原子吸收光谱法的仪器装置及工作原理

1、3.2 3.2 原子吸收光谱法的仪器装置原子吸收光谱法的仪器装置及工作原理及工作原理 原子吸收光谱法的仪器装置原子吸收光谱法的仪器装置原子吸收光谱法的仪器装置（原子吸收光谱法的仪器装置（2 2）原子吸收光谱法的仪器装置（原子吸收光谱法的仪器装置（3 3）原子吸收光谱法的仪器装置（原子吸收光谱法的仪器装置（4 4）Z-5000Z-5000原子吸收光谱仪（塞曼偏振）原子吸收光谱仪（塞曼偏振）1、综述综述 原子吸收分光光度计主要由四部分组成，即原子吸收分光光度计主要由四部分组成，即光源、原子化系统、分光系统和检测系统光源、原子化系统、分光系统和检测系统四个部四个部分。如图所示：分。如图所示：原子吸收

2、分光光度计结构示意图原子吸收分光光度计结构示意图 1)1) 光源光源空心阴极空心阴极灯灯光源的功能是发射被元素基态原子所吸收光源的功能是发射被元素基态原子所吸收的特征共振线。的特征共振线。对光源的基本要求是：对光源的基本要求是：发射线的半宽度要发射线的半宽度要明显小于明显小于吸收线半宽度，强度大，稳定性吸收线半宽度，强度大，稳定性好，背景小，寿命长好，背景小，寿命长。空心阴极灯（又称。空心阴极灯（又称元素灯）是能满足这些要求的元素灯）是能满足这些要求的锐线光源锐线光源，应用应用很很广。广。1)1) 空心阴极灯空心阴极灯1)1) 光源光源空心阴极灯空心阴极灯（二（二） 它是一个封闭的气体放电管。

3、用被测元素纯它是一个封闭的气体放电管。用被测元素纯金属或合金制成圆柱形空心阴极，用钨或钛、锆金属或合金制成圆柱形空心阴极，用钨或钛、锆做成阳极。灯内充做成阳极。灯内充NeNe或或ArAr惰性气体，压力为数百惰性气体，压力为数百帕。发射线波长在帕。发射线波长在370.0nm370.0nm以下的用石英窗口，以下的用石英窗口，370.0nm370.0nm以上的用光学玻璃窗口。以上的用光学玻璃窗口。 空心阴极灯的结构图空心阴极灯的结构图1)1) 光源光源空心阴极灯空心阴极灯（三）（三） 工作原理工作原理： 当灯的正负极加以当灯的正负极加以400V400V电压时，便开始辉电压时，便开始辉光放电。这时电子

4、离开阴极，在飞向阳极过程光放电。这时电子离开阴极，在飞向阳极过程中，受到阳极加速，与惰性气体原子碰撞，并中，受到阳极加速，与惰性气体原子碰撞，并使之电离。带正电荷的惰性气体从电场获得动使之电离。带正电荷的惰性气体从电场获得动能，向阴极表面撞击，只要能能，向阴极表面撞击，只要能克服金属表面的克服金属表面的晶格能，晶格能，就能就能将原子由晶格中溅射出来将原子由晶格中溅射出来，从而，从而产生阴极物质的共振线产生阴极物质的共振线。由于灯内压力很低，。由于灯内压力很低，压力变宽小，因而产生的压力变宽小，因而产生的共振线是锐线光源。共振线是锐线光源。1)1) 光源光源空心阴极灯空心阴极灯（四（四） 使用应

5、注意问题：使用应注意问题： 空心阴极灯强度与工作电流有关，过大的空心阴极灯强度与工作电流有关，过大的电流会使发射线半宽度增大，并缩短灯的使用电流会使发射线半宽度增大，并缩短灯的使用寿命寿命. .使用时还必须注意供电电流稳定并经过使用时还必须注意供电电流稳定并经过预热预热(20(2030min)30min)使发射强度达到稳定。使发射强度达到稳定。 2)2) 原子化系统原子化系统 原子化系统的作用是将试样中的原子化系统的作用是将试样中的待测元素转变为待测元素转变为原子蒸气原子蒸气。使试样原子化的方法有：火焰原子化法和无火焰使试样原子化的方法有：火焰原子化法和无火焰原子化法原子化法。 前者具有简单，

6、快速，对大多数元素有较前者具有简单，快速，对大多数元素有较高的灵敏度和检测极限的优点，因而至今使用高的灵敏度和检测极限的优点，因而至今使用仍最广泛。但近年来，无火焰原子化技术有了仍最广泛。但近年来，无火焰原子化技术有了很大改进，它比火焰原子化技术具有较高的原很大改进，它比火焰原子化技术具有较高的原子化效率、灵敏度和检测极限，因而发展很快子化效率、灵敏度和检测极限，因而发展很快。2、火焰原子化法火焰原子化法 火焰原子化系统是利用火焰原子化系统是利用火焰的温度和气氛火焰的温度和气氛使使试样试样原子化原子化的装置。如图所示的装置。如图所示, ,主要的部分有：主要的部分有：喷雾器、雾化室，燃烧器和火焰

7、喷雾器、雾化室，燃烧器和火焰。 1)1) 火焰原子化系统主要部分介绍火焰原子化系统主要部分介绍a a、喷雾器、喷雾器 它的作用是它的作用是将试液雾化将试液雾化，要求雾化效率，要求雾化效率高高( (一般为一般为10%10%12%)12%)，雾滴细，喷雾稳定。，雾滴细，喷雾稳定。 主要部分有：主要部分有：a a、喷雾器，、喷雾器，b b、雾化室，、雾化室， c c、燃烧器，、燃烧器，d d、火焰、火焰雾化器 1)1)火焰原子化系统主要部分介绍（二）火焰原子化系统主要部分介绍（二）b b、雾化室、雾化室 作用是进一步细化雾滴，使雾滴和燃气得到作用是进一步细化雾滴，使雾滴和燃气得到充分混合同时起缓冲作

8、用，使供给燃烧器的雾充分混合同时起缓冲作用，使供给燃烧器的雾滴平稳。为了细化雾滴，可在喷雾器前加滴平稳。为了细化雾滴，可在喷雾器前加碰撞碰撞球球，使直径较大的雾滴进一步破碎，成为气溶，使直径较大的雾滴进一步破碎，成为气溶胶。胶。 雾化器 1)1)火焰原子化系统主要部分介绍（三）火焰原子化系统主要部分介绍（三）c c、燃烧器、燃烧器 常用预混合式燃烧器，它是一个吸收光常用预混合式燃烧器，它是一个吸收光程较长的长缝喷灯。根据燃气燃烧速度的差程较长的长缝喷灯。根据燃气燃烧速度的差异，对于不同火焰，必须采用不同的燃烧器。异，对于不同火焰，必须采用不同的燃烧器。例如标准燃烧器（空气例如标准燃烧器（空气乙

9、炔火焰）缝隙度乙炔火焰）缝隙度（宽（宽 长）长）=0.5mm =0.5mm 100mm100mm，而空气，而空气丙烷丙烷燃烧器是燃烧器是0.7mm 0.7mm 100mm 100mm，高温燃烧器（一氧，高温燃烧器（一氧化碳化碳乙炔火焰）是乙炔火焰）是0.5mm 0.5mm 50mm 50mm。 燃燃 烧烧 器器1)1)火焰原子化系统主要部分介绍（四）火焰原子化系统主要部分介绍（四）d d、火焰、火焰 通过火焰的燃烧作用，使试样原子化。试液与燃通过火焰的燃烧作用，使试样原子化。试液与燃气在雾化室充分混合后进入火焰燃烧，按试样在火焰气在雾化室充分混合后进入火焰燃烧，按试样在火焰中的行为，火焰内大致

10、可以分为下面几个区域。中的行为，火焰内大致可以分为下面几个区域。a)a)干燥区干燥区燃烧不完全，温度不高，试液被干燃烧不完全，温度不高，试液被干燥，呈固态颗粒。燥，呈固态颗粒。b)b)蒸发区蒸发区也称第一反应区，是清晰蓝色光带也称第一反应区，是清晰蓝色光带，温度不高，固体微粒被溶化蒸发。，温度不高，固体微粒被溶化蒸发。 1)1)火焰原子化系统主要部分介绍（火焰原子化系统主要部分介绍（五）五）c)c) 原子化区原子化区燃烧完全，温度高，被蒸发的燃烧完全，温度高，被蒸发的化合物高温离解，或被还原气氛还原成为自化合物高温离解，或被还原气氛还原成为自由原子，部分自由原子被激发。由原子，部分自由原子被激

11、发。d)d) 电离区电离区也称第二反应区，燃烧完全，温也称第二反应区，燃烧完全，温度高，基态原子部分被电离，部分高温化合度高，基态原子部分被电离，部分高温化合。2)2)使用火焰应注意问题使用火焰应注意问题 a)a) 试样在火焰中的原子化程度与温度有关，过低试样在火焰中的原子化程度与温度有关，过低的温度不利于被测元素分解成基态原子，过高的温度不利于被测元素分解成基态原子，过高能引起基态原子电离，降低灵敏度。对于能引起基态原子电离，降低灵敏度。对于高温高温难熔元素难熔元素（如（如AlAl、B B、BeBe、TiTi、V V、W W、TaTa、ZrZr等），采用空气等），采用空气乙炔火焰时灵敏度很低

12、，可乙炔火焰时灵敏度很低，可采用采用一氧化二氮一氧化二氮乙炔火焰乙炔火焰，这种火焰能达到，这种火焰能达到2900 C2900 C高温，并且有大量高温，并且有大量CNCN、NHNH、C C等组成的等组成的强还原气氛。强还原气氛。2)2)使用火焰应注意问题使用火焰应注意问题 （二）（二）b)b) 燃气与助燃气的流量比，即燃助比燃气与助燃气的流量比，即燃助比= =燃气流量燃气流量/ /助助燃气流量，影响火焰的气氛。当燃气流量，影响火焰的气氛。当燃助比小于燃助比小于1 1：6 6时时称称贫燃火焰（氧化性气氛）；等于贫燃火焰（氧化性气氛）；等于1 1：4 4时称化时称化学计量火焰；大于学计量火焰；大于1

13、 1：3 3时称富燃火焰（还原性气时称富燃火焰（还原性气氛）。氛）。实际测定时，必须根据不同元素分析条件实际测定时，必须根据不同元素分析条件选择合适的燃选择合适的燃助比。助比。c) 基态原子在火焰内各部分的分布是不一样的，必须使光源通过基态原子密度较大的火焰区域使光源通过基态原子密度较大的火焰区域，因此因此应该应该调节燃烧器的高度调节燃烧器的高度，以获得较大的吸光度。，以获得较大的吸光度。 3)3)火焰原子化系统的优缺点火焰原子化系统的优缺点 a)a) 优点优点：火焰原子吸收法装置不太复杂，操：火焰原子吸收法装置不太复杂，操作方便快速，测定精度好，已经成为完善作方便快速，测定精度好，已经成为完

14、善和定型的方法，广泛用于常规分析。和定型的方法，广泛用于常规分析。3)3)火焰原子化系统的优缺点火焰原子化系统的优缺点 b) 缺点： 灵敏度还不够高灵敏度还不够高。其原因之一是雾化效率低，到达火。其原因之一是雾化效率低，到达火焰的试样仅为提升量（焰的试样仅为提升量（4 46mL/min6mL/min）的）的10%10%，大部分试液，大部分试液排泄掉了。原因之二是火焰气氛的稀释作用和高速燃烧限排泄掉了。原因之二是火焰气氛的稀释作用和高速燃烧限制了灵敏度的提高。这些作用不但使原子化效率低而且使制了灵敏度的提高。这些作用不但使原子化效率低而且使基态原子在吸收区内停留的时间很短（约基态原子在吸收区内停

15、留的时间很短（约1010-3-3s s）。）。 消耗试液一般为消耗试液一般为0.50.51mL1mL。对于数量很少的试样（如。对于数量很少的试样（如血液、活体组织等）的分析，受到限制。血液、活体组织等）的分析，受到限制。 不能直接分析固体试样不能直接分析固体试样。 3、无、无火焰原子化法火焰原子化法 无火焰原子化技术以无火焰原子化技术以高温石墨炉高温石墨炉和和氢化物还原原子化法氢化物还原原子化法发展最迅速，并且在发展最迅速，并且在实际分析中得到广泛应用。实际分析中得到广泛应用。 1)1)高温石墨炉原子化法高温石墨炉原子化法 a)a) 石墨炉原子化法的优缺点石墨炉原子化法的优缺点 优点：优点：

16、检出限很低，检出限很低，对许多元素的测定比火焰法低对许多元素的测定比火焰法低2 23 3个数量级。该法的利用率达个数量级。该法的利用率达100%100%，并且不被稀释，能，并且不被稀释，能够在很短的时间获得较高浓度的基态原子并能有较长够在很短的时间获得较高浓度的基态原子并能有较长的停留时间（的停留时间（0.1-1s0.1-1s） 试样用量少，每次测定仅需试样用量少，每次测定仅需5-100uL5-100uL。 能够在原子化器内处理很大的试样能够在原子化器内处理很大的试样，便于通过控，便于通过控制升温条件，提高测定的选择性和灵敏度。制升温条件，提高测定的选择性和灵敏度。 能直接进行粘度很大的样液、

17、悬浮液和固体样品能直接进行粘度很大的样液、悬浮液和固体样品的分析。的分析。1)1)高温石墨炉原子化法（二高温石墨炉原子化法（二）a)a) 石墨炉原子化法的优缺点石墨炉原子化法的优缺点 缺点：缺点： 如由于干扰大，必须有扣除背景装置，设如由于干扰大，必须有扣除背景装置，设备比火焰法复杂、昂贵；备比火焰法复杂、昂贵； 测定的精密度较差（相对偏差约等于测定的精密度较差（相对偏差约等于3%3%）；）； 分析所需的时间比火焰法要长等。分析所需的时间比火焰法要长等。1)1)高温石墨炉原子化法（三）高温石墨炉原子化法（三）a)a) 高温石墨炉原子化装置及工作原理高温石墨炉原子化装置及工作原理 无火焰原子化器

18、装置有多种，主要对电热高温石墨管无火焰原子化器装置有多种，主要对电热高温石墨管原子化器作一简单介绍原子化器作一简单介绍。结构图结构图 构造图构造图 1)1)高温石墨炉原子化法（四）高温石墨炉原子化法（四）c)c) 主要组成部分：主要组成部分： 石墨管石墨管。是放置试样并进行加热的容器。是放置试样并进行加热的容器。 炉体及保护装置。包括石墨接触锥、惰性气炉体及保护装置。包括石墨接触锥、惰性气体保护和水冷保护装置。体保护和水冷保护装置。 电源电源。是一独立装置，能向炉体提供低压（。是一独立装置，能向炉体提供低压（8-12V8-12V）、大电流（）、大电流（300-450A300-450A）的交流电

19、流。）的交流电流。1)1)高温石墨炉原子化法（五）高温石墨炉原子化法（五）d)d) 整个程序步骤：整个程序步骤： 干燥干燥。目的是蒸发除去溶剂，或样品中挥发。目的是蒸发除去溶剂，或样品中挥发性较大的组分。性较大的组分。 灰化灰化。目的是在不损失被测元素的前提下，。目的是在不损失被测元素的前提下，将沸点较高的基体蒸发除去，或是对脂肪和油等将沸点较高的基体蒸发除去，或是对脂肪和油等基体物质进行热解。基体物质进行热解。 原子化原子化。施加大功率于石墨炉上，使待测残。施加大功率于石墨炉上，使待测残渣受到突然的功率脉冲，从而原子化。渣受到突然的功率脉冲，从而原子化。 净化净化。用较高温度除去残留在管内的残渣。用较高温度除去残留在管内的残渣。 2)2)氢化物原子化法氢化物原子化法 氢化物原子化法是氢化物原子化法是低温原子化低温原子化的一种的一种. .