浅谈原子吸收分光光度计

彭杨

原子吸收分光光度计是一种无机化学成分分析仪器，于20世纪50年代中期出现，并逐渐发展起来的一种新型分析仪器，是集光学、机械学、电子学和计算机为一体的高科技产品。主要用于测量痕量金属元素。作为金属分析的主要精密仪器，具有测定元素多、灵敏度高、分析速度快、数据准确、操作简便等优点，被广泛应用于环境科学、计量科学、材料科学、农业科学、生命科学、地质科学、石油科学、食品科学、医疗卫生、钢铁冶金、化学、化工等各个领域。本文除简单介绍原子吸收分光光度计相关知识外，就作者在日常检定过程中遇到的一些问题与大家一起讨论。

1 原子吸收分光光度计的工作原理

原子吸收分光光度计的工作原理是通过燃烧雾化过程将被测元素的化合物离解为基态原子。当工作元素灯发出的与被测元素相同的特征谱线穿过火焰原子化器产生的样品蒸汽层时，光的一部分被蒸汽层中待测元素的基态原子所吸收。通过测定特征谱线被吸收的大小,得到待测元素的含量。在一定浓度范围内，其吸收强度与试液中被测元素的含量成正比。其定量关系可用朗伯-比尔定律，

A=-lgI/I0=-lgT=KCL，

式中I为透射光强度；I0为发射光强度；T为透射比；L为光通过原子化器光程（长度），

每台仪器的L值是固定的；C是被测样品浓度；所以A=KC。

2 原子吸收分光光度计的结构

原子吸收分光光度计是由光源、原子化系统、分光系统和检测系统组成。见下图：

光源一般采用空心阴极灯、无极放电灯,作为光源要求发射的待测元素的锐线光谱有足够的强度、背景小、稳定性好。

常见的原子化器有火焰原子化器和石墨炉原子化器。

火焰原子化器由喷雾器、预混合室、燃烧器3部分组成。其特点是操作简便、测量重复性好。

石墨炉原子化器是一类将试样放置在石墨管壁、石墨平台、碳棒盛样小孔或石墨坩埚内用电加热至高温实现原子化的系统，其中管式石墨炉是最常用的原子化器。原子化程序分为干燥、灰化、原子化、高温净化4个步骤。特点为原子化效率高，在可调的高温下试样利用率达100%；灵敏度高，其检测限达10-6～10-14；试样用量少，适合难熔元素的测定。

分光系统（单色器）由凹面反射镜、狭缝或色散元件组成。色散元件为棱镜或衍射光栅。

检测系统由检测器（光电倍增管）、放大器、对数转换器和电脑组成。

3 原子吸收分光光度计使用过程中的注意事项

3.1 采用火焰原子吸收光谱法测定的注意事项

首先，检查雾室的废液是否畅通无阻，如果有水封，一定要设法排除后再进行点火。其次，防止“回火”，点火的操作顺序为先开助燃气、后开燃气；熄灭顺序为先关燃气，待火熄灭后再关助燃气。一旦发生“回火”，应迅速关闭燃气，然后关闭助燃气，切断仪器的电源。并且在必要时采用二氧化碳灭火器灭火。

3.2 采用石墨炉原子吸收光谱法测定时的注意事项

冷却水的使用：首先接通冷却水源，待冷却水正常流通后方可开始执行下一步的操作。

当燃烧器的缝口存积盐类时，火焰可能出现分叉，这时应当熄灭火焰，用滤纸插入缝口擦拭，用刀片插入缝口轻轻刮除积盐或用水冲洗。

此外，操作中还应采用简易的肥皂水检漏法或检漏仪对供气管路进行检漏。当发现空心阴极灯的石英窗口有污染时，应用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭干净。

4 原子吸收分光光度计常见故障排除

4.1 燃烧火焰不稳

原因分析：燃气不稳或纯度不够，或者是燃烧缝混合气体比例不适当。

解决方法：此时应首先检查空气与乙炔的混合比例是否适当。如果比例适当，应检查助燃气和燃气通道及接头是否漏气或气路是否堵塞。若漏气，应及时更换漏气管路，即可解决问题。若火焰不均匀，长时间出现缺口或锯齿形，说明燃烧缝堵塞，需要清除堵塞物。清除方法是：熄灭火焰后，先用滤纸揩拭，开启空气压缩机吹入空气，同时用单面刀片沿缝细心刮除，利用压缩空气将刮下的沉积物吹掉，同时要防止把缝边刮伤。

另外，周围环境的干扰也会使火焰异常。当空气流动强或者有灰尘干扰时，应及时关闭门窗，以免对测定结果造成影响。

4.2 仪器使用中熄火

原因分析：燃烧器缝口有污渍或水滴导致火焰不连续燃烧，或是雾化室内有油膜或生锈，使得雾化样品变成水珠，造成室内积水。

解决方法：仪器关闭后，可用柔软的刀片轻轻刮去燃烧器缝口的污渍或擦干燃烧器内腔及缝口的水滴。若是雾化室问题，可用丙酮除锈，用乙醚和乙醇清洗去油，最后用水冲洗并吹干。

4.3 输出能量过低

原因分析：可能是波长超差；阴极灯老化；外光路不正；透镜或单色器被严重污染；放大器系统增益下降等。

解决方法：若是在部分波长范围内输出能量较低，则应检查灯源及光路系统的故障。若在全波长范围内输出能量低，应重点检查光电倍增管是否老化，放大电路有无故障。

4.4 校准曲线不成线性或者线性差

原因分析：光源灯老化或是灯电流过大；狭缝过宽；测定样品的浓度太大。

解决方法：应及时更换光源灯或调低灯电流；减小狭缝；由于高浓度溶液在原子化器中生成的基态原子不成比例，使校准曲线产生弯曲。因此，需缩小测量浓度的范围。

4.5 雾化量少

原因分析：毛细管堵塞；温度过低。

解决方法：如果毛细管被气泡堵塞，可用手指轻弹，赶出气泡即可；如果是其他物质堵塞，应将毛细管拔下，用软金属丝清除，仍然不通，应更换毛细管。仪器使用时的环境温度应在10℃～30℃之间，若温度过低，低温高速气体将使样品无法雾化，甚至结成冰粒，此故障提高室温即可解决。

4.6 仪器吸光度值不稳定

原因分析1：空心阴极灯使用时不亮或灯频繁闪动。造成这一现象的原因是空心阴极灯在使用一段时间或长时间不用时，会因为气体吸附、释放等原因而使灯内气体不纯或损坏，导致发射能力的减弱。

排除方法：应确保每个空心阴极灯每隔两三个月点燃一次，每次2h～3h。使用时应预热30min以上。如果因电压不稳导致灯闪，应连接稳压电源，待电压稳定后再开机使用，以免造成空心阴极灯损坏；如果是连接口接触不良，则应调整接触口簧片或更换新的连接口。

原因分析2：灯电流超出范围。

排除方法：对于空心阴极灯，工作电流过大，使灯丝发热温度较高，导致原子发射线的压力变宽，同时空心阴极灯的自吸增大，使辐射的光强度降低，导致无吸收。因此，在空心阴极灯发光强度满足需要的条件下，应尽可能地采用较小的工作电流。

5 原子吸收分光光度计发展与最新应用

5.1 原子吸收分光光度计按照技术发展的阶段，大致可分为3代

第1代：单火焰原子吸收分光光度计，如日立的Z500、北京东西分析仪器有限公司早期的单火焰型等。

第2代：火焰原子吸收分光光度计+外置石墨炉，如普析的TAS990等。其设计目的是为了弥补火焰吸收光谱仪灵敏度不够的缺陷。

第3代：一体化的火焰+内置石墨炉原子吸收分光光度计，这也当今的主流产品，如岛津公司的AA6800、PE公司的AA800、北京东西分析仪器有限公司AA7000系列等。

5.2 原子吸收分光光度计最新技术的应用

5.2.1 横向加热石墨炉技术是当今世界上最重要的科技成果之一

横向加热石墨炉具有纵向加热石墨炉无可比拟的优点，其中最重要的是：横向加热石墨管，它使得沿光束方向的石墨管温度严格均匀一致；可避免纵向加热石墨管引起的灵敏度损失；温度梯度小（横向中心和两端温度差150℃；纵向差500℃）。

横向加热石墨炉与纵向加热石墨炉的比较如图

5.2.2 新型的连续光源原子吸收分光光度计仪器问世

常规的传统线光源原子吸收分光光度计，一个灯只能作一个元素。而连续光源原子吸收分光光度计，采用交叉色散系统和CMOS图像传感器的形式，不需要移动光路中的任何部件，可以同时检测As193.76nm～Cs852.11nm之间的多条任意分析谱线，具有同时多元素定量/定性分析能力。定量分析能力（检出限和精密度）达到或超过线光源原子吸收分光光度计的水平，从而使原子吸收分光光度计发展到一个新的水平。

我国目前的原子吸收分光光度计发展很快，但是，我国在高档原子吸收分光光度计方面与国外差距很大，特别在可靠性、软件、附件、工艺等指标上，差距更加明显。在中、低档原子吸收分光光度计领域，我国与国外的差距已经很小，特别是在火焰法方面，差距更小。我国自己生产的火焰法原子吸收分光光度计基本上都能满足使用要求。我国的中档AAS，有些技术指标还优于国外同类产品，如北京普析通用公司的TAS－986/990，采用横向加热石墨炉技术，而掌握这种技术的公司全世界只有5家。

随着现代科学技术的发展，特别是材料科学、生命科学的大发展，对不透明物质的分析越来越多，所以原子吸收分光光度计仪器的应用越来越广泛。许多食品、药品、自然环境中的重金属微量元素对人类生存、发展的威胁越来越大。而这些重金属微量元素的分析主要是依靠原子吸收分光光度计。因此，原子吸收分光光度计及应用的发展非常值得广大科技工作者重视。

[1]李昌厚.原子吸收分光光度计仪器及其应用[J].北京：科学出版社，2006（6）.

[2]汪素萍.连续光源原子吸收光谱仪－划时代的技术革命[J].岩矿测试，2005（1）.

[3]彭友娣，刘衡林.原子吸收光谱仪常见故障的排除（火焰部分）[J].福建分析测试，2009（18）.

[4]邓勃，何华焜.原子吸收光谱分析[J].化学化工.

[5]JJG 694-2009原子吸收分光光度计[S].