原子吸收分光光度計簡要概括

原子吸收分光光度計一般由四大部分組成，即光源（單色銳線輻射源）、試樣原子化器、單色儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（包括光電轉(zhuǎn)換器及相應的檢測裝置）。

基本信息

• 中文名稱

  原子吸收分光光度計

• 外文名稱

  atomic absorption spectrophotometer

原子吸收光譜儀又稱原子吸收分光光度計，根據(jù)物質(zhì)基態(tài)原子蒸汽對特征輻射吸收的作用來進行金屬元素分析。它能夠靈敏可靠地測定微量或痕量元素。

原子吸收分光光度計一般由四大部分組成，即光源(單色銳線輻射源)、試樣原子化器、單色儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(包括光電轉(zhuǎn)換器及相應的檢測裝置)。

原子化器主要有兩大類，即火焰原子化器和電熱原子化器?；鹧嬗卸喾N火焰，目前普遍應用的是空氣-乙炔火焰。電熱原子化器普遍應用的是石墨爐原子化器，因而原子吸收分光光度計，就有火焰原子吸收分光光度計和帶石墨爐的原子吸收分光光度計。前者原子化的溫度在2100℃~2400℃之間，后者在2900℃~3000℃之間。

火焰原子吸收分光光度計，利用空氣-乙炔測定的元素可達30多種，若使用氧化亞氮-乙炔火焰，測定的元素可達70多種。但氧化亞氮-乙炔火焰安全性較差，應用不普遍?？諝?乙炔火焰原子吸收分光光度法，一般可檢測到PPm級(10)，精密度1%左右。國產(chǎn)的火焰原子吸收分光光度計，都可配備各種型號的氫化物發(fā)生器(屬電加熱原子化器)，利用氫化物發(fā)生器，可測定砷(As)、銻(Sb)、鍺(Ge)、碲(Te)等元素。一般靈敏度在ng/ml級(10)，相對標準偏差2%左右。汞(Hg)可用冷原子吸收法測定。

石墨爐原子吸收分光光度計，可以測定近50種元素。石墨爐法，進樣量少，靈敏度高，有的元素也可以分析到pg/mL級。

元素在熱解石墨爐中被加熱原子化，成為基態(tài)原子蒸汽，對空心陰極燈發(fā)射的特征輻射進行選擇性吸收。在一定濃度范圍內(nèi)，其吸收強度與試液中被測元素的含量成正比。其定量關(guān)系可用郎伯-比耳定律，A= -lg I/I o= -lgT = KCL ，式中I為透射光強度;I0為發(fā)射光強度;T為透射比;L為光通過原子化器光程(長度)，每臺儀器的L值是固定的;C是被測樣品濃度;所以A=KC。

利用待測元素的共振輻射，通過其原子蒸汽，測定其吸光度的裝置稱為原子吸收分光光度計。它有單光束，雙光束，雙波道，多波道等結(jié)構(gòu)形式。其基本結(jié)構(gòu)包括光源，原子化器，光學系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。它主要用于痕量元素雜質(zhì)的分析，具有靈敏度高及選擇性好兩大主要優(yōu)點。廣泛應用于各種氣體，金屬有機化合物，金屬醇鹽中微量元素的分析。但是測定每種元素均需要相應的空心陰極燈，這對檢測工作帶來不便。

火焰原子化法的優(yōu)點是:火焰原子化法的操作簡便，重現(xiàn)性好，有效光程大，對大多數(shù)元素有較高靈敏度，因此應用廣泛。缺點是:原子化效率低，靈敏度不夠高，而且一般不能直接分析固體樣品;

石墨爐原子化器的優(yōu)點是:原子化效率高，在可調(diào)的高溫下試樣利用率 達100%，靈敏度高，試樣用量少，適用于難熔元素的測定。缺點是:試樣組成不均勻性的影響較大，測定精密度較低，共存化合物的干擾比火焰原子化法大，干擾背景比較嚴重，一般都需要校正背景。

應用

原子吸收光譜分析現(xiàn)已廣泛用于各個分析領(lǐng)域，主要有四個方面:理論研究;元素分析;有機物分析;金屬化學形態(tài)分析

1. 理論研究中的應用:

原子吸收可作為物理和物理化學的一種實驗手段，對物質(zhì)的一些基本性能進行測定和研究。電熱原子化器容易做到控制蒸發(fā)過程和原子化過程，所以用它測定一些基本參數(shù)有很多優(yōu)點。用電熱原子化器所測定的一些有元素離開機體的活化能、氣態(tài)原子擴散系數(shù)、解離能、振子強度、光譜線輪廓的變寬、溶解度、蒸氣壓等。

2. 元素分析中的應用:

原子吸收光譜分析，由于其靈敏度高、干擾少、分析方法簡單快速，現(xiàn)巳廣泛地應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生化、地質(zhì)、冶金、食品、環(huán)保等各個領(lǐng)域，目前原子吸收巳成為金屬元素分析的強有力工具之一，而且在許多領(lǐng)域巳作為標準分析方法。 原子吸收光譜分析的特點決定了它在地質(zhì)和冶金分析中的重要地位，它不僅取代了許多一般的濕法化學分析，而且還與X- 射線熒光分析，甚至與中子活化分析有著同等的地位。目前原子吸收法巳用來測定地質(zhì)樣品中70多種元素，并且大部分能夠達到足夠的靈敏度和很好的精密度。鋼鐵、合金和高純金屬中多種痕量元素的分析現(xiàn)在也多用原子吸收法。 原子吸收在食品分析中越來越廣泛。食品和飲料中的20多種元素巳有滿意的原子吸收分析方法。生化和臨床樣品中必需元素和有害元素的分析現(xiàn)巳采用原子吸收法。有關(guān)石油產(chǎn)品、陶瓷、農(nóng)業(yè)樣品、藥物和涂料中金屬元素的原子吸收分析的文獻報道近些年來越來越多。水體和大氣等環(huán)境樣品的微量金屬元素分析巳成為原子吸收分析的重要領(lǐng)域之一。 利用間接原子吸收法尚可測定某些非金屬元素。

3. 有機物分析中的應用:

利用間接法可以測定多種有機物。8- 羥基喹啉(Cu)、醇類(Cr)、醛類(Ag)、酯類(Fe)、酚類(Fe)、聯(lián)乙酰(Ni)、酞酸(Cu)、脂肪胺(co)、氨基酸(Cu)、維生素C(Ni)、氨茴酸(Co)、雷米封(Cu)、甲酸奎寧(Zn)、有機酸酐(Fe)、苯甲基青霉素(Cu)、葡萄糖(Ca)、環(huán)氧化物水解酶(PbO、含鹵素的有機化合物(Ag)等多種有機物，均通過與相應的金屬元素之間的化學計量反應而間接測定。

4. 金屬化學形態(tài)分析中的應用:

通過氣相色譜和液體色譜分離然后以原子吸收光譜加以測定，可以分析同種金屬元素的不同有機化合物。例如汽油中5種烷基鉛，大氣中的5種烷基鉛、烷基硒、烷基胂、烷基錫，水體中的烷基胂、烷基鉛、烷基揭、烷基汞、有機鉻，生物中的烷基鉛、烷基汞、有機鋅、有機銅等多種金屬有機化合物，均可通過不同類型的光譜原子吸收聯(lián)用方式加以鑒別和測定。

1802年烏拉斯登(W.H.Wollaston)發(fā)現(xiàn)太陽連續(xù)光譜中存在許多暗線。

1814年夫勞霍弗(J.Fraunhofer)再次觀察到這些暗線，但無法解釋，將這些暗線稱為夫勞霍弗暗線。

1820年布魯斯特(D.Brewster)*個解釋了這些暗線是由太陽外圍大氣圈對太陽光吸收而產(chǎn)生。

1860年克希霍夫(G.Kirchoff)和本生(R.Bunsen)根據(jù)鈉(Na)發(fā)射線和夫勞霍弗暗線的光譜中的位置相同這一事實，證明太陽連續(xù)光譜中的暗線D線，是太陽外圍大氣圈中的Na原子對太陽光譜在Na輻射吸收的結(jié)果;并進一步闡明了吸收與發(fā)射的關(guān)系--氣態(tài)的原子能發(fā)射某些特征譜線，也能吸收同樣波長的這些譜線。這是歷*用原子吸收光譜進行定性分析的*例證。

很長一段時間，原子吸收主要局限于天體物理方面的研究，在分析化學中的應用未能引起重視，其主要原因是未找到可產(chǎn)生銳線光譜的光源。

1916年帕邢(Paschen)首先研制成功空心陰極燈，可作為原子吸收分析用光源。

直至20世紀30年代，由于汞的廣泛應用，對大氣中微量汞的測定曾利用原子吸收光譜原理設計了測汞儀，這是原子吸收在分析中的zui早應用。

1954年澳大利亞墨爾本物理研究所在展覽會上展出世界上*臺原子吸收分光光度計?？招年帢O燈的使用，使原子吸收分光光度計商品儀器得到了發(fā)展。

1955年澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究所物理學家沃爾什(A.Walsh)首先提出原子吸收光譜作為一般分析方法用于分析各元素的可能性，并探討了原子濃度與吸光度值之間的關(guān)系及實驗中的有關(guān)問題。然后在光譜化學學報上發(fā)表了論文《原子吸收光譜在分析上的應用》。從此一些國家的科學家競相開展這方面的研究，并取得了巨大的進展。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，原子能、半導體、無線電電子學、宇宙航行等科學對材料純度要求越來越高，如原子能材料鈾、釷、鈹、鋯等，要求雜質(zhì)小于10~10g，半導體材料鍺、硒中雜質(zhì)要求低于 10~ 10g，熱核反應結(jié)構(gòu)材料中雜質(zhì)需低于10g，上述材料的純度要求用傳統(tǒng)分析手段是達不到的，而原子吸收分析能較好地滿足超純分析的要求。

1959年前蘇聯(lián)學者里沃夫(В.B.ПьBOB)設計出石墨爐原子化器，1960年提出了電熱原子化法(即非火焰原子吸收法)，使原子吸收分析的靈敏度有了極大提高。

1965年威尼斯(J.B.Willis)將氧化亞氮-乙炔火焰用于原子吸收法中，使可測定元素數(shù)目增至70個。

1967年馬斯曼(H.Massmann)對里沃夫石墨爐進行改進，設計出電熱石墨爐原子化器(即高溫石墨爐)。

20世紀60年代后期發(fā)展了"間接原子吸收分光光度法"，使過去難以用直接法測定的元素和有機化合物的測定有了可能。

1971年美國瓦里安(Varian)公司生產(chǎn)出世界上*臺縱向加熱石墨爐，并首先發(fā)展Zeemen背景校正技術(shù)。

1981年原子吸收分析儀實現(xiàn)操作自動化。

1984年*臺連續(xù)氫化物發(fā)生器問世。

1990年推出Mark V1焰燃燒頭。

1995年在線火焰自動進樣器(SIPS8)研制成功并投入使用。

1998年*臺快速分析火焰原子吸收220FS誕生。

2002年世界上*套火焰和石墨爐同時分析的原子吸收光譜儀生產(chǎn)并投放市場。

現(xiàn)在，原子吸收分光光度計采用的電子技術(shù)，使儀器顯示數(shù)字化、進樣自動化，計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使整個分析實現(xiàn)自動化。

我國在1963年開始對原子吸收分光光度法有一般性介紹。1965年復旦大學電光源實驗室和冶金工業(yè)部有色金屬研究所分別研制成功空心陰極燈光源。1970年北京科學儀器廠試制成單光束火焰原子吸收分光光度計?，F(xiàn)在我國已有多家企業(yè)生產(chǎn)多種型號、性能較*原子吸收分光光度計，比如濟南精測科技公司的SDA-100。

原子吸收分光光度法應用也有一定的局限性，即每種待測元素都要有一個能發(fā)射特定波長譜線的光源。原子吸收分析中，首先要使待測元素呈原子狀態(tài)，而原子化往往是將溶液噴霧到火焰中去實現(xiàn)，這就存在理化方面的干擾，使對難溶元素的測定靈敏度還不夠理想，因此實際效果理想的元素僅30余個;由于儀器使用中，需用乙炔、氫氣、氬氣、氧化亞氮(俗稱笑氣)等，操作中必須注意安全。