原子吸收分光光度计介绍与应用

原子吸收分光光度计

介绍与应用主要内容原子吸收光谱法及仪器简介原子吸收光谱法应用及仪器进展分析条件优化与干扰的消除原子吸收分光光度计采购简谈一、原子吸收光谱法

及仪器简介

被测元素化合物在高温下离解为基态原子，当元素灯发出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，一部分光被吸收，根据比尔定律则可测定元素含量。I0IAC0基本原理195519591982A.Walsh火焰分析技术H.Massmann改进石墨炉结构，商品化L’vov电热原子化技术发展历程19611965Koirtyohann连续光源扣背景技术Smith和Hieftje自吸扣背景技术1974Zeeman塞曼扣背景技术20XXWHOWHAT方法特点及应用选择性好：原子光谱的谱线窄，干扰容易克服—光学、化学灵敏度高：ug/ml～ng/ml分析范围广：可测量60多种元素农业、食品地质冶金制药、医院卫生疾控、药检化工、制造环保监测分析部规程及标准方法测定的元素

系统中标准方法测定元素生活饮用水卫生规范卫法监发[2001]161号Al,Fe,Mn,Cu,Zn,As,Se,Hg,Ni,Cd,Cr,Pb,Ag,Mg,Mo,Co,Ba,V,Sb,Be,Tl,K,Na,共23个元素食品卫生检验方法（理化）国家标准GB/T5009.1-2003Al,Fe,Mn,Cu,Zn,As,Se,Hg,Ni,Cd,Cr,Pb,Ge,Mg,Ca,Sb,K,Na,Sn共19个元素水和废水标准监测监测方法环保（第四版）Fe,Mn,Cu,Zn,As,Se,Ni,Cd,Pb,AgBe,Sb,K,Na,共16个元素饲料工业标准汇编（标准出版社）Fe,Mn,Cu,Zn,As,Hg,Cd,Cr,Pb,Mg,Co,共13个元素药检（2005版药典）Al,Fe,Mn,Cu,Zn,As,Hg,Cd,Ca,Pb,K,Na共12个元素无公害农产品农业部行业标准Cu,As,Hg,,Cd,Cr,Pb共6个元素中华人民共和国地质矿产部部规程（DZG93-12）Cu,Zn,Se,Hg,Ni,Cd,Pb,Ge,Co,Bi,Ir,Tl,Te,Sc,Be,Li,Rb,Cs,Sr,Au,Ag,Mn,Ca,Na,K,Mg共26个元素农业部土壤分析技术规范1993K,Na,Ca,Mg,Zn,Cu,Fe,Mn,Pb,Cd,Ni,Hg,As,Se,Ti,Mo,Al,Cr共18个元素TAS990系统结构原子化器光源检测及数据处理分光系统光源光源的作用是发射被测元素的特征波长光。激发态的原子发射某特定波长线光谱，而未处于激发的基态原子必然会吸收同样波长的光谱。分析哪种元素就要用该种元素灯，因此原子吸收分光光度计和紫外分光光度计不同，它需要配备多种元素灯作光源。锐线发光强度高稳定背景低对光源的基本要求元素灯（空心阴极灯HCL）单元素灯：只用一种金属元素制作的。多元素灯：用两种以上金属合金制作的空心阴极灯。MB5-MG2高强度空心阴极灯无极放电灯、智能灯原子化器火焰通过乙炔-空气火焰或者乙炔-笑气火焰提供足够的高温，达到样品原子化的目的石墨炉通过控制在石墨管中通过电流的大小，产生足够的高温，达到样品原子化的目的氢化物部分元素在酸性介质中与硼氢化钾反应生成相应的氢化物气体，在加热的石英管中（<1000度）达到原子化目的原子化产生的化学反应分解反应：M(NO3)xMOx/2(s、g)+……MXxM(g)+xXMxOyxM(g)+y/2O2还原反应：MxOy＋C(or:CH、NH)xM(g)＋CO(or:CO2、N2…)………干扰反应：化合反应：M+O2MOx/2电离反应：MM++e生成碳化物：MxOy(s、l)＋(x+y)C(s)xMC(s)+yCO(g)…………火焰型原子化器燃气助燃气试样预混合室燃烧器废液排放口雾化器在高速气流作用下，喷头利用负压将溶液从毛细管吸入，并将溶液气雾撞击到撞击球上进一步雾化。燃气、助燃气试样充分混合后，在燃烧缝处高温原子化火焰种类空气—乙炔～2300℃，约可测30种元素笑气－乙炔温度高，2600℃以上，可以测试60多个元素元素分类：易原子化元素

（解离能低于90kcal/mol）Na，K，Cu，Ag，Au，Zn，Cd，Pb等中温原子化元素

（90-135kcal/mol）Li，As，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Pd，Ca等难原子化元素

（135-170kcal/mol）Ti，Zr，V，Mo，Ba，Si等

在非火焰原子化法中，应用最广的原子化器是管式石墨炉原子化器，它包括石墨管、炉体和电源三大部分。

石墨炉原子化器（电热型）纵向石墨炉原子化器在设备中，原子化发生在一个圆筒状石墨管中，中央开一个小孔作为液体试样的注入口和保护气体（Ar）的出气口。

通过控制石墨炉电源电流输出的大小，达到干燥、灰化、原子化、净化4个步骤。温度时间石墨炉特点自由原子在吸收区停留时间长原子化在Ar气气氛中进行，有利于氧化物分解原子化效率高，检出限比火焰低样品用量小缺点：——管壁的时间不等温性

——管内的空间不等温性

——复杂的基体背景干扰火焰与石墨炉的比较火焰法

1提升量6ml/min

雾化效率

10%

稀释~10000倍基态原子停留时间短3背景干扰较小4分析速度快5难分析高温元素6检出限高ug/ml石墨炉法1进样量10-20ul

石墨管体积~800l

稀释

~80倍基态原子停留时间长

2～3秒3背景干扰较大4分析速度慢5能分析许多高温元素6检出限低ng/ml原吸常用分析方法1.标准曲线法配制一组含有不同浓度标准溶液，在与试样测定完全相同的条件下，按浓度由低到高的顺序测定吸光度值。2.标准加入法 取几份相同量的被测试液，分别加入不同量的被测元素的标准溶液，其中一份不加被测元素的标准溶液，最后稀释至相同体积，使加入的标准溶液浓度为0，1CS

2CS、3CS…然后分别测定它们的吸光度，绘制吸光度对浓度的校准曲线，再将该曲线外推至与浓度轴相交。交点至坐标原点的距离Cx即是被测元素经稀释后的浓度。 无法校正来自光散射、分子吸收的背景干扰AbsConc0AbsConc0Cx3、内插法（称高精度分析法）

选取标准典线上接近试样点的两个标准溶液的浓度点作为标准点，试样溶液浓度应位于标准浓度两点之间，然后分别测定二份标准溶液和试样的吸光度，以两点连线作为标准曲线。则可计算出试样的浓度。按下式计算试样溶液的浓度：Cx=C1+(Ax-A1)（C2－C1）/（A2-A1）式中：A2-A1－两份标准溶液的吸光度Ax－试样溶液的吸光度C1、C2两份标准溶液的浓度Cx－试样溶液的浓度（C2>Cx>C1）4、直接比较法

直接比较法的基础是吸光度与浓度成线性关系，且要求标准曲线为通过坐标原点的直线，干扰小，试样和标准溶液的吸光度较为接近，适用于低浓度范围的测定。二、原子吸收光谱法应用

及仪器进展由无机向有机化学渗透生命科学研究领域含金属的生物酶和蛋白质医疗、卫生防御、疾控领域 血液、头发、尿液中的微量元素（Na、K、Ca、Mg）

2005药典，各类药品27个品种12元素

Al、Fe、Mn、Cu、Zn、

As、Hg、Cd、Ca、Pb农业环保领域 粮食、种子、蔬菜、土壤、农药环境监测……应用最新进展检出口检验、食品中的应用：化妆品、金属、肉类、鱼类、酒类、口服液、奶类、奶制品等（As、Hg、Se、Pb、Ge）间接原子吸收法的研究及发展

间接测定有机成份、生物成份以及药物成份的含量。例如运用阴离子表面活性剂与双乙二胺偶氮铜（Ⅱ）形成可被三氯甲烷萃取的配合物，此配合物被稀酸反萃后，用FAAS法测定Cu（Ⅱ）的含量，从而间接测定阴离子表面活性剂的含量。火焰的核心器件改进雾化效率达到10%以上

雾化率的提升

有利于仪器提高灵

敏度和数据稳定性安全考虑

多种安全互锁结构石墨炉

STPF（稳定温度平台）技术

由Slavin等人提出，是一套减轻以至消除石墨炉原子吸收分析中干扰的方法，称为STPF技术。其主要内容有：采用峰面积测量方式——积分吸光度快速响应检测电路和高速采样频率背景校正最大功率加热热解涂层石墨管和L’vov平台原子化阶段停气用基体改进剂（现称化学改进剂）使用自动进样装置横向加热石墨炉的发展横向加热石墨炉——现代AAS法最佳技术 世界主流分析仪器厂商推荐： 美国PE、德国耶拿、澳大利亚GBC、加拿大Aurora等国内厂家的石墨炉大部分采用圆柱型纵向石墨管，而TAS990采用的是带平台的横向加热石墨管。

优点:改善空间等温性

改善时间等温性

温度均匀性纵向石墨管横向石墨管纵向加热和横向加热原子化温度元素纵向加热原子化温度℃横向加热原子化温度℃Pb20001700Cu24001800Mn22001900Cr23002100Mo27002400V27002400抗基体干扰能力比较实验横向加热石墨炉纵向加热石墨炉含0.5%NaCl（作为基体）的100ug/LPb标准液的吸光度（Abs）0.32210.3206100ug/LPb标准液的吸光度（Abs）0.22070.1052差值0.10140.2154

方法来源类别TAS-990（横向加热）生活饮用水卫生规范（纵向加热）环保水和废水方法（纵向加热）波长（nm）283.3283.3283.3灯电流（mA）37.57.5光谱通带（nm）0.41.31.3干燥温度（℃）100120110干燥时间（S）153030灰化温度（℃）450600*500灰化时间（S）153030原子化温度（℃）170021002200原子化时间（S）358清除温度（℃）18002200_清除时间（S）22_进样体积（ul）101020纵、横向加热石墨管测定铅的条件比较*加入(NH4)2HPO4作基体改进剂

纵/横向加热石墨管记忆效应80ppbMo横向记忆效应为3.3%，而横向记忆效应为18%纵向加热2650℃横向加热2500℃扣背景技术分析中产生的主要干扰之一背景类型：分子吸收：气体分子氧化物氢氧化物盐类分子光散射：大分子固体微粒氘灯法背景校正

A空=Aa+Ab

A氘=Ab

A=A空-A氘=Aa+Ab–

Ab=Aa

波长范围：200～360nm自吸背景校正塞曼校正氘灯背景校正 待分析元素的主灵敏线大部份位于紫外区，所以氘灯法能校正大部分背景吸收，灵敏度的损失小。 缺点是不能校正光谱线重叠和结构背景。

D2空心阴极灯校正2.自吸收校正 能进行全波段的背景校正，又能进行结构背景校正，但是降低了灵敏度。

TAS-986，990型原子吸收分光光度计同时具有上述背景校正功能，可以互补。正常强度190-300nm3.塞曼校正

1974年开发了Zeman扣背景技术，利用被测元素空心阴极灯或者试样中被测元素的吸收线在磁场的作用下发生塞曼分裂进行背景扣除，其优点是全波段可用，但缺点也很明显——灵敏度低。

横向、纵向之分磁场固定、可调之分

三磁场塞曼校正技术E1E0E1E1+E1-ps+s-n0n*n0n*s-s+p分析溶液铅灯吸收值背景校正D2灯自吸法塞曼法Pb0.8ug/ml(ppm)0.0380.0310.0280.0152%NaCl0.0080.0000.0000.0002%NaCl+0.4ppmPb0.0260.0150.0140.0072%NaCl+0.8ppmPb0.0440.0300.0290.0142%KCl0.0070.0000.0000.0012%KCl+0.4ppmPb0.0250.0150.0140.0092%KCl+0.8ppmPb0.0450.0320.0280.0151%CaCl20.0160.0000.0000.0001%CaCl2+0.4ppmPb0.0390.0150.0140.0081%CaCl2+0.8ppmPb0.0570.0300.0280.015氘灯/自吸/塞曼校正效果比较基体改进技术（化学改进技术）基体改进技术，是加入一种化学试剂到样品中，使基体转变成较易挥发的物质。被测元素变成稳定的化合物，以防止在干燥和灰化过程中被测元素的灰化损失和有利于消除基体干扰。目前，基体改进技术已广泛用于石墨炉原子吸收测定生物和环境样品中痕量金属元素及其化学形态。到目前为止，约有50多种基体改进剂已用于30多种元素的分析测定。

常用的化学改进剂中，有（NH4）2HPO4、Ni、Pd等。例如Cd溶液的灰化温度为300-350℃，加入

（NH4）2HPO4后，生成较稳定的磷酸镉，灰化温度可提高到600℃。若加入（NH4）2HPO4和Mg（NO3）2作改进剂，Pb的灰化温度可由450℃提高到800℃。用Pd作基体改进剂（200～400ug/ml）测定NaCl中Pb，灰化温度可提高到1200℃。石墨管改性技术石墨管内表面的物理化学特性是影响灵敏度和精密度的重要因素。用适当的方法改善石墨管的表面特性，从而改善其分析性能，这种技术叫做石墨管的改进技术。热解涂层管：是通过将有机物的热解产物一热解石墨沉积在普通石墨管内表面而成。无涂层管热解涂层涂层平台专用化/小型化发展AAS多种燃气一体机技术连续光源/中阶梯光栅/固态检测器新背景校正技术的发展AAS与其他仪器联用技术的发展AAS其他新进展三、分析条件优化与干扰的消除一、正确选择仪器参数元素灯电流：

小，灵敏度高但稳定性差

大，引起自吸，缩短寿命光谱带宽：对于谱线复杂的元素Fe\Co\Ni等要选择小带宽，主要是为了克服光谱干扰负高压：不可太高灯电流吸光度强度噪音灯电流的影响光谱带宽的影响Cu

0.4nmFe

0.2nm以下

共振线

共振线

共振线狭缝宽度狭缝宽度校正曲线弯曲狭缝宽度例如：在Ni232.0nm波长处以不同的光谱带宽（0.9nm、0.15nm、0.05nm）下绘制的标准曲线，其斜率及线性随着光谱带宽的变窄而改善。噪音EHT800600400200负高压的影响二、火焰法参数优化在火焰中，自由原子的空间分布是不均匀的。因此，应该吸入标准溶液，通过调节燃气流量和火焰燃烧器的高度，选取最大吸收值的燃烧高度，从而获得最佳分析条件。例如：Cr富燃氧化性火焰3000ml/min，火焰高度12mm燃气流量流量小，温度低，原子化效率低流量大，停留时间短，灵敏度低，噪声大喷头进样量进样量大，温度低，原子化效率低进样量小，基态原子浓度低，灵敏度低火焰安全使用防回火装置各阶段温度设置的讨论：

A.干燥温度与时间：目的是除去水等溶剂，采用斜坡升温方式逐渐达到设定温度，斜坡时间，平台石墨管比一般石墨管管壁加热要适当延长，不能在干燥阶段发生溅射（爆沸），干燥时间为进样体积的2-2.5倍

B.灰化温度与时间：目的是去除酸、有机复合物等物质，以便消除原子化阶段产生强烈的干扰背景。原则就是在不损失被测元素的情况下，尽可能高的灰化温度。

C.原子化温度和时间：不同元素有变化，一般以信号峰形回到基线（或接近到基线）作为原子化时间。

D.净化阶段：除去未被原子化的残存物及基体。原子化阶段峰形的讨论三、石墨炉法参数优化步骤目的温度(℃)时间(s)干燥除去溶剂～溶剂沸点10～30灰化除去基体条件实验10～30原子化生成基态原子参考手册3～5净化消除记忆≥原子化温度2～3测量镉Cd不同原子化温度的影响灰化温度350（℃）原子化温度吸光度1吸光度2吸光度3RSD平均A净化温度13000.0520.0510.0493.21690.051180014000.0490.0500.0455.50740.048180015000.1280.1250.1270.83530.127180016000.1220.1200.1241.72560.122180017000.1260.1170.1150.97260.116180018000.1320.1250.1262.95350.128190019000.1270.1240.1281.81450.126200020000.1270.1260.1322.28490.128210021000.1310.1400.1253.41170.130220022000.1200.1310.1313.14540.1312300扣背景效果不好，结果误差大。仔细调整使：①氘灯光斑和元素灯光斑重合②能量均平衡到100%。

TAS990仪器能自动平衡能量，避免了人为调整带来的误差。HCLHCLD2灯光斑氘灯扣背景时常遇到的问题四、原吸分析中常见的干扰与消除火焰法中：物理干扰、电离干扰、光谱干扰、化学干扰石墨炉中：基体干扰（化学干扰、分子吸收干扰等）物理干扰

样品物理性质差异变化，如粘度，表面张力——使用标准加入法解决电离干扰

Na，K测定——加入释放剂等

光谱干扰

吸收线重叠：Co253.649nm对Hg253.652nmAl308.215nm对V308.211nm——分析线选择，光谱带宽选择、络合-萃取预分离等方法解决

气态分子吸收和散射:D2灯背景校正解决化学干扰

石墨炉中：分析元素与共存物形成的化合物引起的干扰，灰化损失

火焰中：阳离子共存元素干扰，如Ca，Mg受Al干扰，Pb受Bi，Fe干扰——络合-萃取解决，提高火焰温度解决

阴离子干扰：磷酸根对Ca的干扰（Ca3（PO4）2熔点1677度）——加La释放Ca解决

提高火焰温度解决首先应排除外界环境因素：检测外界电压是否稳定；是否可靠接地、通风、空调；元素灯是否老化严重，换一新灯试一试；元素灯光斑是否在燃烧缝的正上方且平行（原子化器位置）；火焰法废液排水要畅通，否则仪器火焰不稳定；乙炔的压力、纯度燃烧缝要干净，火焰燃烧稳定无锯齿；可用厚的硬纸片处理；雾化器要仔细调整，认真对待。

调整原则：①没有大水滴。②雾要均匀样品的处理合理的干扰去除技术五、稳定性差；灵敏度低；测定重现性差等如何解决呢？标准曲线的方程选择与讨论标样浓度（ng/ml）吸光度（A）方程结果比较C=K1A+K0A=K1C+K0K1K0rK1K0r00.06913.7855-1.16640.99280.07150.08820.992810.147

20.246

40.398

60.547

80.624

浓度(ng/ml)浓度(ng/ml)样品10.08-0.0636误差%

-0.1147误差%

样品20.1470.8601

13.990.8224

17.76样品30.3984.3202

8.0054.3329

8.3225¤石墨炉法测Cd标样浓度（μg/ml）吸光度（Abs）方程结果比较C=K*AC=K1A+K0KK0rK1K0r006.451

0.99956.5183-0.03430.99980.250.045

0.50.085

10.161

30.464

浓度相对误差（%）浓度相对误差（%）样品40.1611.03863.861.01511.51标准曲线的方程选择¤火焰法测Ag一灯多用技术Zn灯测Cu

波长：324.75nm

乙炔：1800ml/min

观测高度：6mmA=0.137*C+0.0089R=0.9977序号测量对象样品编号Abs浓度RSD[%]1标准样品STD-cu1-0.0000.000-1644.52082标准样品STD-cu20.1531.0000.65663标准样品STD-cu30.2972.0000.44134标准样品STD-cu40.4103.0000.26095样品UNK-10.2992.1100.2239A=0.137*C+0.0089R=0.9977A=0.2268*C+0.0147R=0.9990Zn灯测Cu

324.7nmFe灯测Mn

279.5nmCa灯测Mg

285.2nm采样误差称量样品误差

万分之一天平十万分之一天平

>100mg>10mg稀释定容误差

温度、移液管尾液容器污染样品操作

误差的引入四、原子吸收分光光度计采购简谈技术指标机型选择生产工艺售后服务1、波长范围、准确度、重复性波长范围：190-900nm波长视值误差：±0.25nm波长重复性：0.15nm

2、分辨率和光谱带宽

Hg257.3nm

半高宽处

0.2nm±0.02nm

（GB/T21187-2007）Mn

279.5nm279.5nm和279.8nm峰谷能量值小于<40%（GB/T15337-94）3、基线稳定性

SBW＝0.4nm，铜灯点亮，与主机一起预热30分钟。测试324.7nm处30分钟内的吸光度漂移4、特征浓度（灵敏度）定义：获得1%吸收时所对应的元素浓度叫特征浓度。试验方法：仪器调到最佳工作状态，对标准溶液Cu0.5ppm和空白分别进行三次交替测定，求出平均吸光度A，按下式计算特征浓度：S＝0.0044×C/A（ug/ml/1%）式中：C为标准溶液浓度

A为三次吸光度平均值5、特征量试验工具：铜灯、镉灯标准溶液：镉1ppb、铜0.1ppm微量进样器实验方法：将仪器调到最佳状，设置好升温程序，铜、镉各进样三次。计算：QC=0.0044×C×V/A(g)QC：特征量 V：进样量C：标准溶液浓度A：三次测量平均吸光度

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