AAS光譜儀的基本理論

　　原子吸收分光光度計

　　一、基本原理

　　 原子吸收光譜儀又稱原子吸收分光光度計，是根據物質基態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。

　　 AAS光譜儀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。

　　單色器。

　　數據處理系統(包括光電轉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。

　　 火焰有多種火焰，目前普遍應用的是空氣-乙炔火焰。電熱原子化器普遍事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石墨爐原子吸收分光光度計。

　　火焰的原子化的溫度在:

　　800℃~1200℃之間，

　　石墨爐的原子化溫度在:

　　1000℃~2800℃之間。

　　 火焰原子吸收分光光度計，是利用空氣-乙炔測定的元素，可達30多種，若使用氧化亞氮（笑氣）

　　-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。空氣-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生器(屬電加熱原子化器)，利用氫化物發生器，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)可用冷原子氫化物法測定。

　　 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，成為基態原子蒸汽，對空心陰極燈發射的特征輻射進行選擇性吸收。在一定濃度范圍內，其吸收強度與試液中被測元素的含量成正比。其定量關系可用郎伯-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，多波道等結構形式。其基本結構包括光源，原子化器，光學系統和檢測系統。它主要用于痕量元素雜質的分析，具有靈敏度高及選擇性好兩大主要優點。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。

　　火焰原子化法的優點是:

　　操作簡便，重現性好，有效光程大，對大多數元素有較高靈敏度，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點是:

　　原子化效率高，在可調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。

　　二、應 用

　　 原子吸收光譜分析現已廣泛用于各個分析領域，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，對物質的一些基本性能進行測定和研究。石墨爐法容易做到控制蒸發過程和原子化過程，所以用它測定一些基本參數有很多優點。用電熱原子化器所測定的一些有元素離開機體的活化能、氣態原子擴散系數、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，現巳廣泛地應用于工業、農業、生化、地質、冶金、食品、環保等各個領域，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巳采用原子吸收法。有關石油產品、陶瓷、農業樣品、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用方式加以鑒別和測定。

　　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最早應用。

　　1954年澳大利亞墨爾本物理研究所在展覽會上展出世界上第一臺原子吸收分光光度計。空心陰極燈的使用，使原子吸收分光光度計商品儀器得到了發展。

　　1955年澳大利亞聯邦科學與工業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系及實驗中的有關問題。然后在光譜化學學報上發表了著名論文《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。隨著科學技術的發展，原子能、半導體、無線電電子學、宇宙航行等尖端科學對材料純度要求越來越高，如原子能材料鈾、釷、鈹、鋯等，要求雜質小于10~10g，半導體材料鍺、硒中雜質要求低于 10~ 10g，熱核反應結構材料中雜質需低于10g，上述材料的純度要求用傳統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年生產出世界上第一臺縱向加熱石墨爐，并發了Zeemen背景校正技術。

　　1981年原子吸收分析儀實現操作自動化。

　　1984年第一臺連續氫化物發生器問世。

　　1990年推出世界上最先進的Mark V1焰燃燒頭。

　　1995年在線火焰自動進樣器研制成功并投入使用。

　　1998年第一臺快速分析火焰原子吸收誕生。

　　2002年世界上第一套火焰和石墨爐同時分析的原子吸收光譜儀生產并投放市場。

　　2023年問縱向石墨爐原子吸收誕生。

　　 現在，原子吸收分光光度計采用最新的電子技術，使儀器顯示數字化、進樣自動化，計算機數據處理系統使整個分析實現自動化。