火焰原子化条件的优化在实际工作中的应用

王青丽，南君芳，张恩华，苏晨曦，孙利宁

（国投金城冶金有限责任公司，河南灵宝 472500）

众所周知，自从原子吸收光谱仪问世以来，最早的原子化器就是火焰原子化器，到目前为止，该类型原子化器仍然被广泛地应用于冶金、环境保护、地质、医学、化工、农业等领域，是使用时间最长、技术上最成熟、应用范围最广的原子化方法［1］。火焰原子吸收光谱法中，原子化器条件的选择与调节会对测定结果的准确度、灵敏度产生很大的影响，而在实际操作中，很多分析人员往往忽视原子化器条件的优化，仅仅采用仪器厂家最开始提供的参数，造成检测结果的准确度不好。作者在长期操作原子吸收光谱仪器过程中，积累了丰富的经验，文章从火焰原子化器的组成结构及性能、影响火焰原子化效率的因素、火焰原子化条件的优化三个方面进行了阐述，总结了火焰原子化器条件优化的方法，仅供读者参考。

1 火焰原子化器的组成结构及性能

原子化器的作用是将试样中的待测元素转化成原子蒸汽。火焰原子化器由喷雾器、雾化室和燃烧器三部分组成。

1.喷雾器。喷雾器的作用是将试液吸入并将其高速喷出形成雾滴。试液沿毛细管吸入再喷出，被快速通入的助燃气分散成气体胶体，形成约10μm的雾滴。雾滴越细其越易干燥、熔化，气化生成自由原子蒸汽就越多，测定灵敏度也就越高。

2.雾化室。雾化室的作用是使气、液混合均匀。燃气（C2H2）在雾化室内与试液的细小雾滴混合，雾化室内部安装的扰气叶轮，既可使气、液混合均匀，也可使大的雾滴凝聚后从带有水封的废液排出口排出（水封可防止C2H2、Air逸出）。雾化室的记忆效应要小，废液排出要快。

3.燃烧器。燃烧器的作用是使样品原子化。被雾化的试液进入燃烧器，在燃烧的火焰中蒸发、干燥形成气固态-气溶胶雾粒，再经熔化、受热离解成基态自由原子蒸气，原子化效率约为10%。

2 影响火焰原子化效率的因素

影响火焰原子化效率的因素较多，主要考虑以下几点：火焰类型、样品提升量、雾化效率、燃烧器位置。

3 火焰原子化条件的优化

3.1 火焰类型

选择合适火焰不仅能提高测定的灵敏度和稳定性，还可减少干扰。选择的一般原则是：对易电离、易挥发的元素及易与硫化合的元素可使用低温火焰，对难挥发和易生成氧化物的元素可使用高温火焰，对其余绝大多数元素多采用Air-C2H2火焰［2，3］。为获得火焰的合适温度，应控制助燃气和燃气的正常比例，通常二者体积比为Air∶C2H2＝3∶1，燃气和助燃气最佳流量配比也可通过绘制吸光度（A）-流量（v）曲线来确定。

3.2 样品提升量

3.2.1 样品提升量的定义

样品提升量的物理意义即每分钟喷雾器可以吸入多少毫升的样品。样品提升量的大小是直接影响火焰吸光值高低的重要因素之一。大多数操作者平时是不太注意这个量值的，只有到了明显感到灵敏度下降时，才会想起来检测样品的提升量。

试液提升量受吸液毛细管的内径与长度、通入压缩空气的压强、试液的黏度等因素的影响。进样量过小，产生自由原子的浓度低，自然会降低测定灵敏度。若进样量太大时，消耗的总热量多，若火焰产生的热量小于原子化所消耗的热量，则分析物不能有效地原子化。原子化效率降低，大量试液成为废液排出。且随着进样量增加，较大粒径的气溶胶量增多，在气溶胶经过火焰的短时间内，不能获得足够的能量完成原子化，对原子吸收信号没有贡献，却又消耗大量的热量。

由此可见，在一定范围内，增加进样量可以提高测定的灵敏度，而过大的进样量，对火焰产生强烈的冷却效应，不仅不能提高测定的灵敏度，反而降低测定的灵敏度。合适的进样量应通过试验进行选择，以获得最佳吸光度值作为选取进样量的评定指标。进样量一般取5～8 mL／min为最佳。

3.2.2 样品提升量的测试方法

样品提升量检测步骤：燃烧器点火后将进样毛细管插入一只盛满10 mL去离子水的量筒，并开始计时。1 min到时后，马上撤出毛细管并记下剩余液面的刻度，用10 mL初始体积量减去剩余的液量体积量就是样品提升量。值得注意的是：不同的仪器的样品提升量是不同的。这个提升量的范围一般在仪器使用手册中均会给出。如果没有给出，则要在正常的仪器上实际测试后记录备案，以作为今后检查样品提升量的参考依据。

3.2.3 影响样品提升量的主要因素

1.助燃气的流量是否满足仪器的设计要求。

2.喷雾器的状态是否正常，如果喷雾器的毛细管或者出气环被异物堵塞，即便助燃气的供给正常也会降低提升量。

3.3 雾化效率

3.3.1 雾化效率的定义

所谓的雾化效率，简单地讲就是已经转换为气溶胶的样品量与喷雾器吸入的样品量之间的百分比值。这个比值越大，说明雾化效率越高。

3.3.2 雾化效率的测试方法

燃烧器点火后吸入10 mL的去离子水（不限时，吸净为止），同时用另一个量筒置于燃烧器的废液排放口处来承接排出的废液。最后用总的吸入量减去排出的废液量后再除以吸入量则为雾化效率。其计算公式为：

ε＝（吸入量-废液量）／吸入量×100%

3.3.3 影响雾化效率的因素

有些操作者则往往将样品提升量和雾化效率混为一谈。雾化效率的高低取决于最终进入到火焰中的样品气溶胶颗粒总数的多少，而影响气溶胶颗粒多少的因素有：

1.样品提升量的多少。对于同一台仪器而言，在相同的单位时间内，吸入的样品越多，有可能形成气溶胶的颗粒也就会越多，这是一个不争的事实。

2.喷雾器毛细管的出口与撞击球的垂直对位切点是否为撞击球直径的一端。目前绝大部分仪器的雾化器已经采用喷雾器与撞击球二者一体化的结构了，所不同的是撞击球和喷雾器的材质不同而已。严格地讲，这种玻璃材质一体化的雾化器的撞击球还可以通过转动微调来达到最佳的位置。也有喷雾器与撞击球虽然是固定对位的但是二者也可随意分离的雾化器，这样设计的优点是便于清洗和单独购买二者其一被损坏的配件。

3.当喷雾器毛细管出口破损时，所喷出的液雾则会偏离毛细管与撞击球的垂直切点，从而减少了气溶胶颗粒的总数，自然也就影响到了雾化效率。

4.撞击球表面不光洁或者受到污染，造成产生气溶胶颗粒总数的减少，不会得到较高的雾化效率。

5.由于雾化室内壁的不洁净致使已经形成的气溶胶在喷向燃烧头的过程中产生“挂壁”现象，而转变为大滴的液珠成为废液，降低了雾化效率。

6.不洁的燃烧缝造成气溶胶不能完全进入火焰中变为基态原子。如果燃烧缝因样品堵塞而造成总长度变短或者宽度变窄的话，其雾化效率也会变差。

3.4 燃烧器

3.4.1 燃烧器前后位置的调整

1.燃烧器前后位置对灵敏度的影响。燃烧器的前后位置与光源射出的光束的偏离程度影响着测量的灵敏度。即便燃烧器的雾化效率再高，产生的基态原子个数再多，如果阴极灯的光轴（光）偏离了与燃烧缝的垂直对位关系，也就是说阴极灯的光束没有完全进入到原子蒸汽中去，就不会产生很高的吸光度，测量的灵敏度就不会高。

2.燃烧器前后位置的调整方法。对于如何判断阴极灯光轴与燃烧缝是否对位，有的仪器会随机附带一个光轴与燃烧缝对位检查的量具，测量时将量具的定位销子插入到燃烧头的燃烧缝中，通过观察阴极灯的光斑与透光孔是否能形成同心圆来判定光轴是否与燃烧缝处于相互垂直的状态。如果仪器没有附带类似的这种量具，则可以自制一条白纸条并且在白纸条中心位置画出一条垂直线，将纸条的垂直线对位于燃烧缝上，然后观察阴极灯光斑的中心线是否与纸条的垂直线吻合。

但是上述方法仅仅是一种静态的判断方法并且还有很大的不确定性，燃烧器前后最佳位置的调节还是要采用动态方法来完成。就是燃烧器点火后，吸喷一个待测元素的标准溶液，然后利用燃烧器前后调整旋钮调节到吸光值最大即可。为了简化燃烧器前后调节的繁琐步骤，目前有些仪器厂家已经将前后可调式燃烧器改为前后固定型的了，仅仅保留高低调整功能。

3.4.2 燃烧器高度的调整

1.燃烧器高度对灵敏度的影响。燃烧器的高度就是燃烧缝的水平面与光轴的垂直距离。燃烧器的火焰在不同的区域的温度是不同的，而不同的元素由于解离能的不同，因而在火焰里不同的区域的密度也是不同的。要想得到最大的吸收信号，就必须让待测元素阴极灯的发射谱线通过火焰中待测元素的基态原子最密集的区域才成。由于阴极灯的光轴是固定不变的，为此只能改变燃烧器与光轴的相对高度才能达到最佳的吸收值。

2.燃烧器高度的调整方法。通常的做法是一边吸入一个待测元素的标准溶液，一边缓缓上下试着调整燃烧器的高度，同时观察信号值和背景值的变化。燃烧器高度调整到最佳状态的原则是样品信号为最大，而背景信号为最小。

4 结 语

原子化器是原子吸收光谱仪器最重要和最关键的部件，是直接决定仪器分析灵敏度的关键因素，火焰原子化器条件的选择与调节会对测定结果的准确度、灵敏度产生很大的影响。在实际工作中，只有事无巨细，全盘考虑，重视每个环节和每种影响因素，才能保证测量结果的准确性。