AAS原理及维护2011

1、火焰原子吸收光谱分析的原理和应用火焰原子吸收光谱分析的原理和应用Steven Gao2011.83 原子吸收光谱分析是一种利用原子对光辐射产生吸收进行定性、定量分析的原子吸收光谱分析是一种利用原子对光辐射产生吸收进行定性、定量分析的光谱分析方法光谱分析方法, ,它所研究的是原子对某特定频率且强度固定的辐射产生吸收后其强它所研究的是原子对某特定频率且强度固定的辐射产生吸收后其强度的变化度的变化, ,通过其变化与试样浓度之间的关系来确定组分的浓度通过其变化与试样浓度之间的关系来确定组分的浓度. .如果光源强度为如果光源强度为I I0 0, ,则吸收后信号为则吸收后信号为I,I,光强度的变化为光强度

2、的变化为I Ia a= I= I0 0-I-I，其与被测浓度的关系式符合朗伯，其与被测浓度的关系式符合朗伯- -比尔定律比尔定律. .原子吸收的基本原理朗伯朗伯- -比比尔尔定律定律A = axbxc其中其中:A = 吸收度吸收度a = 吸收常吸收常数数b = 光光径长径长度度c = 样样品品浓浓度度对对已知已知样样品品与与特定特定仪仪器而器而言言a和和b是常是常数，数，因因此此 : A = k c00.08123ConcAbs4原子吸收光谱分析的工作原理5原子吸收光谱分析的基本结构产产生含有被测生含有被测元素特征波长元素特征波长的光线。常见的光线。常见的有空心阴极的有空心阴极灯（灯（HCLH

3、CL）、）、无极放电灯（无极放电灯（EDLEDL）、和超）、和超强度灯。强度灯。将将样品中被测样品中被测元素转化成原元素转化成原子蒸汽，使试子蒸汽，使试样原子化的方样原子化的方法有火焰原子法有火焰原子化法和无火焰化法和无火焰原子化法。原子化法。将将光线导入原光线导入原子蒸汽并将出子蒸汽并将出射光导入单色射光导入单色器。器。单色单色器（光栅）器（光栅） 将元素灯所产将元素灯所产生的特定被分析元生的特定被分析元素的特征波长从其素的特征波长从其它非特征波长中分它非特征波长中分离出来离出来。检检测器的作用测器的作用是将单色器分是将单色器分出的光信号进出的光信号进行光电转换。行光电转换。通常使用的光通常

4、使用的光敏检测器是光敏检测器是光电倍增管。电倍增管。将将检测器的相检测器的相应值转换成有应值转换成有用的分析测量用的分析测量值。值。6AAS、AES和AFS的联系与区别AAS是测量是测量基态原基态原子对外界辐射的吸子对外界辐射的吸收收AES是测量是测量被激发被激发态原子自身发射态原子自身发射的的强度强度AFS则是基态原子则是基态原子在在外界辐射的作用外界辐射的作用下下被激发被激发,然后回然后回到基态所发射的谱到基态所发射的谱线强度线强度三个方法具有相似性三个方法具有相似性,都要有原子化器都要有原子化器,都需都需要在外界能量的作用下要在外界能量的作用下,原子在高低能级之原子在高低能级之间产生跃间

5、产生跃迁。迁。AES可以从可以从各个各个方向方向进行测量进行测量AAS只能只能在光源在光源的的180度度方方向进行向进行测量测量AFS必须在与光必须在与光源源成一定的角度成一定的角度上上才能测量才能测量7 氘灯背景校正也称为连续光源扣背景技术，其利用的是氘氘灯背景校正也称为连续光源扣背景技术，其利用的是氘灯光谱的灯光谱的连续性连续性和和HCL的的锐线锐线特性特性氘灯背景校正的原理 氘灯氘灯发射的连续光谱经过单色器的出光狭缝后，出射带宽约为发射的连续光谱经过单色器的出光狭缝后，出射带宽约为 0.2nm 的光的光谱通带（带宽取决于狭缝宽度和色散率）谱通带（带宽取决于狭缝宽度和色散率） 空心阴极灯空

6、心阴极灯发射线的宽度一般约为发射线的宽度一般约为0.002nm； 工作原理：工作原理：当被测元素的发射光线进入原子化器时，原子当被测元素的发射光线进入原子化器时，原子化器中的基态分子和被测元素的基态原子都对它进行吸收化器中的基态分子和被测元素的基态原子都对它进行吸收，通过原子化器以后输出的是，通过原子化器以后输出的是分子吸收和原子吸收的总和分子吸收和原子吸收的总和。分子吸收就是背景吸收分子吸收就是背景吸收。当氘灯信号进入原子化器，氘。当氘灯信号进入原子化器，氘灯的宽带背景吸收要比待测元素灯的窄带原子吸收大很多灯的宽带背景吸收要比待测元素灯的窄带原子吸收大很多倍，因此原子吸收和分析吸收相比，原子

7、吸收可以忽略不倍，因此原子吸收和分析吸收相比，原子吸收可以忽略不计，认为从原子化器输出的只是计，认为从原子化器输出的只是背景吸收背景吸收，最后通过测量，最后通过测量和分析得到扣除背景后的分析结果。和分析得到扣除背景后的分析结果。8原子化器的原理AAS中最核心中最核心的问题是如何的问题是如何使试样原子化使试样原子化?火焰火焰/石墨炉原子化器石墨炉原子化器的功能是提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化干燥、蒸发和原子化。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。较高的温度和良好的还原气氛.同时干扰少.原子停留时间长.操作简单及低的干扰水平等。操作简单及低的干扰水平等。必须具有足够高的原

8、子化效必须具有足够高的原子化效率率必须具有良好的稳定性和重现形必须具有良好的稳定性和重现形火焰原子化火焰原子化电加热电加热(石墨炉、氢化物发生石墨炉、氢化物发生)化学反应化学反应(冷原子化测汞冷原子化测汞)AAS中最核中最核心的问题是心的问题是如何使试样如何使试样原子化？原子化？氢化物法氢化物法/冷原子化法冷原子化法是利用还原剂将待测元素还原成气态氢化物还原成气态氢化物,在不太高的温度下分解产生出被测元素的基态原子来,或被测元素直接被还原成原子蒸气.9原子化器的原理 火焰原子化火焰原子化简单简单,快速快速,稳定稳定,是普遍采用的方法。是普遍采用的方法。n 空气空气-乙炔乙炔火火焰焰的温度可达到

9、的温度可达到2500K,能测定的元素有能测定的元素有30多种。但不多种。但不适用于适用于Al、Si、Ti、Ba、Mo等等高温高温元素。元素。n 笑气（笑气（N2O）-乙炔火焰乙炔火焰的温度接近的温度接近3000K,许多空气乙炔焰不能测许多空气乙炔焰不能测定的元素可用这种火焰。定的元素可用这种火焰。 笑气具有一定的麻醉作用，笑气具有一定的麻醉作用，操作时应注意安全（笑气操作时应注意安全（笑气-乙炔焰必须使乙炔焰必须使用专用燃烧头，切不可与空气用专用燃烧头，切不可与空气-乙炔混用）。另外乙炔混用）。另外,这种火焰的灵敏这种火焰的灵敏度低度低,稳定性较差。稳定性较差。 10原子化器的原理 火焰原子化

10、法中，常用的是预混合型原子化器，它是由雾化器、雾化室和燃烧器三部分组成。它是将液体试样经喷雾器形成雾粒，这些雾粒在雾化室中与气体（燃气与助燃气）均匀混合，除去大液滴后，再进入燃烧器形成火焰。此时，试液在火焰中产生原子蒸气。 试样在火焰中经历的过程是十分复杂的,既有物理过程,又有化学过程。总体来说,在火焰温度下,试样经历了干燥,熔融,挥发和原子化,同时还有激发和电离过程。由于火焰气体的速度达1000cm/s,这个过程需要在几毫秒内完成。11火焰原子化器的安装及维护首先，将原子化器组件从仪器上移出。1. 熄灭火焰，关掉气体，关闭仪器电源。让燃烧器头冷却。打开燃烧器室门。2. 拆掉排液管，拔掉排液联

11、锁连接器。3. 定位燃烧器组件上的锁定销，向上拉打开控制杆。4. 向前推控制杆，释放燃烧器组件。5. 向外滑动组件，将燃烧器组件放置在工作台上 12原子化器的分解与清洁1. 当小心地拉和钮转燃烧器头时，按住点火箱上的保险栓的突出部，直到燃烧器头离开燃烧器室。2. 旋开定位环，拔出燃烧器密封圈。3. 提起雾化器压板，小心地顺时针旋转雾化器臂（轻轻地）向外滑出雾化器。将它放在一边。4. 如果觉得需要从燃烧器室上完全拿掉端盖，继续执行56步。否则，松开固定燃烧器端盖的4个指旋螺钉，小心地让端盖悬垂下来（不必分开任何软管）。转到第8步。5. 完全拿掉燃烧器端盖，用“双扳手”方法（一把扳手固定雾化器接头

12、，另一把转动压合接头），从燃烧器端盖上，分开辅助氧化剂软管和燃料管。13原子化器的分解与清洁6. 松开4个固定端盖和燃烧器室的指旋螺钉，小心地拿掉端盖。7. 从燃烧器室里拿出扰流器。8. 松开两个固定燃烧器室和金属板到燃烧器组件上的指旋螺钉（在图上能看到在燃烧器室下的一个指旋螺钉）。从组件上提起燃烧器室和金属板。9.清洗燃烧器室。把部件放在超声波清洗器里，并且让它们浸透在清洁剂溶液里，直到完全洗干净。10.拿出来，用去离子水冲洗并凉干。14雾化器的分解与清洁1.关闭光谱仪和所有气源。2.提起端盖弹簧压板。3.逆时针旋转并轻轻地将雾化器从燃烧器端盖里拉出4.从端盖上拿走雾化器后，小心地从雾化器侧

13、臂上，拿掉雾化器气源管（标记为NEB）：5.首先松开连接螺母6.然后，一手拿着雾化器组件，一手摇动气源管，当从雾化器侧臂端部毛刺上拿下管子时，小心地处理。7.拿掉撞击球，如果使用撞击球垫圈，最好拿掉它。8.拧开毛细管。9.拧掉调节螺母和锁紧环。10.从雾化器主体上拿掉毛细管组件。15雾化器的分解与清洁安装撞击球安装撞击球拿住撞击球底座，小心地推到文丘里管前面的雾化器主体上。然后握住底座，顺时针旋转大约1/8圈，直到停止。拿掉撞击球拿掉撞击球握住撞击球底座。逆时针旋转大约1/8圈，小心地从雾化器主体组件上，把它提起。安装垫圈安装垫圈雾化器组件可选择使用或不使用垫圈。不使用垫圈，对空气乙炔元素能得

14、到最大的灵敏度。16雾化器的分解与清洁清除雾化器阻塞清除雾化器阻塞 清洁雾化器毛细管，由于毛细管堵塞引起吸光度降低。可按照以下方法清洁毛细管座： 雾化器简易的清洁步骤，如下进行：从雾化器上旋下毛细管。取专用的清洁金属丝，将它从宽的（开的）一端穿过毛细管座。 注意注意：可能要尝试几次，用金属丝穿过雾化器。 重复第2步几次。然后将毛细管（样品管）装回原处。 如果清洁步骤完毕，运行一个或多个标准来测定。如果已经清洁，继续进行正常的光谱仪操作；否则，继续进行下面步骤。 如果以上方法没有成功的话须执行此步。关闭光谱仪，从端盖上取出雾化器，用专用的清洁金属丝，从宽（开）端，将金属丝穿过毛细管组件几次直至观

15、察到阻塞被清除或超声清洗（视需要更换毛细管）。 17燃烧头的清洁清洁燃烧头清洁燃烧头 样品的成分，火焰的类型和使用频率是决定清洗燃烧头的频繁程度，一个火焰不平，不完整或者带有颜色条纹倾斜，都暗示着燃烧头已经脏了。1. 如果需要清洁燃烧头，首先使用清洁工具（专用）清洁燃烧头，不要剐坏燃烧头缝边，注意，火焰熄灭十分钟内，燃烧头还是热的以防烫伤！ 2. 如果使用清洁工具还不行，燃烧头需要取下清洁，用实验清洁剂和刷子清洗或者用超声波加清洗剂清洗， 3. 进一步清洗可以把燃烧头泡在10的硝酸或者15的盐酸中十分钟到一个小时或超声波清洗。然后用蒸馏水冲洗干净，不要让压环或者磁条泡在酸中，如不能避免，浸泡前

16、先取出压环和磁条，不要使用超过50的酸以免损坏钛合金燃烧头。18原子化器安装注意事项注意：1. PEAA在燃烧头以雾化器组件上设置有磁力部件，系统将对这些磁力部件进行检测以确保这些部件正确安装。因此在安装以上组件时需保证组件上的磁感元件安装到位。否则将不能点火。19原子化器安装注意事项2. 加水到排液浮标组件 在排液系统中必须存在足够的水来注满排液回路以激活排液浮标组件。否则系统将不允许点火。执行如下步骤：n 拧松排液夹，从燃烧器端盖的排液出口拿掉排液管。n 往排液管内注入250mL水，注满排液回路，以激活排液浮标。n 小心地重新连接排液管到燃烧器端盖。将排液夹放回原处，牢固地拧紧。安装排液管

17、完成。n 此外，当废液桶内的废液高度超过排液浮标时系统将禁止点火测试并提供相应提示，此时需要倾倒废液（而不是等废液桶积满才倾倒） 。20进样系统优化按下述步骤优化进样系统：按下述步骤优化进样系统：1.点燃火焰。2.设置光谱仪测定铜、镁或其它吸收波长在250nm以上且灵敏度不由燃剂与氧化剂比率决定的元素。3.吸入空白，让火焰稳定。4.如果在毛细管端部（在样品溶液中）看见气泡，松开雾化器锁定螺母，顺时针慢慢旋转调节螺母，直到停止冒泡。5.吸入标准溶液调整燃烧器位置，旋转调节旋钮（如图1、2、3），优化燃烧器位置。6.仍然吸入标准溶液，顺时针方向旋转雾化器锁定螺母，直到雾化器调节螺母可以转动。7.慢

18、慢地逆时针方向旋转雾化器调节螺母，直到在样品溶液中的毛细管端部开始冒泡。8.慢慢地顺时针方向旋转雾化器调节螺母，直到得到一个最大吸光度值并开始下降。9.逆时针旋转雾化器锁定螺母，锁住雾化器调节螺母在当前（最佳）位置，锁的同时，小心地定位雾化器调节螺母。21其他维护1. 定期更换空气过滤棉n 确保光谱仪内电气部件完全地冷却，空气过滤绵必须让足够的空气进入仪器。定期检查过滤绵，如果脏了换掉它。n空气过滤绵在仪器的右边。n压下插销，拿掉固定空气过滤绵在适当位置的塑料进风网格。n更换空气过滤绵，把进风网格放回原处。2. 定期擦拭外光路n用脱脂棉签沾取无水乙醇n自上而下的轻轻擦拭空心阴极灯发射窗， 原子化器前窗后窗n自然干燥并确保窗口无棉