原子吸收光谱仪的五个方面

王中泰

原子吸收光谱仪的五个方面

原子吸收技术，也称原子吸收光谱技术，是一种定量分析方法，依据是测量元素的基态原子对其特征辐射线的吸收程度，其特点是灵敏度高，重复性和选择性好，操作简单、迅速，结果准确可靠。现已广泛应用于地质、冶金、材料、石油、化工、机械、建材、农、医、环保等各个部门和领域。

一、原子吸收光谱技术发展简介

1955 年，澳大利亚的沃尔什就首先提出原子吸收应用于化学分析的见解，并在 1960 年沃尔什和他的同事们设计和制造出最简单的原子吸收光谱仪这标志着世界上第一台原子吸收光谱仪的诞生。

原子吸收光谱仪虽然问世于澳大利亚，但在这里却没得到真正的发展、进步，随后却在美国的珀金埃尔默公司、日本的岛津和日立得到真正的发展，也正是从这时开始原子吸收分析在元素分析上占有了一席之地。

近几年原子吸收应用越来越广泛，在许多技术上也得到突破，并且随着其他仪器的发展，给原子吸收与其他技术联用创造了机会，在近几年其他仪器与原子吸收光谱仪开始联用，并在使用过程中取得了喜人的成果。

比如：

FIA-AAS 、 GC-FAAS 、 LC-AAS 、 GC-GFAAS 、 HPLC-GFAAS 等。

原子吸收在有机物分析上取得了很大进步，相信今后原子吸收还会有更大的发展。

二、原子吸收光谱法的原理

蒸汽中待测元素的气态基态原子会吸收从光源发出的被测元素的特征辐射线，具有一定选择性，由辐射减弱的程度求得样品中被测元素的含量。 当辐射通过原子蒸汽，且辐射频率等于原子中电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量的频率时，原子从入射辐射中吸收能量，产生共振吸收。 原子吸收光谱是由于电子在原子基态和第一激发态之间跃迁产生的。每一种原子的能级结构均是独特的，故原子有选择性的吸收辐射频率。因此，在所有情况下，均可产生反映该种原子结构特征的原子吸收光谱。

三、原子吸收光谱法的特点

原子吸收光谱法的优点是具有较高灵敏度和精密度，并具有较好选择性和较强抗干扰能力，另外，在实际应用过程中便于快速操作，分析范围相对较广泛。然而，该方法仍有一些问题存在，需要进一步完善。

该方法存在问题主要包括在分析多种元素时需要更换灯源；若元素共振线不在真空紫外区内，则无法检测；在测定一些特殊元素时，其灵敏度相对较差；标准曲线范围相对较窄；对于基体较复杂的检测样品，产生的干扰问题仍未能得到较好解决。

四、原子吸收光谱检测方法

原子吸收原子化法常见四种方法有火焰法、石墨炉法、氢化物法和冷原子吸收法。

1 、火焰法：

用氧炔焰或氢氧炔焰将试样燃烧成原子蒸汽的方法。

2 、石墨炉法：

通过电加热的方法将试样原子化。

3 、氢化物法：

也称低温原子化法，就是将硒、砷等元素通过化学反应变成氢化物气体后进行原子化的方法。

4 、冷原子吸收法：

主要是用于测汞元素，就是在常温下将汞转变为氢化物后原子化或直接原子化的方法。

（ 1 ）氢化物发生法

氢化物发生法适用于容易产生阴离子的元素，如 Se 、 Sn 、 Sb 、 As 、 Pb 、 Hg 、 Ge 、 Bi 等。这些元素一般不采取火焰原子化法检测，而是用硼氢化钠处理，因为硼氢化钠具有还原性，可以将这些元素还原成为阴离子，与硼氢化钠中电离产生的氢离子结合成气态氢化物。

如：土壤监测中运用流动注射氢化物原子吸收检测河流中所含的沉积物汞和砷，经过试验后，

检出砷限为： 2ng/L ，

精密度为： 1.35% 至 5.07% ，

准确度在 93.5% 至 106.0%;

检出汞限为 2ng/L ，

精密度为 0.96% 至 5.52% ，

精准度在 93.1% 至 109.5% 。

这种方法不仅快速、简便，且准确度和精密度非常高，能更好的测试和分析环境样品。

（ 2 ）石墨炉原子吸收光谱法

石墨炉原子吸收光谱法是一种用电流加热原子化的分析方法。横向加热石墨炉解决了温度分布不均匀的问题。

石墨炉原子化的出现非常之重要，对于火焰原子化有着较为明显的优越性，与火焰原子化技术对比，灵敏度提高到 3 到 4 个数量线，达到了 10-12 至 10-14g 的灵敏度，但是石墨炉原子吸收光谱法还是存在一定的局限性：重现性还没有火焰法高，当待测样品比较复杂时，产生的结果会有很大的误差。

（ 3 ）火焰原子吸收光谱法

目前，火焰原子吸收光谱法还是应用最为广泛的方法。因为其对大多数的元素都适用，而且具有速度快，成本低，操作简单，结果误差不大的优势。

五、干扰及其消除方法

原子吸收分光光度计存在的干扰通常有 5 种，分别是化学干扰、物理干扰、电离干扰、光谱干扰以及背景干扰。

1 、化学干扰

化学干扰是原子吸收分析中相对常见的。产生化学干扰的主要原因是被测元素形成稳定或难熔的化合物不能完全离解出来所致。它又分为阳离子干扰和阴离子干扰。在阳离子干扰中，有很大一部分是由于被测元素与干扰离子形成难熔混晶体，如：

铝、钛、硅对碱士金属的干扰；硼、铍、铬、铁、铝、硅、钛、铀、钒、钨和稀士元素等，易与被测元素形成不易挥发的混合氧化物，使吸收降低；也有增大吸收 ( 增感效应 ) 的，如锰、铁、钴、镍对铝、镍、铬的影响。阴离子的干扰更为复杂，不同的阴离子与被测元素形成不同熔点、沸点的化合物而影响其原子化，如磷酸根和硫酸根会抑制碱土金属的吸收。

其影响的次序为：

PO43->SO42->Cl->

NO3->ClO4- 。

消除化学干扰常用的方法：

（ 1 ）利用温度效应和火焰气氛。如在空气 - 乙炔火焰中测定钙时， PO43- 和 SO42- 对其有明显的干扰，但在一氧化二氮 - 乙炔火焰中可以消除。测定铬时，用富燃的空气 - 乙炔火焰可得到较高的灵敏度；在一氧化二氮 - 乙炔火焰的红羽毛区，干扰现象就大大地减少。

（ 2 ）加入释放剂。释放剂是指能与干扰元素形成更稳定或更难挥发的化合物而释放被测元素的试制。如加入锶盐或镧盐，可以消除 PO43- 、铝对钙、镁的干扰。

（ 3 ）加入保护络合剂。保护络合剂与被测元素或干扰元素形成稳定的络合物。如加入 EDTA 可以防止 PO43- 对钙的干扰。 8- 羟基喹啉与铝形成络合物，可消除铝对镁的干扰。加入 F- 可防止铝对铍的干扰。

（ 4 ）加入助熔剂。氯化铵对很多元素有提高灵敏度的作用，当有足够的氯化铵存在时，可以大大提高铬的灵敏度。

（ 5 ）改变溶液的性质或雾化器的性能。在高氯酸溶液中，铬、铝的灵敏度较高，在氨性溶液中，银、铜、镍等有较高的灵敏度。使用有机溶液喷雾，不仅改变化合物的键型，而且改变火焰的气氛，有利于消除干扰，提高灵敏度。使用性能好的雾化器，雾滴更小，熔融蒸发加快，可降低干扰。

（ 6 ）预先分离干扰物。如采用有机溶剂萃取、离子交换、共沉淀等方法预先分离干扰物。

（ 7 ）采用标准加入法。此法不但能补偿化学干扰，也能补偿物理干扰，但不能补偿背景吸收和光谱干扰。

2 、物理干扰

当溶液的物理性质 ( 粘度、表面张力等 ) 发生变化时，吸入溶液的速度和雾化率也发生变化，因而影响吸收的强度。为了克服物理干扰，采用稀释试液或在标准溶液中加入与试液相同基体的办法或采用标准加入法。

3 、电离干扰

当火焰温度足够高时，中性原子失去电子而变成带正电的离子，使火焰中的中性原子数目逐渐减小，导致测定灵敏度的降低，工作曲线向吸光度坐标方向弯曲。这种现象存在于碱金属和碱土金属等电离势较低的元素。为了消除电离干扰，一方面适当控制火焰的温度 ( 采用富燃火焰 ) ，另一方面在标准溶液和样品溶波中加入大量容易电离的元素，如钾、钠、铷、铯，以抑制被测元素的电离。

4 、光谱干扰

它是由于光源、样品或仪器使某些不需要的辐射光被检测器测量所引起的。它能使灵敏度降低，工作曲线弯曲，也会引起测定结果偏高等。一 般采用较窄的光谱通带、提高光源的发射强度、选择其他的分析线，预先分离干扰物等方法去消除。

5 、背景干扰

这里所指的背景干扰主要是背景吸收。它包括光散射、分子吸收和火焰吸收。可采用邻近非吸收线或邻近低灵敏度的吸收线 ( 与分析线相差在 10nm 内 ) 、连续光源 ( 如氘灯、碘钨灯 ) 、塞曼效应和自吸等方式进行校正，火焰吸收可用调零的方法进行校正。