李昌厚教授：用好AAS的幾個關鍵問題

　　原子吸收分光光度計是分析化學領域中一種極其重要的光譜分析儀器，已廣泛用于冶金工業、食品安全、環境監測等領域。原子光譜法具有檢出限低，準確度高，選擇性好，分析速度快，穩定性良好等優點。然而，要想使用好這一分析方法，需要較高的操作人員素質以及較為豐富的使用經驗。若需獲得理想的分析結果，則需要操作者選擇適宜的陰極空心燈、燈電流、光譜帶寬、燈溫等。對于新手來說，這些問題常常成為“攔路虎”，阻攔著人們獲得理想的檢測結果。那么我們應該如解決這些困擾？就這些問題，中國科學院上海生物工程研究中心李昌厚教授帶來了解答，期望為飽受其困擾的科技工作者們提供解決思路。

0. 前言

　　原子吸收分光光度計是研究物質的原子對光吸收的儀器；紫外可見分光光度計是研究物質的分子對光吸收的儀器；因此，原子吸收分光光度計要將分子變成原子后才能進行原子吸收分析。這是原子吸收分光光度計與紫外分光光度計的根本不同點。

　　因為要將分子變原子，所以從儀器結構上講，就多了原子化器部分，因此，影響原子吸收分光光度計分析結果可靠性的因素就會增多。所以，

　　用好原子吸收分光光度計的必須掌握的關鍵就比較多。本人的實踐證和很多光譜儀器維修工作者的經驗表明：AAS報修中75％以上不是儀器問題，而是使用問題。

　　經常有使用者發現自己的原子吸收分光光度計儀器“有問題”，打電話找制造廠維修，制造廠的工程師到場檢查儀器后，告知儀器沒有問題，而使用者堅持有問題。吵了很久，最后發現儀器真的沒有問題，而是樣品處理或儀器條件的選擇有問題。這樣的事例很多。

　　積作者多年使用、維修AAS的經驗教訓，認為要使用好原子吸收分光光度計，是一件非常復雜的事情。本文根據儀器學理論、作者的實踐，總結了用好AAS的四個最關鍵的問題。可供有關科技工作者參考。

1. 空心陰極燈類型的選擇：

　　1.1 空心陰極燈選擇的原則：譜線寬度要窄(發射的共振線半寬度要求明顯小于吸收線半寬度)，一般最窄的線光譜可達到0.005 nm；背景要小，次靈敏線要少；穩定性要好，如果采用直流電源，則一般要求SI達5×10^-4、光強度要大；使用壽命要長。

　　1.2 空心陰極燈的類型和特點：

　　① 普通型：單元素燈被普遍采用，特點是共振線窄、強度大、作單元素燈的材料成本低、價格便宜。一般的常規分析可以選擇普通型空心陰極燈。

　　② 高強度燈：比普通型的光強度大幾十～幾百倍；主要用于共振線在遠紫外區的砷、硒等不靈敏元素的分析測試，還可用于稀土元素和有干擾的鎳等的測試。但高強度燈的價格貴，一般很少使用。

　　③ 無極放電燈；比普通型燈的強度大2～3個數量級，但價格貴，用者甚寡。

　　④ 多元素燈；目前可同時分析2～7個元素的燈國外已有市售，國內已能生產2～5個元素的多元素燈。但多元素燈的發光強度低，各元素的發光強度不同，元素間的譜線相互有干擾。此類元素燈目前尚未普遍推廣。只在某些專用原子吸收分光光度計上使用。如：北京普析通用的MB5（采用國產五元素燈）、MG2（采用國產兩元素燈）、博暉等的醫用原子吸收儀器都是如此。

2. 燈電流的選擇：

　　2.1 燈電流的選擇的重要性原子吸收空心陰極燈的燈電流選擇很重要，它直接決定光源的強度、直接影響儀器的信噪比（或靈敏度）。如果燈電流選擇很小，會因為光強度小，而使儀器的信噪比會很小；有人認為燈電流小，噪聲也小；其實不然，因為原子吸收分光光度計儀器的噪聲包括電噪聲和光噪聲兩部分；其中電噪聲是整個儀器噪聲的主要部分，光噪聲一般都很小，如果采用脈沖電源，光噪聲會更小（大多數原子吸收分光光度計采用脈沖電源）。所以，如果選擇的燈電流很小，只能適當降低一些光噪聲，但不能降低電噪聲，不能真正改善儀器的信噪比。但是，燈電流小了以后，光信號將隨之變小，使整機的信噪比變小。所以，過小的燈電流是不合適的。如果燈電流選擇過大，雖說光信號增大了，但是相應的光噪聲也增大了，還是不能提高儀器的信噪比。甚至會降低儀器的信噪比。因為燈電流大了以后，會使燈發熱，造成漂移。因此，如何選擇合適的燈電流，非常重要。

　　2.2 燈電流選擇要注意的幾個問題

　　①燈電流不能太大也不能太小：在儀器噪聲允許的前提下，較大的燈電流為好。但要與光電倍增管的負高壓電源（－HV）和儀器整機的噪聲綜合考慮；

　　目前國產的原子吸收分光光度計中，絕大多數都是采用的日本浜松公司生產的R－928光電倍增管，其暗電流在1000V額定負高壓的條件下，為2～5×10^-9A。根據作者實測，如果負高壓在500V左右時，其暗電流大約是2×10^-9A。一般原子吸收分光光度計的光電倍增管的負高壓大多在250～600V之內。如果儀器的噪聲已經很大，光電倍增管就應選擇較低的高壓。同時，燈電流也要選擇得小一點為好。

　　②要注意防止多普勒增寬：當電流大到一定程度時，空心陰極燈的陰極濺射過程會使陰極周圍的基態原子密度過大，這些基態原子吸收了激發態原子發射出來的能量，從而使發射能量下降，譜線增寬，這叫做多普勒增寬，反而使吸收峰變矮。因此，燈電流不能太大。

　　③ 要注意自吸現象的兩重性：這種基態原子吸收激發態原子發射能量的現象叫做自吸現象，它對分析測試有害，但可用來扣背景。在常規的分析測試工作中要防止自吸現象的產生。

　　④ 燈電流選擇一般著眼于五個基本點；電流調整率（Si）、漂移（SD）、紋波（SR）、、光譜帶寬（SBW）、光電倍增管負高壓（－HV）。

　　一般情況下，如果采用直流供電，燈電流可以取半功率點。如：額定電流為10 mA，可以取5 mA左右。但是，很多科技工作者在實際工作中，選擇的燈電流太小，有人選2 mA的燈電流，似乎太小。因為2 mA電流時，燈并未滿足正常工作的條件。

3. 光譜帶寬(SBW)的選擇：

　　光譜帶寬(SBW)選擇的重要性光譜帶寬影響原子吸收分光光度計的分析測試結果的準確度。原子吸收使用的是線光源，其光譜帶寬很窄，按理說，光譜帶寬(SBW)并不重要。但是原子吸收儀器的光噪聲很大（特別是火焰）。如果光譜帶寬選擇很小，可以減少進入主光路的雜散光。反之，會增大儀器雜散光的影響。因此，原子吸收分光光度計的使用者要重視對光譜帶寬的選擇。原子吸收分光光度計的光譜帶寬一般為0.1、0.2、0.5、1.0 、2.0 nm等檔次。根據作者長期使用各類光譜儀器、特別是使用原子吸收分光光度計的實踐，提出了選擇光譜帶寬的八個原則：

　　①與燈電流的關系；燈電流大，光譜帶寬可以小一點，反則反之；

　　②與元素燈的靈敏線和次靈敏線的間距關系；小者光譜帶寬可以小一點，反則反之；

　　③與元素燈靈敏線的強度大小的關系；強度大，光譜帶寬可以小一點，反則反之；

　　④與試樣濃度的關系；濃度大，光譜帶寬可以小一點可小，反則反之；，

　　⑤與光電倍增管高壓的關系；高壓高，光譜帶寬可以小一點可小，反則反之；

　　⑥與原子化器的溫度的關系；溫度越高，光譜帶寬可以小一點，反則反之；

　　⑦與原子化器的霧化效率的關系；霧化效率高，光譜帶寬可以小一點，反則反之；

　　⑧與邊緣能量的關系；邊緣能量大，光譜帶寬可以小一點，反則反之；

4. 四種溫度的選擇：

　　 干燥溫度和灰化溫度和原子化溫度以及凈化溫度的選擇是用好石墨爐原子吸收分光光度計最重要的問題，可以說它是石墨爐原子吸收分光光度計使用好壞的關鍵。它是所有原子吸收分光光度計使用者必須高度重視的問題。

　　4.1 干燥溫度

　　什么叫干燥溫度？應該選多少為宜？所謂干燥溫度，就是指通過加溫，使試樣中的水份或溶劑蒸發掉的溫度。一般干燥溫度應選100左右℃。對于有機試樣最高可選130℃。 但是，有些科技工作者選取的干燥溫度為80℃，水份或有機溶劑不能蒸發，所以，分析測試結果很不理想。干燥時間應根據樣品體積而定，作者的實踐表明，干燥時間一般取樣品的微升數1～2（秒）。但是，必須注意，干燥時間與石墨爐的結構、加熱方式、升溫模式等有關，不能千篇一律。干燥階段的升溫方式的選擇也很關鍵。作者的實踐證明：干燥階段的升溫方式，最好是通過實驗來尋找；如果分析工作者已知樣品的性質，可以將溫度快速升到略低于沸點，然后再緩慢的把溫度升到剛好高于沸點，并且保持12～18秒。但是，實際分析工作中，樣品基本上是未知的。 因此，如何選擇升溫方式很重要。尤其是有些樣品很復雜，屬于復雜體系、多組分的樣品，例如：中藥類、食品類的樣品就特別需要注意這個問題。還有對各類生物樣品也需要重視；例如：各種胃液、血液等。

　　干燥階段還需要注意防止因為升溫方式和升溫速率的選擇不恰當，而使樣品發生飛濺現象，帶來分析誤差。這個問題許多科技工作者、特別是初學者不大注意，應該引起高度重視。

　　4.2 灰化溫度

　　什么叫灰化溫度? 應選多少為好？所謂灰化溫度，就是通過加溫，使試樣中的基體灰化掉，只留下被測試樣的溫度。一般來講，灰化溫度的選擇，要根據具體情況而定

　　如：作Cd時，一般選擇灰化溫度在500℃以下（ 如：300℃；但是與所加的基體改進劑有關）；作銅時一般選擇800～900℃；（如果加某些基體改進劑，最多可選1200℃）；又如：作As時，可選擇300℃（如加鈀和硝酸鎂改進劑，則最多可選1200℃）。

　　灰化溫度和升溫方式的選擇原則：根據作者的實踐，灰化溫度和升溫方式灰化溫度和升溫方式的選擇，一般是在不產生待測元素損失的原則下，盡量選用比較高的灰化溫度，并采用階梯升溫方式。為了盡量多的排除共存物質，在升溫時要注意設置一段保溫時間（又叫保持時間）；保溫時間的長短，也是根據不同的加熱方式和石墨爐的結構而定。

　　對于生物樣品、油料樣品或非常復雜的樣品，為了能除去鹽類、油類、生物基體等，應選擇斜坡升溫方式，將溫度從低到高，慢慢地升到沸點或分解點，再保溫一段時間。有時為了能除去更多的共存組分，可以考慮設置多個灰化階段。 但前提只有一個，這就是不把被測樣品灰發掉。特別需要注意的是，使用者要善于根據不同的儀器、不同的條件（環境）、不同的石墨爐、不同的加熱方式等，靈活機動區別對待。千萬不要生搬硬套。

　　4.3 原子化溫度

　　什么叫原子化溫度？應選多少為好？所謂原子化溫度，就是通過加溫使試樣由分子狀態變成原子狀態的溫度。原子化溫度是由元素及其化合物的性質所決定的。最佳原子化溫度應選擇在剛好出現最大吸光度時對應的溫度。 原則上應選擇較高的原子化溫度或吸光度峰值處的原子化溫度。石墨管原子化溫度的高低，除與被分析元素的性質有關外，還與基體改進劑有關。因此，原子化溫度的選擇既重要，又很復雜，要根據不同的具體情況具體進行選擇。

　　最佳原子化溫度和最佳原子化時間可以用實驗來決定；主要是通過實驗，找到原子吸收信號的真正峰值（即最佳原子化溫度）。原子化時間選擇的原則是：必須使吸收信號能在原子化階段回到基線。從開始到回到基線的整個時間，就是最佳原子化時間。一般來講，在保證樣品完全原子化的前提下，原子化時間越短越好。

　　4.4 凈化溫度

　　什么叫凈化溫度？應選多少為好？所謂凈化溫度，就是用比原子化階段稍高的溫度加熱空燒石墨管，以此除去石墨管內上一次測試時樣品的殘渣，這個溫度就叫做凈化溫度。作者的實踐證明，對縱向加熱的原子吸收儀器，一般凈化溫度可取2600℃～3000℃；橫向加熱的儀器，一般凈化溫度可取2200℃～2600℃。同時，凈化時間也應重視；對縱向加熱的儀器，一般凈化時間為3～5秒；橫向加熱的儀器，一般凈化時間為2～3秒。

　　 要用好AAS學問很深、涉及的問題很多，作者認為本文中的四個問題，是直接影響分析檢測數據可靠性的最關鍵的問題。如果讀者想深入了解，請參考本文的參考文獻。

　　主要參考文獻

　　1、李昌厚著，原子吸收分光光度計及其應用，北京：科學出版社，2006

　　2、李昌厚著，儀器學理論與實踐，北京：科學出版社，2008

　　作者簡介

　　李昌厚，男，中國科學院上海生物工程研究中心原儀器分析室主任、兼生命科學儀器及其應用研究室主任、教授、博士生導師、華東理工大學兼職教授，終身享受國務院政府特殊津貼。

　　主要研究方向：分析儀器及其應用研究。長期從事光譜儀器（紫外吸收光譜、原子吸收光譜、旋光光譜、分子熒光光譜、原子熒光、拉曼光譜等）、色譜儀器（液相色譜、氣相色譜等）及其應用研究；特別對《儀器學理論》等有精深研究；以第一完成者身份，完成科研成果15項。由中科院組織專家鑒定，其中13項達到鑒定時國際上同類儀器的先進水平，2項填補國內空白；以第一完成者身份獲得國家級和省部級科技成果獎5項（含國家發明獎1項）；發表論文183篇，出版專著5本；現任中國儀器儀表學會理事、《生命科學儀器》付主編；曾任中國儀器儀表學會分析儀器分會第五屆、第六屆付理事長；國家認監委計量認證/審查認可國家級常任評審員、國家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”重大儀器及其應用專項的技術專家組成員或組長、上海市科學儀器專家組成員、《光學儀器》副主編、《光譜儀器與分析》副主編、上海化工研究院院士專家工作站成員等十多個學術團體和專家委員會成員等職務。