1、關于原子吸收分光光度計基本操作第1頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構 原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectrometry,AAS）在近半個世紀以來，是廣泛應用于定量測定試樣中單獨元素的分析方法。 原子吸收光譜儀主要有單光束和雙光束兩種類型。其基本構造原理如圖3-1所示。由圖可見，如果將原子化器看作是分光光度計中的吸收池，則其儀器的構造原理與一般的分光光度計是相類似的，即一般由光源、原子化系統、光學系統及檢測系統四個主要部分組成。圖3-1 原子吸收光譜儀的基本構造第2頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四

2、 一、原子吸收分光光度計的結構光 源 原子吸收法對其光源的要求主要有：發射的譜線的半寬度要窄，應小于吸收譜線的半寬度；發射的譜線強度要足夠的大，以確保有足夠的信噪比；發射的譜線的強度要穩定且沒有背景發射或背景發射很小；工作電壓低，使用壽命長。第3頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構光 源 空心陰極燈(Ho11ow Cathode Lamp)是一種特殊的輝光放電管，其放電和發光機理與普通輝光放電管一樣，只是在燈的陰極和陽極的材料選用以及裝置方式上有其特殊之處，目的是為了滿足產生銳線光的需要。 空心陰極燈的結構主要包括：一個陽極和一個空心圓筒形陰極。

3、兩電極密封于充有低壓（210mmHg）惰性氣體的帶有光學窗口（玻璃窗或石英）的玻璃殼中。其結構如圖3-2所示。圖3-2 空心陰極燈結構示意第4頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構光 源 空心陰極燈的工作原理是：當在陰、陽兩電極間施加適當直流電壓(通常是300500 V)時（便開始輝光放電），兩極間氣體中自然存在著的極少數陽離子在電場的作用下向陰極運動，并轟擊陰極表面，使陰極表面的電子獲得能量而逸出（即脫離陰極），逸出的電子受電場加速并奔向陽極，在奔向陽極的途中與相遇的原子碰撞使后者電離產生陰陽離子，陽離子在電場作用之下奔向陰極，并轟擊陰極表面。這

4、樣，放電一經在比較高的電壓（起輝電壓）下觸發（起輝），就可以在比較低的電壓下持續保持放電并發光（輝光）。第5頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統 原子化系統的作用是將樣品中待測元素轉變為氣態的基態原子（這一過程叫做樣品的原子化），并將其送入光路，以便對空心燈提供的共振（特征）輻射產生吸收。（1）火焰原子化裝置火焰原子化法使用的裝置（叫火焰原子化器），主要由霧化器、霧室和燃燒器三部分組成。霧化器 ：作用是將試液分散成極細小（直徑在570m）的霧滴，其性能對測定的靈敏度、準確度、精密度和化學干擾等有顯著影響，是原子吸收光譜儀的核心部件。第6

5、頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統（1）火焰原子化裝置燃燒器 ：試液霧化后進入預混合室(也叫霧室，其作用有二，一是使霧滴直徑均勻化，二是使燃氣、助燃氣和小霧滴均勻混合)，形成氣-溶膠，進入火焰中，而較大的霧滴凝結在壁上，經下方的廢液管排出。圖3-4 預混合型燃燒器1火焰 2燃燒器 3撞擊球 4毛細管 5霧化器 6試液 7廢液 8預混合室第7頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統（1）火焰原子化裝置火焰及其類型：原子吸收光譜分析測定的是基態原子，而火焰為樣品原子化提供了能源。化合物

6、在火焰溫度的作用下經歷蒸發、干燥、氣化、解離甚至激發、電離和化合等一系列復雜的過程。圖3-4 預混合型燃燒器1火焰 2燃燒器 3撞擊球 4毛細管 5霧化器 6試液 7廢液 8預混合室第8頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統火焰是由燃料氣（還原劑）和助燃氣（氧化劑）相遇后發生激烈的化學反應燃燒而形成的。其一，正常焰也叫中性焰。表示燃料氣和助燃氣基本是按它們之間的化學反應計算的量配比的，故也稱之為“化學計量火焰”。這種火焰具有溫度高、干擾少、穩定及背景低等特點。其二，富燃焰，即燃料氣的比例高于化學計量的配比時形成的火焰。這種火焰有豐富的半分

7、解產物，具有較強的還原氣氛。火焰溫度略低于前者，但適于原子化的區域較大。第9頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統 其三，貧燃焰，即燃料氣的比例低于化學計量的配比時所形成的火焰。由于在這種火焰中，大量冷的助燃氣帶走了火焰中的熱量，所以其溫度相對較低。 最常使用的火焰主要有兩類，即碳氫火焰和氫氣火焰。空氣-乙炔火焰和笑氣-乙炔火焰均屬第一類火焰。這兩種火焰已基本能滿足大部分元素的原子吸收分析測定的要求，因此也是在日常分析工作中最常用的火焰。 預混合燃燒器產生的火焰層次清晰，并大致可分為四個不同區域：中間薄層區第二反應區第一反應區燃燒器縫第1

8、0頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統常用火焰的組成及其性質第11頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統 氣源裝置及使用安全措施 在火焰原子吸收法中，可能用到的燃料氣和助燃氣的種類比較多。各種氣體來源也不盡相同，并非都由儀器配套供給。 空氣 多由空壓機供給。空壓機有活塞式和膜動式之分。一般前者壓強為6105Pa(6 atm),需經減壓、穩壓和凈化（除去壓縮空氣中的水汽及空壓機帶入的油）后使用；后者最大壓強可達3105Pa(3 atm)，可經安全閥調節壓力至所需值。空氣的使用壓強一般

9、為2105Pa(2 atm)，流量在1020 L/min。第12頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統 乙炔 多由鋼瓶提供。鋼瓶中的乙炔是被加壓溶解在多孔性吸附材料中的丙酮中，需通過減壓、穩壓后使用；瓶內最大壓強為15105Pa(15atm)，可經穩壓調節器調節壓力至所需值。對于具體一臺儀器乙炔的使用壓強和流量應參照儀器說明書設置為所需值。第13頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統 氧化亞氮 這種氣體對嗅覺有刺激性，會使人產生興奮感，故熟稱笑氣。多由鋼瓶提供。瓶內壓強約為7106P

10、a，需通過穩壓調節器減壓、穩壓后使用。第14頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統 在原子吸收分析工作中，對于燃料氣的使用，應注意采取并遵守以下特別的安全措施，以免發生人身或設備事故。（a）燃料氣，助燃氣鋼瓶和乙炔氣鋼瓶應絕對遠離火源。（b）點火操作前應檢查并確認氣路系統密封良好。點火前，應先打開氣源，并隨手設置和確認氣體壓力與流量為儀器說明書規定參數。（c）熄火時，應先關閉燃氣閥門，待火焰熄滅后，再關閉助燃氣閥門，以防發生回火。對于由微機控制的新型號儀器，關閉氣源后，待火焰熄滅，再關閉儀器的總電源開關。第15頁，共30頁，2022年，5

11、月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統 在原子吸收分析工作中，對于燃料氣的使用，應注意采取并遵守以下特別的安全措施，以免發生人身或設備事故。（d）膨脹室或燃燒器應安裝有安全排氣塞，并經常保持其良好有效，以確保安全。（e）要防止回火，尤其是氧化亞氮乙炔火焰。點火與熄火一定要嚴格經過空氣乙炔火焰過渡，即確保氧化亞氮乙炔火焰始終為富燃焰（紅色火焰）。（f）工作結束應確保切斷燃氣氣源，一切漏氣的可能都是安全隱患。特別是燃料氣流量計的針形閥很易密封不好，一旦泄漏到儀器中，極易發生爆炸事故。（g）儀器上部應按規定安裝排風裝置，并保持正常有效。第16頁，共30頁，2022年，5月

12、20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統（2）非火焰原子化裝置非火焰原子化是火焰原子化以外其它原子化方式的統稱，包括了許多具體的方法。其中目前使用相對較多的是電熱高溫石墨爐原子化器，簡稱“石墨爐原子化器 (atomization in graphite furnace,GFA) ”法。石墨爐原子化器的構造石墨管的裝配第17頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統石墨爐原子化采取程序升溫的方式，并分為干燥、灰化、原子化、凈化（或稱“除殘”）四個步驟，由微機控制自動進行。石墨爐原子化器的升溫方式有如圖3-10所示的階梯式

13、和斜坡式。后者能使試樣更有效地灰化，減少背景干擾，還能以逐漸升溫來控制化學反應速度，對測定難揮發性元素更為有利。 圖3-10 石墨爐原子化器升溫過程示意第18頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系統石墨爐原子化的最大優點是：注入到石墨管中的試樣幾乎可以完全原子化（原子化效率可達約90%），由于管腔空間相對火焰要小得多，因而原子蒸氣濃度被大大提高，致使測定的靈敏度也大大提高。當試樣含量很低，或只能提供很少量的試樣時，使用這種原子化方式是很適合的。第19頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構原子化系

14、統（3）其它原子化方法 1）氫化物原子化(hydride atomization)裝置 氫化物原子化法也稱氫化物發生法。這種方法是“低溫”原子化法的一種。主要用來測定As，Sb，Bi，Sn，Ge，Se， Te以及Pb等一些在常溫下經過化學反應可以形成氫化物的元素。當上述元素在較低溫度下于酸性介質中與強還原劑硼氫化鈉(鉀)反應時，生成了氣態的氫化物。 2）冷原子化(coLd-vapour atomization)裝置 該法也稱為“冷原子吸收法”。此法首先是將試液中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺還原為單質的汞，然后用空氣流將汞蒸氣（利用其沸點低的特性）帶入具有石英窗的氣體吸收管中完成原子吸收光譜測

15、定。第20頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構光學系統原子吸收光譜儀的光學系統由聚光（外光路）和分光（單色器）兩個系統組成。其一般結構原理如圖3-11所示。（1）外光路系統 其作用是先由第一透鏡使光源發出的共振線正確地聚焦于被測樣品的原子蒸氣（火焰）中央，再由第二透鏡將通過原子蒸氣后的譜線聚焦在單色器的入射狹縫上。圖3-11 單光束外光路系統第21頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構光學系統（1）分光系統(單色器) 如圖3-12中虛線所圍部分。主要由色散元件(光柵或棱鏡)、準直鏡、狹縫等組成。圖3-

16、12 分光系統示意S1入射狹縫 M準直鏡 G光柵 S2出射狹縫 PM 檢測器第22頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構檢測系統 原子吸收光譜儀的檢測系統主要包括：檢測器、放大器、對數變換器以及顯示裝置。(1)檢測器 原子吸收光譜儀檢測器的作用是將單色器分出的光信號轉換為電信號。目前主要采用光電倍增管(photomuLtipLier)作光電轉換器（檢測器）。為了選擇所需要的增益和便于調節參比的透射率T%為100% （也即吸光度A等于零），光電倍增管的電源電壓（也叫增益負高壓）是可調節的。光電倍增管示意K光敏陰極 14倍增極 A陽極 R，R1R5電阻

17、第23頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 一、原子吸收分光光度計的結構檢測系統 (2)放大器其作用是將光電倍增管輸出的電信號放大。由光源發出的光經原子蒸氣、單色器后已經很弱，由光電倍增管放大其發出信號還不夠強，故電信號在進入顯示裝置前還必須再經進一步放大。(3)對數變換器將指示儀表的表面按對數進行刻度(與一般的分光光度計相同)，但這樣的對數刻度疏密不均勻，濃度越高(吸光度越大)，刻度越密，對高濃度測定的讀數誤差就較大，而且欲將指示儀表改為別的顯示儀器(如記錄器，數字顯示器等)或進行量程擴展時也會發生困難，為此信號在進入指示儀表前，利用如三極管運算放大器直流型對數變換電路進行

18、了對數變換。第24頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 二、原子吸收分光光度計的工作流程 以測定試液中鎂離子的含量為例，其儀器裝置如圖3-14所示，先將試液噴射成霧狀并引入到火焰中，含鎂鹽的霧滴在火焰溫度下，蒸發、離解成鎂原子形成原子蒸氣。當用鎂的空心陰極燈作光源，它便輻射出具有波長為285.2nm的鎂的特征光譜（波），當其通過火焰中一定厚度的鎂原子蒸氣時，部分光被蒸氣中基態鎂原子所吸收而使強度有所減弱。通過單色器分光后被檢測器接受，檢測器測得鎂的285.2nm譜線光的減弱程度，進而即可求出試樣中鎂的含量。第25頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 實訓3-

19、2 儀器開、關機操作、工作軟件使用一、開機1開穩壓電源，待電壓穩定在220伏后開主機電源開關；2開空壓機；3開燃氣鋼瓶主閥，乙炔鋼瓶主閥最多開啟一圈；4開排風扇和冷卻水(采用石墨爐原子化時)。二、測試1.裝上待測元素空心陰極燈，調節燈電流與波長至所需值；2.點火，設置儀器測試參數；3.將霧化器毛細管插入去離子水中，調零后,再將霧化器毛細管插入溶液，待吸光度顯示穩定后，記錄測試結果,將霧化器毛細管插入去離子水中，待儀器顯示回到零點;同法依次測定其它溶液。第26頁，共30頁，2022年，5月20日，7點0分，星期四 實訓3-2 儀器開、關機操作、工作軟件使用三、關機1.測試完畢后，在點火狀態下吸噴干凈的去離子水清洗原子化系統幾分鐘；2.關閉燃氣鋼瓶主閥，待管路中余氣燃凈后關閉儀器的燃氣閥門；3.松開儀器面板上燃氣和助燃氣旋鈕，將燈電流旋至零；4.關儀器電源，關穩壓電源；5.關排風扇和冷卻水；6.將燃氣鋼瓶減壓閥旋松；7.順序關燃氣，空壓機，陰極燈。旋鈕復位，關光電倍增管負高壓電源，總電源；8.用濾紙將燃燒頭縫擦干凈,填寫儀器使用記錄；9.清洗玻璃儀器，復位。第27頁