原子吸收光谱法的应用及干扰排除

摘要：原子吸收光谱法是一种常用的元素（重金属）分析法，具有灵敏度高、选择性强和操作简便等特点。介绍了原子吸收光谱法的理论基础和技术特点，分析了检测过程中发生背景吸收、化学、电离、基体、发射、吸收和噪声等干扰的原因并提出消除方法，还开展了原子吸收光谱仪常见故障分析。

关键词：原子吸收光谱法 干扰消除 故障分析

原子吸收光谱法（AAS）是一种基于待测基态原子对特征谱线的吸收而建立的一种分析方法，是测定痕量和超痕量元素的有效方法。1953年，Walsh博士发明锐线光源，1954年全球第一台原子吸收仪在澳大利亚诞生，1955年，Walsh的论文《原子吸收光谱在化学中的应用》奠定了原子吸收光谱法的应用基础[1，2]。20世纪60年代初，PerkinElmer和Varian公司先后推出商品化原子吸收光谱仪，原子吸收技术进入迅速发展时期。目前，商品化原子吸收光谱仪的生产厂家主要有PerkinElmer、Varian、Jena、Thermo和Unicam等。

1 原子吸收光谱法的原理及技术特点

1.1 基本原理 对于每种元素来说，它的原子核周围都有特定数量的电子，每种原子常见的和最稳定的轨道结构称为基态，当原子获得一定能量后其外层电子被激发到不稳定的形态，即激发态。激发态原子是很不稳定的，最终将会返回到基态，同时发射出一定波长的电磁波。原子吸收是指气态自由原子对同种原子发射出的特征波长光的吸收现象，原子吸收光谱法是基于样品蒸气中被测元素的基态原子，对光源发出的该种元素的共振发射线的吸收程度大小进行定量分析方法，其波长区域在近紫外和可见光区。

1.2 原子吸收光谱法的应用 原子吸收光谱仪也称原子吸收分光光度计，常见的有单光束和双光束两种类型，主要由光源、原子化器、分光系统、检测器、数据处理及显示系统等5个部分组成。它主要用于测定各类样品中的微量、痕量金属元素，如水质分析、环境监测、生命科学研究、农林科学、地质普查、食品商检、医疗卫生、药检、冶金和石油化工等领域，在部分领域已被列入标准分析方法。

①优点：检出限低，灵敏度高；选择性好，精密度高；光谱干扰少，准确度高；可测元素多（70多种），操作简便，应用范围广。②局限性：测定W、Ta、Zr等高温元素不如发射光谱法，不能同时测定多种元素，测定复杂基体样品中的微量元素时易受主要成分影响，火焰在紫外区存在一定程度的自吸现象。

环境监测中常见重金属的火焰原子吸收测定参数详见表1。

2 原子吸收光谱测定中的干扰及其消除

原子吸收光谱法是一种干扰很少的技术，在实验室检测过程中，通常存在的干扰有背景吸收、化学干扰、电离干扰、基体干扰、发射干扰、吸收干扰及噪声干扰等七类[3，4]，消除或补偿这些干扰的方法如下。

2.1 背景吸收 产生原因：火焰中离子对光的散射，未分解的混合物分子对光的吸收。背景吸收特异性较差（区别于特征吸收），可在很宽波长范围内观察到。消除方法：连续光源法（氘灯、碘钨灯），自吸收法，塞曼效应校正法。

2.2 化学干扰 化学干扰是指对于被测元素形成自由原子的干扰。消除方法：调节燃烧器高度，使用更高温度火焰；加入释放剂或保护剂；协调标液与样液的组成（让标准液与样液所含的无机酸种类和浓度相同），如：测定钙时改用笑气-乙炔火焰，或加入一定量的硝酸镧溶液消除磷酸根的干扰。

2.3 电离干扰 电离干扰是指火焰提供的能量使待测元素外层电子脱离原子，降低了基态原子数量。消除方法：加入电离抑制剂，使用低温火焰，调节燃烧器高度，如：测定肥料中钾时加入电离电位更低的硝酸镧或硝酸铯溶液。

2.4 基体干扰 产生原因：样品的物理性质（温度、浓度、粘度、表面张力、燃烧性质等）与标液物理性质相差过大。消除方法：使样液、标液、空白液的组分相匹配，加入基体改进剂，标准物添加法。

2.5 发射干扰 发射干扰产生于空心阴极灯，包括被测元素本身各条发射线间的影响，即当样品浓度很高时，其他发射信号落在使用的光谱通带内。消除方法：减小狭缝宽度，增加等电流，稀释样品，改用温度较低的火焰。

2.6 吸收干扰 吸收干扰指样品中某共存元素的吸收波长落在待测元素的吸收线带宽内就会引起吸收干扰，使测定结果偏高。消除方法：减小狭缝宽度，选择次灵敏线，降低原子化温度，选择适当背景校正方式。

2.7 噪声干扰 噪声指测量信号（吸光度）随时间的波动，如白噪声、闪烁噪声、漂移噪声和分立频率噪声，光源、原子化器、检测器等都有可能成为噪声来源。白噪声：主要指由光源及其与检测器的相互作用产生的散粒噪声，延长测量时间或增加发射谱线强度可有效降低吸光度的RSD。闪烁噪声和漂移：低频部分占主要成分，变化较慢，采用调制（光源或样品）法可克服，但必须保证调制频率远大于噪声变化频率。分立频率噪声有时具有周期性，有时则不固定，可以找出仪器设计或工作环境方面的原因进行消除，或对数据进行统计处理。

3 原子吸收光谱仪常见故障分析

3.1 基线偏移 静态基线漂移。这是光源系统和检测系统故障，方法：首先查明仪器是否受潮，放置吸潮硅胶，仪器通电去潮，一段时间后仪器会逐渐正常；任何电磁感应都会使仪器产生漂移；用示波器检查“同步解调控制电路”检测点的波形，并与标准波形比较，如果波形异常，应调整使之正常。点火基线漂移。这是静态基线漂移或原子化系统故障，方法：排除静态基线漂移；检查毛细管有无堵塞和“气泡”，废液排放是否畅通和雾室内有无积水；气源压力不稳和燃烧器预热不够均会引起漂移；检查波长是否调准。

3.2 精密度变差 这是典型的分离频率噪声。方法：点火状态下吸入纯水或稀酸几分钟，冲走堵塞毛细管杂质，或用铜丝清除杂物，甚至可将雾化器拆卸后清洗；此外，空气和乙炔不纯或压力不稳、试液基体浓度过高、燃烧器缝积炭也会引起读数不稳定。

3.3 标准曲线线性差 阴极灯老化或使用高的灯电流引起分析谱线的衰弱扩宽，应及时更换光源灯或调低灯电流；狭缝过宽，使通过的分析谱线超过一条，可减小狭缝宽度；测定样品的浓度太大，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，应缩小测量浓度范围或用灵敏度较低的分析谱线。

4 原子吸收光谱分析法发展趋势

AAS的发展大致分为三个方面：一是原子化方式的改进，二是背景校正方式的变化，三是联用技术。激光光源和激光原子化技术的开发，将为微区分析和薄膜分析提供新方法。GC、LC高效分离技术的引入，拓展了AAS在痕量、超痕量分析领域内的应用空间。流动注射与AAS联用技术的应用，实现了基体复杂的元素，如As、Se等的测定。配合物、多元配合物与AAS的结合提高了检测灵敏度，大大拓展了AAS的应用范围。随着理论研究的深入与技术的不断进步，在不久的将来可能会出现更高分辨率、使用连续光源的原子吸收光谱仪。

参考文献：

[1]叶宪曾，张新祥，等.仪器分析教程（第二版）[M].北京：北京大学出版社，2007.

[2]李昌厚.原子吸收分光光度计仪器及其应用的最新进展[J].生命科学仪器，2006，4（8）：3-8.

[3]张扬祖.原子吸收光谱分析技术应用基础[M].上海：华东理工大学出版社，2007.

[4]汪雨，陈舜琮，杨啸涛.连续光源原子吸收光谱法的研究进展及应用[J].冶金分析，2011，31（2）： 38-47.

作者简介：

袁作友（1972-），男，重庆潼南人，本科，工程师，主要从事仪器分析和资产管理工作。endprint