原子吸收光譜分析培訓(xùn)班講稿(年)

1、原子吸收光譜分析技術(shù)與應(yīng)用原子吸收光譜分析技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)培訓(xùn)班高級(jí)培訓(xùn)班 中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì) 二二O一二年三月一二年三月 杭州杭州浙江大學(xué)浙江大學(xué) 化學(xué)系化學(xué)系 徐光明徐光明( () ) 第一講第一講 原子吸收光譜分析基本原理原子吸收光譜分析基本原理 原子吸收光譜分析方法原子吸收光譜分析方法(AAS)(AAS)始于二十世紀(jì)五十年代始于二十世紀(jì)五十年代中期。該方法根據(jù)被測(cè)元素的氣態(tài)基態(tài)原子對(duì)其原子共中期。該方法根據(jù)被測(cè)元素的氣態(tài)基態(tài)原子對(duì)其原子共振輻射的吸收強(qiáng)度來(lái)測(cè)定試樣中被測(cè)元素的含量。因其振輻射的吸收強(qiáng)度來(lái)測(cè)定試樣中被測(cè)元素的含量。因其具有靈敏度高、分析

2、精度好、分析速度快、應(yīng)用范圍廣具有靈敏度高、分析精度好、分析速度快、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn), ,目前已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、機(jī)械、化工、目前已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、機(jī)械、化工、農(nóng)業(yè)、食品、輕工、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、材料科學(xué)等農(nóng)業(yè)、食品、輕工、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。領(lǐng)域。 一、原子吸收光譜分析發(fā)展歷史一、原子吸收光譜分析發(fā)展歷史 1860 1860年基爾霍夫證實(shí)了發(fā)自鈉蒸氣的光通過(guò)溫度稍低年基爾霍夫證實(shí)了發(fā)自鈉蒸氣的光通過(guò)溫度稍低的鈉蒸氣時(shí)的鈉發(fā)射譜線被吸收現(xiàn)象。的鈉蒸氣時(shí)的鈉發(fā)射譜線被吸收現(xiàn)象。 1902 1902年伍德森用汞弧燈發(fā)射的譜線可被汞蒸氣吸收的年伍德森用汞弧燈發(fā)射

3、的譜線可被汞蒸氣吸收的現(xiàn)象測(cè)定了空氣中汞含量。現(xiàn)象測(cè)定了空氣中汞含量。 1955 1955年沃爾什發(fā)表了著名論文年沃爾什發(fā)表了著名論文“原子吸收光譜在化學(xué)原子吸收光譜在化學(xué)分析中的應(yīng)用分析中的應(yīng)用”，文中首次對(duì)原子吸收光譜分析原理及實(shí)，文中首次對(duì)原子吸收光譜分析原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的可能性進(jìn)行了的論述，從而奠定了原子吸收光譜驗(yàn)技術(shù)的可能性進(jìn)行了的論述，從而奠定了原子吸收光譜分析方法的基礎(chǔ)；沃爾什設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的儀器進(jìn)行了多種痕分析方法的基礎(chǔ)；沃爾什設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的儀器進(jìn)行了多種痕量金屬元素的分析，開創(chuàng)了原子吸收光譜分析方法。量金屬元素的分析，開創(chuàng)了原子吸收光譜分析方法。 在沃爾什設(shè)計(jì)思想的在沃爾什設(shè)計(jì)思想的

4、指導(dǎo)下，指導(dǎo)下， Perkin-ElmerPerkin-Elmer、 Varian Varian TechtronTechtron 、HilgerHilger等公司先后于等公司先后于19501950年代末年代末19601960年代初年代初推出了實(shí)用的原子吸收推出了實(shí)用的原子吸收光譜商品儀器。光譜商品儀器。19601960年年代中期，原子吸收光譜代中期，原子吸收光譜分析開始進(jìn)入迅速發(fā)展分析開始進(jìn)入迅速發(fā)展的時(shí)期。的時(shí)期。 1959 1959年年, ,里沃夫在火焰原子吸收光譜分析的基礎(chǔ)上里沃夫在火焰原子吸收光譜分析的基礎(chǔ)上首次提出了電熱原子化方法，使用電熱原子吸收光譜首次提出了電熱原子化方法，使用

5、電熱原子吸收光譜分析的絕對(duì)靈敏度可達(dá)到分析的絕對(duì)靈敏度可達(dá)到1010-12-12-10-10-14-14g,g,該技術(shù)的出現(xiàn)，該技術(shù)的出現(xiàn)，使原子吸收光譜分析方法得到了進(jìn)一步的發(fā)展。使原子吸收光譜分析方法得到了進(jìn)一步的發(fā)展。 塞曼效應(yīng)和自吸效應(yīng)扣除背景技術(shù)的發(fā)展塞曼效應(yīng)和自吸效應(yīng)扣除背景技術(shù)的發(fā)展, ,使在使在很高的的背景下亦可順利地實(shí)現(xiàn)原子吸收測(cè)定?；w很高的的背景下亦可順利地實(shí)現(xiàn)原子吸收測(cè)定?；w改進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用、平臺(tái)及探針技術(shù)的應(yīng)用以及在此基改進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用、平臺(tái)及探針技術(shù)的應(yīng)用以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的穩(wěn)定溫度平臺(tái)石墨爐技術(shù)礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的穩(wěn)定溫度平臺(tái)石墨爐技術(shù)(STPF)(STPF)的應(yīng)的應(yīng)

6、用用, ,可以對(duì)許多復(fù)雜組成的試樣有效地實(shí)現(xiàn)原子吸收光可以對(duì)許多復(fù)雜組成的試樣有效地實(shí)現(xiàn)原子吸收光譜分析測(cè)定。譜分析測(cè)定。 近年來(lái)，原子吸收光譜分析技術(shù)以及現(xiàn)代微電子近年來(lái)，原子吸收光譜分析技術(shù)以及現(xiàn)代微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械等相關(guān)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械等相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促使了原子吸收儀器的不斷更新和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促使了原子吸收儀器的不斷更新和發(fā)展。發(fā)展。 使用連續(xù)光源和中階梯光柵，結(jié)合使用光導(dǎo)攝象使用連續(xù)光源和中階梯光柵，結(jié)合使用光導(dǎo)攝象管、光電二極管陣列多元素分析檢測(cè)器，設(shè)計(jì)出了微管、光電二極管陣列多元素分析檢測(cè)器，設(shè)計(jì)出了微機(jī)控制的原子吸收分

7、光光度計(jì)，為解決多元素同時(shí)測(cè)機(jī)控制的原子吸收分光光度計(jì)，為解決多元素同時(shí)測(cè)定開辟了新的前景。定開辟了新的前景。 微機(jī)控制的原子吸收光譜系統(tǒng)簡(jiǎn)化了儀器結(jié)構(gòu)，微機(jī)控制的原子吸收光譜系統(tǒng)簡(jiǎn)化了儀器結(jié)構(gòu)，提高了儀器的自動(dòng)化程度，改善了測(cè)定準(zhǔn)確度，使原提高了儀器的自動(dòng)化程度，改善了測(cè)定準(zhǔn)確度，使原子吸收光譜法的面貌發(fā)生了重大的變化。子吸收光譜法的面貌發(fā)生了重大的變化。 聯(lián)用技術(shù)聯(lián)用技術(shù)( (色譜色譜- -原子吸收聯(lián)用、流動(dòng)注射原子吸收聯(lián)用、流動(dòng)注射- -原子吸原子吸收聯(lián)用收聯(lián)用) )日益受到人們的重視。色譜日益受到人們的重視。色譜- -原子吸收聯(lián)用，原子吸收聯(lián)用，不僅在解決元素的化學(xué)形態(tài)分析方面，而且在

8、測(cè)定有不僅在解決元素的化學(xué)形態(tài)分析方面，而且在測(cè)定有機(jī)化合物的復(fù)雜混合物方面，都有著重要的用途，是機(jī)化合物的復(fù)雜混合物方面，都有著重要的用途，是一個(gè)很有前途的發(fā)展方向。一個(gè)很有前途的發(fā)展方向。 二、原子吸收光譜的產(chǎn)生二、原子吸收光譜的產(chǎn)生 原子光譜可分為發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜、原子光譜可分為發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜、X-X-射線和射線和X-X-射射線熒光光譜。線熒光光譜。原子吸收光譜分析是基于光譜的發(fā)射現(xiàn)象。原子吸收光譜分析是基于光譜的發(fā)射現(xiàn)象。原子吸收光譜分析是基于對(duì)發(fā)射光譜的吸收現(xiàn)象。原子吸收光譜分析是基于對(duì)發(fā)射光譜的吸收現(xiàn)象。原子熒光光譜分析是基于被光致激發(fā)的原

9、子的再發(fā)射現(xiàn)象。原子熒光光譜分析是基于被光致激發(fā)的原子的再發(fā)射現(xiàn)象。1. 1. 原子吸收光譜與原子結(jié)構(gòu)原子吸收光譜與原子結(jié)構(gòu) 原子能級(jí)的量子化使得原子對(duì)輻射的吸收都是有選擇性的。原子能級(jí)的量子化使得原子對(duì)輻射的吸收都是有選擇性的。a.a.原子的能級(jí)與躍遷原子的能級(jí)與躍遷 當(dāng)外界輻射通過(guò)自由原子蒸氣，且輻射的入射頻率等于原子中的電子由基當(dāng)外界輻射通過(guò)自由原子蒸氣，且輻射的入射頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)（一般情況下都是第一激發(fā)態(tài)）所需要的能量頻率時(shí)，原子態(tài)躍遷到較高能態(tài)（一般情況下都是第一激發(fā)態(tài)）所需要的能量頻率時(shí)，原子就會(huì)從輻射場(chǎng)中吸收能量，產(chǎn)生共振吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同

10、時(shí)伴就會(huì)從輻射場(chǎng)中吸收能量，產(chǎn)生共振吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時(shí)伴隨著原子吸收光譜的產(chǎn)生，原子吸收光譜分析的波長(zhǎng)區(qū)域在近紫外和可見(jiàn)光區(qū)隨著原子吸收光譜的產(chǎn)生，原子吸收光譜分析的波長(zhǎng)區(qū)域在近紫外和可見(jiàn)光區(qū)（一般多為（一般多為190nm-1000nm)190nm-1000nm)。 c.c.元素的特征譜線元素的特征譜線 由于各元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子的排布不同，元素從基由于各元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子的排布不同，元素從基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)時(shí)吸收的能量不同，因而各元素的共態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)時(shí)吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收線具有不同的特征。振吸收線具有不同的特征。 各種元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子

11、排布不同，各種元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布不同， 基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài): : 躍遷吸收能量不同躍遷吸收能量不同具有特征性。具有特征性。 各種元素的基態(tài)各種元素的基態(tài)第一激發(fā)態(tài)最易發(fā)生，吸收最強(qiáng)，最靈第一激發(fā)態(tài)最易發(fā)生，吸收最強(qiáng)，最靈敏線敏線, ,生產(chǎn)其特征譜線，利用特征譜線可以進(jìn)行定量分析。生產(chǎn)其特征譜線，利用特征譜線可以進(jìn)行定量分析。2.2.原子吸收光譜的輪廊原子吸收光譜的輪廊 理論上理論上原子吸收原子吸收應(yīng)產(chǎn)生線狀光譜吸收線，事實(shí)上應(yīng)產(chǎn)生線狀光譜吸收線，事實(shí)上原子吸收光譜原子吸收光譜線有著一定的頻率或波長(zhǎng)范圍，即有一定的寬度，原子吸收光譜的線有著一定的頻率或波長(zhǎng)范圍，即有一定的寬度，原子吸

12、收光譜的輪廓以原子吸收譜線的中心波長(zhǎng)和半寬度來(lái)表征輪廓以原子吸收譜線的中心波長(zhǎng)和半寬度來(lái)表征, ,如圖如圖1.11.1所示。所示。 中心波長(zhǎng)由原子能級(jí)決定。中心波長(zhǎng)由原子能級(jí)決定。半寬度是指在中心波長(zhǎng)的半寬度是指在中心波長(zhǎng)的 地方，極大吸收系數(shù)一半地方，極大吸收系數(shù)一半 處，吸收光譜線輪廓上兩處，吸收光譜線輪廓上兩 點(diǎn)之間的頻率差或波長(zhǎng)差。點(diǎn)之間的頻率差或波長(zhǎng)差。 半寬度受到很多實(shí)驗(yàn)因素半寬度受到很多實(shí)驗(yàn)因素 的影響。的影響。 圖圖1.1 1.1 原子吸收光譜的輪廓原子吸收光譜的輪廓 影響原子吸收譜線輪廓的兩個(gè)主要因素：影響原子吸收譜線輪廓的兩個(gè)主要因素：a.a.多普勒變寬多普勒變寬 多普勒變

13、寬是由于原子熱運(yùn)動(dòng)引起的。高溫原子化吸多普勒變寬是由于原子熱運(yùn)動(dòng)引起的。高溫原子化吸收分析中，氣態(tài)原子處于無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)中，相對(duì)于檢測(cè)器收分析中，氣態(tài)原子處于無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)中，相對(duì)于檢測(cè)器而言，各發(fā)光原子有著不同的運(yùn)動(dòng)分量，即使每個(gè)原子而言，各發(fā)光原子有著不同的運(yùn)動(dòng)分量，即使每個(gè)原子發(fā)出的光是頻率相同的單色光，但檢測(cè)器所接受的光則發(fā)出的光是頻率相同的單色光，但檢測(cè)器所接受的光則是頻率略有不同的光，因此導(dǎo)致譜線變寬。是頻率略有不同的光，因此導(dǎo)致譜線變寬。 譜線的多普勒變寬譜線的多普勒變寬( (V VD D) )與元素的原子量、溫度和譜與元素的原子量、溫度和譜線頻率有關(guān)。隨溫度升高和原子量減小，多普勒寬度

14、增線頻率有關(guān)。隨溫度升高和原子量減小，多普勒寬度增加。加。 V VD D可由下式?jīng)Q定：可由下式?jīng)Q定： （1-11-1） 式中，式中，R R為氣體常數(shù)；為氣體常數(shù)；c c為光速；為光速；M M為原子量；為原子量；T T為熱力為熱力學(xué)溫度（學(xué)溫度（K K）；）；0為譜線的中心頻率。為譜線的中心頻率。 b.b.碰撞變寬碰撞變寬 當(dāng)原子吸收區(qū)的原子濃度足夠高時(shí)，原子之間相互當(dāng)原子吸收區(qū)的原子濃度足夠高時(shí)，原子之間相互碰撞導(dǎo)致激發(fā)態(tài)原子平均壽命縮短，這將導(dǎo)致譜線變碰撞導(dǎo)致激發(fā)態(tài)原子平均壽命縮短，這將導(dǎo)致譜線變寬。寬。 碰撞變寬分為赫魯茲馬克變寬和洛倫茨變寬。碰撞變寬分為赫魯茲馬克變寬和洛倫茨變寬。 赫魯

15、茲馬克變寬赫魯茲馬克變寬 又稱共振變寬或壓力變寬。是由被測(cè)元素激發(fā)態(tài)原又稱共振變寬或壓力變寬。是由被測(cè)元素激發(fā)態(tài)原子與基態(tài)原子相互碰撞引起的變寬。在通常的原子吸子與基態(tài)原子相互碰撞引起的變寬。在通常的原子吸收測(cè)定條件下，被測(cè)元素的原子蒸氣壓力很少超過(guò)收測(cè)定條件下，被測(cè)元素的原子蒸氣壓力很少超過(guò)10-10-3mmHg3mmHg，共振變寬效應(yīng)可以不予考慮，而當(dāng)蒸氣壓力達(dá)，共振變寬效應(yīng)可以不予考慮，而當(dāng)蒸氣壓力達(dá)到到0.1mmHg0.1mmHg時(shí)，共振變寬則明顯地表現(xiàn)出來(lái)。時(shí)，共振變寬則明顯地表現(xiàn)出來(lái)。 洛倫茨變寬洛倫茨變寬是由被測(cè)元素原子與其它元素的原子相互碰撞引起是由被測(cè)元素原子與其它元素的原子

16、相互碰撞引起的變寬。洛倫茨變寬隨原子區(qū)內(nèi)原子蒸氣壓力增大和溫的變寬。洛倫茨變寬隨原子區(qū)內(nèi)原子蒸氣壓力增大和溫度升高而增大。度升高而增大。3.3.原子吸收光譜的測(cè)量原子吸收光譜的測(cè)量 a.a.積分吸收與吸光原子數(shù)的關(guān)系積分吸收與吸光原子數(shù)的關(guān)系在一定條件下，基態(tài)原子數(shù)在一定條件下，基態(tài)原子數(shù)N N0 0正比于吸收曲線所包括正比于吸收曲線所包括的整個(gè)面積。其定量關(guān)系式為：的整個(gè)面積。其定量關(guān)系式為： （1-21-2） 式中式中e e為電子電荷，為電子電荷，m m為電子質(zhì)量，為電子質(zhì)量，c c為光速，為光速，N N0 0為單為單位體積原子蒸氣中吸收輻射的基態(tài)原子數(shù)，亦即基態(tài)原位體積原子蒸氣中吸收輻射

17、的基態(tài)原子數(shù)，亦即基態(tài)原子密度；子密度；f f為振子強(qiáng)度，代表每個(gè)原子中能夠吸收或發(fā)射為振子強(qiáng)度，代表每個(gè)原子中能夠吸收或發(fā)射特定頻率光的平均電子數(shù)，在一定條件下對(duì)一定元素，特定頻率光的平均電子數(shù)，在一定條件下對(duì)一定元素，f f可視為一定值?？梢暈橐欢ㄖ?。 b.b.峰值吸收與吸光原子數(shù)的關(guān)系峰值吸收與吸光原子數(shù)的關(guān)系由于積分吸收測(cè)量的困難，通常以測(cè)量峰值吸收代由于積分吸收測(cè)量的困難，通常以測(cè)量峰值吸收代替測(cè)量積分吸收。在通常的原子吸收分析條件下，吸收替測(cè)量積分吸收。在通常的原子吸收分析條件下，吸收線的輪廓主要取決于多普勒變寬，則峰值吸收系數(shù)線的輪廓主要取決于多普勒變寬，則峰值吸收系數(shù)K K0

18、0與與基態(tài)原子數(shù)基態(tài)原子數(shù)N N0 0之間存在如下關(guān)系：之間存在如下關(guān)系： （1-3）實(shí)現(xiàn)峰值吸收測(cè)量的條件是：實(shí)現(xiàn)峰值吸收測(cè)量的條件是： 光源發(fā)射線的半寬度應(yīng)小于吸收線的半寬度。光源發(fā)射線的半寬度應(yīng)小于吸收線的半寬度。 通過(guò)原子蒸氣的發(fā)射線的中心頻率恰好與吸收線的中通過(guò)原子蒸氣的發(fā)射線的中心頻率恰好與吸收線的中心頻率相重合。心頻率相重合。 4.原子吸收測(cè)量基本關(guān)系式原子吸收測(cè)量基本關(guān)系式a.基態(tài)原子數(shù)與原子化溫度基態(tài)原子數(shù)與原子化溫度 原子吸收光譜分析是利用待測(cè)元素的原子蒸氣中基原子吸收光譜分析是利用待測(cè)元素的原子蒸氣中基態(tài)原子與共振線吸收之間的關(guān)系來(lái)測(cè)定的。在此就需要態(tài)原子與共振線吸收之間

19、的關(guān)系來(lái)測(cè)定的。在此就需要考慮原子化過(guò)程中，原子蒸氣中基態(tài)原子與待測(cè)元素原考慮原子化過(guò)程中，原子蒸氣中基態(tài)原子與待測(cè)元素原子總數(shù)之間的定量關(guān)系。子總數(shù)之間的定量關(guān)系。 根據(jù)熱力學(xué)理論可得下式：根據(jù)熱力學(xué)理論可得下式： （1-41-4）kThjkTEjkTEEjjePPePPePPNNj00000 式中式中P Pj j和和P PO O分別為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重，激發(fā)分別為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重，激發(fā)態(tài)原子數(shù)態(tài)原子數(shù)N Nj j與基態(tài)原子數(shù)與基態(tài)原子數(shù)N No o之比較?。ㄖ容^?。?1% 1% ），所以），所以可用基態(tài)原子數(shù)代表待測(cè)元素的原子總數(shù)。公式右邊可用基態(tài)原子數(shù)代表待測(cè)元素的原子總數(shù)。

20、公式右邊除溫度除溫度T T外，都是常數(shù)。外，都是常數(shù)。 由此可見(jiàn)當(dāng)溫度由此可見(jiàn)當(dāng)溫度T T 一定時(shí)，激發(fā)態(tài)原子數(shù)一定時(shí)，激發(fā)態(tài)原子數(shù)N Nj j與基態(tài)與基態(tài)原子數(shù)原子數(shù)N No o的比值是一定的。的比值是一定的。b.b.定量公式定量公式 當(dāng)頻率為當(dāng)頻率為n n、強(qiáng)度為、強(qiáng)度為IvIv的平行輻射垂直通過(guò)均勻的原子蒸的平行輻射垂直通過(guò)均勻的原子蒸氣時(shí)，原子蒸氣對(duì)輻射產(chǎn)生吸收，符合朗伯（氣時(shí)，原子蒸氣對(duì)輻射產(chǎn)生吸收，符合朗伯（LambertLambert）定律，即定律，即: : (1-5)(1-5) 式中式中I I0v0v為入射輻射強(qiáng)度；為入射輻射強(qiáng)度；IvIv為透過(guò)原子蒸氣吸收層的為透過(guò)原子蒸氣吸

21、收層的輻射強(qiáng)度；輻射強(qiáng)度；L L為原子蒸氣吸收層的厚度；為原子蒸氣吸收層的厚度；knkn為吸收系數(shù)。為吸收系數(shù)。 使用銳線光源時(shí)，可用中心頻率處的峰值吸收系數(shù)使用銳線光源時(shí)，可用中心頻率處的峰值吸收系數(shù)k k0 0來(lái)來(lái)表征原子蒸氣對(duì)輻射的吸收特性，則吸光度表征原子蒸氣對(duì)輻射的吸收特性，則吸光度A A為為 （1-61-6） 將式（將式（1-31-3）代入式（）代入式（1-61-6），得到：），得到： （1-71-7） 在給定條件下，被測(cè)元素的含量在給定條件下，被測(cè)元素的含量C C與蒸氣相中原子濃與蒸氣相中原子濃度度N N之間保持一穩(wěn)定的比例關(guān)系時(shí)（之間保持一穩(wěn)定的比例關(guān)系時(shí)（N = N = C

22、C），且各有），且各有關(guān)參數(shù)為常數(shù)，則（關(guān)參數(shù)為常數(shù)，則（1-71-7）式可以簡(jiǎn)化為：）式可以簡(jiǎn)化為： A = k CA = k C （1-81-8） 式中式中k k為與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的常數(shù)。為與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的常數(shù)。(1-8)(1-8)式即為原子吸式即為原子吸收測(cè)量的基本關(guān)系式。收測(cè)量的基本關(guān)系式。 三、原子吸收光譜分析法的特點(diǎn)三、原子吸收光譜分析法的特點(diǎn) 檢出限低，靈敏度高?；鹧嬖游辗ǖ臋z出限可達(dá)檢出限低，靈敏度高。火焰原子吸收法的檢出限可達(dá)到到ppbppb級(jí)，石墨爐原子吸收法的檢出限可達(dá)到級(jí)，石墨爐原子吸收法的檢出限可達(dá)到1010-10-10-10-10- -1414g g。 分析精度好

23、?；鹧嬖游辗y(cè)定中等和高含量元素分析精度好。火焰原子吸收法測(cè)定中等和高含量元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差可的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差可1%1%，其準(zhǔn)確度已接近于經(jīng)典化學(xué)方法。，其準(zhǔn)確度已接近于經(jīng)典化學(xué)方法。石墨爐原子吸收法的分析精度一般約為石墨爐原子吸收法的分析精度一般約為3-5%3-5%。 分析速度快。原子吸收光譜儀在分析速度快。原子吸收光譜儀在3535分鐘內(nèi)，能連續(xù)測(cè)分鐘內(nèi)，能連續(xù)測(cè)定定5050個(gè)試樣中的個(gè)試樣中的6 6種元素。種元素。 應(yīng)用范圍廣。可測(cè)定的元素達(dá)應(yīng)用范圍廣?？蓽y(cè)定的元素達(dá)7070多個(gè)，不僅可以測(cè)定多個(gè)，不僅可以測(cè)定金屬元素金屬元素, ,也可以用間接原子吸收法測(cè)定非金屬元素和也可以用間接原子吸收法

24、測(cè)定非金屬元素和有機(jī)化合物。有機(jī)化合物。 儀器比較簡(jiǎn)單，操作方便。儀器比較簡(jiǎn)單，操作方便。 不足之處是多元素同時(shí)測(cè)定尚有困難不足之處是多元素同時(shí)測(cè)定尚有困難, ,有相當(dāng)一些元素有相當(dāng)一些元素的測(cè)定靈敏度還不能令人滿意。的測(cè)定靈敏度還不能令人滿意。 第二講第二講 現(xiàn)代原子吸收光譜儀器及其使用現(xiàn)代原子吸收光譜儀器及其使用一、一、原子吸收光譜儀器的組成原子吸收光譜儀器的組成 原子吸收光譜儀器由光源、原子化器、分光器、檢測(cè)系統(tǒng)等幾部分組原子吸收光譜儀器由光源、原子化器、分光器、檢測(cè)系統(tǒng)等幾部分組成。成。 圖圖2.12.1給出了一種火焰原子吸收光譜儀的基本構(gòu)造。給出了一種火焰原子吸收光譜儀的基本構(gòu)造。圖

25、圖2.1 2.1 火焰原子吸收光譜儀基本構(gòu)造火焰原子吸收光譜儀基本構(gòu)造1.1.光源光源 原子吸收光譜儀器的光源是一種銳線光源，其作用原子吸收光譜儀器的光源是一種銳線光源，其作用是發(fā)射被測(cè)元素的特征共振輻射。原子吸收分析對(duì)光源是發(fā)射被測(cè)元素的特征共振輻射。原子吸收分析對(duì)光源的基本要求是：的基本要求是： 能發(fā)射被測(cè)元素的共振輻射線，且發(fā)射譜線的半寬度要能發(fā)射被測(cè)元素的共振輻射線，且發(fā)射譜線的半寬度要小于吸收線的半寬度。小于吸收線的半寬度。 輻射強(qiáng)度大、背景低。輻射強(qiáng)度大、背景低。 穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性好。 使用壽命長(zhǎng)。使用壽命長(zhǎng)。 原子吸收光譜儀器中采用的銳線光源一般有空心陰原子吸收光譜儀器中采用的銳

26、線光源一般有空心陰極燈（極燈（HCLHCL） 和無(wú)極放電燈（和無(wú)極放電燈（EDLEDL）。）。a.a.空心陰極燈空心陰極燈 空心陰極燈是一種應(yīng)用最廣的理想銳線光源，其結(jié)空心陰極燈是一種應(yīng)用最廣的理想銳線光源，其結(jié)構(gòu)如圖構(gòu)如圖2.22.2所示。所示。圖圖2.2 2.2 空心陰極燈結(jié)構(gòu)空心陰極燈結(jié)構(gòu) 空心陰極燈的陰極由被測(cè)元素材料制成，陽(yáng)極由鈦空心陰極燈的陰極由被測(cè)元素材料制成，陽(yáng)極由鈦等其他材料制成；陰極和陽(yáng)極封閉在帶有石英光學(xué)窗口等其他材料制成；陰極和陽(yáng)極封閉在帶有石英光學(xué)窗口的硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，管內(nèi)充有壓強(qiáng)為的硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，管內(nèi)充有壓強(qiáng)為2-10mmHg2-10mmHg的惰性氣體的惰性氣體氖或氬

27、。氖或氬。 當(dāng)燈的兩極之間施加幾百伏電壓時(shí)，在陰極空腔內(nèi)當(dāng)燈的兩極之間施加幾百伏電壓時(shí)，在陰極空腔內(nèi)產(chǎn)生低壓輝光放電產(chǎn)生低壓輝光放電 ，電子從空心陰極內(nèi)壁向陽(yáng)極發(fā)射，電子從空心陰極內(nèi)壁向陽(yáng)極發(fā)射，與充入的惰性氣體碰撞而使之電離產(chǎn)生正電荷，其在電與充入的惰性氣體碰撞而使之電離產(chǎn)生正電荷，其在電場(chǎng)作用下，向陰極內(nèi)壁猛烈轟擊，使陰極表面的金屬原場(chǎng)作用下，向陰極內(nèi)壁猛烈轟擊，使陰極表面的金屬原子濺射出來(lái)，濺射出來(lái)的金屬原子再與電子、惰性氣體子濺射出來(lái)，濺射出來(lái)的金屬原子再與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，發(fā)射出相應(yīng)元素的特征原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，發(fā)射出相應(yīng)元素的特征的共振輻射的共振輻射

28、。 為了改善空心陰極燈的放電特性，同時(shí)為便于區(qū)分為了改善空心陰極燈的放電特性，同時(shí)為便于區(qū)分原子吸收信號(hào)與原子化器的直流發(fā)射信號(hào)，空心陰極原子吸收信號(hào)與原子化器的直流發(fā)射信號(hào)，空心陰極燈通常采用光源調(diào)制脈沖供電方式工作。燈通常采用光源調(diào)制脈沖供電方式工作。 空心陰極燈的輻射強(qiáng)度與燈的工作電流有關(guān)。在空心陰極燈的輻射強(qiáng)度與燈的工作電流有關(guān)。在實(shí)際工作中，應(yīng)選擇合適的工作電流。使用燈電流過(guò)實(shí)際工作中，應(yīng)選擇合適的工作電流。使用燈電流過(guò)小，放電不穩(wěn)定；燈電流過(guò)大，濺射作用增加，原子小，放電不穩(wěn)定；燈電流過(guò)大，濺射作用增加，原子蒸氣密度增大，譜線變寬，甚至引起自蝕，導(dǎo)致測(cè)定蒸氣密度增大，譜線變寬，甚至

29、引起自蝕，導(dǎo)致測(cè)定靈敏度降低，燈壽命縮短。靈敏度降低，燈壽命縮短。 空心陰極燈的優(yōu)點(diǎn)在于輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定，譜空心陰極燈的優(yōu)點(diǎn)在于輻射光強(qiáng)度大，穩(wěn)定，譜線窄，燈容易更換，缺點(diǎn)是每測(cè)一種元素需更換相應(yīng)線窄，燈容易更換，缺點(diǎn)是每測(cè)一種元素需更換相應(yīng)的燈。的燈。b.b.無(wú)極放電燈無(wú)極放電燈 無(wú)極放電燈是將數(shù)毫克待測(cè)元素的金屬、金屬氯化無(wú)極放電燈是將數(shù)毫克待測(cè)元素的金屬、金屬氯化物或碘化物封入一個(gè)數(shù)厘米長(zhǎng)、直徑物或碘化物封入一個(gè)數(shù)厘米長(zhǎng)、直徑5-125-12厘米的石英玻厘米的石英玻璃圓管，管內(nèi)抽成真空并充入壓力為璃圓管，管內(nèi)抽成真空并充入壓力為67-200Pa67-200Pa的惰性氣的惰性氣體氬或氖，

30、制成放電管，將此管裝在一個(gè)高頻同步空腔體氬或氖，制成放電管，將此管裝在一個(gè)高頻同步空腔諧振線圈內(nèi)，工作時(shí)用一個(gè)微波發(fā)生器提供能量使放電諧振線圈內(nèi)，工作時(shí)用一個(gè)微波發(fā)生器提供能量使放電管內(nèi)產(chǎn)生激發(fā)，發(fā)射出相應(yīng)元素的特征的共振輻射。管內(nèi)產(chǎn)生激發(fā)，發(fā)射出相應(yīng)元素的特征的共振輻射。 無(wú)極放電燈的譜線發(fā)射強(qiáng)度比空心陰極燈大幾個(gè)數(shù)無(wú)極放電燈的譜線發(fā)射強(qiáng)度比空心陰極燈大幾個(gè)數(shù)量級(jí)量級(jí), ,且無(wú)自蝕現(xiàn)象且無(wú)自蝕現(xiàn)象, ,發(fā)射的譜線更純，可大大提高分析發(fā)射的譜線更純，可大大提高分析的靈敏度，適合于砷、銻等元素的分析。的靈敏度，適合于砷、銻等元素的分析。2.2.原子化器原子化器 原子化器的作用是將試樣中被測(cè)元素離

31、子轉(zhuǎn)變成原子化器的作用是將試樣中被測(cè)元素離子轉(zhuǎn)變成基態(tài)原子蒸氣基態(tài)原子蒸氣, ,該過(guò)程稱為原子化。原子化是整個(gè)原子該過(guò)程稱為原子化。原子化是整個(gè)原子吸收光譜分析過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。吸收光譜分析過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 原子吸收光譜分析除少數(shù)元素如汞等用低溫原子原子吸收光譜分析除少數(shù)元素如汞等用低溫原子化方法外，一般均采用高溫原子化方法。最常用的高化方法外，一般均采用高溫原子化方法。最常用的高溫原子化方法有以下兩種：溫原子化方法有以下兩種：火焰法：是最早使用并至今仍被廣泛應(yīng)用的原子化方火焰法：是最早使用并至今仍被廣泛應(yīng)用的原子化方法。法。無(wú)火焰法，其中應(yīng)用最廣的是石墨爐電熱原子化法。無(wú)火焰法，其中應(yīng)用最廣的

32、是石墨爐電熱原子化法。 a.a.火焰原子化器火焰原子化器 火焰原子化器有全消耗型和預(yù)混合型兩類火焰原子化器有全消耗型和預(yù)混合型兩類, ,目前常用目前常用的是預(yù)混合型原子化器，這種原子化器由霧化器、混合室的是預(yù)混合型原子化器，這種原子化器由霧化器、混合室和燃燒器組成和燃燒器組成, ,其結(jié)構(gòu)如圖其結(jié)構(gòu)如圖2.32.3所示。所示。圖圖2.3 2.3 預(yù)混合型原子化器預(yù)混合型原子化器 霧化器：作用是將試液霧化，使之形成直徑為微米級(jí)的氣霧化器：作用是將試液霧化，使之形成直徑為微米級(jí)的氣溶膠。溶膠。 混合室：作用是使生產(chǎn)的氣溶膠在進(jìn)入燃燒器前在混合室混合室：作用是使生產(chǎn)的氣溶膠在進(jìn)入燃燒器前在混合室內(nèi)預(yù)先

33、充分混合均勻，以減少它們進(jìn)入火焰時(shí)對(duì)火焰的擾內(nèi)預(yù)先充分混合均勻，以減少它們進(jìn)入火焰時(shí)對(duì)火焰的擾動(dòng)，并讓氣溶膠在室內(nèi)部分蒸發(fā)脫溶，并使較大的氣溶膠動(dòng)，并讓氣溶膠在室內(nèi)部分蒸發(fā)脫溶，并使較大的氣溶膠在室內(nèi)凝聚為大的溶珠沿室壁流入廢液管排走。在室內(nèi)凝聚為大的溶珠沿室壁流入廢液管排走。 燃燒器：作用是產(chǎn)生火焰，使進(jìn)入火焰的氣溶膠蒸發(fā)和原燃燒器：作用是產(chǎn)生火焰，使進(jìn)入火焰的氣溶膠蒸發(fā)和原子化。要求火焰應(yīng)有足夠高的溫度，能有效蒸發(fā)和分解試子化。要求火焰應(yīng)有足夠高的溫度，能有效蒸發(fā)和分解試樣，并使被測(cè)元素原子化。此外，火焰應(yīng)穩(wěn)定、背景發(fā)射樣，并使被測(cè)元素原子化。此外，火焰應(yīng)穩(wěn)定、背景發(fā)射和噪聲低、燃燒安全。

34、最常用的是單縫燃燒器。和噪聲低、燃燒安全。最常用的是單縫燃燒器?；鹧妫夯鹧妫?原子吸收測(cè)定中最常用的火焰有：原子吸收測(cè)定中最常用的火焰有：乙炔乙炔- -空氣火焰：空氣火焰： 乙炔乙炔- -空氣火焰燃燒穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，噪聲低，燃燒速度不是很空氣火焰燃燒穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，噪聲低，燃燒速度不是很大，溫度足夠高（約大，溫度足夠高（約23002300），對(duì)大多數(shù)元素有足夠的靈敏度。），對(duì)大多數(shù)元素有足夠的靈敏度。氫氫- -空氣火焰：空氣火焰： 氫氫- -空氣火焰是氧化性火焰，燃燒速度較乙炔空氣火焰是氧化性火焰，燃燒速度較乙炔- -空氣火焰高，但空氣火焰高，但溫度較低（約溫度較低（約20502050），優(yōu)點(diǎn)

35、是背景發(fā)射較弱，透射性能好。），優(yōu)點(diǎn)是背景發(fā)射較弱，透射性能好。乙炔乙炔- -氧化亞氮高溫火焰：氧化亞氮高溫火焰： 乙炔乙炔- -氧化亞氮火焰的特點(diǎn)是火焰溫度高（約氧化亞氮火焰的特點(diǎn)是火焰溫度高（約29552955），而燃），而燃燒速度并不快，是目前應(yīng)用較廣泛的一種高溫火焰，用它可測(cè)定燒速度并不快，是目前應(yīng)用較廣泛的一種高溫火焰，用它可測(cè)定7070多種元素多種元素。b.b.無(wú)火焰原子化器無(wú)火焰原子化器無(wú)火焰原子化方法有石墨爐原子化法和電熱石英管無(wú)火焰原子化方法有石墨爐原子化法和電熱石英管原子化法。常用的是管式石墨爐原子化器，主要由加熱原子化法。常用的是管式石墨爐原子化器，主要由加熱電源、保護(hù)氣

36、控制系統(tǒng)和石墨管爐組成。其結(jié)構(gòu)如圖電源、保護(hù)氣控制系統(tǒng)和石墨管爐組成。其結(jié)構(gòu)如圖2.42.4所示。所示。圖圖2.4 2.4 管式石墨爐原子化器管式石墨爐原子化器加熱電源加熱電源: : 提供低壓大電流電能給原子化器，電流通過(guò)石墨管產(chǎn)生高熱提供低壓大電流電能給原子化器，電流通過(guò)石墨管產(chǎn)生高熱高溫，最高溫度可達(dá)到高溫，最高溫度可達(dá)到30003000。保護(hù)氣控制系統(tǒng)保護(hù)氣控制系統(tǒng): : 對(duì)保護(hù)氣的流動(dòng)進(jìn)行控制。儀器啟動(dòng)時(shí)，保護(hù)氣對(duì)保護(hù)氣的流動(dòng)進(jìn)行控制。儀器啟動(dòng)時(shí)，保護(hù)氣ArAr流通，空流通，空燒完畢，切斷燒完畢，切斷ArAr氣流。外氣路中的氣流。外氣路中的ArAr氣沿石墨管外壁流動(dòng)，以保氣沿石墨管外壁

37、流動(dòng)，以保護(hù)石墨管不被燒蝕，內(nèi)氣路中護(hù)石墨管不被燒蝕，內(nèi)氣路中ArAr氣從管兩端流向管中心，由管中氣從管兩端流向管中心，由管中心孔流出，以有效除去在干燥和灰化過(guò)程中產(chǎn)生的基體蒸氣，同心孔流出，以有效除去在干燥和灰化過(guò)程中產(chǎn)生的基體蒸氣，同時(shí)保護(hù)已原子化了的原子不再被氧化。在原子化階段，停止通氣，時(shí)保護(hù)已原子化了的原子不再被氧化。在原子化階段，停止通氣，以延長(zhǎng)原子在吸收區(qū)內(nèi)的平均停留時(shí)間，避免對(duì)原子蒸氣的稀釋。以延長(zhǎng)原子在吸收區(qū)內(nèi)的平均停留時(shí)間，避免對(duì)原子蒸氣的稀釋。 石墨爐原子化器程序升溫過(guò)程石墨爐原子化器程序升溫過(guò)程 石墨爐原子化器的操作分為干燥、灰化（去除基石墨爐原子化器的操作分為干燥、灰

38、化（去除基體）、原子化和凈化（去除殘?jiān)┧牟?，由微機(jī)控制體）、原子化和凈化（去除殘?jiān)┧牟?，由微機(jī)控制實(shí)行程序升溫。圖實(shí)行程序升溫。圖2.52.5為一程序升溫過(guò)程的示意圖。為一程序升溫過(guò)程的示意圖。圖圖2.5 2.5 石墨爐原子化器程序升溫過(guò)程石墨爐原子化器程序升溫過(guò)程 石墨爐原子化法的優(yōu)點(diǎn)：石墨爐原子化法的優(yōu)點(diǎn)： 原子化效率高，樣品利用率高，用樣量?。ㄔ踊矢?，樣品利用率高，用樣量?。?-1-100100L L）；絕對(duì)靈敏度高，檢測(cè)限可達(dá)）；絕對(duì)靈敏度高，檢測(cè)限可達(dá)1010-12 -12 g/Lg/L ；可；可直接進(jìn)樣測(cè)定固體及粘稠試樣。直接進(jìn)樣測(cè)定固體及粘稠試樣。 石墨爐原子化法的缺點(diǎn)

39、：石墨爐原子化法的缺點(diǎn)： 試樣組成不均勻性影響較大，有強(qiáng)的背景吸收，試樣組成不均勻性影響較大，有強(qiáng)的背景吸收，測(cè)定精密度不如火焰原子化法；測(cè)定精密度不如火焰原子化法；測(cè)定速度慢，操作不測(cè)定速度慢，操作不夠簡(jiǎn)便，裝置復(fù)雜。夠簡(jiǎn)便，裝置復(fù)雜。c.c.低溫原子化器低溫原子化器 低溫原子化是利用某些元素（如低溫原子化是利用某些元素（如HgHg）本身或元素的）本身或元素的氫化物（如氫化物（如AsHAsH3 3）在低溫下的易揮發(fā)性，將其導(dǎo)入氣體流）在低溫下的易揮發(fā)性，將其導(dǎo)入氣體流動(dòng)吸收池內(nèi)進(jìn)行原子化。動(dòng)吸收池內(nèi)進(jìn)行原子化。 目前通過(guò)該原子化方式測(cè)定的元素有目前通過(guò)該原子化方式測(cè)定的元素有HgHg、AsA

40、s、SbSb、SeSe、SnSn、BiBi、GeGe、PbPb、TeTe等。等。 生成氫化物是一個(gè)氧化還原過(guò)程，所生成的氫化物生成氫化物是一個(gè)氧化還原過(guò)程，所生成的氫化物是共價(jià)分子型化合物，沸點(diǎn)低、易揮發(fā)分離分解是共價(jià)分子型化合物，沸點(diǎn)低、易揮發(fā)分離分解, ,在在900900溫度下就能分解析出自由原子，實(shí)現(xiàn)快速原子化。溫度下就能分解析出自由原子，實(shí)現(xiàn)快速原子化。 3.3.分光器分光器 a.a.分光器的作用分光器的作用 是將是將待測(cè)元素的共振線待測(cè)元素的共振線吸收線吸收線與鄰近線分與鄰近線分離開來(lái)。離開來(lái)。b.b.分光器的組成分光器的組成 分光器由入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成，色散元件分

41、光器由入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成，色散元件是分光器的關(guān)鍵部件。色散元件放置在原子化器之后，以阻止來(lái)是分光器的關(guān)鍵部件。色散元件放置在原子化器之后，以阻止來(lái)自原子化器內(nèi)的所有不需要的輻射進(jìn)入檢測(cè)器?，F(xiàn)在的商品儀器自原子化器內(nèi)的所有不需要的輻射進(jìn)入檢測(cè)器。現(xiàn)在的商品儀器都使用光柵作為色散元件。都使用光柵作為色散元件。4.4.檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 原子吸收光譜儀的檢測(cè)體統(tǒng)主要由光電檢測(cè)器、放大器、對(duì)數(shù)變換原子吸收光譜儀的檢測(cè)體統(tǒng)主要由光電檢測(cè)器、放大器、對(duì)數(shù)變換器、顯示記錄裝置等組成。器、顯示記錄裝置等組成。a.a.光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器 光電檢測(cè)器的作用是將分光器分出的吸收光譜信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)

42、。光電檢測(cè)器的作用是將分光器分出的吸收光譜信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。原子吸收光譜儀中廣泛使用的光電檢測(cè)器是光電倍增管（原子吸收光譜儀中廣泛使用的光電檢測(cè)器是光電倍增管（PMTPMT）。）。 光電倍增管是一種真空光電器件，由一個(gè)光敏陰極和若干個(gè)倍增極光電倍增管是一種真空光電器件，由一個(gè)光敏陰極和若干個(gè)倍增極組成。分光后的光照射到光電倍增管光敏陰極上，轟擊出的光電子又射組成。分光后的光照射到光電倍增管光敏陰極上，轟擊出的光電子又射向倍增極，轟擊出更多的光電子，依次倍增，在最后放出的光電子比最向倍增極，轟擊出更多的光電子，依次倍增，在最后放出的光電子比最初多到初多到10106 6倍以上，最大電流可達(dá)倍以上，

43、最大電流可達(dá)1010AA，電流經(jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒烹娏鹘?jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)送入放大器。號(hào)送入放大器。 現(xiàn)在一些儀器也采用電荷耦合器件（現(xiàn)在一些儀器也采用電荷耦合器件（CCDCCD）和光電二極管陣列（）和光電二極管陣列（PDAPDA）作為檢測(cè)器。作為檢測(cè)器。b.b.放大器放大器放大器的作用是將光電倍增管輸出的放大器的作用是將光電倍增管輸出的V V級(jí)的弱電信號(hào)，經(jīng)電子放級(jí)的弱電信號(hào)，經(jīng)電子放大線路進(jìn)一步放大至大線路進(jìn)一步放大至mVmV級(jí)，以滿足后續(xù)采樣電路對(duì)電信號(hào)幅度的要求。級(jí)，以滿足后續(xù)采樣電路對(duì)電信號(hào)幅度的要求。目前商品化儀器的放大器一般由若干級(jí)采用集成運(yùn)算放大電路構(gòu)成。目前商品化儀器的

44、放大器一般由若干級(jí)采用集成運(yùn)算放大電路構(gòu)成。c.c.數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)現(xiàn)代原子吸收光譜儀器均由電子數(shù)字計(jì)算機(jī)完成功能控制和數(shù)據(jù)采現(xiàn)代原子吸收光譜儀器均由電子數(shù)字計(jì)算機(jī)完成功能控制和數(shù)據(jù)采集處理。集處理。數(shù)據(jù)采集單元由模擬數(shù)字（數(shù)據(jù)采集單元由模擬數(shù)字（A/DA/D）轉(zhuǎn)換器將放大器送來(lái)的模擬電信號(hào)）轉(zhuǎn)換器將放大器送來(lái)的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別和處理的數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別和處理的數(shù)字信號(hào)。處理系統(tǒng)單元在數(shù)據(jù)工作站軟件的支持下對(duì)轉(zhuǎn)換來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)處理系統(tǒng)單元在數(shù)據(jù)工作站軟件的支持下對(duì)轉(zhuǎn)換來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步加工處理，完成數(shù)據(jù)的變換（如光強(qiáng)度與吸光度之間的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換、一

45、步加工處理，完成數(shù)據(jù)的變換（如光強(qiáng)度與吸光度之間的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換、曲線擬和等）、貯存記錄、輸出顯示等工作。曲線擬和等）、貯存記錄、輸出顯示等工作。 工作站軟件與儀器本身的設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，一般應(yīng)具有工作站軟件與儀器本身的設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，一般應(yīng)具有自動(dòng)控自動(dòng)控制儀器主機(jī)及附件進(jìn)行工作、自動(dòng)邊際分析、自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)制儀器主機(jī)及附件進(jìn)行工作、自動(dòng)邊際分析、自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集處理和分析、自動(dòng)進(jìn)行儀器工作參數(shù)條件優(yōu)化選擇、的采集處理和分析、自動(dòng)進(jìn)行儀器工作參數(shù)條件優(yōu)化選擇、自動(dòng)顯示對(duì)分析過(guò)程各參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警出現(xiàn)的錯(cuò)自動(dòng)顯示對(duì)分析過(guò)程各參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警出現(xiàn)的錯(cuò)誤并提示原因、自動(dòng)進(jìn)行誤并提示原因、自動(dòng)進(jìn)

46、行QAQA及及QCQC控制等功能控制等功能 d.d.其他裝置其他裝置 氫化物發(fā)生器氫化物發(fā)生器采用氫化物發(fā)生原子吸收光譜法測(cè)定砷、硒、銻、錫、采用氫化物發(fā)生原子吸收光譜法測(cè)定砷、硒、銻、錫、鉍、鉛、碲、鍺、鎘、汞等痕量元素時(shí)，靈敏度可有很大程鉍、鉛、碲、鍺、鎘、汞等痕量元素時(shí)，靈敏度可有很大程度的提高，檢出限比通?；鹧娣ㄌ岣呒s度的提高，檢出限比通常火焰法提高約1 13 3個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。 石英原子捕集裝置石英原子捕集裝置在使用火焰法測(cè)定鉛、金、銀、鈷、砷、鋅、鉈、在使用火焰法測(cè)定鉛、金、銀、鈷、砷、鋅、鉈、銻、碲、錫、鉍、鎘、銅、鉬、鐵、鎵、汞、銦、硒、銻、碲、錫、鉍、鎘、銅、鉬、鐵、鎵、

47、汞、銦、硒、錳、鎳、銥、鉑、鈀、銠、釕等元素時(shí)，使用石英原子錳、鎳、銥、鉑、鈀、銠、釕等元素時(shí)，使用石英原子捕集裝置可以大大提高分析靈敏度（比一般火焰法提高捕集裝置可以大大提高分析靈敏度（比一般火焰法提高2 2幾十倍不等）。幾十倍不等）。 自動(dòng)進(jìn)樣裝置自動(dòng)進(jìn)樣裝置自動(dòng)進(jìn)樣裝置往往用于大批量樣品的自動(dòng)化分析場(chǎng)自動(dòng)進(jìn)樣裝置往往用于大批量樣品的自動(dòng)化分析場(chǎng)合，一般都具有自動(dòng)清洗、自動(dòng)稀釋、濃縮富集、自動(dòng)合，一般都具有自動(dòng)清洗、自動(dòng)稀釋、濃縮富集、自動(dòng)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、自動(dòng)加入基體改進(jìn)劑等功能。配制標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、自動(dòng)加入基體改進(jìn)劑等功能。 富氧裝置：富氧裝置：測(cè)定鈣、鋁、鋇、鑭、鉬、鎵、鎢、釩、鍶等稀

48、測(cè)定鈣、鋁、鋇、鑭、鉬、鎵、鎢、釩、鍶等稀土元素時(shí)，為提高靈敏度，通常采用氧化亞氮土元素時(shí)，為提高靈敏度，通常采用氧化亞氮- -乙炔火乙炔火焰，但這種火焰在使用時(shí)比較危險(xiǎn)，可以考慮用富氧焰，但這種火焰在使用時(shí)比較危險(xiǎn)，可以考慮用富氧裝置進(jìn)行替代，其火焰溫度根據(jù)分析的靈敏度在裝置進(jìn)行替代，其火焰溫度根據(jù)分析的靈敏度在2300-2300-29502950度范圍內(nèi)可調(diào)，且分析的靈敏度比空氣度范圍內(nèi)可調(diào)，且分析的靈敏度比空氣- -乙炔、氧乙炔、氧化亞氮化亞氮- -乙炔火焰均有顯著改善。乙炔火焰均有顯著改善。二現(xiàn)代原子吸收光譜儀器的最新進(jìn)展二現(xiàn)代原子吸收光譜儀器的最新進(jìn)展 原子吸收光譜儀器最矚目的突破性

49、進(jìn)展原子吸收光譜儀器最矚目的突破性進(jìn)展 -可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定的原子吸收光譜儀可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定的原子吸收光譜儀 使用了使用了連續(xù)光源連續(xù)光源中階梯光柵中階梯光柵光導(dǎo)攝象管、光電二極管陣列檢測(cè)器光導(dǎo)攝象管、光電二極管陣列檢測(cè)器 實(shí)現(xiàn)了多元素的同時(shí)測(cè)定實(shí)現(xiàn)了多元素的同時(shí)測(cè)定 使原子吸收光譜多元素分析的速度和使用的方便性等都得使原子吸收光譜多元素分析的速度和使用的方便性等都得到了大大的提高，到了大大的提高， 使用連續(xù)光源的優(yōu)點(diǎn)使用連續(xù)光源的優(yōu)點(diǎn) 輻射覆蓋的波長(zhǎng)范圍寬輻射覆蓋的波長(zhǎng)范圍寬(從遠(yuǎn)紫外區(qū)直到近紅外區(qū)從遠(yuǎn)紫外區(qū)直到近紅外區(qū)) 不存在空心陰極燈會(huì)發(fā)生自吸收的問(wèn)題不存在空心陰極燈會(huì)發(fā)生自吸收

50、的問(wèn)題 使這種連續(xù)光源原子吸收光譜儀器在分析的準(zhǔn)使這種連續(xù)光源原子吸收光譜儀器在分析的準(zhǔn)確度、工作曲線線性范圍、背景校正性能及獲得更確度、工作曲線線性范圍、背景校正性能及獲得更多的光譜信息等方面都優(yōu)于使用空心陰極燈的銳線多的光譜信息等方面都優(yōu)于使用空心陰極燈的銳線光源原子吸收光譜儀器。光源原子吸收光譜儀器。世界首臺(tái)商品化連續(xù)光源原子吸收光譜儀contr AA (Analytik Jena AG 2004年) 190190900 nm 900 nm 全波長(zhǎng)高聚焦短弧氙燈全波長(zhǎng)高聚焦短弧氙燈 雙單色器雙單色器( (石英棱鏡配合高分辨率的大面積中階石英棱鏡配合高分辨率的大面積中階梯光柵梯光柵) )

51、譜線寬度譜線寬度0. 002 nm 0. 002 nm 高靈敏度的高靈敏度的CCDCCD線陣列檢測(cè)器線陣列檢測(cè)器( (同時(shí)測(cè)定特征吸收同時(shí)測(cè)定特征吸收和背景信號(hào)，得到時(shí)間、波長(zhǎng)與信號(hào)的三維光譜和背景信號(hào)，得到時(shí)間、波長(zhǎng)與信號(hào)的三維光譜信息信息) ) 所有背景信號(hào)同時(shí)扣除，大大提高了檢測(cè)的信噪所有背景信號(hào)同時(shí)扣除，大大提高了檢測(cè)的信噪比，使儀器的檢出限優(yōu)于普通原子吸收光譜儀。比，使儀器的檢出限優(yōu)于普通原子吸收光譜儀。 contrcontr AA AA進(jìn)行多元素分析時(shí)可達(dá)到進(jìn)行多元素分析時(shí)可達(dá)到10102020個(gè)元素個(gè)元素/ /分鐘，其分析速度和獲得的分析信息量可與分鐘，其分析速度和獲得的分析信息

52、量可與ICPICP光譜儀相當(dāng)。光譜儀相當(dāng)。三原子吸收光譜儀器的主要技術(shù)指標(biāo)三原子吸收光譜儀器的主要技術(shù)指標(biāo)1 1儀器工作條件：儀器工作條件： 適用的工作環(huán)境溫度（適用的工作環(huán)境溫度（ 如如0 -350 -35） 工作環(huán)境相對(duì)濕度（如工作環(huán)境相對(duì)濕度（如10-90%10-90%） 工作電源（工作電源（ 220V 50Hz220V 50Hz交流電）。交流電）。2 2分析方式：分析方式： 火焰原子吸收儀器火焰原子吸收儀器 石墨爐原子吸收儀器石墨爐原子吸收儀器 火焰與石墨爐一體化原子吸收儀器等?；鹧媾c石墨爐一體化原子吸收儀器等。3 3背景校正：背景校正： 火焰原子吸收儀器火焰原子吸收儀器: :采用連續(xù)

53、光源（氘燈）背景校正裝置采用連續(xù)光源（氘燈）背景校正裝置 石墨爐原子吸收儀器石墨爐原子吸收儀器: :多采用塞曼效應(yīng)（交流磁場(chǎng)或直流磁多采用塞曼效應(yīng)（交流磁場(chǎng)或直流磁場(chǎng)）背景校正裝置。場(chǎng)）背景校正裝置。 背景校正主要指標(biāo)背景校正主要指標(biāo): :校正周期（如校正周期（如2ms2ms）、最大校正量）、最大校正量（如（如2.3Abs2.3Abs）。）。4 4光學(xué)系統(tǒng)：光學(xué)系統(tǒng)： 波長(zhǎng)范圍（波長(zhǎng)范圍（190-900 nm190-900 nm） 狹縫寬度（狹縫寬度（0.2-2.0 nm0.2-2.0 nm） 光柵刻線密度（光柵刻線密度（18001800條條/mm/mm） 閃耀波長(zhǎng)（如雙閃耀波長(zhǎng)為閃耀波長(zhǎng)（如

54、雙閃耀波長(zhǎng)為236 nm236 nm和和597 nm597 nm） 光源適用性（燈座數(shù)、可否自動(dòng)快速選擇燈的位光源適用性（燈座數(shù)、可否自動(dòng)快速選擇燈的位置、可否同時(shí)預(yù)熱多個(gè)燈、無(wú)極放電燈兼容性）置、可否同時(shí)預(yù)熱多個(gè)燈、無(wú)極放電燈兼容性）等。等。5 5檢測(cè)器：檢測(cè)器： 多數(shù)采用多數(shù)采用PMTPMT 高檔儀器采用高量子化效率的固態(tài)檢測(cè)器（如高檔儀器采用高量子化效率的固態(tài)檢測(cè)器（如CCDCCD）。）。 6 6原子化系統(tǒng)：原子化系統(tǒng)： a.a.火焰原子化裝置：火焰原子化裝置： 結(jié)構(gòu)和功能（用耐腐蝕材質(zhì)制作的可調(diào)霧化器，采結(jié)構(gòu)和功能（用耐腐蝕材質(zhì)制作的可調(diào)霧化器，采用熱穩(wěn)定性好的全鈦合金燃燒頭，有自動(dòng)保

55、護(hù)功能用熱穩(wěn)定性好的全鈦合金燃燒頭，有自動(dòng)保護(hù)功能的氣體控制系統(tǒng)，有多種安全連鎖裝置）的氣體控制系統(tǒng)，有多種安全連鎖裝置） 背景校正方式（一般用高強(qiáng)度氘燈校正裝置）背景校正方式（一般用高強(qiáng)度氘燈校正裝置） 分析靈敏度（如分析靈敏度（如5ppm5ppm（CuCu）、吸光度）、吸光度0.75A0.75A，0.5% RSD0.5% RSD）等。）等。b.b.石墨爐原子化裝置：石墨爐原子化裝置： 石墨爐結(jié)構(gòu)；縱向加熱、橫向加熱石墨爐結(jié)構(gòu)；縱向加熱、橫向加熱 升溫方式升溫方式: :斜坡升溫、階梯升溫、最大功率升溫斜坡升溫、階梯升溫、最大功率升溫 溫度控制溫度控制: :電壓、電流控制和光控等電壓、電流控制

56、和光控等 石墨爐最高溫度（如石墨爐最高溫度（如30003000） 石墨爐溫度程序（如石墨爐溫度程序（如202030003000，以，以1010為增量；為增量；光控最大功率升溫，最大升溫速率光控最大功率升溫，最大升溫速率2000/s2000/s） STPFSTPF動(dòng)態(tài)溫度反饋控制、基線漂移校正（用于校正動(dòng)態(tài)溫度反饋控制、基線漂移校正（用于校正石墨揮發(fā)、電壓變化帶來(lái)的基線漂移）石墨揮發(fā)、電壓變化帶來(lái)的基線漂移） 石墨爐氬氣控制（內(nèi)外保護(hù)氣分開；石墨管外部氬石墨爐氬氣控制（內(nèi)外保護(hù)氣分開；石墨管外部氬氣不停，內(nèi)部氬氣流量可選，氣不停，內(nèi)部氬氣流量可選，0 0250mL/min250mL/min，最小

57、，最小增量增量10mL/min10mL/min） 安全功能（具備石墨管損壞報(bào)警裝置；有氣體壓力、安全功能（具備石墨管損壞報(bào)警裝置；有氣體壓力、冷卻水流量、溫度、石墨管和石墨錐溫度等聯(lián)鎖監(jiān)冷卻水流量、溫度、石墨管和石墨錐溫度等聯(lián)鎖監(jiān)控，在緊急情況下能按步驟切斷氣路和加熱電源?？兀诰o急情況下能按步驟切斷氣路和加熱電源停止工作）止工作） 檢出限（檢出限（33條件下）（如條件下）（如PbPb 0.2ug/L, 0.2ug/L, CdCd 0.01ug/L0.01ug/L） 四、原子吸收光譜儀器的使用四、原子吸收光譜儀器的使用 現(xiàn)代原子吸收光譜儀是集光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)現(xiàn)代原子吸收光譜儀是集

58、光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)為一體的復(fù)雜精密分析儀器，為保障儀器各功能部件的正常使用為一體的復(fù)雜精密分析儀器，為保障儀器各功能部件的正常使用和得到理想的分析結(jié)果，應(yīng)嚴(yán)格按照儀器的使用規(guī)程及要求進(jìn)行和得到理想的分析結(jié)果，應(yīng)嚴(yán)格按照儀器的使用規(guī)程及要求進(jìn)行操作。操作。. .儀器安裝儀器安裝儀器應(yīng)安裝在無(wú)酸氣、氨氣等有害有腐蝕性氣體環(huán)境的房間內(nèi)，儀器應(yīng)安裝在無(wú)酸氣、氨氣等有害有腐蝕性氣體環(huán)境的房間內(nèi)，儀器原子化器上方應(yīng)安裝排氣通風(fēng)裝置，以防室內(nèi)空氣污染，室儀器原子化器上方應(yīng)安裝排氣通風(fēng)裝置，以防室內(nèi)空氣污染，室內(nèi)溫度一般保持在內(nèi)溫度一般保持在，相對(duì)濕度不超過(guò)。，相對(duì)濕度不超過(guò)。儀器附近無(wú)大功率電器

59、設(shè)備和強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，最好在電源與儀器儀器附近無(wú)大功率電器設(shè)備和強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，最好在電源與儀器之間串接一臺(tái)交流電源穩(wěn)壓器。之間串接一臺(tái)交流電源穩(wěn)壓器。 溶解乙炔、氧化亞氮?dú)怏w鋼瓶應(yīng)單獨(dú)放置在專設(shè)帶排溶解乙炔、氧化亞氮?dú)怏w鋼瓶應(yīng)單獨(dú)放置在專設(shè)帶排風(fēng)的房間內(nèi)或?qū)Ｓ玫姆辣瑑?chǔ)氣柜內(nèi)，不得有暴露的電風(fēng)的房間內(nèi)或?qū)Ｓ玫姆辣瑑?chǔ)氣柜內(nèi)，不得有暴露的電線和閘刀開關(guān)等。乙炔氣體不得使用銅或銅合金管輸線和閘刀開關(guān)等。乙炔氣體不得使用銅或銅合金管輸送。送。2.2.開機(jī)前的準(zhǔn)備開機(jī)前的準(zhǔn)備開機(jī)前應(yīng)檢查提供給儀器的水（如石墨爐原子吸開機(jī)前應(yīng)檢查提供給儀器的水（如石墨爐原子吸收儀的循環(huán)冷卻水）、氣（如火焰原子吸收儀的乙炔收儀

60、的循環(huán)冷卻水）、氣（如火焰原子吸收儀的乙炔及壓縮空氣，石墨爐原子吸收儀的氬氣）、電（特別及壓縮空氣，石墨爐原子吸收儀的氬氣）、電（特別是石墨爐原子吸收儀的供電電源）等是否正常。是石墨爐原子吸收儀的供電電源）等是否正常。3.3.開機(jī)工作開機(jī)工作 開機(jī)操作應(yīng)按照儀器使用說(shuō)明的順序進(jìn)行開機(jī)操作應(yīng)按照儀器使用說(shuō)明的順序進(jìn)行, ,一般為一般為: : 開啟儀器的控制及數(shù)據(jù)處理工作站電腦。開啟儀器的控制及數(shù)據(jù)處理工作站電腦。 安裝空芯陰極燈。安裝空芯陰極燈。 開啟儀器主機(jī)電源、附件裝置電源。開啟儀器主機(jī)電源、附件裝置電源。 打開工作站操作軟件，使儀器自動(dòng)完成自檢和初始化。打開工作站操作軟件，使儀器自動(dòng)完成自