原子吸收光譜儀工作原理

　　原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectrometry)是基于從光源發射的待測元素的特征輻射通過樣品蒸氣時,被蒸氣中待測元素的基態原子所吸收,根據輻射強度的減弱程度以求得樣品中待測元素的含量。

　　通常情況下，原子處于基態。當相當于原子中的電子由基態躍遷到激發態所需要的輻射頻率通過原子蒸氣，原子就能從入射輻射中吸收能量，產生共振吸收，從而產生吸收光譜。原子吸收分析就是利用基態原子對特征輻射的吸收程度的，常使用zui強吸收線作為分析線。

　　原子吸收光譜儀由以下四部分組成

　　1.光源系統:空心陰極燈

　　2.原子化系統:火焰原子化器;石墨爐原子化器或氫化物發生器。

　　3.分光系統：單色器

　　4.檢測系統：光電倍增管等

　　光源系統

　　原子吸收光源應滿足以下條件

　　1.能輻射出半寬度比吸收線半寬度還窄的譜線，并且發射線的中心頻率應與吸收線的中心頻率相同。

　　2.輻射的強度應足夠大。

　　3.輻射光的強度要穩定，且背景小。

　　空心陰極燈則可滿足原子吸收上述三點要求，它是利用空心陰極效應而制成的一種特殊輝光放點管。

　　空心陰極燈發光機理

　　空心陰極燈為直流供電，當在正負電極上施加適當電壓(一般為300～500伏)時，在正負電極之間便開始放電，這時，電子從陰極內壁射出，經電場加速后向陽極運動。

　　電子在由陰極射向陽極過程中與載氣(惰性氣體)原子碰撞使其電離成為陽離子，帶正電荷的惰性氣體離子在電場加速下，以很快的速度轟擊陰極表面，使陰極內壁的待測元素的原子濺射出來，與其它粒子相互碰撞而被激發，處于激發態的原子很不穩定，大多會自動回到基態，同時釋放能量，發出共振發射線。

　　銳線光源定義：光源發射線的中心頻率與吸收線的中心頻率一致，而且發射線的半寬度比吸收線的半寬度小得多時，則發射線光源叫做銳線光源。

　　光源能量能被原子充分吸收，測定的靈敏度就高。

　　如果用連續光源，則吸收光的強度只占入射光強度的極少部分，使測定的靈敏度極差。

　　原子化器系統

　　原子化器是將樣品中的待測組份轉化為基態原子的裝置。

　　1.火焰原子化器

　　火焰原子化法是利用氣體燃燒形成的火焰來進行原子化的，實際上就是一個噴霧燃燒器，由三部分組成，即噴霧器(nebulizer)、霧化室(spray chamber)和燃燒器(bumer)。

　　噴霧器:將試樣溶液轉為霧狀。

　　霧化室：內裝撞擊球和擾流器(去除大霧滴并使氣溶膠均勻)。

　　燃燒器：產生火焰并使試樣蒸發和原子化。

　　火焰

　　試樣霧滴在火焰中，經蒸發，干燥，離解(還原)等過程產生大量基態原子。

　　火焰溫度的選擇：

　　1.保證待測元素充分離解為基態原子的前提下，盡量采用低溫火焰;

　　2.火焰溫度越高，產生的熱激發態原子越多;

　　3.火焰溫度取決于燃氣與助燃氣類型，常用空氣—乙炔zui高溫度2600K能測35種元素。

　　火焰類型：

　　化學計量火焰(燃助比與化學計量比相近)：

　　中性火焰，溫度高，干擾少，穩定，背景低，常用。

　　富燃火焰(燃氣量大)：

　　還原性火焰，燃燒不*，溫度稍低，測定較易形成難熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。

　　貧燃火焰(助燃氣量大)：

　　火焰溫度低，氧化性氣氛，適用于堿金屬測定。

　　2.無火焰原子化器

　　常用無火焰原子化器包括石墨爐原子化器和氫化物原子化器。

　　石墨爐原子化法是利用低壓、大電流來使石墨管升溫，zui高溫度可升至3000℃，這一升溫過程可使石墨管中的試樣完成干燥、灰化、原子化和凈化等測定。

　　干燥 去除溶劑，防止樣品濺射。

　　灰化 使基體和有機物盡量揮發出去。

　　原子化 待測化合物分解為基態原子,此時停止通Ar氣,延長原子停留時間,提高靈敏度度。。

　　凈化 樣品測定完成，高溫去殘渣，凈化石墨管

　　石墨爐原子化器與火焰原子化器比較

　　1 原子化效率高，可達到90%以上，而火焰法僅只有10%多一點。

　　2 靈敏度高(可達到10-12～10-14),試樣用量少，適合于低含量及痕量組份的測定。

　　3 溫度高，在惰性氣氛中進行且有還原性碳的存在，有利于易形成難離解氧化物元素的離解和原子化。

　　其他原子化方法

　　(1)低溫原子化方法

　　主要是氫化物原子化方法，原子化溫度700~900 ゜C ;

　　主要應用于：As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素

　　原理： 在酸性介質中，與強還原劑硼氫hua鈉反應生成氣態氫化物。例

　　AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 ↑+4NaCl +4HBO2+13H2

　　將待測試樣在專門的氫化物生cheng器中產生氫化物，送入原子化器中檢測，氫化物易分解，原子化溫度低。

　　特點：原子化溫度低 ;

　　靈敏度高(對砷、硒可達10-9g);

　　基體干擾和化學干擾小;

　　(2)冷原子化法

　　主要應用于：各種試樣中Hg元素的測量;

　　原理： 將試樣中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺*還原為金屬汞后，用氣流將汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體測量管中進行吸光度測量。

　　特點：常溫測量;

　　靈敏度、準確度較高(可達10-8g汞);

　　分光系統

　　1.作用 將待測元素的共振線與鄰近譜線分開 。

　　2.組件 色散元件(棱鏡、光柵)，凹凸鏡、狹縫等。

　　3.單色器性能參數

　?。?） 倒線色散率（ D ） 兩條譜線間的距離與波長差的比值Δl/Δλ為線色散率。實際工作中常用其倒數 Δλ/Δl

　?。?） 分辨率 儀器分開相鄰兩條譜線的能力。用該兩條譜線的平均波長與其波長差的比值 /Δλ表示。

　　（3） 通帶寬度（ W ） 指通過單色器出射狹縫的某標稱波長處的輻射范圍。當倒線色散率(D)一定時，可通過選擇狹縫寬度(S)來確定： W=D´S

　　檢測系統

　　主要由檢測器、放大器、對數變換器、顯示記錄裝置組成。

　　1.檢測器 -------- 將單色器分出的光信號轉變成電信號。

　　如：光電池、光電倍增管、光敏晶體管等。

　　分光后的光照射到光敏陰極K上，轟擊出的 光電 子又射向光敏陰極1，轟擊出更多的光電子，依次倍增，在后放出的光電子 比初多到106倍以上，大電流可達 10μA，電流經負載電阻轉變為電壓信號送入放大器。

　　2.放大器 ------將光電倍增管輸出的較弱信號，經電子線路進一步放大。

　　3.對數變換器 ------光強度與吸光度之間的轉換。

　　4.顯示、記錄   

　　原子吸收儀器類型

　　單光束：

　　1.結構簡單，體積小， 價格低;

　　2.易發生零漂移，空心陰極燈要預熱

　　雙光束：

　　1.零漂移小，空心陰極燈不需預熱，降低了MDL;

　　2.仍不可消除火焰的波動和背景的影響

　　原子吸收是上世紀五十年代以后發展起來的定性定量的儀器分析技術。因其靈敏度高、特異性好、準確度高、分析范圍廣和簡便快速而獲得推廣，目前為止，技術發展已經相對成熟，可用來測定食品、水、化妝品、生物材料、土壤等樣品中的銅、鐵、鋅、鈣、鎂、錳、鉛等約70種元素。廣泛應用于多個行業領域，也成了各個實驗室的*分析儀器。