气相分子吸收光谱法的新进展

王建 曹民

摘 要：本文通过与标准方法对比，综述十年来气相分子吸收光谱法的新进展，内容包括仪器装置、样品前处理、方法优化、新方法开发等方面的研究成果和技术革新，并指出该方法尚有很大潜力。

关键词：光谱法；标准方法；对比；新进展

中图分类号：O657.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）14-00157-02

New Progress in Gas Phase Molecular Absorption Spectroscopy

WANG Jian1 CAO Min2

（1.University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093；

2.Shanghai Anjie Environmental Protection Technology Co.， Ltd.，Shanghai 201900）

Abstract： By comparing with the standard method， this paper summarized the new progress of the gas phase absorption spectroscopy in the past ten years， included the research achievements and technical innovations in the instrument， sample pretreatment， method optimization， new method development and so on， and points out that the method has great potential.

Keywords： spectroscopic method；standard method；contrast；new progress

气相分子吸收光谱法的基本原理是，被测成分分解成的气体对光的吸收强度与被测成分浓度的关系遵守光吸收定律。目前，该方法已广泛应用于环境监测、水文监测、水产养殖、食品加工和海洋监测等领域。

气相分子吸收光谱法于2005年成为环保部推荐方法[1]，方法验证使用的是上海安杰环保科技有限公司生产的AJ-2100型号气相分子吸收光谱仪。制定方法时使用的仪器自动化程度不高，前处理、取样、进样和分析过程都需要手工操作，步骤烦琐，过程复杂，耗费大量的人力、物力。随着时代的进步，尤其是计算机科学、电子学、光学的发展，新型的气相分子吸收光谱仪相继出现。与标准方法相比，新型仪器在装置、样品前处理、仪器操作等方面有了很大进步。新型仪器自动化程度更高，操作更加简便快捷，而且各种性能指标也有了显著提高。新型仪器无疑更能满足现代实验室对分析仪器的要求，进一步推动了气相分子吸收光谱法这一绿色无毒的监测方法的广泛應用。

1 仪器装置上的新进展

随着计算机、电子学等领域技术的不断发展，各种先进技术应用于分析仪器制造业，气相分子吸收光谱技术也日趋完善。

1.1 进样系统

1.1.1 蠕动泵进样取代手工取样。近年来，气相分子吸收光谱仪进样方法相比于标准方法有了很大进展，由原来传统的手工方式进样改为蠕动泵自动进样。而蠕动泵间断定量的进样方式，通过控制蠕动泵转速以及时间，实现精准进样，快速便捷，消除人为操作干扰，准确度高并解放了实验人员的双手，降低了劳动强度，为一线实验人员更好地完成日常工作以及进行科学研究提供了有力保障[2]。

1.1.2 自动进样器。目前，市场上气相分子吸收光谱仪除了采用蠕动泵进样方式外，高端产品普遍配备自动进样器。蠕动泵配合自动进样器实现了全自动进样分析，无人值守即可完成多样品测定。全自动的进样系统，通过控制蠕动泵的转速以及时间实现了单点定标，自动稀释等功能。采用单点定标功能，只需配制工作曲线最高点浓度标准点。单点定标功能的实现，大大降低了实验人员配制工作曲线的工作强度，且有效避免了配制标准点时可能引入的误差，提高了标线可靠性。

1.2 光源及分光系统

1.2.1 氘灯替代空心阴极灯。标准方法中，仪器采用空心阴极灯为光源。因为不同的待测物质其特征波长不同，而空心阴极灯发出锐线光谱，为了满足多种测定项目的要求，必须使用多个空心阴极灯[3]。氘灯是连续光源，使用氘灯替代空心阴极灯，一个灯发出的连续光谱涵盖了测试所需的全部波长范围，既免除了更换光源的麻烦，又降低了仪器使用成本。

1.2.2 自动分光系统及其相关。与标准方法相比，新型仪器实现自动分光、自动调节增益，大大减少了仪器的运维成本，简便快捷，操作简单。

1.3 气液分离器及除水装置

因为取样方式的局限性，标准方法中采用的是分离两段式气液分离器，如今仪器中采用的是一体式砂芯气液分离器，纯净载气由分离器底端进入，经过砂芯分化为细密气泡，促进了反应液充分混合，提高了化学反应速率。另外，新型气液分离器采用双进样口，避免试剂与样品在管路中交叉污染。

经由载气带出的待测气体不可避免地含有少量水汽，这些水汽如果进入光吸收池，则会对光产生吸收，对测量结果造成干扰，因此，必须有效除去待测气体中含有的水分[4]。在标准方法中，采用干燥剂吸收的方法除去水汽。而干燥剂在吸收一定量水汽后达到饱和，无法继续吸收水汽，必须时常更换干燥剂。目前，新型仪器采用冷凝除水的方式，有效除去待测气体中的水分。待测气体经由制冷片进入光吸收池，通过精准控制制冷片温度，经过制冷片的气态水转化为液态。这种方式减少了更换干燥剂的烦琐操作，降低了干燥剂成本且更加稳定可靠。

2 样品前处理方面的进展

目前，GPMAS分析中样品前处理方面的进展主要有以下几项。第一，仪器内置的恒温加热系统为化学反应提供更加精准、可靠的温度，在进样的同时完成反应液体的加热，不再需要外置恒温水浴加热器。完整测定过程仅需2min，而且方法的精密度、准确度、灵敏度都有所提高。第二，针对总氮项目，开发了消解模块，该模块采用紫外—碱性过硫酸钾法，不使用压力蒸汽灭菌器，消解时间短，且该消解模块可与仪器配套使用，操作简便快捷。

3 方法优化以及新方法开发

GPMAS在我国起步较晚，且因其方法的独特性，测定项目相对较少，应用该法研制的仪器目前只在我国广泛应用，国外尚无报道。近几年，对该方法的应用推广主要体现在仪器装置的功能性改进方面，仪器自动化程度更高，用户体验更好。而针对该法的方法优化相对较少。吴卓智[5]等采用硫酸代替盐酸，为硝酸盐氮的测定提供合适的反应温度和酸度，获得了较好的灵敏度、准确度；周珂[6]等优化了次溴酸盐氧化剂的配方，提高了氨氮测定的氧化上限。上海安杰环保科技有限公司研发的氨氮在线氧化系统，实现了氨氮快速自动在线氧化，氧化过程瞬间完成，大大缩短了测定时间。

基于气相分子吸收光谱法，除了标准方法规定的“五氮一硫”外，目前新开发的方法包括CODMn、汞、亚硫酸盐等。下面对目前应用较多的CODMn、汞的测定进行简单介绍。

赵建平[7]等以亚硝酸盐作为还原剂，通过间接测定亚硝酸盐的方式，建立了水中的高锰酸盐指数的快速量分析方法，该方法具有测定快速、准确度高、浑浊度低等优点。茅丽秋[8]等以硼氢化钾代替二氯化锡作还原剂，用气相分子吸收光谱仪代替测汞仪，冷原子吸收法测定了水中总汞，按有关规范的原则和方法评定了其测量不确定度。结果表明，检出限为0.005μg/L，精密度RSD为1.0%，加标回收率为99.1%～103.1%，为汞的测定提供了一种安全、快速、可靠的测试方法。

4 发展方向

气相分子吸收光谱法作为一种简便、快捷、绿色无毒的检测方法，目前已广泛应用在环境监测、卫生防疫、水文监测、水产养殖、海洋监测和化学肥料等各部门。在科技发展日新月异，仪器产品更新换代加速的今天，GPMAS想要做出突破，占领更加广阔的市场空间，除了提高仪器整机性能，提供更加优质的用户体验外，还应大力发展小型化便携式仪器、在线监测仪器，努力开发多项目同时测定技术。

参考文献：

[1]国家环境保护总局.水质 氨氮的测定 气相分子吸收光谱法：HJ/T 195—2005[S].北京：中国环境科学出版社，2006.

[2]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[3]臧平安.气相分子吸收光谱法测定水中氨氮[J].宝钢技术，1996（1）：49-52.

[4]臧平安.气相分子吸收光谱法简介[J].光谱仪器与分析，2000（1）：1-4.

[5]吴卓智.气相分子吸收光谱法测定硝酸盐氮的改进方法[J].现代仪器，2003（5）：23-24.

[6]周珂.改進测定水中氨氮分子吸收光谱法的试验研究[J].环境科学与技术，2012（3）：147-150.

[7]赵建平.气相分子吸收光谱法快速测定水中高锰酸盐指数[J].现代科学仪器，2011（3）：95-96.

[8]茅丽秋.硼氢化钾还原-气相分子吸收光谱仪测定水中的总汞及其不确定度的评定[J].广东微量元素科学，2009（7）：50-54.