原子吸收分光光度計(jì)基本操作

關(guān)于原子吸收分光光度計(jì)基本操作第一頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)

原子吸收光譜法（AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS）在近半個世紀(jì)以來，是廣泛應(yīng)用于定量測定試樣中單獨(dú)元素的分析方法。原子吸收光譜儀主要有單光束和雙光束兩種類型。其基本構(gòu)造原理如圖3-1所示。由圖可見，如果將原子化器看作是分光光度計(jì)中的吸收池，則其儀器的構(gòu)造原理與一般的分光光度計(jì)是相類似的，即一般由光源、原子化系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)四個主要部分組成。圖3-1原子吸收光譜儀的基本構(gòu)造第二頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—光源

原子吸收法對其光源的要求主要有：發(fā)射的譜線的半寬度要窄，應(yīng)小于吸收譜線的半寬度；發(fā)射的譜線強(qiáng)度要足夠的大，以確保有足夠的信噪比；發(fā)射的譜線的強(qiáng)度要穩(wěn)定且沒有背景發(fā)射或背景發(fā)射很?。还ぷ麟妷旱?，使用壽命長。第三頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—光源空心陰極燈(Ho11owCathodeLamp)是一種特殊的輝光放電管，其放電和發(fā)光機(jī)理與普通輝光放電管一樣，只是在燈的陰極和陽極的材料選用以及裝置方式上有其特殊之處，目的是為了滿足產(chǎn)生銳線光的需要?？招年帢O燈的結(jié)構(gòu)主要包括：一個陽極和一個空心圓筒形陰極。兩電極密封于充有低壓（2~10mmHg）惰性氣體的帶有光學(xué)窗口（玻璃窗或石英）的玻璃殼中。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2空心陰極燈結(jié)構(gòu)示意第四頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—光源空心陰極燈的工作原理是：當(dāng)在陰、陽兩電極間施加適當(dāng)直流電壓(通常是300～500V)時（便開始輝光放電），兩極間氣體中自然存在著的極少數(shù)陽離子在電場的作用下向陰極運(yùn)動，并轟擊陰極表面，使陰極表面的電子獲得能量而逸出（即脫離陰極），逸出的電子受電場加速并奔向陽極，在奔向陽極的途中與相遇的原子碰撞使后者電離產(chǎn)生陰陽離子，陽離子在電場作用之下奔向陰極，并轟擊陰極表面。這樣，放電一經(jīng)在比較高的電壓（起輝電壓）下觸發(fā)（起輝），就可以在比較低的電壓下持續(xù)保持放電并發(fā)光（輝光）。第五頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)原子化系統(tǒng)的作用是將樣品中待測元素轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的基態(tài)原子（這一過程叫做樣品的原子化），并將其送入光路，以便對空心燈提供的共振（特征）輻射產(chǎn)生吸收。（1）火焰原子化裝置火焰原子化法使用的裝置（叫火焰原子化器），主要由霧化器、霧室和燃燒器三部分組成。霧化器：作用是將試液分散成極細(xì)?。ㄖ睆皆?~70μm）的霧滴，其性能對測定的靈敏度、準(zhǔn)確度、精密度和化學(xué)干擾等有顯著影響，是原子吸收光譜儀的核心部件。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)（1）火焰原子化裝置燃燒器：試液霧化后進(jìn)入預(yù)混合室(也叫霧室，其作用有二，一是使霧滴直徑均勻化，二是使燃?xì)?、助燃?xì)夂托§F滴均勻混合)，形成氣-溶膠，進(jìn)入火焰中，而較大的霧滴凝結(jié)在壁上，經(jīng)下方的廢液管排出。圖3-4預(yù)混合型燃燒器1．火焰2．燃燒器3．撞擊球4．毛細(xì)管5．霧化器6．試液7．廢液8．預(yù)混合室第七頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)（1）火焰原子化裝置火焰及其類型：原子吸收光譜分析測定的是基態(tài)原子，而火焰為樣品原子化提供了能源。化合物在火焰溫度的作用下經(jīng)歷蒸發(fā)、干燥、氣化、解離甚至激發(fā)、電離和化合等一系列復(fù)雜的過程。圖3-4預(yù)混合型燃燒器1．火焰2．燃燒器3．撞擊球4．毛細(xì)管5．霧化器6．試液7．廢液8．預(yù)混合室第八頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)火焰是由燃料氣（還原劑）和助燃?xì)猓ㄑ趸瘎┫嘤龊蟀l(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)—燃燒而形成的。其一，正常焰也叫中性焰。表示燃料氣和助燃?xì)饣臼前此鼈冎g的化學(xué)反應(yīng)計(jì)算的量配比的，故也稱之為“化學(xué)計(jì)量火焰”。這種火焰具有溫度高、干擾少、穩(wěn)定及背景低等特點(diǎn)。其二，富燃焰，即燃料氣的比例高于化學(xué)計(jì)量的配比時形成的火焰。這種火焰有豐富的半分解產(chǎn)物，具有較強(qiáng)的還原氣氛?；鹧鏈囟嚷缘陀谇罢撸m于原子化的區(qū)域較大。第九頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)其三，貧燃焰，即燃料氣的比例低于化學(xué)計(jì)量的配比時所形成的火焰。由于在這種火焰中，大量冷的助燃?xì)鈳ё吡嘶鹧嬷械臒崃?，所以其溫度相對較低。最常使用的火焰主要有兩類，即碳?xì)浠鹧婧蜌錃饣鹧?。空?乙炔火焰和笑氣-乙炔火焰均屬第一類火焰。這兩種火焰已基本能滿足大部分元素的原子吸收分析測定的要求，因此也是在日常分析工作中最常用的火焰。預(yù)混合燃燒器產(chǎn)生的火焰層次清晰，并大致可分為四個不同區(qū)域：中間薄層區(qū)第二反應(yīng)區(qū)第一反應(yīng)區(qū)燃燒器縫第十頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)常用火焰的組成及其性質(zhì)第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)

氣源裝置及使用安全措施在火焰原子吸收法中，可能用到的燃料氣和助燃?xì)獾姆N類比較多。各種氣體來源也不盡相同，并非都由儀器配套供給。

①空氣多由空壓機(jī)供給。空壓機(jī)有活塞式和膜動式之分。一般前者壓強(qiáng)為6×105Pa(6atm),需經(jīng)減壓、穩(wěn)壓和凈化（除去壓縮空氣中的水汽及空壓機(jī)帶入的油）后使用；后者最大壓強(qiáng)可達(dá)3×105Pa(3atm)，可經(jīng)安全閥調(diào)節(jié)壓力至所需值?？諝獾氖褂脡簭?qiáng)一般為2×105Pa(2atm)，流量在10~20L/min。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)

②乙炔多由鋼瓶提供。鋼瓶中的乙炔是被加壓溶解在多孔性吸附材料中的丙酮中，需通過減壓、穩(wěn)壓后使用；瓶內(nèi)最大壓強(qiáng)為15×105Pa(15atm)，可經(jīng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)壓力至所需值。對于具體一臺儀器乙炔的使用壓強(qiáng)和流量應(yīng)參照儀器說明書設(shè)置為所需值。第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)

③氧化亞氮這種氣體對嗅覺有刺激性，會使人產(chǎn)生興奮感，故熟稱笑氣。多由鋼瓶提供。瓶內(nèi)壓強(qiáng)約為7×106Pa，需通過穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器減壓、穩(wěn)壓后使用。第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)

在原子吸收分析工作中，對于燃料氣的使用，應(yīng)注意采取并遵守以下特別的安全措施，以免發(fā)生人身或設(shè)備事故。（a）燃料氣，助燃?xì)怃撈亢鸵胰矚怃撈繎?yīng)絕對遠(yuǎn)離火源。（b）點(diǎn)火操作前應(yīng)檢查并確認(rèn)氣路系統(tǒng)密封良好。點(diǎn)火前，應(yīng)先打開氣源，并隨手設(shè)置和確認(rèn)氣體壓力與流量為儀器說明書規(guī)定參數(shù)。（c）熄火時，應(yīng)先關(guān)閉燃?xì)忾y門，待火焰熄滅后，再關(guān)閉助燃?xì)忾y門，以防發(fā)生回火。對于由微機(jī)控制的新型號儀器，關(guān)閉氣源后，待火焰熄滅，再關(guān)閉儀器的總電源開關(guān)。第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)

在原子吸收分析工作中，對于燃料氣的使用，應(yīng)注意采取并遵守以下特別的安全措施，以免發(fā)生人身或設(shè)備事故。（d）膨脹室或燃燒器應(yīng)安裝有安全排氣塞，并經(jīng)常保持其良好有效，以確保安全。（e）要防止回火，尤其是氧化亞氮－乙炔火焰。點(diǎn)火與熄火一定要嚴(yán)格經(jīng)過空氣－乙炔火焰過渡，即確保氧化亞氮－乙炔火焰始終為富燃焰（紅色火焰）。（f）工作結(jié)束應(yīng)確保切斷燃?xì)鈿庠?，一切漏氣的可能都是安全隱患。特別是燃料氣流量計(jì)的針形閥很易密封不好，一旦泄漏到儀器中，極易發(fā)生爆炸事故。（g）儀器上部應(yīng)按規(guī)定安裝排風(fēng)裝置，并保持正常有效。第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)（2）非火焰原子化裝置非火焰原子化是火焰原子化以外其它原子化方式的統(tǒng)稱，包括了許多具體的方法。其中目前使用相對較多的是電熱高溫石墨爐原子化器，簡稱“石墨爐原子化器(atomizationingraphitefurnace,GFA)”法。石墨爐原子化器的構(gòu)造石墨管的裝配第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)石墨爐原子化采取程序升溫的方式，并分為干燥、灰化、原子化、凈化（或稱“除殘”）四個步驟，由微機(jī)控制自動進(jìn)行。石墨爐原子化器的升溫方式有如圖3-10所示的階梯式和斜坡式。后者能使試樣更有效地灰化，減少背景干擾，還能以逐漸升溫來控制化學(xué)反應(yīng)速度，對測定難揮發(fā)性元素更為有利。圖3-10石墨爐原子化器升溫過程示意第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)石墨爐原子化的最大優(yōu)點(diǎn)是：注入到石墨管中的試樣幾乎可以完全原子化（原子化效率可達(dá)約90%），由于管腔空間相對火焰要小得多，因而原子蒸氣濃度被大大提高，致使測定的靈敏度也大大提高。當(dāng)試樣含量很低，或只能提供很少量的試樣時，使用這種原子化方式是很適合的。第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—原子化系統(tǒng)（3）其它原子化方法1）氫化物原子化(hydrideatomization)裝置氫化物原子化法也稱氫化物發(fā)生法。這種方法是“低溫”原子化法的一種。主要用來測定As，Sb，Bi，Sn，Ge，Se，Te以及Pb等一些在常溫下經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)可以形成氫化物的元素。當(dāng)上述元素在較低溫度下于酸性介質(zhì)中與強(qiáng)還原劑硼氫化鈉(鉀)反應(yīng)時，生成了氣態(tài)的氫化物。2）冷原子化(coLd-vapouratomization)裝置該法也稱為“冷原子吸收法”。此法首先是將試液中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺還原為單質(zhì)的汞，然后用空氣流將汞蒸氣（利用其沸點(diǎn)低的特性）帶入具有石英窗的氣體吸收管中完成原子吸收光譜測定。第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—光學(xué)系統(tǒng)原子吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)由聚光（外光路）和分光（單色器）兩個系統(tǒng)組成。其一般結(jié)構(gòu)原理如圖3-11所示。（1）外光路系統(tǒng)其作用是先由第一透鏡使光源發(fā)出的共振線正確地聚焦于被測樣品的原子蒸氣（火焰）中央，再由第二透鏡將通過原子蒸氣后的譜線聚焦在單色器的入射狹縫上。圖3-11單光束外光路系統(tǒng)第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—光學(xué)系統(tǒng)（1）分光系統(tǒng)(單色器)如圖3-12中虛線所圍部分。主要由色散元件(光柵或棱鏡)、準(zhǔn)直鏡、狹縫等組成。圖3-12分光系統(tǒng)示意S1—入射狹縫M—準(zhǔn)直鏡G—光柵S2—出射狹縫PM—檢測器第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—檢測系統(tǒng)原子吸收光譜儀的檢測系統(tǒng)主要包括：檢測器、放大器、對數(shù)變換器以及顯示裝置。(1)檢測器原子吸收光譜儀檢測器的作用是將單色器分出的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。目前主要采用光電倍增管(photomuLtipLier)作光電轉(zhuǎn)換器（檢測器）。為了選擇所需要的增益和便于調(diào)節(jié)參比的透射率T%為100%（也即吸光度A等于零），光電倍增管的電源電壓（也叫增益負(fù)高壓）是可調(diào)節(jié)的。光電倍增管示意K－光敏陰極1～4－倍增極A－陽極R，R1～R5－電阻第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日

一、原子吸收分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)—檢測系統(tǒng)(2)放大器其作用是將光電倍增管輸出的電信號放大。由光源發(fā)出的光經(jīng)原子蒸氣、單色器后已經(jīng)很弱，由光電倍增管放大其發(fā)出信號還不夠強(qiáng)，故電信號在進(jìn)入顯示裝置前還必須再經(jīng)進(jìn)一步放大。(3)對數(shù)變換器將指示儀表的表面按對數(shù)進(jìn)行刻度(與一般的分光光度計(jì)相同)，但這樣的對數(shù)刻度疏密不均勻，濃度越高(吸光度越大)，刻度越密，對高濃度測定的讀數(shù)誤差就較大，而且欲將指示儀表改為別的顯示儀器(如記錄器，數(shù)字顯示器等)或進(jìn)行量程擴(kuò)展時也會發(fā)生困難，為此信號在進(jìn)入指示儀表前，利用如三極管運(yùn)算放大器直流型對數(shù)變換電路進(jìn)行了對數(shù)變換。第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日

二、原子吸收分光光度計(jì)的工作流程以測定試液中鎂離子的含量為例，其儀器裝置如圖3-14所示，先將試液噴射成霧狀并引入到火焰中，含鎂鹽的霧滴在火焰溫度下，蒸發(fā)、離解成鎂原子形成原子蒸氣。當(dāng)用鎂的空心陰極燈作光源，它便輻射出具有波長為285.2nm的鎂的特征光譜（波），當(dāng)其通過火焰中一定厚度的鎂原子蒸氣時，部分光被蒸氣中基態(tài)鎂原子所吸收而使強(qiáng)度有所減弱。通過單色器分光后被檢測器接受，檢測器測得鎂的285.2nm譜線光的減弱程度，進(jìn)而即可求出試樣中鎂的含量。第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日

實(shí)訓(xùn)3-2儀器開、關(guān)機(jī)操作、工作軟件使用一、開機(jī)1．開穩(wěn)壓電源，待電壓穩(wěn)定在220伏后開主機(jī)電源開關(guān)；2．開空壓機(jī)；3．開燃?xì)怃撈恐鏖y，乙炔鋼瓶主閥最多開啟一圈；4．開排風(fēng)扇和冷卻水(采用石墨爐原子化時)。二、測試1.裝上待測元素空心陰極燈，調(diào)節(jié)燈電流與波長至所需值；2.點(diǎn)火，設(shè)置儀器測試參數(shù)；3.將霧化器毛細(xì)管插入去離子水中，調(diào)零后,再將霧化器毛細(xì)管插入溶液，待吸光度顯示穩(wěn)定后，記錄測試結(jié)果,將霧化器毛細(xì)管插入去離子水中，待儀器顯示回到零點(diǎn);同法依次測定其它溶液。第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日

實(shí)訓(xùn)3-2儀器開、關(guān)機(jī)操作、工作軟件使用三、關(guān)機(jī)1.測試完畢后，在點(diǎn)火狀態(tài)下吸噴干凈的去離子水清洗原子化系統(tǒng)幾分鐘；2.關(guān)閉燃?xì)怃撈恐鏖y，待管路中余氣燃凈后關(guān)閉儀器的燃?xì)忾y門；3.松開儀器面板上燃?xì)夂椭細(xì)庑o，將燈電流旋至零；4.關(guān)儀器電源，關(guān)穩(wěn)壓電源；5.關(guān)排風(fēng)扇和冷卻水；6.將燃?xì)怃撈繙p壓閥旋松；7.順序關(guān)燃?xì)猓諌簷C(jī)，陰極燈。旋鈕復(fù)位，關(guān)光電倍增管負(fù)高壓電源，總電源；8.用濾紙將燃燒頭縫擦干凈,填寫