原子吸收分光光度計(jì)的原理和應(yīng)用

原理

原子吸收分光光度計(jì)又稱原子吸收光譜儀，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(jì)算出試樣中待測元素的含量 。它能夠靈敏可靠地測定微量或痕量元素。

組成與分類

原子吸收分光光度計(jì)一般由四大部分組成，即光源(單色銳線輻射源)、試樣原子化器、單色儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(包括光電轉(zhuǎn)換器及相應(yīng)的檢測裝置)。

原子化器主要有兩大類，即火焰原子化器和電熱原子化器?；鹧嬗卸喾N火焰，目前普遍應(yīng)用的是空氣-乙炔火焰。電熱原子化器普遍應(yīng)用的是石墨爐原子化器，因而原子吸收分光光度計(jì)，就有火焰原子吸收分光光度計(jì)和帶石墨爐的原子吸收分光光度計(jì)。前者原子化的溫度在2100℃~2400℃之間，后者在2900℃~3000℃之間。

火焰原子吸收分光光度計(jì)，利用空氣-乙炔測定的元素可達(dá)30多種，若使用氧化亞氮-乙炔火焰，測定的元素可達(dá)70多種。但氧化亞氮-乙炔火焰安全性較差，應(yīng)用不普遍?？諝?乙炔火焰原子吸收分光光度法，一般可檢測到PPm級(10)，精密度1%左右。國產(chǎn)的火焰原子吸收分光光度計(jì)，都可配備各種型號的氫化物發(fā)生器(屬電加熱原子化器)，利用氫化物發(fā)生器，可測定砷(As)、銻(Sb)、鍺(Ge)、碲(Te)等元素。一般靈敏度在ng/ml級(10)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差2%左右。汞(Hg)可用冷原子吸收法測定。

火焰法可測元素70余種

鋰（Li）， 鈉（Na），銣（Rb），銫（Cs），Be，鎂（Mg），鈣（Ca），鍶（Sr），鋇（Ba）, 鈧（Sc）, 鑭（La）Y, Ti, 鋯（Zr）, Hf, V, Nb, Ta, 鉻（Cr）, 鉬（Mo）, W, 錳（Mn）, Tc, 梾（Re）, 鐵（Fe）, Ru, Os, 鈷（Co）, 銠（Rh），lr，鎳（Ni），鈀（Pd），鉑（Pt），銅（Cu），銀（Ag），金（Au），鋅（Zn），鎘（Cd），汞（Hg），B（鵬），鋁（Al），（Ga），銦（In），Tl，硅（Si），Ge，意（Sn），鉛（Pb），磷（P），砷（As），（Sb），鉍（Bi），鈧（Se），Te，鈰 Ce，Th，鐠（Pr），釹（Nd），Sm， Eu， Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，镥（Lu），U

氫化物法可測元素

Ge，As，Se，Sn，Sb，Te，Hg，Pb，Bi

石墨爐原子吸收分光光度計(jì)，可以測定近60余種元素。石墨爐法，進(jìn)樣量少，靈敏度高，有的元素也可以分析到pg/mL級。

石墨爐法可測元素60余種

Li，Na，K, Rb，Cs，Be，Mg，Ca，Sr，Ba, Sc, Y, La, Ti, V, Cr, Mo, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh ， lr，Ni，Pd，Pt，Cu，Ag，Au，Zn，Cd，Hg，B，Al，Ga，In，Tl，Si，Ge，Sn，Pb，P，As，Sb，Bi，Se，Te，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，U

元素在熱解石墨爐中被加熱原子化，成為基態(tài)原子蒸汽，對空心陰極燈發(fā)射的特征輻射進(jìn)行選擇性吸收。在一定濃度范圍內(nèi)，其吸收強(qiáng)度與試液中被測元素的含量成正比。其定量關(guān)系可用郎伯-比耳定律，A= -lg I/I0= -lgT = KCL ，式中I為透射光強(qiáng)度;I0為發(fā)射光強(qiáng)度;T為透射比;L為光通過原子化器光程(長度)，每臺儀器的L值是固定的;C是被測樣品濃度;所以A=KC。

利用待測元素的共振輻射，通過其原子蒸汽，測定其吸光度的裝置稱為原子吸收分光光度計(jì)。它有單光束，雙光束，雙波道，多波道等結(jié)構(gòu)形式。其基本結(jié)構(gòu)包括光源，原子化器，光學(xué)系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。它主要用于痕量元素雜質(zhì)的分析，具有靈敏度高及選擇性好兩大主要優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種氣體，金屬有機(jī)化合物，金屬醇鹽中微量元素的分析。但是測定每種元素均需要相應(yīng)的空心陰極燈，這對檢測工作帶來不便。

應(yīng)用

原子吸收光譜分析現(xiàn)已廣泛用于各個分析領(lǐng)域，主要有四個方面:理論研究;元素分析;有機(jī)物分析;金屬化學(xué)形態(tài)分析

1. 理論研究中的應(yīng)用:

原子吸收可作為物理和物理化學(xué)的一種實(shí)驗(yàn)手段，對物質(zhì)的一些基本性能進(jìn)行測定和研究。電熱原子化器容易做到控制蒸發(fā)過程和原子化過程，所以用它測定一些基本參數(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)。用電熱原子化器所測定的一些有元素離開機(jī)體的活化能、氣態(tài)原子擴(kuò)散系數(shù)、解離能、振子強(qiáng)度、光譜線輪廓的變寬、溶解度、蒸氣壓等。

2. 元素分析中的應(yīng)用:

原子吸收光譜分析，由于其靈敏度高、干擾少、分析方法簡單快速，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生化、地質(zhì)、冶金、食品、環(huán)保等各個領(lǐng)域，目前原子吸收已成為金屬元素分析的強(qiáng)有力工具之一，而且在許多領(lǐng)域也作為標(biāo)準(zhǔn)分析方法。 原子吸收光譜分析的特點(diǎn)決定了它在地質(zhì)和冶金分析中的重要地位，它不僅取代了許多一般的濕法化學(xué)分析，而且還與X- 射線熒光分析，甚至與中子活化分析有著同等的地位。目前原子吸收法巳用來測定地質(zhì)樣品中70多種元素，并且大部分能夠達(dá)到足夠的靈敏度和很好的精密度。鋼鐵、合金和高純金屬中多種痕量元素的分析現(xiàn)在也多用原子吸收法。 原子吸收在食品分析中越來越廣泛。食品和飲料中的20多種元素也有滿意的原子吸收分析方法。生化和臨床樣品中必需元素和有害元素的分析現(xiàn)已采用原子吸收法。有關(guān)石油產(chǎn)品、陶瓷、農(nóng)業(yè)樣品、藥物和涂料中金屬元素的原子吸收分析的文獻(xiàn)報道近些年來越來越多。水體和大氣等環(huán)境樣品的微量金屬元素分析已成為原子吸收分析的重要領(lǐng)域之一。 利用間接原子吸收法尚可測定某些非金屬元素。

3. 有機(jī)物分析中的應(yīng)用:

利用間接法可以測定多種有機(jī)物。8- 羥基喹啉(Cu)、醇類(Cr)、醛類(Ag)、酯類(Fe)、酚類(Fe)、聯(lián)乙酰(Ni)、酞酸(Cu)、脂肪胺(co)、氨基酸(Cu)、維生素C(Ni)、氨茴酸(Co)、雷米封(Cu)、甲酸奎寧(Zn)、有機(jī)酸酐(Fe)、苯甲基青霉素(Cu)、葡萄糖(Ca)、環(huán)氧化物水解酶(PbO、含鹵素的有機(jī)化合物(Ag)等多種有機(jī)物，均通過與相應(yīng)的金屬元素之間的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)而間接測定。

4. 金屬化學(xué)形態(tài)分析中的應(yīng)用:

通過氣相色譜和液體色譜分離然后以原子吸收光譜加以測定，可以分析同種金屬元素的不同有機(jī)化合物。例如汽油中5種烷基鉛，大氣中的5種烷基鉛、烷基硒、烷基胂、烷基錫，水體中的烷基胂、烷基鉛、烷基揭、烷基汞、有機(jī)鉻，生物中的烷基鉛、烷基汞、有機(jī)鋅、有機(jī)銅等多種金屬有機(jī)化合物，均可通過不同類型的光譜原子吸收聯(lián)用方式加以鑒別和測定。

火焰原子化法和石墨爐原子化法的優(yōu)缺點(diǎn)

火焰原子化法的優(yōu)點(diǎn)是:火焰原子化法的操作簡便，重現(xiàn)性好，有效光程大，對大多數(shù)元素有較高靈敏度，因此應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是:原子化效率低，靈敏度不夠高，而且一般不能直接分析固體樣品;

石墨爐原子化器的優(yōu)點(diǎn)是: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，試樣用量少，適用于難熔元素的測定。缺點(diǎn)是:試樣組成不均勻性的影響較大，測定精密度較低，共存化合物的干擾比火焰原子化法大，干擾背景比較嚴(yán)重，一般都需要校正背景。