原子吸收分光光度法又稱原子吸收光譜法。所謂原子吸收就是指氣態(tài)自由原子,對于同種原子發(fā)射出來的特征光譜輻射具有吸收現(xiàn)象,將這種原子吸收現(xiàn)象應(yīng)用到化學(xué)定量分析,首先必須將試樣溶液中的待測元素原子化,同時還要有一個強(qiáng)度穩(wěn)定的光源
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回收北京普析原子吸收分光光度計
原子吸收分光光度法又稱原子吸收光譜法。所謂原子吸收就是指氣態(tài)自由原子,對于同種原子發(fā)射出來的特征光譜輻射具有吸收現(xiàn)象,將這種原子吸收現(xiàn)象應(yīng)用到化學(xué)定量分析,首先必須將試樣溶液中的待測元素原子化,同時還要有一個強(qiáng)度穩(wěn)定的光源,給出同樣原子光譜輻射,使之通過一定的待測元素原子區(qū)域,從而測出其消光值,然后根據(jù)消光值對標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度關(guān)系曲線,計算出試樣中待測元素的含量
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1 定量分析的理論依據(jù)
原子吸收共振線的強(qiáng)度和蒸汽中原子濃度的關(guān)系,與分光光度法中分子溶液對光的吸收規(guī)律相似,一束平行的,輻射強(qiáng)度為Pof,頻率為f的光,投射到長度為L的火焰中,火焰吸收均勻,若通過火焰后的光強(qiáng)度為Pf,則在頻率為f時的吸收系數(shù)K可由下式表示:
Pf=Pof*e-KfL,Kf與f的關(guān)系即為吸收線的輪廓,在很大程度上它決定于火焰的溫度和吸收原子周圍的壓力,吸收線的半寬是指吸收系數(shù)為大值一半時的輪廓寬度,吸收與原子濃度之間有以下關(guān)系:∫Kfdf =e2Noff/mc,式中Kf為吸收系數(shù),c為光速,e為電子電荷,m為電子質(zhì)量,2Nof為單位體積內(nèi)進(jìn)行吸收的原子數(shù),f為振子強(qiáng)度,是指每個原子可能吸收光源能量的平均電子數(shù)。由于原子吸收線的寬度非常狹窄,約為十分之幾納米,因此要準(zhǔn)確求得積分吸收系數(shù)是非常困難的,同時還要求單色儀必須具有千分之幾納米的分辨率,這就超過了一般單色儀的工作能力,為此在實際應(yīng)用中,使用銳線光源測光吸收線中心位置的吸收系數(shù)(即大吸收系數(shù)K),用譜線寬度較原子吸收線更窄的光源,如空心陰極燈發(fā)出的光,能夠測定原子蒸汽的吸收系數(shù)K0,在化學(xué)分析中,為求得基態(tài)原子數(shù)N的比較值,只需要測定吸光度A,不必精確求得K0,K0與原子濃度N有線性關(guān)系,即:
K0=KN,A=0.4343K0L=K′N,上式說明原子吸光度與原子蒸汽濃度有直線關(guān)系,由此可見原子吸收中的銳線光源是定量分析的基礎(chǔ)。
2 主要部件及功能
原子吸光法是利用原子蒸汽能夠吸收該元素本身特征波長的現(xiàn)象,來進(jìn)行化學(xué)分析的一種方法,此法將試樣的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)樵诱羝?,再測量原子蒸汽對特征波長輻射的吸收,通過比較標(biāo)準(zhǔn)樣與試樣吸收值來測定試樣中元素的濃度。
原子吸收分光光度計包括以下部件,現(xiàn)將各部件的功能簡述如下:
2.1 穩(wěn)定的銳線光源
它可以發(fā)射待測元素的共振線。光源一般由待測元素制成具有空心陰極的燈,燈的發(fā)射光經(jīng)電調(diào)制或切光器調(diào)制成交流,再由放大器解調(diào)并檢出,使之與火焰的直流輻射相區(qū)別。
2.2 原子化器
它使溶液轉(zhuǎn)化為原子蒸汽,常用的有火焰和石墨爐倆種,火焰中常用的是空氣-乙炔火焰,高溫元素用氧化亞氮-乙炔火焰。
2.3 單色器
起分離共振線的作用,使共振線聚焦于光電倍增管上。
2.4 光電倍增管
它可以檢出入射光能量強(qiáng)度,其后接放大器和讀出裝置。
2.5 放大器
它將光電倍增管發(fā)出的信號通過解調(diào)放大,轉(zhuǎn)換成對數(shù)信號,提供給記錄系統(tǒng),這一環(huán)節(jié)包括解調(diào)燈信號放大、對數(shù)轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、量程擴(kuò)展和曲線校直等部分。
2.6 記錄系統(tǒng)
包括電表讀數(shù)、記錄儀、數(shù)字顯示、數(shù)字打印和電傳打字等。
操作時先吸收空白溶液于火焰中,將儀器調(diào)零,這時對應(yīng)空心陰極燈所發(fā)射出來的光為100%,即吸光度為0(A=0),當(dāng)噴入含有待測元素溶液時,部分光被吸收,這時光強(qiáng)度減弱表頭記錄吸光度值A(chǔ),用待測元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,由此可以求出未知試樣中該元素的含量。
3 分類
原子吸收分光光度計的分類比較復(fù)雜,從儀器外光路結(jié)構(gòu)形式分類,可以分為單道單光束、單道雙光束和雙道雙光束三種,從原子化系統(tǒng)可以分為火焰原子化和無火焰原子化倆大類,從儀器功能上看,又可分為不扣除背景和智能化儀器三類,現(xiàn)將一些常見儀器類型介紹如下:
3.1 火焰型儀器
1)單道單光束儀器
“單道”是指儀器只有一個光源,一個單色器,一個顯示系統(tǒng),每次只能測一種元素。“單光束”是指從光源中發(fā)出的光僅以單一光束的形式通過原子化器、單色器和檢測系統(tǒng).單道單光束原子吸收分光光度計光學(xué)系統(tǒng),如圖1所示。
圖1 單道單光束原子吸收分光光度計光學(xué)系統(tǒng)示意圖
這類儀器簡單,操作方便,體積小,價格低,能滿足一般原子吸收分析的要求。其缺點是不能消除光源波動造成的影響,基線漂移。國產(chǎn)WYX-1A、WYX-1B、WYX-1C、WYX-1D等WYX系列和360、360M、360CRT系列等均屬于單道單光束儀器。
2)單道雙光束儀器(圖略)
3)雙道雙光束儀器
雙道雙光束型儀器有兩個光源,兩套獨立的單色器和檢測顯示系統(tǒng)。但每一光源發(fā)出的光都分成兩個光束:一束為樣品光束,通過原子化器;一束為參比光束,不通過原子化器。這類儀器可以同時測定兩種元素,能消除光源強(qiáng)度波動的影響及原子化系統(tǒng)的干擾,準(zhǔn)確度高,穩(wěn)定性好,但儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。儀器光學(xué)系統(tǒng)如圖2所示。
圖2 雙道雙光束型儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖
4)雙道單光束儀器
圖3 雙道單光束型儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖
“雙道單光束”是指儀器有兩個不同的光源,兩個單色器,兩個檢測顯示系統(tǒng),而光束只有一路。兩種不同元素的空心陰極燈發(fā)射出不同波長的共振發(fā)射線,兩條譜線同時通過原子化器,被兩種不同元素的基態(tài)原子蒸氣吸收,利用兩套各自獨立的單色器和檢測器,對兩路光進(jìn)行分光和檢測,同時給出兩種元素的檢測結(jié)果。這類儀器一次可同時測定兩種元素,并可進(jìn)行背景吸收的扣除。這類儀器型號有日本島津AA-8200型和AA-8500型等。儀器光學(xué)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。 此外,還有多道雙光束型儀器,可用來對三種或三種以上元素進(jìn)行同時測定,目前美國PE公司推出的SIM6000多元素同時分析原子吸收光譜儀,以新型四面體中階梯光柵取代普通光柵單色器,獲取二維光譜。以光譜響應(yīng)的固體檢測器替代光電倍增管取得了同時檢測多種元素的理想效果。
3.2 無火焰原子化型儀器
1)高溫石墨爐原子化裝置儀器
2)低溫原子化裝置儀器
3.3 塞曼效應(yīng)扣背景儀器
1)光源調(diào)制型儀器
2)吸收線調(diào)制型儀器
3.4 自吸效應(yīng)背景校正儀器(略)