原子吸收分光光度法.doc

原子吸收分光光度法1 简述供试品在高温下经原子化产生原子蒸气时， 如有一光辐射作用于原子， 当辐射频率相应于原子中电子从基态跃迁到较髙能态所需要的能量时， 即引起原子对特定波长的吸收。吸收通常发生在真空紫外、 紫外及可见光区。原子吸收光谱为线光谱， 通过测定该特征波长光谱线的吸光度可以计算出该待测元素的含量。原子吸收一般遵守吸收分光光度法的比尔定律。实验条件固定时特定波长处的吸光度值与样品中原子浓度成正比。但实验参数的变化会影响结果值。原子吸收分光光度法测量对象是成原子状态的金属元素和部分非金属元素。测定的样品 一般经高温破坏成原子态，在气态下利用自由原子的光谱性质进行测量，常用在药物中无机元素的测定。1 . 1 仪器原子吸收分光光度计主要由光源、 原子化器、 单色器、检测器、 记录显示系统和数据处理系统等部分组成。1 . 1 . 1 光源由于原子光谱为线光谱， 原子吸收分光光度计的光源应能在窄的光谱范围 内有高强度的辐射， 否则检测器得不到准确测量信号。因此， 需要应用能满足上述要求的线光源。原子吸收分光光度计常用的光源为空心阴极灯。灯的阴极由待分析元素的物质构成，工作时使该元素激发并发射特征光谱。被测元素只能用该元素的空心阴极灯进行分析。1 . 1 . 2原子化器常用的原子化器有火焰型、 电热型、氢化物发生型和冷蒸气型四种。火焰型原子化器样品溶液导人雾化器中使试样溶液雾化成气溶胶， 并与燃气和助燃气充分混合后在燃烧器上成火焰燃烧， 不同物质需要不同能量使其离子态转变成基态的原子。人射光通过基态原子时部分能量被吸收， 并由传感器转变为电信号,用记录仪进行记录。改变燃气和助燃气种类及比例可以控制火焰温度，以提供使供试品转变成原子状态所需的能量。最常用的混合气体为空气一乙炔。电热型原子化器又称无火焰原子化器,其中又以石墨炉应用最广。石墨炉原子化器为 用电流控制温度的炉子，其中放人可置放样品的石墨管或其他合适的样品置放装置。在测定 过程中炉内通入氩或其他保护气体，以防止炉的氧化。以一定体积的样品溶液加入石墨管后 用电加热使其原子化。电加热的过程至少有三个阶段:干燥阶段用略高于溶剂沸点的温度，以 较长的时间使溶剂蒸发至干。灰化阶段是去掉比分析元素容易挥发的样品基体以减少背景吸收，根据具体情况选择合适的灰化温度及时间。最后阶段为原子化阶段。温度应升至能使样品转变成气态原子， 该阶段的升温速度必须很快， 加热时间应尽可能短，以延长石墨炉的寿命。 原子蒸气迅速从人射光束通道中扩散出去， 形成一个瞬态吸收信号，用记录仪记录。氢化物发生原子化器利用某些元素易形成低沸点氢化物的性质而设计的氢化物发生原 子化器可以减少或避免因高温导致的背景干扰与化学干扰。A s、 S b、 Bi、 G e、 S n、 Pb、S e等元素在存在还原剂（ 除另有规定外， 通常采用硼氢化钠）的酸性介质中易生成低沸点的易受热分解的氢化物， 再依次由载气导人由石英管与加热器组成的原子吸收池中，在石英管中氢化物因受热而分解，并形成基态原子。冷蒸气原子化器测汞时，在汞蒸气发生器中， 汞离子被还原成汞， 然后将汞蒸气直接导人原子吸收池中。1.1.3 单色器通常用衍射光栅为色散元件。仪器光路应能保证有良好的光谱分辨率和在相当窄的光谱带(0.2nm)下正常工作的能力。单色器的结构与一般紫外可见分光光度计相同。1.1.4 检测器一般采用对紫外及可见光敏感的宽光谱工作范围的光电倍增管作为检测元件。要求检测器的输出信号灵敏度高、 噪声低、 漂移小及稳定性好。1.1.5记录仪和数据处理系统原子吸收分光光度计常用绘图打印机记录测定结果。数据处理系统需能测量信号积分值和制备标准曲线以及统计计算处理。有的仪器将参数设定操作系统和数据处理系统放在一起工作。1 . 2 背景干扰的消除背景吸收干扰是原子吸收测定中常见的现象。造成背景干扰的 原因多种多样， 并往往随样品情况的变化而变化。一般认为， 背景来源于样品中共存组分及其在原子化过程中形成的次生分子或原子的热发射、 光吸收和光散射。其中有些干扰可以通过适当的样品前处理或优化原子化过程的条件得以消除或减少， 但许多干扰仍难以避免。必须另辟蹊径,通过改进仪器设计予以克服。背景校正的基本原理是将分析谱线两侧的读数作为背景读数,然后从分析线的峰值读数 中扣除之。最常用的背景校正方法有三种： 一是连续光源校正法， 采用两个光源，主光源为线光源（即空心阴极灯），另一光源为连续光源，在紫外区通常用氘灯。来自线光源的样品光束通过样品时，其吸光度读数为待测元素与背景吸收之和，来自连续光源的参比光束通过样品时测定背景读数， 二者之差即为校正的待测元素的吸光度。二是塞曼效应校正法， 多电子原子的发射谱线通过强磁场时， 由于空间量子化的缘故使谱线发生分裂， 分裂后的中心线称成分，两侧谱线称 成分。成分作为样品光束测定样品和背景的总吸光度， Z 成分作为参比光束测定背景吸收，二者之差即为样品吸收。三是强脉冲自吸校正法，在空心阴极灯的工作周期内依次施加两个不同强度的脉冲,在弱脉冲作用下发射正常的谱线，在强脉冲作用下多谱勒效应和阴极溅射增强， 从而使谱线变宽而且引起明显的自吸收,造成辐射能在中心波长处缺失而分布于中心波长的两侧。将弱脉冲作用下的发射谱线作为样品光束，强脉冲作用下的自吸谱线作为参比光束,依次测定吸光度，以实施校正。连续光源校正由于使用双光源， 样品光束和参比光束的准直较为困难，导致在高背景时校正不足或补偿过度； 另外， 当共存元素的吸收线邻近分析线时，也往往造成补偿过度。塞曼背景校正没有上述缺点， 但当样品浓度较高时，工作曲线向浓度轴弯曲。强脉冲自吸校正效果较好， 但仍存在高浓度时工作曲线弯曲及灯寿命缩短等缺点。2 原子吸收分光光度计的检定2 . 1 波长准确度与重复性 根据中华人民共和国国家计量检定规程JJG694 - 9 0的规 定，双光束原子吸收分光光度计的波长示值误差应不大于0.5nm,波长重复性优于0. 3nm。2.1.1 波长准确度与重复性检定方法按空心阴极灯上规定的工作电流,将汞灯点亮稳 定后，在光谱带宽0. 2 nm条件下，从汞、氖谱线253.7，365.0，435. 8，546. 1，640. 2，724. 5 和871. 6 n m 中按均匀分布原则，选取35条逐一作3次单向（从短波长向长波长方向） 测量最大能量波长示值， 计算谱线波长测量值与标准值的平均误差。波长重复性为3 次测定中最大值与最小值之差。2.2 分辨率 仪器光谱带宽为0. 2nm时，应可分辨锰279. 5 n m 和 279. 8 n m 的双线。2 . 2 . 1 分辨率检定方法 将锰灯点亮， 稳定后在光谱带宽为0. 2 n m 时调节光电倍增管的高压，使 279. 5 nm谱 线能量读数为100。扫描测量锰双线，应能分辨出297. 5 nm 和279. 8 mn两条谱线，且两线间峰谷能量应不超过40% 。2 . 3 基线稳定性 火焰原子化法测定30min内静态基线和点火基线的稳定度，应不大于下表的指标。2.3.1 基线稳定性检定法2. 3.1.1 静态基线稳定性的测定光谱带宽0.2nm、量程扩展10倍，点亮铜灯，原子化器未工作状态下测定。单光束仪器与铜灯同时预热30min，用“ 瞬时” 测量方法， 或时间常数不大于0.5s，测定324.7 nm谱线的稳定性。双光束仪器预热30min、铜灯预热3 min后，按上述相同条件测定。2. 3. 1. 2 点火基线稳定性的测定按测铜的最佳条件，用乙炔/空气火焰， 吸喷去离子水 l0min后，在吸喷状况下重复（2. 3. 1. 1)的测量。2 . 4 边缘波长能量带宽为0 . 2 n m， 响应时间不大于1.5s条件下， 对砷193.7nm 和铯852. lnm谱线进行测量,谱线的峰值应能调到100 % ，背景值/峰值应不大于2 % 。5 min内谱线的最大瞬时噪声（ 峰-峰值)应不大于0. 03A。谱线能量为1 0 0 %时， 光电倍增管的高压应不超过最大高压值的85% 。2 . 5 火焰法测定铜的检出限CL(n = 3)和精密度（RSD)使用中的仪器应分别不大于0. 02g/ml 和 1. 5%。2 . 5 . 1 检出限的检定仪器参数调至最佳工作状态，用空白溶液0.5 mol/L HNO3调零， 分别对3 种铜标准溶液（ 0. 50、 1.00、 3.00g/ml)各进行3 次重复测定， 取 3 次测定平均值，按线性回归法求出工作曲线的斜率， 即为仪器测定铜的灵敏度(S)。S = dA/dc A/(g/ml)在上述条件下， 扩展标尺10倍， 对空白溶液(或浓度3 倍于检出限的溶液)进行1 1次吸光度测量，并求出其标准偏差(SA )， 计算铜的检出限如下CL (n = 3 ) = 3S A/S(g/ml)2 . 5 . 2 精密度的检定在(2. 5.1)测定中选择标准溶液之一，其吸光度在0.10 . 3范围 进行7 次测定，求出相对标准偏差（RSD ），即为仪器测铜的精密度。2 . 6 石墨炉法测定镉的检出限QL(n = 3)， 特征量（C . M . )和精密度( RSD )，使用中的仪器应分别不大于4pg、 2pg和 7 % 。2 . 6 . 1 检出限和特征量的 检定仪器参数调至最佳工作状态， 分别对空白溶液 (0.5 mol / L簡 0 3)和3种镉标准溶液(0. 50，1. 00，3.00ng/ml)各进行3次重复测定，取3次测定平均值后，按线性回归法求出工作曲线的斜率， 即为仪器测定镉的灵敏度（S )。S = d A / d Q = d A / d ( c *V ) (A/pg)式 中 f 为溶液浓度（ ng/ml);V 为取样体积(pi)。在上述条件下对空白溶液进行1 1次吸光度测定， 并求出其标准偏差（SA）。计算镉的检出限如下Q L ( n= 3) = 3SA /S(g)仪器测定镉的特征量计算如下 C. M. = 0.0044/S(pg)2 .6.2 精密度的检定在(2. 6.1)测定中，对 3.00ng / ml的镉标准溶液进行7次重复测 定，即为仪器测镉的精密度。2 . 7 火焰法中样品溶液吸喷量(F)和表观雾化率(e) 应用本法可测定火焰原子化雾化 的效率，样品的吸喷量应不小于3ml/min;雾化率应不小于8 % 。2. 7 . 1 吸喷量和表观雾化率的检定在与2. 5 相同条件下， 于 1 0 m l量筒内注人去离水至1 0 m l刻线， 将毛细管插人筒底部，同时启动秒表， 测量l m i n时间内量筒中水所减少的体积，即为吸喷量( F )， 取出进样毛细管， 至废液管出口无废液排出后， 将该管放入有一段水封的 10ml量筒(量筒1)内。另一量筒(量筒2)内注入10ml水，在上述条件下将毛细管插人水中，至10ml水全部吸喷完毕，废液管中无废液排出后， 测量排出废液体积V ( m l )， 并计算表观雾化率(e)。2. 8 背景校正能力背景信号约为1 A 时,校正后的信号应不大于该值的1/30。2. 8. 1 火焰原子化器的仪器在镉228.8 n m 时先用无背景校正方式测量，调零后将吸度约为1 A 的屏网插入光路读得吸光度A1， 再在背景校正方式调零,插人屏网读取吸光度A 2，A 1/A2值应符合2 . 8的规定。2.8.2 石墨炉原子化器的仪器参数调至测镉的最佳状态， 先用无背景校正方式，用移液 管加人一定量的氯化钠（ 5.0 m g / m l )溶液使产生1 A 左右吸光度信号， 读取吸光度（峰高法）A1，再用有背景校正方式全样测定，读取吸光度A 2 , A 1/A2的值应符合2. 8的规定。3 样品测定操作方法3 . 1 标准曲线法先配制一个被测元素的标准贮备液， 通常可用该元素的基准化合物或 纯金属按规定方法配制， 亦可从有关单位中购得，用通常用作空白的溶液稀释成标准工作液。再按测定方法的操作步骤配制一组合适的系列标准溶液。在仪器推荐的浓度范围内，制备含待测元素的标准溶液至少3 份,浓度依次递增， 并分别加人供试品溶液配制中的相应试剂。除另有规定外，一般用去离子水制成水溶液。将仪器按规定启动后， 先将去离子水喷人火焰， 调读数为零， 再将最浓的标准溶液喷入火焰， 调节仪器至近满量程的读数， 然后依次喷入每一标准溶液， 读数。每喷完1 份溶液后， 均用去离子水喷人火焰充分冲洗灯头并调零。取每一浓度3次读数的平均值， 与相应浓度作标准曲线。按各品种项下的规定制备供试品溶液，使待测元素的估计浓度在标准曲线浓度范围内， 将供试品溶液喷人火焰， 取 3 次读数的平均值， 从标准曲线上查得相应的浓度， 计算元素的含量。供试品溶液测定完后， 应用与供试品溶液浓度接近的标准溶液进行回校。标准曲线应取符合线性范围的浓度。样品的测定读数宜在线性范围中间或稍高处。石墨炉原子化器的标准曲线可以用相同体积不同浓度的系列标准溶液或用相同浓度不同体积的标准液制备，一般以前者为佳。3 . 2 标准加人法取同体积按各品种项下规定制备的供试品溶液4 份， 分别加至4 个同体积的量瓶中，除（1)号瓶外，其他(2)、（3)、（4)号量瓶分别再准确加人比例量的待测元素标准液，均用去离子水稀释至刻度， 形成标准液加入量从零开始递增的一系列溶液。按上述标准曲线法自“ 将仪器按规定启动后” 操作， 并依法将溶液喷入火焰， 读数;将读数与相应的待测元素加入量作图， 延长此直线至与含量轴的延长线相交,此交点与原点间的距离即相当于供试品溶液取用量中待 测元素的含量(如图）。再以此计算供试品中待测元素的含量。标准加入法仅适用于上述标准曲线法的工作曲线呈线性并通过原点的情况。3 . 3 杂质检查法取供试品，按各品种项下的规定，制备供试品溶液;另取等量的供试 品， 加入限量的待测元素溶液，制备成对照溶液。照上述标准曲线法自“ 将仪器按规定启动后”操作，并将对照溶液喷人火焰，调节仪器使具合适的读数（a）；在相同的操作条件下喷入供试品溶液，读数(b)；b值应小于（a-b）。3 . 4 内标法在标准样品和供试品中分别加人第二元素作为内标元素。测定分析元素 和内标谱线的吸光度比值， 并以此对被测元素的含量或浓度绘制工作曲线。内标元素要求与被测元素在基体或原子化器中表现的物理、化学、性质相同或相似。且试样中不应含有这种元素。该方法只适用于双通道原子吸收分光光度计。4 测量操作注意事项4. 1 样品取样要有代表性， 取样量应根据被测元素的性质、 含量、 分析方法及要求的分析精度决定。标准样品的组成应尽可能与被测样品接近。4 .2 仪器参数选择如空心阴极灯工作电流、 光谱带宽、 原子化条件等。火焰原子化器中火焰条件的选择如火焰类型， 燃气和助燃气的比例， 供气压力和气体流量等。石墨炉原子化器应注意干燥一灰化一原子化各阶段的温度、时间、 升温情况等程序的合理编制。它们对测定的灵敏度、检出限及分析精度等都有很大的影响。许多仪器一般能提示或自动调节成常用的参数，使用时可按实验情况予以修改。4. 3 原子吸收分光光度法实验室要求有合适的环境,室内应保持空气洁净， 较少灰尘， 应有充足、 压力恒定的水源， 仪器燃烧器上方应有符合厂方要求的排气罩， 应能提供足够而恒定的排气量， 排气速度应能调节， 排气罩以耐腐蚀、 不生锈的金属板制造为宜。使用原子吸收分光光度计时对实验室安全应给予特别注意， 如排气通风是否良好， 突然停 电、 停水及气流不足或不稳定时的安全措施，高压燃气和助燃气使用安全问题等。_ 前仪器本身大多具有自动安全功能， 发现故障后一般自动停止工作。但实验室环境的安全仍需使用者随时注意。4 . 4 原子吸收分光光度法灵敏度很高， 极易受实验室各种用品的污染，常见的污染源 如下。4 . 4 . 1 水应用去离子水或用石英蒸溜器蒸馏的超纯水。钠、 钾、 镁、 硅、 铁等元素最易沾污实验室水。贮藏水的容器一般用聚乙烯塑料等材料制成。玻璃瓶久贮会将瓶中微量污染元素溶解在水中。4 . 4 . 2 试剂制备样品用的酸类、 溶剂及有机萃取剂等亦为主要玷污来源之一， 应采用高纯试剂。4 . 4. 3 实验室容量器皿烧杯、容量瓶、 移液管等尽可能使用耐腐蚀塑料器皿， 而不用玻璃器皿。因为玻璃器皿易吸附或吸收其他金属离子，在使用过程中缓缓释出。自动进样器应尽量不用能直接接触样品的金属附件及金属针头。样品前处理用的通风橱可能有积尘、 锈蚀物或粉尘、气流等影响。大气中尘埃的污染特别对石墨炉的高灵敏度检测有很大的影响。样品处理过程及处理完后分析时应尽可能防止外界尘埃落人，产生干扰。4. 5 标准溶液一般浓度大于1000g/ml的可以作为贮备液贮存在耐腐蚀的塑料容器 中，浓度低于10g/ml的工作溶液应注意稀释溶剂及试剂对其污染的影响， 浓度低于1g/ml 的标准溶液应在使用当天配制使用， 不宜贮存。4 . 6 样品一般处理成溶液后进行分析， 因此样品的前处理十分重要。处理方法很多， 无机物常用酸进行溶解， 复杂基体的样品常需用熔融、有机萃取、 加人改进剂等方法消除基体干扰及化学干扰等因素。生物样品往往需经湿法或干法灰化， 萃取或加基体改进剂消除基体干扰等措施以使分析顺利进行。石墨炉的样品测试可以采用固体直接放在石墨管