd。 B、中温原子化元素一般在2000-2500， 例如Al 、Cr、Co、Fe。 C、高温原子化元素一般大于2500，例如 Ba 、Mo。 最佳温度需要通过实验来确定，原子化时间 一般3-4秒（最好与积分时间匹配），高温元素为 4-6秒，时间过短有被测元素残现象。 7、净化（清除），净化温度必须设定与原子 化相同或高于原子化温度100-200，热净化温度 应控制3-5秒。 8、冷却：一般用循环水（最好不要自来水， 使用冷却循环水机）冷却20-30即可，冷却时间 要保持20秒左右。 9、保护气的选择，最好用高纯氩气（Ar）， 气体流量根据仪器不同，其流量大概在600- 1000ml/min，有时为了提高灵敏度，在原子化时 间内进行停气。降低自由原子的扩散，延长自由 原子在吸收区停留时间，使用氮气（N2）在高温 时，它与石墨碳反应生成CN分子，产生分子发射 和背景吸收，应尽可能不同氮气。 仪器的使用环境和维护方法 1、仪器标实验室环境 1.1 室温15-30 1.2 湿度75% 1.3 电压FAAS法单相220V 50-60Hz GFAAS 石墨炉电源功率6000W，与仪器及 计算机分相 2、性能测试 仪器技术性能的好坏直接影响分析结果的可靠 性。无论是新购置的仪器还是经过长期使用的仪器 ，都必须进行全面的性能测试，并做出综合评价。 测试的主要项目有波长指示值误差、波长指示值重 复性、分辩率、基线稳定性、边缘能量、火焰法测 定及石墨炉法测定的检出限、背景校正能力以及绝 缘电阻等。各种项目技术的指标和检测方法可参照 国家技术监督局颁布的原子吸收分光光度计检定规 程（JJG694-90）,或用厂商商定的标准验收。 3、使用与维护 对一台从未使用过或新的仪器，在动手操作之前，必须认 真阅读仪器使用说明书，详细了解和熟练掌握仪器各部件的功 能，严格按照仪器说明书给出的方法操作。在使用仪器的过程 中，最重要的是注意安全，避免发生人身、设备事故。使用火 焰法测定时排放废液管必须有水封装置，要特别注意防 止回火，特别注意点火和熄火时的操作顺序。点火时一定要先 打开助燃气，然后再开燃气；熄火时必须先关闭燃气，待火熄 灭后再关助燃气。新安装的仪器和长时间未用的仪器，千万不 要忘记在点火之前检查气路是否有泄露现象，使用石墨炉时， 要特别注意先接通冷却水和氩气、确认冷却水和氩气正常后再 开始工作，仪器的日常维护保养是不容忽视的。这不仅关系到 仪器的使用寿命，还关系到仪器的技术性能，有时甚至直接影 响分析数据的质量。 仪器的日常维护与保养是分析人员必须承担的职责。这项 工作，归纳起来大体上有如下几个方面： 1）应保持空心阴极灯灯窗清洁，不小心被沾污时，可用酒精 +乙醚（1:3）擦拭。空心阴极灯用完，冷却后，放好。 2）定期检查供气路是否漏气。检查时可在可疑处涂一些肥皂 水，看是否有气泡产生，千万不能用明火检查漏气。 3）在空气压缩机的送气管道上，应安装气水分离器，经常排 放分离器中集存的冷凝水。冷凝水进入仪器管道会引起喷雾不 稳定，进入雾化器会直接影响测定结果。 4）经常保持雾室内清洁、排液通畅。测定结束后应继续喷水 5-10min，将残存的试样溶液冲洗出去。 5）燃烧器缝口积存盐类，会使火焰分叉，影响测定结果。遇 到这种情况应熄灭，火焰冷却后用滤纸插入缝口擦拭，也可以 用薄刀片插入缝口刮除，必要时也可用水冲洗。 6）测定溶液应彻底澄清或经过过滤，防止堵塞雾化器。金 属雾化器的进样毛细管堵塞时，可用软细金属丝疏通。对于 玻璃雾化器的进样毛细管堵塞，小心拆卸下来用水或稀酸浸 泡清洗。但不能用软细金属丝疏通。 7）不要用手触摸外光路的透镜。当透镜有灰尘时，可以用 洗耳球吹去，必要时可用镜头纸擦净。 8）单色器内的光栅和反射镜多为表面有镀层的器件，受潮 容易霉变，故应保持单色器的密封和干燥。不要轻易打开单 色器。当确认单色器发生故障时，应请专业人员处理。 9）长期使用的仪器，因内部积尘太多有时会导致电路故障 ；必要时，可用洗耳球吹控或用毛刷刷净。处理积尘时务必 切断电源。 10）长期不便用的仪器应保持其干燥，潮湿季节应定期通电 。 4、紧急情况处理 工作中如遇突然停电，应迅速熄灭火焰。用石 墨炉分析，应迅速关断电源。然后将仪器的各部分恢 复到停机状态，待恢复供电后再重新后在重新启用。 进行石墨炉分析时，如遇突然停水，应迅速停止石墨 炉工作，以免烧坏石墨炉。 进行火焰法测定时，万一发生回火，千万不要慌张， 首先要迅速关闭燃气和助燃气，切断仪器的电源 。如果回火引燃了供气管道和其它易燃物品，应立即 用二氧化碳灭火器灭火。发生回火后，一定要查明回 火原因，排除引起回火的故障。在未查明回火原因之 前，不要轻易再次点火。在重新点火之前，切记检查 水封是否有效，雾化室防爆膜是否完好。 第二节 原子吸收的简单维护 常见问题列表 v调整波长 v更换保险 v乙炔钢瓶压力的调整 v正确建立水封 v更换雾化器 v吸液管堵塞的处理方法 v空气流量计进水的排除 v燃烧缝的清洁 v雾室的日常维护 电路故障的简单排除 v更换高压块 v元素灯发光不正常时的处理办法 v软件故障的处理 v打印异常的处理办法 调整波长 v一般均为波长平移。使用铜灯3mA灯电流 ，负高压250，从320nm330nm缓慢调波 长手轮，找到324.7和327.4两个波长理论 峰值，用对应的波长实际显示值分别与两 个理论值相减，得到波长误差，（两个误 差应相等，为矢量，可正可负）。然后再 测量其他元素时将此误差加上被测元素的 理论波长就得到被测元素的实际波长，将 波长调到实际波长即可 更换保险 v当仪器开关打开后没有任何显示时。断电 后更管仪器背后的3A保险管； v当仪器显示正常，但是元素灯开关打开后 两支元素灯都不亮。断电后更换仪器背后 的元素灯0.5A保险管； v当仪器显示正常，但是氘灯开关打开后氘 灯不亮。断电后更换仪器背后的氘灯0.5A 保险管。 乙炔钢瓶压力的调整 v必须先检查乙炔瓶的出口压力是否符合要 求。使用时右侧为总表，压力在0.2MPa以 上。如果总表压力在0.2MPa以下，则需要 更换乙炔气，否则丙酮可能会流入仪器。 左侧为出口压力表，一般为0.05-0.1MPa ，可以调左侧的出口压力旋扭调节，如果 在0.05-0.1MPa之间，则不用再调 。 正确建立水封 v每次点火前应检查水封管内是否有水且水 封管是否排液通畅！如果没有，应向水封 管内注水，自来水即可。注水的原则是保 证水封管内的水有一段横截面体积！水封 管不要插进废液中，防止二次水封可能导 致的排液不畅 。 更换雾化器 v 1. 将紧固喷雾器座的四个螺钉及小弯角卸下来。 v 2. 轻轻的将喷雾器前面的撞击球取下来。 v 3. 捏住喷雾器后部的金属座，慢慢地取出喷雾器。若要清 洗，可将喷雾器的玻璃部分放入酸中浸泡。 v 4. 清洗后或新的喷雾器按照上面从3到1的顺序轻轻地装好 v 注意事项： v 1）装喷雾器时，要将连接撞击球的拐脖部分转至下方， 否则影响仪器稳定性。 v 2）往雾室上紧固喷雾器座的四个螺钉时，请注意不要将 其上的密封圈漏掉，并且四个螺钉一定要均匀拧紧，防止 漏气回火 吸液管堵塞的处理方法 v在测量时，会发现吸液管在放入溶液中时与没有 放入溶液中时的火焰颜色及声音都不一样。如果 发现吸液管在放入溶液中时与没有放入溶液中时 的火焰颜色及声音都一样时，则可能是吸液管前 端的限流管堵塞，可以拿下限流管疏通或更换限 流管。（注意！：为了尽量避免限流管堵塞，样 品，特别是待测样品，样品消解前处理应尽量使 待测样品的溶液清澈透明，无混浊。）吸液管后 端要插在雾化器的进样管上。如果不慎拔下，再 插上即可。 空气流量计进水的排除 v到仪器背后，拧下仪器气路箱的两个螺钉 ，从仪器前面打开气路箱，拧下空气流量 计上方的锁紧螺母，拔掉气路管，打开空 气压缩机，用手堵住空气流量计上方的出 气口，再松手，反复数次，即可将水排出 燃烧缝的清洁 v燃烧器的燃烧缝，应点燃出均匀的火焰， 如果火焰不均匀，出现明显的长期的不规 则变化，这表明缝中有沉积物堵塞。清洁 的办法是开启空压机吹入空气，同时用单 面刀片沿缝细心刮，利用空气将刮下的沉 积物吹掉。注意不要把缝边刮坏，也可用 腐蚀性皂液清洗，把沉积物洗掉。 雾室的日常维护 v 取下燃烧缝，每次用50ml去离子水从雾室上颈口灌入，让 水从废液管排走，多次这样冲洗即可。如仍不能达到清洁 雾室的目的，用表面活性剂溶液清洗，然后用去离子水冲 洗。如果仪器将在一段时间内暂停工作，应擦净雾室内的 液滴。 v 1）不要用力冲击或扭掰雾室和喷雾器座。 v 2）拆卸喷雾器座应轻拿轻放，