關于原子吸收儀器組成1第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2原子吸收分光光度計的分析流程AAS定義？AAS與UVS的區別？測量原理？原子吸收分光光度計也稱原子吸收光譜儀，其分析流程如圖4-5，由四部分組成。第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日3原子吸收光譜儀的分析原理原子吸收分光光度計與紫外-可見分光光度計的區別：（1）銳線光源。（2）分光系統在火焰與檢測器之間，吸收之后。分析原理：由銳線光源（空心陰極燈）發射出待測元素的共振線，通過原子化器，被火焰中待測元素的基態原子吸收后，進入分光系統把鄰近線分開，由檢測器把光信號轉化為電信號，最后經放大由讀數系統讀出。第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日44.3.1原子吸收分光光度計的主要部件光源空心陰極燈和無極放電燈原子化系統火焰原子化法、電加熱原子化法和化學原子化法單色器（分光系統）檢測系統第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日51.光源作用：提供待測元素的特征光譜，獲得較高的測定靈敏度和準確度。光源應滿足如下要求：能發射待測元素的共振線；能發射銳線；輻射光強度大，穩定性好，背景小，使用壽命長。能滿足光源要求，應用最廣的是空心陰極燈和無極放電燈。第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日6（1）空心陰極燈結構工作原理工作電流使用注意事項第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日7空心陰極燈的結構它是應用最廣的元素燈，結構如圖4-6。由一個陽極和一個待測元素構成的空腔陰極構成，陰極和陽極密封在帶有石英窗的玻璃管中，管內充惰性氣體（Ne—橙色，Ar—淡紫色）。第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日8空心陰極燈的工作原理是一種特殊的氣體（輝光）放電管。施加適當電壓時，電子將從空心陰極內壁流向陽極，與充入的惰性氣體碰撞而使之電離，產生正電荷，其在電場作用下，向陰極內壁猛烈轟擊，使陰極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及離子發生碰撞而被激發，于是陰極內輝光中便出現了陰極物質和內充惰性氣體的光譜。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈（單元素燈；6~7種元素的多元素燈），并以此金屬元素來命名。測定不同元素用不同元素制成的空心陰極燈。每測一種元素需更換相應的燈。第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日9空心陰極燈的工作電流（燈電流）空心陰極燈的輻射強度與燈的工作電流有關；其供電方式多采用脈沖供電（光源調制）。增加燈電流，可以增加光譜的強度。但燈電流過大，會導致燈發生自蝕現象而縮短燈的壽命；還會造成燈放電不正常，使發射光強度不穩定。燈電流過低，發射光強度減弱，導致穩定性和信噪比下降。燈電流應根據實驗來選擇。第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日10空心陰極燈的使用注意事項a.空心陰極燈使用前應經過一段預熱時間，使燈的發光強度達到穩定。預熱時間隨燈元素而不同，一般在20~30min以上。b.燈在點燃后可從燈的陰極輝光的顏色判斷燈的工作是否正常。判斷的一般方法如下：充氖氣的燈負輝光的顏色是橙紅色；充氬氣的燈正常是淡紫色；汞燈是藍色。燈內有雜質氣體存在時，負輝光的顏色變淡。如充氖的燈，顏色可變為粉紅、發藍或發白，此時應對燈進行處理。c.元素燈長期不用，應定期（每月或每隔二、三個月）點燃處理。即在工作電流下點燃1h。若燈內有雜質氣體，輝光不正常，可進行反接處理。d.使用元素燈時，應輕拿輕放，低熔點的燈用完后，要等冷卻后才能移動。e.為使燈發光穩定，要保持燈的石英窗口潔凈，點亮后應蓋好燈室蓋，測量過程中不要打開，避免外部環境破壞燈的熱平衡。第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日11（2）無極放電燈又稱微波激發無極放電燈。特點：發射強度比空心陰極燈大100~1000倍，適于難激發的As、Se、Sn等元素的測定，目前有18種商品燈。低壓汞蒸氣發電燈、氙弧等使用不普遍。第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日122.原子化系統——關鍵作用：將試樣中待測元素轉變成原子蒸氣，即“原子化”。待測元素由化合物離解為基態原子的過程，稱為原子化過程。原子化方法：火焰法——火焰原子化裝置無火焰法——電熱高溫石墨管；汞低溫原子化法、氫化物原子化法。要求：原子化效率高，記憶效應小和噪音低等。原子化系統的效能直接影響測定的靈敏度、準確度和重現性。第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日13（1）火焰原子化法——最常用火焰原子化器火焰原子化器的結構原理火焰種類及氣源設備火焰原子化過程火焰原子化法的特點第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日14①火焰原子化器火焰原子化器是由化學火焰提供能量，在火焰的高溫中實現被測元素原子化的。火焰原子化裝置多用預混合型結構，由霧化器、預混合室（霧化室）和燃燒器三部分組成。圖4-8所示。第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日15火焰原子化器的結構原理——霧化器霧化器如圖所示。其作用是將試樣霧化。要求：噴霧穩定、霧滴細小均勻和霧化效率高。氣動型同心（軸）霧化器的霧化效率為10~30%（主要缺點是霧化效率低）。工作原理：以具有一定壓力的壓縮空氣為助燃氣進入霧化器，從進樣毛細管周圍高速噴出，在前端形成負壓。試液沿毛細管吸入再噴出，被快速通入的助燃氣分散成氣溶膠體，形成霧滴，噴液速度約1-12mL·min－1。霧滴愈細愈易干燥和熔化，氣化生成的原子蒸氣就愈多，測定靈敏度就愈高。為了減小霧滴的粒度，在進樣毛細管噴口的前端幾毫米處放置一個撞擊球，以使試液霧滴進一步分散成更細小的霧滴，以提高霧化效率。近年來采用的超聲霧化器，其霧化效率可達75%，并且霧滴的粒度均勻，缺點是記憶效應大。第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日16預混合室（霧化室）作用：使較大的霧粒沉降、凝聚，從廢液口排出，以減少前試樣待測組分對后試樣待測組分記憶效應的影響；霧粒與燃氣、助燃氣充分混合，形成氣溶膠，再進入火焰進行原子化；緩沖和穩定混合氣壓。要求：“記憶效應”小；為了避免回火爆炸的危險，預混室的殘液排水管必須采用導管彎曲或將導管插入水中等水封方式。第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日17燃燒器作用：使燃氣在助燃氣的作用下形成火焰，使進入火焰的試樣微粒氣化、解離和原子化。要求：火焰燃燒穩定，原子化程度高，并能耐高溫、耐腐蝕。預混合型原子化器通常采用不銹鋼（SS）制成長狹縫型燃燒器，對于乙炔-空氣等燃燒速度較低的火焰一般使用縫長100~120nm，縫寬0.5~0.7mm燃燒器；而對乙炔-氧化亞氮等燃燒速度較高的火焰，一般用縫長50mm，縫寬0.5mm燃燒器。也有多縫燃燒器，它可增加火焰寬度。第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日18火焰種類及氣源設備火焰的作用：提供一定的能量，促進試樣霧滴蒸發、干燥并經過熱離解或還原作用，產生大量的基態原子。火焰種類及特點如下表：火焰種類最高溫度/K

用途空氣-乙炔2600用途最廣，可用于35種以上元素測定，但對于Al、Ta、Ti、Zr等不宜使用N2O-乙炔3300可形成強還原氣氛，能用于Al、B、Be、Ti、W、V、Ta、Zr、Si等70種元素測定，其安全性須注意空氣-煤氣（丙烷）2200適用于生成易揮發、易解離化合物的元素分析，如堿金屬、Cd、Cu、Pb、Ag、Zn、Au、Hg等空氣-氫2300適用于測定易電離的金屬元素，尤其是As、Se、Sn等第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日19燃氣和助燃氣的安全使用乙炔氣體常用鋼瓶，最大壓力1.5MPa，因乙炔是溶于吸附在活性炭上的丙酮內，鋼瓶使用至0.5MPa就應重新充氣，否則丙酮會溢出，使火焰不穩定、噪聲大，影響測定。注意乙炔管道禁止使用銅材，以免生成乙炔銅，易爆。鋼瓶室附近禁止明火。使用時，應先開助燃氣，再開燃氣，并立即點火，關氣時應先關燃氣，再關助燃氣。N2O有毒、易爆，鋼瓶提供。點燃和熄滅應采用過渡法。Air一般由空氣壓縮機提供。各類高壓鋼瓶的漆色和標志——了解第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日20②火焰原子化過程試樣霧滴在火焰中一般發生蒸發、干燥、離解（還原）、激發、化合等反應過程，在高溫條件下生成基態原子的解離過程至關重要。原子化機理復雜，需控制好測量條件，保證產生大量的基態原子。第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日21③火焰原子化法的特點操作簡便、重現性好、對大多數元素有較高的靈敏度，應用廣。霧化效率和原子化效率低。不能直接分析固體樣品。第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日22（2）電加熱原子化法——簡介電加熱原子化器管式石墨爐原子化過程管式石墨爐原子化法的特點第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日23①電加熱原子化器電熱原子化裝置的種類有多種，如電熱高溫石墨爐、石墨坩堝、石墨碳棒爐、鎳爐、高頻感應加熱爐、空心陰極濺射等。其中應用最廣泛的是管式石墨爐（通常簡稱石墨爐）原子化器。第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日24管式石墨爐原子化器的工作原理使用低壓(10-25v)大電流（300A）來加熱石墨管，可升溫至2000~3000℃，使管中少量液體或固體樣品蒸發和原子化。石墨管長30～60mm，外徑6mm，內徑4mm。管上有3個小孔，中間小孔用于注入試液。石墨爐要不斷通入惰性氣體。外氣路中Ar氣體沿石墨管外壁流動，冷卻保護石墨管；內氣路中Ar氣體由管兩端流向管中心，從中心孔流出，用來保護原子不被氧化，同時排除干燥和灰化過程中產生的基體蒸汽。為使石墨管在每次分析之間能迅速降到室溫，從上面冷卻水入口通入20℃的水以冷卻石墨爐原子化器。第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日25②管式石墨爐原子化過程直接進樣和程序升溫方式進行原子化，分為干燥（除水分）、灰化（除基體）、原子化（解離）、凈化（除殘渣）四個階段，待測元素在高溫下生成基態原子。干燥灰化原子化除殘Tt第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日26③管式爐原子化法的特點優點：原子化效率遠比火焰法高（試樣完全利用）；直接進樣，試樣用量少（液樣1~100μL，固樣20~40μg）；可測固體及粘稠試樣。操作在封閉系統中進行，還可測定有毒物質。還可測定共振線位于遠紫外區的一些元素（石墨爐用的保護氣Ar在真空紫外區幾乎沒有吸收）。靈敏度高（基態自由原子在吸收區停留的時間長）。檢測極限達10-12g。溫度高，適于難熔元素測定。缺點：精密度比火焰法差（試樣組成不均勻性影響較大）；測定速度慢；干擾和背景大，需校正背景；操作不夠簡便，裝置復雜。第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日27（3）化學原子化法（低溫原子化法）化學原子化法的原子化溫度為室溫至攝氏數百度。常用的有汞低溫原子化法及氫化物原子化法。汞低溫原子化法：汞在室溫下，有一定的蒸氣壓，沸點為357℃。只要對試樣進行化學預處理還原出汞原子，由載氣（Ar或N2）將汞蒸氣送入吸收池內即可測定。氫化物原子化法：適用于Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se和Te等元素。在一定的酸度下，將被測元素還原成極易揮發與分解的氫化物，如AsH3

、SnH4

、BiH3等，再經載氣送入加熱的石英管后，分解成氣態原子后測定吸光度。此法靈敏度高，基體影響不大。第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日283.單色器（分光系統）分光系統在原子化器之后的目的：可防止原子化器內的干擾輻射進入檢測器；可防止光電管（光電倍增管）疲勞。作用：將待測元素的共振線與鄰近線分開，用狹縫調節，并有一定的集光本領。組件：色散元件（棱鏡、光柵），凹凸鏡、入射或出射狹縫等。雙光束儀器還配有旋轉斬光器，以便隨時檢查背景。單色器性能參數線色散率（D）：兩條譜線間的距離與波長差的比值ΔX/Δλ。實際工作中常用其倒數Δλ/ΔX（nm/mm）。分辨率：儀器分開相鄰兩條譜線的能力。用該兩條譜線的平均波長與其波長差的比值λ/Δλ表示。通帶寬度（W，nm）：指通過單色器出射狹縫的某標稱波長處的輻射范圍。當倒線色散率（D）一定時，可通過選擇狹縫寬度（S，mm）來確定：W=DS。由于原子吸收采用的吸收線是銳線，譜線較簡單，因此對于單色器的色散率和分辨率要求不高。在進行原子吸收測定時，單色器既要將譜線分開，又要有一定的出射光強度，所以當光源強度一定時，就需要選用適當的光柵色散率和狹縫寬度配合，以構成適于測定的光譜通帶。

第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日294.檢測系統——類似UVS主要由檢測器、放大器、對數變換器、顯示記錄裝置組成。（1）檢測器——將單色器分出的光信號轉變成電信號。如：光電池、光電倍增管、光敏晶體管等。光電倍增管（190~800nm）的結構原理：分光后的光照射到光敏陰極（打拿極）K上，轟擊出的光電子又射向光敏陰極1，轟擊出更多的光電子，依次倍增，在最后放出的光電子比最初多到106倍以上，最大電流可達10μA，電流經負載電阻轉變為電壓信號送入放大器。光電倍增管輸出的電流與入射光強度和光電倍增管的增益（即光電倍增管放大倍數的對數）成正比。而增益取決于打拿極的性質、個數和加在打拿極之間的電壓。通過改變所加的電壓，可以在較廣泛的范圍內改變輸出電流。光電倍增管的重要特性是光譜靈敏度和暗電流，要注意“疲勞現象”。第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日30檢測系統的結構原理（2）放大器——將光電倍增管輸出的較弱信號，經電子線路進一步放大。采用交流選頻、相敏放大器，直流放大不能排除火焰中待測元素原子發射光譜的影響。

（3）對數變換器——光強度經運算放大器轉換成吸光度。（4）顯示、記錄——CRT，可用微機處理繪制校準曲線，高速處理大量數據。第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日314.3.2原子吸收分光光度計的類型和主要性能——類似UVS原子吸收分光光度計的類型主要有：單光束、雙光束（即光源的輻射被分割為樣品光束和參比光束）、雙道雙光束（即采用兩個獨立的單色器和檢測器）及多道設計等。雙光束型是目前商品儀器的主要類型。單光束型的結構、操作簡單，價廉，使用廣泛；缺點是不能消除光源波動所引起的基線漂移。注意儀器的預熱和調零。如國產WYX、361等。雙光束型能克服單光束型的缺點，但參比光束不通過火焰，不能消除火焰背景的影響；結構復雜，價昂。如國產320、TAS990等。雙道單光束（日本島津AA系列）和雙道雙光束型（美國PE系列）可同時測定兩種元素，可扣除背景；但結構復雜，價昂。第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日324.3.3原子吸收分光光度計的使用和維護保養以TAS990型原子吸收分光光度計為例：1．主要功能和技術參數2．火焰法使用方法火焰點燃與熄滅空氣-乙炔火焰操作氧化亞氮-乙炔火焰點燃與熄滅操作吸光度測量濃度直讀測量3.火焰原子吸收分光光度計工作軟件的使用方法實訓——燈的安裝；原子吸收光譜儀的使用第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日33（1）火焰點燃與熄滅——空氣-乙炔火焰操作１）檢查100mm燃燒器和廢液排放管是否安裝妥當，然后將“空氣-笑氣”切換開關推至“空氣“位置。２）開啟排風裝置電源開關，進行室內排風。３）接通空氣壓縮機電源，將輸出壓力調至0.3MPa。４）接通氣路電源總開關和“助燃氣”開關，調節助燃氣穩壓閥，使壓力表指示為0.2MPa。５）順時針旋轉輔助氣鈕，關閉輔助氣，此時流量指示僅為霧化氣流量，約5.5L?min-1

左右，如有必要可啟用輔助氣，但增大輔助氣會降低靈敏度。６）打開乙炔鋼瓶總閥，調節乙炔鋼瓶減壓閥使乙炔表指示為0.05MPa。打開乙炔開關，調節乙炔氣鈕使乙炔氣流量至1.5L·min-1。７）按下點火鈕（約4s）左右，使點火噴口噴出火焰將燃燒器點燃（若4s后火焰還不能點燃，應松開點火開關以免點火白金絲燒斷。適當增加乙炔氣流量后重新點火）。可以先按下點火鈕，待白金絲發紅后再旋開乙炔氣鈕。８）調節乙炔氣流量選擇合適的分析火焰。９）測量完成后，吸噴幾分鐘蒸餾水，然后關閉乙炔鋼瓶總閥使火焰熄滅，待壓力表指針回到零時再旋松針形閥。關閉助燃氣和氣路電源總開關；關閉空氣壓縮機電源并釋放剩余氣體，最后關閉排風裝置電源。第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日34氧化亞氮-乙炔火焰點燃與熄滅操作１）檢查燃燒頭（50mm）廢液排放管是否裝妥，然后將“空氣/笑氣”切換開關推至“空氣”位置。２）調節乙炔鋼瓶的減壓閥至輸出壓力約為0.07MPa。將氧化亞氮鋼瓶的輸出壓力調至0.3MPa。接通空氣壓縮機電源，輸出壓力調至0.3MPa。接通氣路電源總開關和“助燃氣”開關，調節助燃氣穩壓閥使壓力表指示為0.2MPa。３）順時針旋轉輔助氣鈕，關閉輔助氣。此時流量計指示僅為霧化氣流量，約5.5L?min-1左右，如有必要可啟動輔助氣，但增大輔助氣會降低靈敏度。４）調節乙炔鋼瓶減壓閥使乙炔表指示為0.05MPa，打開乙炔氣開關，調節乙炔氣流量至1.5L·min-1左右。立即按下點火鈕，使點火噴口噴出火焰將燃燒頭點燃（如果4s后火焰還不能點燃，應松開點火鈕片刻，以免白金絲燒斷，適當加大乙炔氣流量或加入少量輔助氣后重新點火）。等待至少15s，待火焰燃燒均勻后，調節乙炔流量至每分鐘3L.min-1左右，并把“空氣/笑氣”切換開關打到“笑氣”位置。５）調節乙炔流量直至火焰的反應區（玫瑰紅的內焰）有1~2cm高，外焰高30-35cm。６）吸噴被測元素的標準溶液，調節乙炔氣流量，根據吸光度的變化選擇合適的分析火焰。７）測量完成后，吸噴幾分鐘蒸餾水，然后將“空氣/乙炔”切換開關打到“空氣”位置，把笑氣-乙炔火焰轉換為空氣-乙炔火焰。８）關閉乙炔鋼瓶閥使火焰熄滅，待壓力表指針回到零時再旋松針形閥，關閉助燃氣和氣路電源總開關；關閉空氣壓縮機并釋放剩余氣體，最后關閉排風裝置電源。第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日35（2）吸光度測量１）根據待分析元素選擇陰極燈安裝，開機，點亮燈預熱。２）根據手冊或經驗選擇合適的燈電流和光譜帶寬。３）“方式”開關置于“調整”，信號開關置于“連續”，進行光源對光和燃燒器對光。４）“方式”開關置于“吸光度”，開氣點火。５）點火5min后，先吸噴空白溶液，按調零鈕調零。６）吸噴去離子水（空白液），按“調零”鈕調零，將“信號”開關置于“積分”，吸噴去離子水（空白液），再次按“調零”鈕調零。吸噴標準溶液，待能量表指針穩定后按一下“讀數”鍵，讀數指示燈亮，三秒鐘后顯示器顯示吸光度積分值并保持五秒鐘。為使讀數可靠，重復以上操作測三次取平均值計