原子吸收分光光度计原理及分类

武开业

（榆林市环境监测总站，陕西 榆林719000）

原子吸收分光光度法又称原子吸收光谱法。所谓原子吸收就是指气态自由原子，对于同种原子发射出来的特征光谱辐射具有吸收现象，将这种原子吸收现象应用到化学定量分析，首先必须将试样溶液中的待测元素原子化，同时还要有一个强度稳定的光源，给出同样原子光谱辐射，使之通过一定的待测元素原子区域，从而测出其消光值，然后根据消光值对标准溶液浓度关系曲线，计算出试样中待测元素的含量

1 定量分析的理论依据

原子吸收共振线的强度和蒸汽中原子浓度的关系，与分光光度法中分子溶液对光的吸收规律相似，一束平行的，辐射强度为Pof，频率为f 的光，投射到长度为L 的火焰中，火焰吸收均匀，若通过火焰后的光强度为Pf，则在频率为f 时的吸收系数K 可由下式表示：

Pf=Pof*e-KfL，Kf与f 的关系即为吸收线的轮廓，在很大程度上它决定于火焰的温度和吸收原子周围的压力，吸收线的半宽是指吸收系数为最大值一半时的轮廓宽度，吸收与原子浓度之间有以下关系：∫Kfdf=e2Noff/mc, 式中Kf为吸收系数，c 为光速，e 为电子电荷，m 为电子质量，2Nof为单位体积内进行吸收的原子数，f 为振子强度，是指每个原子可能吸收光源能量的平均电子数。由于原子吸收线的宽度非常狭窄，约为十分之几纳米，因此要准确求得积分吸收系数是非常困难的，同时还要求单色仪必须具有千分之几纳米的分辨率，这就超过了一般单色仪的工作能力，为此在实际应用中，使用锐线光源测光吸收线中心位置的吸收系数（即最大吸收系数K），用谱线宽度较原子吸收线更窄的光源，如空心阴极灯发出的光，能够测定原子蒸汽的吸收系数K0，在化学分析中，为求得基态原子数N 的比较值，只需要测定吸光度A，不必精确求得K0，K0与原子浓度N 有线性关系，即：

K0=KN，A=0.4343K0L=K′N, 上式说明原子吸光度与原子蒸汽浓度有直线关系，由此可见原子吸收中的锐线光源是定量分析的基础。

2 主要部件及功能

原子吸光法是利用原子蒸汽能够吸收该元素本身特征波长的现象，来进行化学分析的一种方法，此法将试样的一部分转变为原子蒸汽，再测量原子蒸汽对特征波长辐射的吸收，通过比较标准样与试样吸收值来测定试样中元素的浓度。

原子吸收分光光度计包括以下部件，现将各部件的功能简述如下：

2.1 稳定的锐线光源

它可以发射待测元素的共振线。光源一般由待测元素制成具有空心阴极的灯，灯的发射光经电调制或切光器调制成交流，再由放大器解调并检出，使之与火焰的直流辐射相区别。

2.2 原子化器

它使溶液转化为原子蒸汽，常用的有火焰和石墨炉俩种，火焰中最常用的是空气-乙炔火焰，高温元素用氧化亚氮-乙炔火焰。

2.3 单色器

起分离共振线的作用，使共振线聚焦于光电倍增管上。

2.4 光电倍增管

它可以检出入射光能量强度，其后接放大器和读出装置。

2.5 放大器

它将光电倍增管发出的信号通过解调放大，转换成对数信号，提供给记录系统，这一环节包括解调灯信号放大、对数转换、自动调零、量程扩展和曲线校直等部分。

2.6 记录系统

包括电表读数、记录仪、数字显示、数字打印和电传打字等。

操作时先吸收空白溶液于火焰中，将仪器调零，这时对应空心阴极灯所发射出来的光为100%，即吸光度为0（A=0），当喷入含有待测元素溶液时，部分光被吸收，这时光强度减弱表头记录吸光度值A，用待测元素的标准溶液绘制标准曲线，由此可以求出未知试样中该元素的含量。

3 分类

原子吸收分光光度计的分类比较复杂，从仪器外光路结构形式分类，可以分为单道单光束、单道双光束和双道双光束三种，从原子化系统可以分为火焰原子化和无火焰原子化俩大类，从仪器功能上看，又可分为不扣除背景和智能化仪器三类，现将一些常见仪器类型介绍如下：

3.1 火焰型仪器

1）单道单光束仪器

“单道”是指仪器只有一个光源，一个单色器，一个显示系统，每次只能测一种元素。“单光束”是指从光源中发出的光仅以单一光束的形式通过原子化器、单色器和检测系统.单道单光束原子吸收分光光度计光学系统，如图1 所示。

图1 单道单光束原子吸收分光光度计光学系统示意图

这类仪器简单，操作方便，体积小，价格低，能满足一般原子吸收分析的要求。其缺点是不能消除光源波动造成的影响，基线漂移。国产WYX-1A、WYX-1B、WYX-1C、WYX-1D 等WYX 系列和360、360M、360CRT 系列等均属于单道单光束仪器。

2）单道双光束仪器（图略）

3）双道双光束仪器

双道双光束型仪器有两个光源，两套独立的单色器和检测显示系统。但每一光源发出的光都分成两个光束：一束为样品光束，通过原子化器；一束为参比光束，不通过原子化器。这类仪器可以同时测定两种元素，能消除光源强度波动的影响及原子化系统的干扰，准确度高，稳定性好，但仪器结构复杂。仪器光学系统如图2 所示。

图2 双道双光束型仪器光学系统示意图

4）双道单光束仪器

图3 双道单光束型仪器光学系统示意图

“双道单光束”是指仪器有两个不同的光源，两个单色器，两个检测显示系统，而光束只有一路。两种不同元素的空心阴极灯发射出不同波长的共振发射线，两条谱线同时通过原子化器，被两种不同元素的基态原子蒸气吸收，利用两套各自独立的单色器和检测器，对两路光进行分光和检测，同时给出两种元素的检测结果。这类仪器一次可同时测定两种元素，并可进行背景吸收的扣除。这类仪器型号有日本岛津AA－8200 型和AA－8500 型等。仪器光学系统示意图如图3 所示。

此外，还有多道双光束型仪器，可用来对三种或三种以上元素进行同时测定，目前美国PE 公司推出的SIM6000 多元素同时分析原子吸收光谱仪，以新型四面体中阶梯光栅取代普通光栅单色器，获取二维光谱。以光谱响应的固体检测器替代光电倍增管取得了同时检测多种元素的理想效果。

3.2 无火焰原子化型仪器

1）高温石墨炉原子化装置仪器

2）低温原子化装置仪器

3.3 塞曼效应扣背景仪器

1）光源调制型仪器

2）吸收线调制型仪器

3.4 自吸效应背景校正仪器（略）

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