1、原子吸收分光光度计的原理及测量技术1 概述 原子吸收现象：原子蒸气对其原子共振辐射吸收的现象； 早在1802年，W.H.Wollaston 在研究太阳连续光谱时，就发现太阳连续光谱中出现暗线。 1817年J.Fraunhofer在研究太阳连续光谱时，再次发现这些暗线，由于当时尚不了解产生这些暗线的原因，于是就将这些暗线称为Fraunhofer线。 1859年， G.Kirchhoff与R.Bunson在研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并根据钠发射线和暗线在光谱中位置相同这一事实，断定太阳连续光谱的暗线，这是太阳外围的钠原子对太阳光谱
2、的钠辐射吸收的结果。 在1953年，由澳大利亚的瓦尔西（A. Walsh）博士发明锐性光源（空心阴极灯），1954年全球第一台原子吸收仪在澳大利亚由Walsh的指导下诞生，在1955年瓦尔西（A. Walsh）博士的著名论文“原子吸收光谱在化学中的应用” 奠定了原子吸收光谱法的基础。 特点：(1) 检出限低，10-1010-14 g；(2) 准确度高，1%5%；(3) 选择性高，一般情况下共存元素不干扰；(4) 应用广，可测定70多个元素（各种样品中）； 局限性：难熔元素、非金属元素测定困难、不能同时多元素。 原子吸收光谱的产生（1）原子的能级与跃迁 基态第一激发态，吸收一定频率的辐射能量。
3、产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱 激发态基态 发射出一定频率的辐射。 产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱2 原子吸收光谱分析法概念：利用物质的气态原子对特定波长的光的吸收 来进行分析的方法。 3 原子吸收的过程 当适当波长的光通过含有基态原子的蒸气时，基态原子就可以吸收某些波长的光而从基态被激发到激发态，从而产生原子吸收光谱。4 原子吸收的测量 需测量的是原子的峰值吸收。使用的光源必须是锐线光源。 锐线光源：光源发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致，而且发射线的半宽度比吸收线的半宽度小得多时，则发射线光源叫做锐线光源。 0 0I I 吸收线吸收线发射线发射线5 原子吸收分光光度计
4、5.1 空心阴极灯： 空心阴极灯是一种气体放电管，其结构如图： 钨棒构成的阳极和一个圆柱形的空心阴极，空心阴极是由待测元素的纯金属或合金构成，或者由空穴内衬有待测元素的其它金属构成。 当在正负电极上施加适当电压（一般为200500伏）时，在正负电极之间便开始放电，这时，电子从阴极内壁射出，经电场加速后向阳极运动。 蒸气云中的待测元素的原子再与电子、惰性气体原子、离子发生碰撞而被激发，从而发射出所需频率的光。阴极发射出的光谱，主要是阴极元素的光谱（待测元素的光谱，另外还杂有内充惰性气体和阴极杂质的光谱）。 工作过程：高压直流电（300V）-阴极电子-撞击隋性原子-电离(二次电子维持放电)-正离子
5、-轰击阴极-待测原子溅射-聚集空心阴极内被激发-待测元素特征共振发射线。 5.2 原子化器 原子化器是将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。（ 1 ）火焰原子化器：火焰原子化法是利用气体燃烧形成的火焰来进行原子化的。我们把火焰型的原子化系统叫做火焰原子化器。 结构：火焰原子化器的结构如图所示： 喷雾器：将试样溶液转为雾状。 雾化室：内装撞击球和扰流器（去除大雾滴并使气溶胶均匀）。 燃烧器：产生火焰并使试样蒸发和原子化的装置。 原子化过程： 脱水 蒸发 分解（溶液）（固体微粒） （气态分子） 火焰：火焰的作用是将试液中的待测元素原子化。 火焰的组成： 空气乙炔火焰：温度在2500K左右； N2
6、O乙炔火焰：温度可达到3000K左右； 空气氢气火焰：最高温度2300K左右。 非火焰原子化法：常用的非火焰原子化法主要有电热高温石墨管原子化法和化学原子化法。 （2） 石墨炉原子化器 包括电源、保护系统和石墨管三部分。 电源：1025V，500A，用于产生高温。 保护系统： 保护气（Ar）分成两路， 管外气防止空气进入，保护石墨管不被氧化、烧 蚀。管内气流经石墨管两端及加样口，可排出空气并驱 除加热初始阶段样品产生的蒸汽 冷却水金属炉体周围通水，以保护炉体。 石墨管：多采用石墨炉平台技术。 原子化过程可分为四个阶段，即干燥、灰化、原子 化和净化。 干 燥：去除溶剂，防样品溅射； 灰 化：使基
7、体和有机物尽量挥发除去； 原子化：待测物化合物分解为基态原子，此时停止 通 Ar，延长原子停留时间，提高灵敏度； 净 化：样品测定完成，高温去残渣，净化石墨管。石墨炉原子化器与火焰原子化器比较有如下优点： 原子化效率高，可达到90%以上，而后者只有10%左右。 绝对灵敏度高（可达到10-1210-14g），试样用量少。 适合于低含量及痕量组分的测定。 温度高，在惰性气氛中进行且有还原性C存在，有利于易形成难离解氧化物的元素的离解和原子化。 5.3 光学系统 分光系统一般用光栅来进行分光。5.4 检测系统 检测系统包括检测器、放大器、对数转换器、显示器几部分。6 原子吸收光谱干扰效应及其消除方法
8、6.1 化学干扰 化学干扰是指在溶液中或气相中由于待测元素与其它组分之间的化学反应而引起的干扰。 加入释放剂：在测定时加入一种能与干扰组分生成更稳定或更难挥发化合物的试剂，而使待测元素释放出来，从而消除干扰。 如：在测定钙时，加入锶，它能与磷酸根形成更稳定的化合物而使钙释放出来。 加入保护剂：加入一种能与待测元素生成稳定增长化合物的试剂，使得待测元素不与干扰组分反应。而生成的化合物又很容易挥发和原子化，对测定不干扰。如：测定钙时，加入EDTA使其生成稳定化合物CaY，CaY又很容易挥发和原子化，从而消除了磷酸根对钙测定的干扰。 化学分离：将待测组分和干扰组分分离。 改变火焰温度 对于生成难熔、
9、难解离化合物的干扰，可以通过改变火焰的种类、提高火焰的温度来消除。如在空气-乙炔火焰中含有PO43-对该测定有干扰，当改用氧化二氮-乙炔火焰后，提高火焰温度，可消除此类干扰。6.2 物理干扰 是指试样在转移、蒸发和原子化过程中由于试样任何物理因素的变化而引起的吸光度下降的效应。如：试液的粘度影响取样速度，表面张力影响雾滴的大小等。 对于物理干扰，最好的消除方法就是配制与试样溶液组成相似的标准溶液；也可用标准加入法来进行测定。6.3 电离干扰 电离干扰是指待测元素的原子电离而引入的干扰。 消除方法是采用较低的温度和加入消电离剂。消电离剂是一些易电离的元素，它增加了火焰中的自由电子的浓度，可有效地
10、抑制和消除电离干扰。如：测定钡时，加入钾就可消除电离干扰。7 测定条件的选择 分析线的选择：一般选用共振线作分析线。 灯电流：保正稳定和适当光强度输出的条件下，尽量选用较低的工作电流。 燃烧器高度： 对于不同的元素，自由原子的浓度随火焰高度的分布是不同的。所以测定时，应调节其高度使光束从原子浓度最大处通过。 原子化条件 火焰法主要是选择适当的火焰。对于分析线在200nm以下的元素，不宜选用乙炔火焰。对于易电离的元素，宜选用低温火焰。而对于易生成难离解化合物的元素，则宜选用高温火焰。 石墨炉法则应选择合适的干燥、灰化和原子化温度。注意： 乙炔管道内的压力不得高于100Kpa，否则乙炔即会自发分解或爆炸，乙炔与铜可发生反应而形成易爆化合物，故不得使用铜质管道及其配件。 使用氧化二氮-乙炔火焰时仪器上需安装火焰护板，或戴护目镜，以减低发射的紫外线。在寒冷潮湿季节，须注意氧化亚氮流经调节器时会形成冰晶，甚至冻结，从而导致结果不准。调节器应有加温设备。
