實驗室光譜儀器原子吸收光譜儀中的火焰種類及結構

 一、火焰的種類
    原子吸收光譜分析中常用的火焰有:空氣-乙炔、空氣-煤氣(丙烷)和一氧化二氮-乙炔等火焰。
   (1)空氣-乙炔。這是最常用的火焰。此焰溫度高(2300℃),乙炔在燃燒過程中產生的半分解物C*、CO*、CH*等活性基團,構成強還原氣氛,特別是富燃火焰,具有較好的原子化能力。用這種火焰可測定約35種元素。

   (2)空氣-煤氣(丙烷)。此焰燃燒速度慢、安全、溫度較低(1840～1925℃),火焰穩定透明。火焰背景低,適用于易離解和干擾較少的元素,但化學干擾多。

   (3)一氧化二氮-乙炔。由于在一氧化二氮(笑氣)中,含氧量比空氣高,所以這種火焰有更高的溫度(約3000℃)。在富燃火焰中,除了產生半分解物C*、CO*、CH*外,還有更強還原性的成分CN*及NH*等,這些成分能更有效地搶奪金屬氧化物中氧,從而達到原子化的目的。這就是為什么空氣乙炔火焰不能測定的硅、鋁、鈦、錸等特別難離解的元素,在一氧化二氮-乙炔火焰中就能測定的原因。一氧化二氮-乙炔火焰背景發射強、噪聲大,測定精密度比空氣-乙炔火焰差。一氧化二氮-乙炔火焰的燃燒速度快,為了防止回火必須使用縫長50mm的燃燒器。笑氣是一種麻醉劑,使用時要注意安全。

二、火焰的類型
   (1)化學計量火焰。又稱中性火焰,這種火焰的燃氣及助燃氣,基本上是按照它們之間的化學反應式提供的。對空氣-乙炔火焰,空氣與乙炔之比為4:1。火焰是藍色透明的,具有溫度高,干擾少,背景發射低的特點。火焰中半分解產物比貧燃火焰高,但還原氣氛不突出,對火焰中不特別易形成單氧化物的元素,除堿金屬外,采用化學計量火焰進行分析為好。

   (2)貧焰火焰。當燃氣與助燃氣之比小于化學反應所需量時,就產生貧燃火焰。其空氣與乙炔之比為4:1至6:1。火焰清晰,呈淡藍色。由于大量冷的助燃氣帶走火焰中的熱量,所以溫度較低。由于燃燒充分,火焰中半分解產物少,還原性氣氛低,不利于較難離解元素的原子化,不能用于易生成單氧化物元素的分析。但溫度低對易離解元素的測定有利。

   (3)富燃火焰。燃氣與助燃氣之比大于化學反應量時,就產生富燃火焰。空氣與乙炔之比為4:1.2～1.5或更大,由于燃燒不充分,半分解物濃度大,具有較強的還原氣氛。溫度略低于化學計量火焰,中間薄層區域比較大,對易形成單氧化物難離解元素的測定有利,但火焰發射和火焰吸收及背景較強,干擾較多,不如化學計量火焰穩定。

 三、火焰結構

    (1)預熱區又稱干燥區。其特點是燃燒不完全,溫度不高,試液在此區被干燥,呈固態微粒。

    (2)第一反應區又稱蒸發區。它是一條清晰的藍色光帶。其特點是燃燒不充分,半分解產物多,溫度未達到最高點。干燥的固態微粒在此區被熔化蒸發或升華。這一區域很少作為吸收區,但對易原子化,干擾少的堿金屬可進行測定。

    (3)中間薄層區又稱原子化區。其特點是燃燒完全,溫度高,被蒸發的化合物在此區被原子化。此層是火焰原子吸收光譜法的主要應用區。

    (4)第二反應區。燃燒完全,溫度逐漸下降,被離解的基態原子開始重新形成化合物。因此這一區域不能用于實際原子吸收光譜分析。

進行原子吸收光譜分析時,燃燒器高度的選擇,也就是火焰區域的選擇。