原子吸收分光光度计的使用

原子吸收分光光度计美国PE公司AA800型原子吸收仪背景与应用AAS的方法原理AAS的基本结构安装条件技术指标操作步骤主要内容

原子吸收光谱分析是上世纪五十年代以后发展起来的一种利用原子吸收光谱进行定性定量分析的仪器分析技术。因其灵敏度高、特异性好、准确度高、分析范围广和简便快速而获得了飞速发展，现已成为一种较为成熟的仪器分析技术，被广泛用于地质、冶金、环保、食品、农业、工业和卫生防疫和疾病控制等部门进行金属和类金属元素等的定量分析。这种仪器来测定食品、水、化妆品、生物材料、土壤等样品中的铜、铁、锌、钙、镁、锰、铅等约70种元素。背景及应用

原子吸收分析方法，是利用呈基态的原子蒸气吸收一定特征的辐射光，在一定的浓度范围内被吸收的光强度与蒸气中自由原子的数目成正比，根据已知浓度的标准的比较，求得待测元素的含量。具体地说，就是首先测定若干个已知浓度的标准溶液中待测元素的吸收强度，按溶液的浓度对吸收强度作工作曲线，再测定未知样品溶液中该元素的吸收强度，然后在此工作曲线上找出该元素的浓度，便完成了样品溶液中某元素含量的分析。若样品经过溶样、稀释或浓缩等预处理，还应根据处理前后的量的变化关系，换算到原样品中去。

AAS的方法原理光源系统原子化系统光学系统检测系统1

基本构造AAS的基本构造数据处理系统火焰原子化器2

火焰原子化法中的原子化器，其结构如图所示。这种原子化器由雾化器、混合室和燃烧器组成。

最常用的火焰是乙炔-空气火焰，其燃烧稳定，重现性好，噪声低，对大多数元素有足够的灵敏度。石墨炉原子化器3

管式石墨炉原子化器由加热电源、保护气控制系统和石墨管状炉组成。石墨炉原子化器的操作分为干燥、灰化、原子化和净化四步，由微机控制实行程序升温。图石墨炉原子化器结构示意图石墨炉原子化器分类横向加热石墨管平台纵向加热石墨管平台最常用

石墨炉原子化器优点：试样原子化是在惰性气体保护下于强还原性介质内进行的，有利于氧化物分解和自由原子的生成。用样量小，样品利用率高，原子在吸收区内平均停留时间较长，绝对灵敏度高。液体和固体试样均可直接进样。缺点是试样组成不均匀性影响较大，有强的背景吸收，测定精密度不如火焰原子化法。

光源

锐线光源是用来发射原子吸收特征谱线的，可用空心阴极灯、无极放电灯发射锐线光源，而以空心阴极灯最为常用。

图3是空心阴极灯构造图。空心阴极灯是一种辐射强度大而稳定的锐线光源，为低压辉光放电。现有单元素灯、多元素灯和高强度灯。灯的质量可由发射强度、背景强度、稳定性、噪声及寿命来评价。空心阴极灯强度依赖于灯电流。对一个性能好的灯来说，应该在较小的灯电流下，有较大的发光强度。下面简单介绍各部分的作用图3空心阴极灯构造图在元素灯的阴极与阳极之间加上高电压，带正电的惰性气体离子在电场的作用下轰击阴极杯，使阴极表面的金属原子发出此金属的特征谱线。原子化系统

原子化系统可分为火焰原子化系统、石墨炉原子化系统和氢化物发生原子化系统。火焰原子吸收法：通过火焰来进行原子化，常用有空气/乙炔焰、笑气(N2O)/乙炔焰、空气/甲烷气等。用于测定钾、钠、钙、镁、锌、铜、铁、锰、铅、银等，灵敏度相对较低，通过缝管、在线流动注射富集、固相微萃取等技术可更进一步提高灵敏度。该法操作简便，测定快速。石墨炉原子吸收法：通过加热石墨管来进行原子化，常用有传统纵向加热和现代的横向加热两种方式。用于铅、镉、银、铝、钡、钒、镍、钼、锑等。该法灵敏度高，操作相对复杂一些。图5是石墨炉原子示意图。优点：试样原子化是在惰性气体保护下于强还原性介质内进行的，有利于氧化物分解和自由原子的生成。用样量小，样品利用率高，原子在吸收区内平均停留时间较长，绝对灵敏度高。液体和固体试样均可直接进样。缺点是试样组成不均匀性影响较大，有强的背景吸收，测定精密度不如火焰原子化法。

氢化物发生原子吸收法：通过一些元素在一定条件下与还原剂形成气态的自由原子或氢化物或易挥发的气态化合物与介质分离，然后导入石英管原子化器进行原子化。可用于砷、硒、汞、铅、镉、锑、锡、铊、铍等测定。该法灵敏度高，干扰少，由于现在有原子荧光光度计，一般不再需要氢化物原子化装置。单色器

即分光系统。分光系统的作用是将欲测的吸收线与其它谱线分开。原子吸收所用的吸收线是锐线光源发出的共振线，谱线比较简单，因此对仪器的色散能力、分辨力要求较低。谱线结构简单的元素如K、Na，可用滤光片作为单色器，一般元素可用棱镜或光栅分光，现在的仪器以光栅为多。原子吸收光谱仪对分光器的分辨率要求不高，曾以能分辨开镍三线Ni230.003，Ni231.603，Ni231.096nm为标准，后采用Mn279.5和Mn279.8nm代替Ni三线来检定分辨率。检测器常见有光电倍增管（PMT）和固态检测器。1.1.4.1光电倍增管:用量子效率来表示光电转换效率。量子效率与光电阴极的材料和入射光波长波长有关。对使用一定的光电倍增管的原子吸收分光光度计可以通过调整负高压来增加光电倍增管的总灵敏度。但过高的电压会增加噪声和暗电流。1.1.4.2固态检测器：固态检测器即电荷转移器件（CTD）检测器。其包括电荷耦合器件（CCD）和电荷注入器件（CID）。电荷转移器件具有光谱范围宽、量子效率高、暗电流小、噪声低、灵敏度高、线性范围宽等优点，特别适用于多元素的测定。数据处理、显示及输出

电信号经测光系统放大、检波后，可分别采用表头检流计、数字显示器或记录器、打印机等进行读数。新型原子吸收分光光度计均有工作站，其中包含对数转换、自动调零、曲线校直、浓度直读、标尺扩大、自动增益等功能，这些功能大大提高了仪器的自动化程度。背景校正

背景校正技术主要有连续光源（氘灯）背景校正、塞曼背景样正、自吸背景校正等三种技术。氘灯背景校正：氘灯背景校正简单，但扣除能力较低；其测量的是光谱通带内平均背景吸收，与待测元素分析线的真实背景吸收有差异；氘灯只适合短波辐射（200～400nm）；灯的寿命较短。塞曼效应背景校正：利用塞曼效应扣除背景，背景扣除能力可达1.7A；由于塞曼效应很杂，常常会出现校正曲线反转。自吸校应背景校正：又叫S-H背景校正（Smith-Hieftjebackgroundcorrection），利用空心阴极灯在高电流下发生自吸或自蚀扣除背景，扣除背景能力有时可达3A；可校正光谱干扰和结构背景。但灵敏度降低比较明显。单光束原子吸收分光光度计

结构简单、价廉；但易受光源强度变化影响，灯预热时间长，分析速度慢。

双光束原子分光光度计

一束光通过火焰，一束光不通过火焰，直接经单色器此类仪器可消除光源强度变化及检测器灵敏度变动影响。

双波道或多波道原子分光光度计

使用两种或多种空心阴极灯，使光辐射同时通过原子蒸气而被吸收，然后再分别引到不同分光和检测系统，测定各元素的吸光度值。

此类仪器准确度高，可采用内标法，并可同时测定两种以上元素。但装置复杂，仪器价格昂贵。AAS的类型

配电：原子吸收分光光度计对供电要求较高，主机、电脑、打印机等要求电压比较稳定，一般为220V～240V，如果电网电压不太稳定，要求配稳压电源，一般1kVA（注意不含石墨炉供电）即可。空压机及空调是一种频繁启动的电器，最好与原子吸收其它部分分相供电。石墨炉为大功率直流供电，石墨炉加热电源常常是220V交流电转换为直流，其瞬间电流可达60～80A，一般要求用铜芯线，线径大于4mm2。（石墨炉需用多大的稳压电源）建议这三类设备分别接入电网，不共相。原子吸收分光光度计为大型精密仪器，要求有良好的接地，一般接地电阻应小于1～10Ω,需要专门的接地线。安装条件配水：石墨炉分析需要专门的冷却水，对没有购买自动循环冷却水系统的设备要求有自来水。建议最好购买专用循环冷却水系统。配气：火焰法需用到乙炔和空气，或者乙炔、空气、笑气。石墨炉分析需要用到保护气，一般为氩气。燃气（乙炔）与助燃气（空气）应分开放置。燃气瓶要防泄漏，要注意随时排风。有条件的单位可用单独的气瓶室或气瓶柜，乙炔气需用合格的防爆气瓶柜。实验台面：承重防震，宽度在1000～1500mm，长度2000～2400mm，高度750～800mm比较合适，摆放不要靠墙和窗，后面留有800～1000mm空间，以便检修，避免阳光直射。

环境：原子吸收一般工作温度为10～30℃，相对湿度不超过80%，应有空调和相应除湿设备。原子吸收原子化的时候要产生有毒的原子蒸气，应使用排气罩，大小稍宽于原子吸收排气口，高度约在其上200～300mm，风力以能吸住一张报纸为佳。防尘：最好是双层玻璃窗，有防尘缓冲间。具体安装应该参照各仪器的自身要求。技术指标分为两类：功能技术指标、性能技术指标功能技术指标一般是指仪器的软件，如控制、数据处理、自动化程度、扣背景方式等。性能技术指标是指原子吸收分光光度计的影响分析测试准确度的指标。技术指标灵敏度

灵敏度S的定义是分析标准函数X=f（c）的一次导数S=dx/dc。

1.特征浓度

在原子吸收光度法中，习惯于用1%吸收灵敏度。特征浓度定义为能产生1%吸收（即吸光度值为0.0044）信号时所对应的被测元素的浓度。

C0=CX×0.0044/A（g.cm-3）

CX表示待测元素的浓度；A为多次测量的吸光度值。

2.特征质量

石墨炉原子吸收法常用绝对量表示，特征质量的计算公式为

m0=0.0044/S=0.0044m/AS

（Pg或ng）

式中m为分析物质量，单位为Pg或ng，AS为峰面积积分吸光度。

特征浓度或特征质量越小越好。

基线稳定性是指仪器在一定时间内基线漂移的情况。选择好波长Cu324.7nm和通带0.2nm，把灯预热30min，在不点燃火焰的情况下进行测量记录，要求吸光度漂移在30min不能超过0.005abs，双光束仪器0.004abs，使用过的仪器为0.006abs，点燃火焰并吸入蒸馏水，在10min内不超过0.006abs，使用过的仪器为0.008abs。提升量就是一定时间内吸取样品的毫升数。主要考察原吸的物化器的效果，不是越快越好,也不是越慢越好.主要根据实际使用情况.分辨率仪器实际分辨率。

在光谱通常为0.2nm时，能清楚分开锰三线（279.5、279.8、280.1nm），279.5与279.8之间的波谷透过率小于或等于279.5nm的发射强度的40％。237.9的背景透过率小于或等于10％。其实际分辨率为0.2nm。能分开汞的265.2、265.37、265.51nm的谱线组，实际分辨率为0.1nm。能分开汞的365.0、365.5、366.3nm的谱线组，实际的分辨率为0.7nm。

*参考国家计量鉴定规程JJG694-90和行业标准JB7T6780-95以火焰法测定铜和石墨炉法测定铅为例。一个待测元素是选择火焰法来测定还是选择石墨炉法来测定，主要取决于样品中含量和卫生标准限量值。火焰法和石墨炉法的元素测定线性范围见表1，可作为选择方法和配制标准系列的依据。操作步骤元素火焰（mg/L）石墨炉(μg/L)钾0.05~2钠0.05~0.8锰0.05~0.85~40镁、锌0.05~0.8铜、铁0.25~4铅0.5~105~80镉0.05~0.80.5~4银0.05~0.85~40铬0.25~0.810~80钴10~80铝10~80钼20~200镍10~80锑10~80表1常见元素火焰和石墨炉标准系列范围除了干净水样外，绝大多数样品要进行样品前处理。样品前处理一般应遵循简单高效环保的原则。要注意损失和污染。空白和回收是检验污染和损失的常见手段之一，空白一般要求带三个以上。常见方法有微波消解、湿消化、干消化直接溶解、酸浸提、冷消化等。如何选择消解方式应根据样品类型，使用仪器、分析元素、样品数量，以及标准方法要求而定。标准溶液配制：最好购买国家有证标准溶液作为储备液，再稀释为应用液，最后配成标准系列。原子吸收法常有标准一般用0.5～1.0%硝酸来保存。应用液在mg/L级，在密塞冷藏条件下，大多数元素一般保存半年至一年不会发生明显变化。标准系列一般要求除标准空白外3点～5点。开机：打开稳压器电源，等到电压稳定到220V，打开主机及计算机、打印机电源。对自动化程度较高的仪器，启动工作站，仪器开始自检。火焰原子吸收

1.条件设置及仪器调节选择所测元素灯（铜），安装到仪器灯座上(注意定位)。调节灯电流至合适大小（3mA）。选择所用测定谱线波长及带宽（324.8nm，0.4nm）。自动化程度较高的仪器，自动寻峰，并找到最大吸收波长。对自动化程度不太高的仪器，则加一定负高压，松开波长转轮锁定装置，调节波长转轮至所需波长，在所示波长附近仔细调节波长转轮至能量最大，固定波长转轮。反复调节灯的位置至能量最大，加负高压至能量示值为90左右，不同仪器不一样，按所用仪器要求即可。2.设置测定参数，一般火焰测定选择测定次数三次，测定方式为连续，延迟可不设，积分参数一般为1s。必要时设置其它用于仪器采样点等的参数。3.调节燃烧器的位置，使空心阴极灯光束与狭缝基本平行、光斑位于燃烧器狭缝一定位置，一般在其上3～8mm(本例为3mm)，依火焰大小，元素性质有关。很多仪器可以在点燃火焰后进行调节，调到灵敏度最高时为佳。4.火焰燃助比的选择：依仪器要求打开空压机，一般出口压力约0.2MPa；打开乙炔气瓶。乙炔出口压力一般为0.05～0.1MPa(本例为0.05MPa)。火焰燃助比依元素不同而不同，常见元素中，钙宜选择富燃焰（乙炔流量较大），锌宜选择贫燃焰（乙炔流量较小），其它元素可以用化学计量火焰。5.设置标准系列浓度及样品参数。本例铜标准溶液系列为0.00，0.25，0.50，1.00，1.50mg/L。标准及样品的测定待仪器及元素灯预热一段时间稳定后打开排风进行测定。点燃火焰，依次进行空白标准和样品的测定，记录或打印测定吸光度等信息。关闭火焰，若还需用火焰法测定其它元素，则换灯依上进行其它元素测定。火焰法测定完毕应先关闭乙炔气瓶，等火焰熄灭后方能关闭空压机。石墨炉原子吸收条件设置及仪器调节选择所测元素（铅），调节灯电流至合适大小（3mA）。选择所用测定谱线波长及带宽（283.3nm，0.4nm）。自动化程度较高的仪器，自动寻峰，并找到最大吸收波长。对自动化程度不太高的仪器，则加一定负高压，松开波长转轮锁定装置，调节波长转轮至所需波长，在所示波长附近仔细调节波长转轮至能量最大，固定波长转轮。反复调节灯的位置至能量最大，加负高压至能量示值为90左右，不同仪器不一样，按所用仪器要求即可。石墨炉测定要使用背景校正，以氘灯扣除背景为例。打开氘灯背景校正，调节灯电流使氘灯能量与空心阴极灯能量基本匹配，光束尽可能与元素灯重合。自动化程度低的仪器需手动切入或移除半透半反镜。2.设置测定参数，一般石墨炉测定选择测定次数2～3次，测定方式为峰高或峰面积（本例采用峰高），积分时间一般为3～5s，以保证全部吸收峰被采集完为佳。有必要时设置其它用于仪器采样点等的参数。3.调节石墨炉