現在，越來越多的同事開始拋棄繁瑣的經典分析手續，投身到儀器分析的洪流中。此類的書籍也很多，但是對于沒有系統學習過的同事來說，儀器分析既簡單又復雜。簡單是因為分析手續較之經典化學分析手續簡單，復雜是因為不了解實驗的背景，出現問題后難以找到問題。
今天我們在這里閑聊一下原子吸收光譜法和儀器，不求系統性，但求管窺一下背后的事情，使各位看客有個了解。本人知識水平有限，不免有錯誤、缺憾、不妥之處，歡迎各位同事批評指正。
原子吸收光譜法是在20世紀五十年代提出并實現的儀器分析方法。但是要說他的淵源，就要提一提1802年Wollaston在研究太陽連續光譜時發現的光譜中的暗線（本來是赤橙黃綠藍靛紫的連續，中間斷開了）。到1817年的時候，Fraunhofer將其命名為Fraunhofer線，但是當時的人們并不清楚為什么會出現這種現象。直到1859年，Kirchhoff與Bunson研究堿土金屬的火焰光譜時，發現鈉蒸汽發出的光通過溫度較低的鈉蒸汽時，出現了與太陽連續光譜暗線相同的現象，后來經過研究斷定，Fraunhofer線就是太陽外圍的鈉原子對太陽光譜的鈉幅射吸收的結果。
不過這一方法一直被應用于天文觀測上。直到1953年，A.Walsh博士試圖將其應用到元素分析中。他發明了原子吸收光譜法可以使用的空心陰極燈，并與次年完成了世界上第一臺原子吸收光譜儀的設計。1955年A.walsh博士發表了“原子吸收光譜在化學中的應用”一文，由此原子吸收光譜法開始普及，50年代末期商品儀器問世。
往往有人看到光譜二字，便將其與譜圖聯想到一起。其實不然，原子吸收光譜法不如叫作原子吸收光度法來的貼切。因為我們看到的并不是原子的吸收譜圖，而是原子吸收光輻射的程度。定義說：原子吸收光譜法是一種測量氣態原子對光輻射的吸收的方法。因此，各位看客不如將其于分光光度法聯系在一起。我們先莫講應用，從結構看起。
正如分光光度計一樣，原子吸收光譜儀也需要有光源、吸收池、單色器、檢測器。在721里，吸收池就是比色皿；而在原子吸收光譜儀中，我們稱之為原子化器——因為是測量原子吸收光輻射的程度。有過實驗經驗的同事們能輕易的把它們和儀器聯想起來。光源就是空心陰極燈；原子化器不過就是燃燒頭或者石墨爐；在單色器和檢測器配合下，我們就能在電腦上看到讀數了。
………………………………………………我是分割線，以下是光源部分……………………………………………
按照CIE的推薦定義，傳統的光指的是400-750nm的電磁波譜。在儀器應用中，我們常見的光源就是空心陰極燈。他是一個內部填充惰性氣體的玻璃圓筒，燈里面的金屬空心圓筒是陰極。如果是金燈，那陰極就是用金制作的；如果是銅，那這個圓筒就是銅。邊上還有一個細的圓柱，通常用鎢或者鎳制成。當我們在這兩個電極上加幾百伏的電壓時，陰極和陽極之間就會產生輝光放電現象。此時，燈就會發射出該種元素的特征光，供原子化器中的基態原子吸收。
還有一些常見的燈例如蒸汽放電燈，它們都是用在汞、堿金屬等易蒸發金屬測定的。但是這種燈存在由于自吸現象所帶來的光譜干擾，因此現在一般都是用無機放電燈來代替。這里我們就不過多描述了。
現今的儀器，大部分使用空心陰極燈作為光源。每種元素燈都能給出譜線寬度很窄的相應元素發射光譜線。這個技術已經很老了，早在1916年，Paschen就已經介紹了空心陰極燈的工藝，A.Walsh博士和他的同事將其引入了原子吸收法，并對其進行了改進和簡化。而在我國是1965年由吳延照和他的同事們成功研制了封閉式空心陰極燈。
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空心陰極燈
空心陰極燈是依靠空心陰極的放電來激發的一種特殊的低壓輝光放電燈。在燈的兩極施加電壓時，它們之間會形成電場。惰性氣體中的少數正離子和自由電子在電場作用下，分別向陽極和陰極加速運動。運動中相互碰撞，導致氣體原子電離，繼續放出電子。隨著電子、正離子數量的增加，從而出現穩定的放電現象。質量較大且高速運動的正離子撞擊陰極內表面時，會濺射出陰極材料的原子。同時，陰極因受到撞擊而受熱，使其原子蒸發。當被濺射和被蒸發的原子進入空心陰極燈內時，便遇上了正在高速運動的正離子、電子、氣體原子。它們相互碰撞后，陰極原子獲得能量被激發至高能態。當激發態的原子返回基態時，就會以輻射的方式釋放能量。也就是光輻射，銳線光源。
以下是這個過程的圖示：
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正如我之前所述，空心陰極燈的陰極是一個空心圓筒，用待測元素的金屬制作。陽極是一根鎢或鎳導線。之所以將陰極做成空心圓筒，是因為在這種情況下輝光放電現象是在陰極之間完成的。當發生放電現象時，兩極之間產生的載氣正離子流轟擊陰極表面。由于碰撞而濺射出陰極材料的原子。當這些原子通過強放電區時，在那里原子與稠密的氣體離子流和受激惰性氣體原子相遇，然后原子被激發，而輻射出其光譜線。因為這個過程主要是在陰極內部發生，因而光束相對較集中，非常適合原子吸收光譜法使用。
一般燈內填充的是氖氣或氬氣。填充壓力為2—10mmHg。以鐵為例。鐵的離子線Fe(II)和中性原子線Fe(I)的強度隨氖氣壓力的降低而增加。但是離子線強度曲線的峰值位于氣壓較高處。我們可以由實驗數據作出相應的曲線。由于原子吸收分析需要的是中性原子線，故選擇填充壓力為3mmHg。選擇的填充氣的光譜和元素的光譜之間必須沒有干擾。每種燈的填充壓力都是在實驗的基礎上進行選擇的。
為了降低譜線干擾，一般主分析線的出射窗是由石英制成，也有玻璃制的。外殼都由玻璃制成。
燈電流的選擇，也需要根據元素的不同和燈工藝的不同來決定。如果燈電流增加，兩極之間的濺射和熱蒸發肯定會加強。這會導致未被激發的基態原子吸收光輻射，造成自吸、自蝕現象。但是過低的燈電流會使特征輻射強度低、光能量不足。
一般燈點亮以后，燈的輻射強度會隨著時間呈現逐漸上升的趨勢。依據不同的元素及燈結構，大約在5-20分鐘燈的輻射強度會趨于穩定。如果使用不穩定的燈進行測量工作，會出現工作曲線漂移的現象，嚴重干擾分析工作。對于低熔點的元素燈更容易出現漂移現象，周圍環境溫度變化的影響均會影響到其穩定性。一般的，小于0.1%漂移的狀態我們認為是穩定狀態。
隨著燈陰極金屬的不斷消耗以及燈內惰性氣體的不斷消耗。空心陰極燈最終會失效。當發現燈不能放電，在陰極外部放電，放電不規則，特征輻射漂移大等情況就需要更換了。
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空心陰極燈在工作中的自然“腐蝕”過程
左邊是陰極原來的形狀；中間是工作100小時后的形狀，陰極自圓筒底部開始“腐蝕”，并逐漸在圓筒開口處堆積起來；右邊是經過500小時“腐蝕”后的形狀
說了這么多，我們來看一下在實際工作中，空心陰極燈的一些容易忽略的注意事項：
（1）制造商已規定了最大電流，不能超過，否則可發生永久性損壞。例如：陰極材料大量濺射；壽命縮短，熱蒸發或陰極熔化。
（2）有些元素采用較高電流操作時，其標準線可出現嚴重彎曲， 并由于自吸收效應而降低靈敏度。空心陰極燈制造廠規定了最佳工作電流和最大電流。使用時不得超過最大電流，而工作電流對大多數分析項目只是一個參考依據。用不同燈電流對一種溶液進行分析（保持火焰條件：燃燒器位置和吸液速度恒定）來確定最佳燈電流。燈電流越大吸收值越小。要確定吸收值大而吸收信號又穩定的燈電流值。在陰極原子霧團中的基態原子吸收發射出的輻射，即發生自吸收過程（這是在火焰中發生的過程）。該現象隨燈電流增加而增長。
當然對于不能直接觸摸發射窗口等普通問題我就不做過多贅述了。
高強度空心陰極燈、超燈
此外，目前還能見到高強度空心陰極燈、超燈等。這些都是在空心陰極燈的基礎上加以改進而得到的。主要是在消除自吸和提高輻射強度上進行研究。一般只用于特征譜線位于遠自外區的元素，例如砷、硒等。這種燈需要利用輔助裝置進行熱，強化陰極電流，使盡可能多的陰極材料原子化。普通空心陰極燈出現自吸現象的原子云也會被輔助電極的放電所激發。從而得到了更高的輻射強度，且沒有了自吸、自蝕現象。他的共振線半寬和輪廓也沒有改變。盡管這些信息是振奮人心的，但是高強度燈、超燈的缺點也不容忽視。例如存在輔助放電的第二個電源；為了發射穩定而需要更長時間的預熱；陰極材料濺射量較大，燈的壽命也會相應縮短；由于結構復雜，價格也比較高等等缺點。因此它的運營成本也相應的提高了。所以現在這種燈一般用于一些研究項目上，或者應用于原子熒光光譜法。
無極放電燈
蒸汽放電燈并不適用于原子吸收光譜法，因此我們就不對其進行討論了。無極放電燈也是原子吸收中一種不錯的光源。它主要由射頻線圈與石英管組成，由高頻電場的能量使石英管內填充的惰性氣體產生放電現象，并將封閉在管內的惰性氣體原子激發。隨著放電的進行，石英管溫度升高，管內的金屬鹵化物蒸發并離解。元素原子與被激發的氣體原子發生碰撞從而發射出輻射光譜。這種燈操作簡單，預熱時間短，并且有很好的穩定性。而且燈的輻射強度也很高。因此無極放電燈是理想的原子吸收光譜法的光源。但是難揮發的金屬不便于制造無極放電燈，能與石英管反應的堿金屬也不適于無極放電燈。只有元素本身或者其化合物具有較高蒸汽壓的元素，才能很好的應用于無極放電燈。有趣的是，這些易揮發的元素常常不適用于空心陰極燈。因此無機放電燈成為了空心陰極燈的很好補充。
連續光源
目前市面上已經出現了應用連續光譜光源的儀器了。例如氫燈、氘燈、高壓氙燈等都可用于連續光源。它們具有很好的穩定性，可作多元素分析，且成本低廉。但因為其超過共振線平均半寬0.002nm的譜線寬度下，光強度小，且當時沒有高分辨率的單色儀，因此一直都未被應用。現今，隨著科學技術的發展。人們不斷的提高單色儀的質量，連續光源已經逐漸走下神壇，相信不久越來越多的人就會接觸到這種設備。
