火焰原子吸收分光光度计组成及工作原理

 

原子吸收分光光度计，分为火焰原子吸收分光光度计和带石墨炉的原子吸收分光光度计。前者原子化的温度在2100℃～2400℃之间，后者在2900℃～3000℃之间。火焰原子吸收分光光度计，最常用是利用乙炔-空气测定，可测定的元素达30多种。

火焰原子吸收分光光度计组成

原子吸收分光光度计主要有四部分组成：①光源：提供吸收用光，为锐线光源。②原子化系统：使被测样品原子化。③分光系统：分离出汾西线，减少背景干扰。④检测、记录系统组成。

1、光源

光源一般采用空心阴极灯，作为光源要求发射的待测元素的锐线光谱有足够的强度、背景小、稳定性。

2、火焰原子化器

• 预混合型：先将试样雾化后，再喷到火焰中去。
• 全消耗型：将试液直接喷到火焰中去。

预混合型火焰原子化装置的原子化效率较高，稳定性好，采用较为普遍。预混合型火焰原子化器油喷雾器、预混合室、燃烧器三部分组成。

气动喷雾器机构示意图，作用：将试样雾化

试液雾化后，进入雾化室，与燃气在室内充分混合，之后进入燃烧器燃烧。较大的雾滴凝结后，从下端的废液管中排出。

燃烧器：试液的细微雾滴与燃气在雾化室充分预混合后，进入燃烧器点燃。为了加长吸收光程，多采用长缝型燃烧器。

原子化过程

1. 试样原子化的过程，是一个复杂的物理、化学过程。可表示为：气液溶胶—燃烧脱水—气固溶胶—固体加热熔融—固体加热气化—固体分解为基态原子。
   其中，一小部分基态原子，吸收了火焰的热能而被激发或电离，还有一部分在火焰中形成氧化物、氢氧化物或其它化合物。
2. 火焰温度的高低是影响原子化程度的基本因素；
3. 燃烧温度，有些金属元素原子化不完全;
4. 而温度太高不仅会増加噪声，也会増加电离，从而影响测定，特别是对碱金属和碱土金属元素。
5. 因此，对于不同的被测元素，应当使用不同的火焰温度。

3、分光系统（单色器)

采用光栅作为色散元件，主要作用是分离出分析线，减少背景干扰。

4、检测系统

由检测器（光电倍增管）、放大器、对数转换器和电脑组成，用数字表头显示或用微机处理检测数据。

火焰原子吸收分光光度计的优缺点

• 优点：火焰原子化法的操作简便，重现性好，有效光程大，因此应用广泛。
• 缺点：原子化效率低，灵敏度不够高，而且一般不能直接分析固体样品。

火焰原子吸收分光光度计干扰效应

原子吸收光谱分析法与原子发射光谱分析法相比，尽管干扰较少并易于克服，但在实际工作中干扰效应仍然经常发生，而且有时表现得很严重，因此了解干扰效应的类型、本质及其抑制方法很重要。

原子吸收光谱中的干扰效应一般可分为四类：①光谱干扰；②电离干扰；③化学干扰；④物理干扰。

1、光谱干扰

光谱干扰是指与有关光谱发射和吸收的干扰效应。它主要来源于光源和原子化器。常见的光谱干扰有以下五种情况：

1、非共振线吸收的干扰

• 在测定的共振线波长附近，有单色器不能分离的被测元素的其他光谱线。
• 常见于多谱线元素，例如，镍的分析线附近还有多条镍的光谱线，这些谱线也能被镍所吸收，但由于吸收系数不同、且一般都比共振线吸收系数低，结果导致测定灵敏度下降和标准工作曲线的弯曲。
• 一般可用减小狭缝的方法来改善和消除这种干扰。

2、空心阴极灯的发射干扰

• 空心阴极灯内材料含杂质较多时，发射的非待测元素谱线不能为单色器所分开，结果也会导致测定灵敏度下降和标准工作曲线的弯曲。
• 例如：铅灯中的铜发射的216.5nm、216.7nm谱线与铅的217.0nm共振线无法分开时，会影响正常吸收。
• 使用纯度较高的单元素灯，可避免此干扰。

3、自身发射和背景发射干扰

• 试样中被测元素的原子受热或吸收光源的辐射能后，本身被激发并发射出与吸收谱线相同波长的特征畐射。
• 火焰复杂燃烧所生成的的CO、CH、C2、O2、CN、OH等分子和游离基在火焰的高温激发下，也能发射线状或带状光谱。例如，乙炔分子在300～500nm谱区有较强的带状特征辐射。它们会叠加在分析光上。背景发射产生的是直流信号。
• 解决方法：仪器结构设计，将单色器放在原子化器和检测器之间，除去大部分背景发射。
• 利用光学系统的调整，使背景发射不能聚焦在单色器狭缝上，以减少其影响。

4、分子光谱吸收干扰

5、光的散射

2、物理干扰及其抑制

试样在转移、蒸发过程中，由于溶质或溶剂的特性(如粘度、表面张力等)以及雾化气体压力等的变化，使喷雾效率或待测元素进入火焰的速度发生改变而弓I起的干扰。

如：溶液中盐或酸的浓度大时，雾化效率下降，影响进入火焰中待测元素的原子数量，进而影响吸光度的大小。消除物理干扰的方法：配制与待测试样具有相似组成的标准溶液或适当稀释试样减少干扰。

3、化学干扰

干扰物与被测元素之间形成较强的化学键或晶体，不易解离而影响原子化。

化学干扰类型和影响因素有：①阳离子干扰②阴离子干扰③络合物干扰④火焰类型影响化学干扰。

化学干扰抑制

1. 加入释放剂:加入过量的某种金属元素与干扰元素化合，使生成更稳定或更难挥发的化合物，从而释放出待测元素。加入释放剂是消除化学干扰的常用方法。
2. 加入络合剂(保护剂）：加入这类试剂后，能使待测元素不与干扰元素化合，生成难挥发的化合物，从而消除了干扰。例如：添加络合剂EDTA可防止磷酸对钙的干扰。加入8-羟基喹啉可消除招对镁的干扰。
3. 加入缓冲剂：某些共存的干扰元素，当达到一定量时，其干扰影响趋于稳定。在试样及标准溶液中都加入超过缓冲量(干扰不再变化的最低量)的干扰元素，就可消除干扰。
   N2O-乙炔焰测定钛时，铝的存在使钛的吸收增强。此时，可在试样及标准液中均加入200ug/ml以上的铝，使干扰趋于稳定，从而消除铝的影响。
4. 分离：当化学干扰情况复杂，用上述方法不能满意解决时，可用化学分离的方法(如萃取、离子交换、沉淀等)将干扰元素除去。也可用标准加入法控制化学干扰。

4、电离干扰及其抑制

基态原子在火焰中失去一个或几个电子后形成离子，生成的离子不会产生基态原子的共振线吸收，使基态原子数减少，吸收强度的减弱。对于电离电位≤6eV的元素尤为显著，火焰温度越高，干扰越严重。

消除：加入易电离的其它元素(消除电离剂)。这些元素电离产生的大量电子使待测元素电离平衡向中性原子方向移动，待测元素的电离降低。例如，在测定钾时，常加入一定浓度的钠盐或铯盐，以提高测定的灵敏度。