AAS原理及維護(hù)2011

1、火焰原子吸收光譜分析的原理和應(yīng)用火焰原子吸收光譜分析的原理和應(yīng)用Steven Gao2011.83 原子吸收光譜分析是一種利用原子對(duì)光輻射產(chǎn)生吸收進(jìn)行定性、定量分析的原子吸收光譜分析是一種利用原子對(duì)光輻射產(chǎn)生吸收進(jìn)行定性、定量分析的光譜分析方法光譜分析方法, ,它所研究的是原子對(duì)某特定頻率且強(qiáng)度固定的輻射產(chǎn)生吸收后其強(qiáng)它所研究的是原子對(duì)某特定頻率且強(qiáng)度固定的輻射產(chǎn)生吸收后其強(qiáng)度的變化度的變化, ,通過(guò)其變化與試樣濃度之間的關(guān)系來(lái)確定組分的濃度通過(guò)其變化與試樣濃度之間的關(guān)系來(lái)確定組分的濃度. .如果光源強(qiáng)度為如果光源強(qiáng)度為I I0 0, ,則吸收后信號(hào)為則吸收后信號(hào)為I,I,光強(qiáng)度的變化為光強(qiáng)度

2、的變化為I Ia a= I= I0 0-I-I，其與被測(cè)濃度的關(guān)系式符合朗伯，其與被測(cè)濃度的關(guān)系式符合朗伯- -比爾定律比爾定律. .原子吸收的基本原理朗伯朗伯- -比比爾爾定律定律A = axbxc其中其中:A = 吸收度吸收度a = 吸收常吸收常數(shù)數(shù)b = 光光徑長(zhǎng)徑長(zhǎng)度度c = 樣樣品品濃濃度度對(duì)對(duì)已知已知樣樣品品與與特定特定儀儀器而器而言言a和和b是常是常數(shù)，數(shù)，因因此此 : A = k c00.08123ConcAbs4原子吸收光譜分析的工作原理5原子吸收光譜分析的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生含有被測(cè)生含有被測(cè)元素特征波長(zhǎng)元素特征波長(zhǎng)的光線。常見(jiàn)的光線。常見(jiàn)的有空心陰極的有空心陰極燈（燈（HCLH

3、CL）、）、無(wú)極放電燈（無(wú)極放電燈（EDLEDL）、和超）、和超強(qiáng)度燈。強(qiáng)度燈。將將樣品中被測(cè)樣品中被測(cè)元素轉(zhuǎn)化成原元素轉(zhuǎn)化成原子蒸汽，使試子蒸汽，使試樣原子化的方樣原子化的方法有火焰原子法有火焰原子化法和無(wú)火焰化法和無(wú)火焰原子化法。原子化法。將將光線導(dǎo)入原光線導(dǎo)入原子蒸汽并將出子蒸汽并將出射光導(dǎo)入單色射光導(dǎo)入單色器。器。單色單色器（光柵）器（光柵） 將元素?zé)羲a(chǎn)將元素?zé)羲a(chǎn)生的特定被分析元生的特定被分析元素的特征波長(zhǎng)從其素的特征波長(zhǎng)從其它非特征波長(zhǎng)中分它非特征波長(zhǎng)中分離出來(lái)離出來(lái)。檢檢測(cè)器的作用測(cè)器的作用是將單色器分是將單色器分出的光信號(hào)進(jìn)出的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。行光電轉(zhuǎn)換。通常使用的光通常

4、使用的光敏檢測(cè)器是光敏檢測(cè)器是光電倍增管。電倍增管。將將檢測(cè)器的相檢測(cè)器的相應(yīng)值轉(zhuǎn)換成有應(yīng)值轉(zhuǎn)換成有用的分析測(cè)量用的分析測(cè)量值。值。6AAS、AES和AFS的聯(lián)系與區(qū)別AAS是測(cè)量是測(cè)量基態(tài)原基態(tài)原子對(duì)外界輻射的吸子對(duì)外界輻射的吸收收AES是測(cè)量是測(cè)量被激發(fā)被激發(fā)態(tài)原子自身發(fā)射態(tài)原子自身發(fā)射的的強(qiáng)度強(qiáng)度AFS則是基態(tài)原子則是基態(tài)原子在在外界輻射的作用外界輻射的作用下下被激發(fā)被激發(fā),然后回然后回到基態(tài)所發(fā)射的譜到基態(tài)所發(fā)射的譜線強(qiáng)度線強(qiáng)度三個(gè)方法具有相似性三個(gè)方法具有相似性,都要有原子化器都要有原子化器,都需都需要在外界能量的作用下要在外界能量的作用下,原子在高低能級(jí)之原子在高低能級(jí)之間產(chǎn)生躍間

5、產(chǎn)生躍遷。遷。AES可以從可以從各個(gè)各個(gè)方向方向進(jìn)行測(cè)量進(jìn)行測(cè)量AAS只能只能在光源在光源的的180度度方方向進(jìn)行向進(jìn)行測(cè)量測(cè)量AFS必須在與光必須在與光源源成一定的角度成一定的角度上上才能測(cè)量才能測(cè)量7 氘燈背景校正也稱(chēng)為連續(xù)光源扣背景技術(shù)，其利用的是氘氘燈背景校正也稱(chēng)為連續(xù)光源扣背景技術(shù)，其利用的是氘燈光譜的燈光譜的連續(xù)性連續(xù)性和和HCL的的銳線銳線特性特性氘燈背景校正的原理 氘燈氘燈發(fā)射的連續(xù)光譜經(jīng)過(guò)單色器的出光狹縫后，出射帶寬約為發(fā)射的連續(xù)光譜經(jīng)過(guò)單色器的出光狹縫后，出射帶寬約為 0.2nm 的光的光譜通帶（帶寬取決于狹縫寬度和色散率）譜通帶（帶寬取決于狹縫寬度和色散率） 空心陰極燈空

6、心陰極燈發(fā)射線的寬度一般約為發(fā)射線的寬度一般約為0.002nm； 工作原理：工作原理：當(dāng)被測(cè)元素的發(fā)射光線進(jìn)入原子化器時(shí)，原子當(dāng)被測(cè)元素的發(fā)射光線進(jìn)入原子化器時(shí)，原子化器中的基態(tài)分子和被測(cè)元素的基態(tài)原子都對(duì)它進(jìn)行吸收化器中的基態(tài)分子和被測(cè)元素的基態(tài)原子都對(duì)它進(jìn)行吸收，通過(guò)原子化器以后輸出的是，通過(guò)原子化器以后輸出的是分子吸收和原子吸收的總和分子吸收和原子吸收的總和。分子吸收就是背景吸收分子吸收就是背景吸收。當(dāng)氘燈信號(hào)進(jìn)入原子化器，氘。當(dāng)氘燈信號(hào)進(jìn)入原子化器，氘燈的寬帶背景吸收要比待測(cè)元素?zé)舻恼瓗г游沾蠛芏酂舻膶拵П尘拔找却郎y(cè)元素?zé)舻恼瓗г游沾蠛芏啾?，因此原子吸收和分析吸收相比，原?/p>

7、吸收可以忽略不倍，因此原子吸收和分析吸收相比，原子吸收可以忽略不計(jì)，認(rèn)為從原子化器輸出的只是計(jì)，認(rèn)為從原子化器輸出的只是背景吸收背景吸收，最后通過(guò)測(cè)量，最后通過(guò)測(cè)量和分析得到扣除背景后的分析結(jié)果。和分析得到扣除背景后的分析結(jié)果。8原子化器的原理AAS中最核心中最核心的問(wèn)題是如何的問(wèn)題是如何使試樣原子化使試樣原子化?火焰火焰/石墨爐原子化器石墨爐原子化器的功能是提供能量，使試樣干燥、蒸發(fā)和原子化干燥、蒸發(fā)和原子化。入射光束在這里被基態(tài)原子吸收，因此也可把它視為“吸收池”。較高的溫度和良好的還原氣氛.同時(shí)干擾少.原子停留時(shí)間長(zhǎng).操作簡(jiǎn)單及低的干擾水平等。操作簡(jiǎn)單及低的干擾水平等。必須具有足夠高的原

8、子化效必須具有足夠高的原子化效率率必須具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)形必須具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)形火焰原子化火焰原子化電加熱電加熱(石墨爐、氫化物發(fā)生石墨爐、氫化物發(fā)生)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)(冷原子化測(cè)汞冷原子化測(cè)汞)AAS中最核中最核心的問(wèn)題是心的問(wèn)題是如何使試樣如何使試樣原子化？原子化？氫化物法氫化物法/冷原子化法冷原子化法是利用還原劑將待測(cè)元素還原成氣態(tài)氫化物還原成氣態(tài)氫化物,在不太高的溫度下分解產(chǎn)生出被測(cè)元素的基態(tài)原子來(lái),或被測(cè)元素直接被還原成原子蒸氣.9原子化器的原理 火焰原子化火焰原子化簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單,快速快速,穩(wěn)定穩(wěn)定,是普遍采用的方法。是普遍采用的方法。n 空氣空氣-乙炔乙炔火火焰焰的溫度可達(dá)到

9、的溫度可達(dá)到2500K,能測(cè)定的元素有能測(cè)定的元素有30多種。但不多種。但不適用于適用于Al、Si、Ti、Ba、Mo等等高溫高溫元素。元素。n 笑氣（笑氣（N2O）-乙炔火焰乙炔火焰的溫度接近的溫度接近3000K,許多空氣乙炔焰不能測(cè)許多空氣乙炔焰不能測(cè)定的元素可用這種火焰。定的元素可用這種火焰。 笑氣具有一定的麻醉作用，笑氣具有一定的麻醉作用，操作時(shí)應(yīng)注意安全（笑氣操作時(shí)應(yīng)注意安全（笑氣-乙炔焰必須使乙炔焰必須使用專(zhuān)用燃燒頭，切不可與空氣用專(zhuān)用燃燒頭，切不可與空氣-乙炔混用）。另外乙炔混用）。另外,這種火焰的靈敏這種火焰的靈敏度低度低,穩(wěn)定性較差。穩(wěn)定性較差。 10原子化器的原理 火焰原子化

10、法中，常用的是預(yù)混合型原子化器，它是由霧化器、霧化室和燃燒器三部分組成。它是將液體試樣經(jīng)噴霧器形成霧粒，這些霧粒在霧化室中與氣體（燃?xì)馀c助燃?xì)猓┚鶆蚧旌?，除去大液滴后，再進(jìn)入燃燒器形成火焰。此時(shí)，試液在火焰中產(chǎn)生原子蒸氣。 試樣在火焰中經(jīng)歷的過(guò)程是十分復(fù)雜的,既有物理過(guò)程,又有化學(xué)過(guò)程?？傮w來(lái)說(shuō),在火焰溫度下,試樣經(jīng)歷了干燥,熔融,揮發(fā)和原子化,同時(shí)還有激發(fā)和電離過(guò)程。由于火焰氣體的速度達(dá)1000cm/s,這個(gè)過(guò)程需要在幾毫秒內(nèi)完成。11火焰原子化器的安裝及維護(hù)首先，將原子化器組件從儀器上移出。1. 熄滅火焰，關(guān)掉氣體，關(guān)閉儀器電源。讓燃燒器頭冷卻。打開(kāi)燃燒器室門(mén)。2. 拆掉排液管，拔掉排液聯(lián)

11、鎖連接器。3. 定位燃燒器組件上的鎖定銷(xiāo)，向上拉打開(kāi)控制桿。4. 向前推控制桿，釋放燃燒器組件。5. 向外滑動(dòng)組件，將燃燒器組件放置在工作臺(tái)上 12原子化器的分解與清潔1. 當(dāng)小心地拉和鈕轉(zhuǎn)燃燒器頭時(shí)，按住點(diǎn)火箱上的保險(xiǎn)栓的突出部，直到燃燒器頭離開(kāi)燃燒器室。2. 旋開(kāi)定位環(huán)，拔出燃燒器密封圈。3. 提起霧化器壓板，小心地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)霧化器臂（輕輕地）向外滑出霧化器。將它放在一邊。4. 如果覺(jué)得需要從燃燒器室上完全拿掉端蓋，繼續(xù)執(zhí)行56步。否則，松開(kāi)固定燃燒器端蓋的4個(gè)指旋螺釘，小心地讓端蓋懸垂下來(lái)（不必分開(kāi)任何軟管）。轉(zhuǎn)到第8步。5. 完全拿掉燃燒器端蓋，用“雙扳手”方法（一把扳手固定霧化器接頭

12、，另一把轉(zhuǎn)動(dòng)壓合接頭），從燃燒器端蓋上，分開(kāi)輔助氧化劑軟管和燃料管。13原子化器的分解與清潔6. 松開(kāi)4個(gè)固定端蓋和燃燒器室的指旋螺釘，小心地拿掉端蓋。7. 從燃燒器室里拿出擾流器。8. 松開(kāi)兩個(gè)固定燃燒器室和金屬板到燃燒器組件上的指旋螺釘（在圖上能看到在燃燒器室下的一個(gè)指旋螺釘）。從組件上提起燃燒器室和金屬板。9.清洗燃燒器室。把部件放在超聲波清洗器里，并且讓它們浸透在清潔劑溶液里，直到完全洗干凈。10.拿出來(lái)，用去離子水沖洗并涼干。14霧化器的分解與清潔1.關(guān)閉光譜儀和所有氣源。2.提起端蓋彈簧壓板。3.逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并輕輕地將霧化器從燃燒器端蓋里拉出4.從端蓋上拿走霧化器后，小心地從霧化器側(cè)

13、臂上，拿掉霧化器氣源管（標(biāo)記為NEB）：5.首先松開(kāi)連接螺母6.然后，一手拿著霧化器組件，一手搖動(dòng)氣源管，當(dāng)從霧化器側(cè)臂端部毛刺上拿下管子時(shí)，小心地處理。7.拿掉撞擊球，如果使用撞擊球墊圈，最好拿掉它。8.擰開(kāi)毛細(xì)管。9.擰掉調(diào)節(jié)螺母和鎖緊環(huán)。10.從霧化器主體上拿掉毛細(xì)管組件。15霧化器的分解與清潔安裝撞擊球安裝撞擊球拿住撞擊球底座，小心地推到文丘里管前面的霧化器主體上。然后握住底座，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)大約1/8圈，直到停止。拿掉撞擊球拿掉撞擊球握住撞擊球底座。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)大約1/8圈，小心地從霧化器主體組件上，把它提起。安裝墊圈安裝墊圈霧化器組件可選擇使用或不使用墊圈。不使用墊圈，對(duì)空氣乙炔元素能得

14、到最大的靈敏度。16霧化器的分解與清潔清除霧化器阻塞清除霧化器阻塞 清潔霧化器毛細(xì)管，由于毛細(xì)管堵塞引起吸光度降低?？砂凑找韵路椒ㄇ鍧嵜?xì)管座： 霧化器簡(jiǎn)易的清潔步驟，如下進(jìn)行：從霧化器上旋下毛細(xì)管。取專(zhuān)用的清潔金屬絲，將它從寬的（開(kāi)的）一端穿過(guò)毛細(xì)管座。 注意注意：可能要嘗試幾次，用金屬絲穿過(guò)霧化器。 重復(fù)第2步幾次。然后將毛細(xì)管（樣品管）裝回原處。 如果清潔步驟完畢，運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定。如果已經(jīng)清潔，繼續(xù)進(jìn)行正常的光譜儀操作；否則，繼續(xù)進(jìn)行下面步驟。 如果以上方法沒(méi)有成功的話須執(zhí)行此步。關(guān)閉光譜儀，從端蓋上取出霧化器，用專(zhuān)用的清潔金屬絲，從寬（開(kāi)）端，將金屬絲穿過(guò)毛細(xì)管組件幾次直至觀

15、察到阻塞被清除或超聲清洗（視需要更換毛細(xì)管）。 17燃燒頭的清潔清潔燃燒頭清潔燃燒頭 樣品的成分，火焰的類(lèi)型和使用頻率是決定清洗燃燒頭的頻繁程度，一個(gè)火焰不平，不完整或者帶有顏色條紋傾斜，都暗示著燃燒頭已經(jīng)臟了。1. 如果需要清潔燃燒頭，首先使用清潔工具（專(zhuān)用）清潔燃燒頭，不要?jiǎng)帀娜紵^縫邊，注意，火焰熄滅十分鐘內(nèi)，燃燒頭還是熱的以防燙傷！ 2. 如果使用清潔工具還不行，燃燒頭需要取下清潔，用實(shí)驗(yàn)清潔劑和刷子清洗或者用超聲波加清洗劑清洗， 3. 進(jìn)一步清洗可以把燃燒頭泡在10的硝酸或者15的鹽酸中十分鐘到一個(gè)小時(shí)或超聲波清洗。然后用蒸餾水沖洗干凈，不要讓壓環(huán)或者磁條泡在酸中，如不能避免，浸泡前

16、先取出壓環(huán)和磁條，不要使用超過(guò)50的酸以免損壞鈦合金燃燒頭。18原子化器安裝注意事項(xiàng)注意：1. PEAA在燃燒頭以霧化器組件上設(shè)置有磁力部件，系統(tǒng)將對(duì)這些磁力部件進(jìn)行檢測(cè)以確保這些部件正確安裝。因此在安裝以上組件時(shí)需保證組件上的磁感元件安裝到位。否則將不能點(diǎn)火。19原子化器安裝注意事項(xiàng)2. 加水到排液浮標(biāo)組件 在排液系統(tǒng)中必須存在足夠的水來(lái)注滿(mǎn)排液回路以激活排液浮標(biāo)組件。否則系統(tǒng)將不允許點(diǎn)火。執(zhí)行如下步驟：n 擰松排液夾，從燃燒器端蓋的排液出口拿掉排液管。n 往排液管內(nèi)注入250mL水，注滿(mǎn)排液回路，以激活排液浮標(biāo)。n 小心地重新連接排液管到燃燒器端蓋。將排液夾放回原處，牢固地?cái)Q緊。安裝排液管

17、完成。n 此外，當(dāng)廢液桶內(nèi)的廢液高度超過(guò)排液浮標(biāo)時(shí)系統(tǒng)將禁止點(diǎn)火測(cè)試并提供相應(yīng)提示，此時(shí)需要傾倒廢液（而不是等廢液桶積滿(mǎn)才傾倒） 。20進(jìn)樣系統(tǒng)優(yōu)化按下述步驟優(yōu)化進(jìn)樣系統(tǒng)：按下述步驟優(yōu)化進(jìn)樣系統(tǒng)：1.點(diǎn)燃火焰。2.設(shè)置光譜儀測(cè)定銅、鎂或其它吸收波長(zhǎng)在250nm以上且靈敏度不由燃劑與氧化劑比率決定的元素。3.吸入空白，讓火焰穩(wěn)定。4.如果在毛細(xì)管端部（在樣品溶液中）看見(jiàn)氣泡，松開(kāi)霧化器鎖定螺母，順時(shí)針慢慢旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，直到停止冒泡。5.吸入標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)整燃燒器位置，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕（如圖1、2、3），優(yōu)化燃燒器位置。6.仍然吸入標(biāo)準(zhǔn)溶液，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)霧化器鎖定螺母，直到霧化器調(diào)節(jié)螺母可以轉(zhuǎn)動(dòng)。7.慢

18、慢地逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)霧化器調(diào)節(jié)螺母，直到在樣品溶液中的毛細(xì)管端部開(kāi)始冒泡。8.慢慢地順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)霧化器調(diào)節(jié)螺母，直到得到一個(gè)最大吸光度值并開(kāi)始下降。9.逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)霧化器鎖定螺母，鎖住霧化器調(diào)節(jié)螺母在當(dāng)前（最佳）位置，鎖的同時(shí)，小心地定位霧化器調(diào)節(jié)螺母。21其他維護(hù)1. 定期更換空氣過(guò)濾棉n 確保光譜儀內(nèi)電氣部件完全地冷卻，空氣過(guò)濾綿必須讓足夠的空氣進(jìn)入儀器。定期檢查過(guò)濾綿，如果臟了換掉它。n空氣過(guò)濾綿在儀器的右邊。n壓下插銷(xiāo)，拿掉固定空氣過(guò)濾綿在適當(dāng)位置的塑料進(jìn)風(fēng)網(wǎng)格。n更換空氣過(guò)濾綿，把進(jìn)風(fēng)網(wǎng)格放回原處。2. 定期擦拭外光路n用脫脂棉簽沾取無(wú)水乙醇n自上而下的輕輕擦拭空心陰極燈發(fā)射窗， 原子化器前窗后窗n自然干燥并確保窗口無(wú)棉