原子吸收光譜法

一、內容概述

原子吸收光譜法（AAS）又稱為原子吸收分光光度法，基本原理是每種元素都有其特征的光譜線，當光源發射的某一特征波長的光通過待測樣品的原子蒸氣時，原子中的外層電子將選擇性地吸收其同種元素所發射的特征譜線，使光源發出的入射光減弱，可以將特征譜線因吸收而減弱的程度用吸光度表示，吸光度與被測樣品中的待測元素含量成正比；即基態原子的濃度越大，吸收的光量越多，通過測定吸收的光量就可以求出樣品中待測的金屬及類金屬物質的含量，對于大多數金屬元素而言，共振線是該元素所有譜線中最靈敏的譜線，這就是該法之所以有較好的選擇性，可以測定微量元素的根本原因。

原子吸收光譜儀可測定多種元素，火焰原子吸收光譜法可測到10 -9 g/mL數量級，石墨爐原子吸收法可測到10 -13 g/mL數量級。其氫化物發生器可對8種揮發性元素汞、砷、鉛、硒、錫、碲、銻、鍺等進行微痕量測定。在地質、冶金、機械、化工、農業、食品、輕工、生物醫藥、環境保護、材料科學等各個領域有廣泛的應用。

二、應用范圍及應用實例

（一）石墨爐原子吸收法檢測化探樣品中Au的不確定度

2013年最新推出的Z-3000系列原子吸收光譜儀，它應用兩個完全匹配的光電倍增管做檢測器，分別接受光源中偏振面平行于磁場和垂直于磁場的偏振方向的輻射，測量原子吸收線的π成分及σ±成分，實現背景校正。這是一個理想的方案，可以保證在同一波長、同一測量空間、同一時間（實時）進行背景校正。

Z-3000 AAS的穩定性極好，因為普通原子吸收石墨爐上石墨管的電阻極小，需要使用低壓大電流，通常要使石墨管升至3000℃需要400～600 A的電流。Z-3000 AAS 石墨爐使用的是高阻值石墨管，石墨的阻值在30～33 mΩ。使用高阻值石墨管就可以在小的加熱電流下工作，要將石墨爐加熱到3000℃溫度時，在市電電源上所用的電流僅為15 A。由于加熱電流值低，內置變壓器與石墨爐連接使用了實心電纜，各接觸點和電纜中的損耗極小。石墨爐體最大功率升溫時，升溫速率達到2600℃/s，提高靈敏度的同時給出極佳的檢測穩定性和重現性，降低了基體干擾，極大地提高了石墨管的使用壽命，從80～400次/只增加到2000～4800次/只。

它具有語音自動導航、全信息分析軟件、多媒體操作教程、視頻維護保養程序，幾乎無須任何使用說明書即可操作儀器。在地礦系統實驗室有著廣泛的用戶基礎和地球化探樣品的測試方法。

（二）電熱原子吸收光譜法（ET-AAS）同時測定沉積物中的 As、Cd、Cu、Cr、Ni、Pb和Ti

María A（2012）使用ET AAS同時測定了沉積物中重金屬As、Cd、Cu、Cr、Ni、Pb和Ti的總量及其分布情況。該方法使用3×3的Box-Behnken 設計矩陣。對修改后的BCR連續萃取方案和總分布分析矩陣的條件進行了優化，以確定適當的霧化溫度和群眾鈀（NO3）2和Mg（NO3）2。考慮對所有矩陣中的元素進行同時測定，在不使用的化學改性劑的情況下，在1700℃下對Cd和Ti進行霧化，2100℃下霧化砷、銅、鉻、鎳和鉛，使用一個標準的校準曲線校準。得到的砷、鎘、鉻、銅、鎳、鉛和鉈的檢測限分別為36.5pg、1.8pg、6.5pg、28pg、34pg、46.5pg、48pg和0.11μg/g、0.001μg/g、0.022μg/g、0.04μg/g、0.2μg/g、0.03μg/g、0.003μg/g。通過分析3個泥沙質標準參考物質（CRM直流73315和LKSD的NCS-4的總含量和BCR 701可用的分數），對該方法進行了驗證，得到良好的精度（P＝0.05，并顯示出每個矩陣中的每個元素的高回收率），除了總砷的分布矩陣，其中被分析物的損失可以歸因于樣品處理過程中用的HNO3。該方法的精度在0.6%和6%之間。

（三）冷原子吸收測定廢水中的As、Se和Hg

Aaron等使用PinAAcle 900T光譜儀和FIAS 400流動注射系統，應用Winlab 32TM數據平臺分析測試了廢水中的As、Se和Hg的含量，結果如表1所示。

表1 系統靈敏度指標

分析結果表明，該方法的檢出限可以滿足美國EPA生活飲用水衛生規范的要求，As和Se的檢出限還可以滿足加拿大環境委員會（CCME）的標準，該方法對Hg的檢出能力可以達到加拿大土壤分析的檢出限標準。但如果要達到CCME針對海洋保護提出的汞標準，該方法還需要配備流動注射系統（FIMS）或者更大的進樣回路。

（四）contrAA? 700 火焰原子吸收光譜法測定長石中Fe、Ca、K、Na 和Mg的含量

2006年，德國耶拿公司推出了高分辨火焰/石墨爐一體連續光源原子吸收光譜儀contrAA? 700，該儀器使用高聚焦短弧氙燈、中階梯光柵光譜儀（光學分辨率0.002nm，波長范圍189～900nm）、CCD線陣檢測器，可測量元素周期表中67個金屬元素，同時還可能獲得更多的光譜信息。

Song等（2010）使用contrAA?700測定了長石中的Fe、Ca、K、Na和Mg的含量（圖1～圖10）。

圖1 鐵的特征吸收峰圖

圖2 鐵三維測試峰圖

圖3 鈣的特征吸收峰圖

圖4 鈣的特征吸收峰圖

圖5 鉀的特征吸收峰圖

圖6 鉀三維測試峰圖

圖7 鈉的特征吸收峰圖

圖8 鈉三維測試峰圖

圖9 鎂的特征吸收峰圖

圖10 鎂三維測試峰圖

結果表明，采用連續光源原子吸收法可以快速、準確地測定長石中痕量金屬元素Fe、Ca、K、Na、Mg的含量，即使樣品消解液中待測元素含量超低，可以增加像素點數來提高靈敏度，這是連續光源原子吸收優于傳統原子吸收的獨一無二的特點之一；另外，某些元素含量超高（百分含量），如果選擇次靈敏線，傳統原子吸收往往由于分辨率和光源強度有限，存在光譜干擾以及燈能量不足的問題，無法避免稀釋帶來的誤差。由于連續光源具有極高的分辨率（2pm）和足夠高的發光強度，可以任意選擇不同靈敏度的譜線，并且有效避免光譜干擾，與此同時，完全消除了稀釋誤差。

（五）火焰原子吸收光譜法測定鐵礦石原料中K、Na、As、Sn、Pb、Zn的含量

Song等（2010）使用連續光源ContrAA? 700準確快速地測定了鐵礦石原料中多種金屬元素的含量，與傳統原子吸收相比分辨率有了兩個數量級的提升。高濃度金屬鈉的測定可以選擇次靈敏線準確實現分析測定，從而有效地避免了稀釋帶來的誤差。

樣品經過酸前處理后，按一定比例稀釋，用ContrAA? 700 火焰原子吸收光譜法進行測量。測量條件分別為：

國外地質礦產科技成果

其中Sn的標準曲線為：

國外地質礦產科技成果

三、資料來源

張華，王開奇.2008.石墨爐原子吸收光譜法測定化探樣品中進的不確定度評定.礦床地質，27：91～95

www.analytik-jena.com.cn/ 宋春明等.德國耶拿分析儀器股份公司，2010

Aaron Hineman.Determination of As，Se and Hg in Waters by Hydride Generation/Cold Vapor Atomic Absorption Spectroscopy

María A.álvarez，Génesis Carrillo.2012.Simultaneous determination of arsenic，cadmium，copper，chromium，nickel，lead and thallium in total digested sediment samples and available fractions by electrothermal atomization atomic absorption spectroscopy（ET AAS）.Talanta，97（15）：505～512