原子吸收光譜儀是分析化學(xué)領(lǐng)域中一種極其重要的光譜分析儀器，其可測(cè)定多種元素，火焰原子吸收光譜法可測(cè)到10-9g/mL數(shù)量級(jí)，石墨爐原子吸收法可測(cè)到10-13g/mL數(shù)量級(jí)。其氫化物發(fā)生器可對(duì)8種揮發(fā)性元素汞、砷、鉛、硒、錫、碲、銻、鍺等進(jìn)行微痕量測(cè)定。

儀器從光源輻射出具有待測(cè)元素特征譜線的光，通過試樣蒸氣時(shí)被蒸氣中待測(cè)元素基態(tài)原子所吸收，由輻射特征譜線光被減弱的程度來測(cè)定試樣中待測(cè)元素的含量。因原子吸收光譜儀的靈敏、準(zhǔn)確、簡便等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于冶金、地質(zhì)、采礦、石油、輕工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的常量及微痕量元素分析。

原子吸收光譜法是利用被測(cè)元素的基態(tài)原子特征輻射線的吸收程度進(jìn)行定量分析的方法。既可進(jìn)行某些常量組分測(cè)定，又能進(jìn)行ppm、ppb級(jí)微量測(cè)定。例如鋼鐵中低含量的Cr、Ni、Cu、Mn、Mo、Ca、Mg、Al、Cd、Pb、Ad等元素檢測(cè)，原材料、鐵合金中的K2O、Na2O、MgO、Pb、Zn、Cu、Ba、Ca等元素分析及一些純金屬(如Al、Cu)中殘余元素的檢測(cè)及食品中鉛、砷等污染物檢測(cè)、鉀、鈉、鈣、鎂等礦物質(zhì)元素檢測(cè)。

原子吸收光譜儀是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)組成。

? 光源

作為光源要求發(fā)射的待測(cè)元素的銳線光譜有足夠的強(qiáng)度、背景小、穩(wěn)定性。一般采用空心陰極燈、無極放電燈。

? 原子化器

可分為預(yù)混合型火焰原子化器、石墨爐原子化器、石英爐原子化器、陰極濺射原子化器。

a.火焰原子化器：由噴霧器、預(yù)混合室、燃燒器三部分組成。特點(diǎn)：操作簡便、重現(xiàn)性好。

b.石墨爐原子化器：是一類將試樣放置在石墨管壁、石墨平臺(tái)、碳棒盛樣小孔或石墨坩堝內(nèi)用電加熱至高溫實(shí)現(xiàn)原子化的系統(tǒng)。其中管式石墨爐是最常用的原子化器。原子化程序分為干燥、灰化、原子化、高溫凈化。原子化效率高：在可調(diào)的高溫下試樣利用率達(dá)100%；靈敏度高：其檢測(cè)限達(dá)10-6~10-14；試樣用量少：適合難熔元素的測(cè)定。

c.石英爐原子化系統(tǒng)：將氣態(tài)分析物引入石英爐內(nèi)在較低溫度下實(shí)現(xiàn)原子化的一種方法，又稱低溫原子化法。它主要是與蒸氣發(fā)生法配合使用(氫化物發(fā)生，汞蒸氣發(fā)生和揮發(fā)性化合物發(fā)生)。

d.陰極濺射原子化器：利用輝光放電產(chǎn)生的正離子轟擊陰極表面，從固體表面直接將被測(cè)定元素轉(zhuǎn)化為原子蒸氣。

? 分光系統(tǒng)(單色器)

由凹面反射鏡、狹縫或色散元件組成。色散元件為棱鏡或衍射光柵；單色器的性能是指色散率、分辨率和集光本領(lǐng)。

? 檢測(cè)系統(tǒng)

由檢測(cè)器(光電倍增管)、放大器、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器和電腦組成。

主要特點(diǎn)

1、光學(xué)系統(tǒng)

a.狹縫：狹縫的寬度自動(dòng)選擇，狹縫的高度自動(dòng)選擇；

b.檢測(cè)器：全譜高靈敏度陣列式多象素點(diǎn)CCD固態(tài)檢測(cè)器，含有內(nèi)置式低噪聲CMOS電荷放大器陣列。樣品光束和參比光束同時(shí)檢測(cè)；

c.燈選擇：內(nèi)置兩種燈電源，可連接空心陰極燈和無極放電燈；

d.背景校正：縱向交變?nèi)?yīng)背景校正(火焰是氘燈)，沒有偏振鏡，光強(qiáng)相對(duì)于橫向塞曼效應(yīng)有提高。

2、火焰

a.進(jìn)樣系統(tǒng)：火焰系統(tǒng)具有懸浮液直接進(jìn)樣功能，可以直接分析懸浮奶粉等，并有實(shí)際應(yīng)用；

b.燃燒系統(tǒng)：可調(diào)式通用型霧化器，惰性材料預(yù)混室，全鈦燃燒頭；

c.排液系統(tǒng)：排液系統(tǒng)前置以利于隨時(shí)檢測(cè)。

3、石墨爐

a.溫度控制：紅外探頭石墨管溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有電壓補(bǔ)償和石墨管電阻變化補(bǔ)償功能，外界的電壓和石墨管電阻變化不會(huì)影響石墨爐溫度；

b.氣流控制：內(nèi)、外氣流由計(jì)算機(jī)分別單獨(dú)控制。管外的保護(hù)氣流防止石墨管被外部空氣氧化，從而延長管子壽命，內(nèi)部氣流則將干燥和灰化步驟氣化的基體成份清出管外。石墨爐的開、閉為計(jì)算機(jī)氣動(dòng)控制以便于石墨管的更換；

c.石墨管：標(biāo)準(zhǔn)配置為平臺(tái)熱解涂層石墨管；采用直流電加熱石墨管，避免交流電周期性影響，原子吸收的峰形更平滑，噪聲更??；

d.進(jìn)樣系統(tǒng)：石墨爐進(jìn)樣系統(tǒng)具有懸浮液直接進(jìn)樣功能，可以直接分析果酒、果汁、食用植物油、懸浮奶粉等，并有實(shí)際應(yīng)用；

e.橫向加熱：小質(zhì)量平臺(tái)石墨管，沒有溫度梯度，減少干擾，記憶效應(yīng)小；并降低原子化溫度，能測(cè)定更多的高溫元素。

4、聯(lián)用

無論火焰還是石墨爐，均具有與流動(dòng)注射FIAS、FIMS、氣相色譜(GC)、液相色譜(HPLC)、熱分析(TA)等儀器聯(lián)用的功能和接口。

原子吸收光譜儀中影響測(cè)量條件的可變因素多，在測(cè)量同種樣品的各種測(cè)量條件不同時(shí)，對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度和靈敏度影響很大。選擇合適的工作條件，能有效地消除干擾因素，可得到良好的測(cè)量結(jié)果和靈敏度。

影響原子吸收光譜儀測(cè)量的條件，如下：

1、吸收波長(分析線)的選擇

通常選用共振吸收線為分析線，測(cè)量高含量元素時(shí)，可選用靈敏度較低的非共振線為分析線。如測(cè)Zn時(shí)常選用靈敏的213.9nm波長，但當(dāng)Zn的含量高時(shí)，為保證工作曲線的線性范圍，可改用次靈敏線307.5nm波長進(jìn)行測(cè)量。As，Se等共振吸收線位于200nm以下的遠(yuǎn)紫外區(qū)，火焰組分對(duì)其明顯吸收，故用火焰原子吸收法測(cè)定這些元素時(shí)，不宜選用共振吸收線為分析線。測(cè)Hg時(shí)由于共振線184.9nm會(huì)被空氣強(qiáng)烈吸收，只能改用此靈敏線253.7nm測(cè)定。

2、光路準(zhǔn)直在分析

之前必須調(diào)整空心陰極燈光的發(fā)射與檢測(cè)器的接受位置為合適狀態(tài)，保證提供適合的測(cè)量能量。

3、狹縫寬度的選擇

狹縫寬度影響光譜通帶寬度與檢測(cè)器接受的能量。調(diào)節(jié)不同的狹縫寬度，測(cè)定吸光度隨狹縫寬度而變化，當(dāng)有其它譜線或非吸收光進(jìn)入光譜通帶時(shí)，吸光度將立即減少。不引起吸光度減少的較大狹縫寬度，即為應(yīng)選取得適合狹縫寬度。對(duì)于譜線簡單的元素，如堿金屬、堿土金屬可采用較寬的狹縫以減少燈電流和光電倍增管高壓來提高信噪比，增加穩(wěn)定性。對(duì)譜線復(fù)雜的元素如鐵、鈷、鎳等，需選擇較小的狹縫，防止非吸收線進(jìn)入檢測(cè)器，來提高靈敏度，改善標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系。

4、燃燒器的高度及與光軸的角度

銳線光源的光束通過火焰的不同部位時(shí)對(duì)測(cè)定的靈敏度和穩(wěn)定性有一定影響，為保證測(cè)定的靈敏度高應(yīng)使光源發(fā)出的銳線光通過火焰中基態(tài)原子密度適合的“中間薄層區(qū)”。這個(gè)區(qū)的火焰較穩(wěn)定，干擾也少，約位于燃燒器狹縫口上方20mm-30mm附近。通過實(shí)驗(yàn)來選擇適當(dāng)?shù)娜紵鞲叨?，方法是用一固定濃度的溶液噴霧，再緩緩上下移動(dòng)燃燒器直到吸光度達(dá)大值，此時(shí)的位置即為合適燃燒器高度。此外燃燒器也可以轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)其縫口與光軸一致時(shí)(0)高靈敏度。當(dāng)欲測(cè)試樣濃度高時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒器至適當(dāng)角度以減少吸收的長度來降低靈敏度。

5、空心陰極燈工作條件的選擇

預(yù)熱時(shí)間：燈點(diǎn)燃后，由于陰極受熱蒸發(fā)產(chǎn)生原子蒸汽，其輻射的銳線光經(jīng)過燈內(nèi)原子蒸汽再由石英窗射出。使用時(shí)為使發(fā)射的共振線穩(wěn)定，須對(duì)燈進(jìn)行預(yù)熱以使燈內(nèi)原子蒸汽層的分布及蒸汽厚度恒定，這樣會(huì)使燈內(nèi)原子蒸汽產(chǎn)生的自吸收和發(fā)射的共振線的強(qiáng)度穩(wěn)定。通常對(duì)于單光束儀器，燈預(yù)熱時(shí)間應(yīng)在30分鐘以上，才能達(dá)到輻射的銳性光穩(wěn)定。對(duì)雙光束儀器，由于參比光束和測(cè)量光束的強(qiáng)度同時(shí)變化，其比值恒定，能使基線很快穩(wěn)定。空心陰極燈使用前，若在施加1/3工作電流的情況下預(yù)熱0.5-1.0h，并定期活化，可增加使用壽命。

6、測(cè)器光電倍增管工作條件的選擇

日常分析中光電倍增管的工作電壓一定選擇在大工作電壓的1/3-2/3范圍內(nèi)。增加付高壓能提高靈敏度，噪音增大，穩(wěn)定性差；降低負(fù)高壓，會(huì)使靈敏度降低，提高信噪比，改善測(cè)定的穩(wěn)定性，并能延長光電倍增管的使用壽命。

7、火焰燃燒器操作條件的選擇

進(jìn)樣量：選擇可調(diào)進(jìn)樣量霧化器，可根據(jù)樣品粘度選擇進(jìn)樣量，提高測(cè)量的靈敏度。進(jìn)樣量小，吸收信號(hào)弱，不便于測(cè)量；進(jìn)樣量過大，在火焰原子化法中，對(duì)火焰產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，在石墨爐原子化法中，會(huì)增加除殘的困難。在實(shí)際工作中，應(yīng)測(cè)定吸光度隨進(jìn)樣量的變化，達(dá)到滿意的吸光度的進(jìn)樣量，即為應(yīng)選擇的進(jìn)樣量。

現(xiàn)在越來越多的單位考慮配有原子吸收光譜儀了，那么如何選購相應(yīng)配置的光譜儀便尤為重要了。

對(duì)于原子吸收的選購，首先應(yīng)明白以下問題：

1、做普通分析還是做研究(考慮機(jī)子的檔次)？

2、做什么行業(yè)的樣品(考慮測(cè)定的基體)？

3、要分析樣品里的什么元素(考慮AAS測(cè)定的方式)？

4、樣品里的被測(cè)定元素含量范圍是多少(考慮測(cè)定的準(zhǔn)確性和選擇)？

5、準(zhǔn)備了多少預(yù)算(考慮機(jī)子的范圍)？

舉個(gè)例子：如果需檢測(cè)的樣品含量在PPM級(jí)別上，且不含高熔點(diǎn)元素，則選配標(biāo)準(zhǔn)配置/單火焰型即可；如果需檢測(cè)的樣品含量在PPB級(jí)別上，則需選配帶石墨爐的型號(hào)；強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，除了砷(shēn)、 硒(xī) 、汞(gǒng)等個(gè)別的低熔點(diǎn)元素以外，其他元素(也包含普通火焰法檢測(cè)的元素)也都可用石墨爐來檢測(cè)；在實(shí)踐中石墨爐用來檢測(cè)高熔點(diǎn)元素和其他含量在PPB級(jí)別上的元素。

如果選擇了普通火焰法的型號(hào)之后，還要注意一個(gè)問題，即：以后檢測(cè)元素?cái)U(kuò)展的種類問題。如果以后可能增加的元素種類都是普通火焰法可以檢測(cè)的，那么沒什么問題，以后只需買只需要檢測(cè)元素的空心陰極燈即可；如果以后可能增加的元素種類都是需要用石墨爐法才可以檢測(cè)的，那么在選擇型號(hào)時(shí)就需考慮采購有石墨爐接口的設(shè)備。

在使用原子吸收過程中充分利用樣品的濃縮和高倍稀釋問題：當(dāng)樣品稍低于原子吸收檢出線時(shí)，可選擇用蒸發(fā)試樣里面水分的方法來提高濃度以達(dá)到儀器的檢測(cè)要求；相反則可選擇用高倍稀釋試樣的方法來降低濃度以達(dá)到儀器的檢測(cè)要求；無論是濃縮還是高倍稀釋對(duì)于試驗(yàn)員有了較高的要求，不作為常法使用，只作為一種變更的備選方法使用。