實驗室光譜儀器原子吸收光譜儀的原子化介紹

原子化器的功能是提供能量,使試樣干燥,蒸發和原子化。 待測組分轉變為基態原子—關鍵步驟。主要有火焰原子化器、非火焰原子化器(最常用的為石墨爐電熱原子化器)、化學原子化法等。 

一、火焰原子化器

主要由三部分組成,霧化器、霧化室(混合室)和燃燒器(常用欲混合型燃燒器)。

(1)霧化器

同心式氣動霧化器應用最廣。作用—將試液變成細霧,霧粒越細越多,在火焰中生成的基態自由原子越多。工作原理為高壓助燃氣以高速通過毛細管外壁與噴嘴間隙時,在毛細管出口處的尖端形成負壓區,從而將待測試液沿毛細管吸入并被高速氣流分散成許多小霧粒。特點為霧化效率高,穩定,氣溶膠粒度細,分布范圍窄,適應性好。

(2)霧化室(混合室)

由撞擊球、擾流器、燃氣入口和廢液排出口組成。去除大霧滴,使霧粒與燃氣、助燃氣均勻混合,緩沖穩定混合氣體壓力,使火焰穩定,脫溶形成氣溶膠。

(3)燃燒器

其作用是產生火焰,使進入火焰的氣溶膠蒸發和原子化。最常用的是單縫燃燒器。其特點為原子化效率高,噪聲小,火焰穩定,燃燒安全。使用時要調節高度,選擇適宜的火焰原子化區。調整角度,以改變吸收光程,擴大測量元素含量范圍。調整燃燒器狹峰(燃燒器縫寬和縫長,應根據所用燃料來決定)以獲得合適的通帶寬度。燃燒器中火焰應有足夠高的溫度,能有效地蒸發和分解試樣,并使被測元素原子化。此外,火焰應穩定、背景發射和噪聲低、燃燒安全。

二、管式石墨爐原子化器

管式石墨爐原子化器由加熱電源、保護氣控制系統和石墨管狀爐三部分組成。

加熱電源供給原子化器能量,電流通過石墨管產生高熱高溫,最高溫度可達到3000℃。

保護氣控制系統是控制保護氣的,儀器啟動,保護氣Ar流通,空燒完畢,切斷Ar氣流。外氣路中的Ar氣沿石墨管外壁流動,以保護石墨管不被燒蝕,內氣路中Ar氣從管兩端流向管中心,由管中心孔流出,以有效地除去在干燥和灰化過程中產生的基體蒸氣,同時保護已原子化了的原子不再被氧化。

在原子化階段,停止通氣,以延長原子在吸收區內的平均停留時間,避免對原子蒸氣的稀釋。

石墨管為電阻發熱體,在大電流下,產生高達3000℃左右的溫度,使被測元素原子化。

石墨爐原子化法具有試樣原子化效率高,不被稀釋;原子在吸收區域平均停留時間長,靈敏度比火焰法高;爐加熱后,由于有大量碳存在,還原氣氛強;有利于親氧元素還原為金屬提高原子化效率;溫度可調,如有低溫蒸發干擾元素,可以在原子化溫度前分餾除去;樣品用量少,并且可以直接固體進樣;原子化溫度可以自由調節,因此可以根據元素的原子化溫度不同,選擇控制溫度;工作安全,便于自動化等優點。不過樣品基體蒸發和石墨管本身的氧化也會產生分子吸收,石墨管等固體粒子還會使光散射,背景吸收大,要使用背景校正器校正;管壁能輻射較強的連續光,噪聲大;石墨管本身的溫度不均勻(功率反饋溫度控制系統),控制加入樣品的位置(平臺技術的應用),溫度對于精度影響大,裝置復雜。

三、化學原子化法

化學原子化法是利用化學反應將被測元素的化合物還原成氣態原子,或被還原成易揮發的氫化物,再導入火焰中原子化。有冷原子化法:元素(Hg)和氫化物原子化法等方式。

(1)氫化物原子化方法

在酸性介質中,與強還原劑硼氫化鈉反應生成氣態氫化物。原子化溫度700~900 ゜C ;主要應用于:As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素。

例:

            AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 +4NaCl+4HBO2+13H2

將待測試樣在專門的氫化物生成器中產生氫化物, AsH3熱力學上是不穩定的,在900℃溫度下就能分解析出自由As原子,實現快速原子化。再送入原子化器中檢測。

其特點為原子化溫度低,靈敏度高(對砷、硒可達10-9g),基體干擾和化學干擾小 。

(2)冷原子化法

主要應用于各種試樣中Hg元素的測量。將試樣中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺、硼氫化鈉完全還原為金屬汞后,用氣流將汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體測量管中,吸收由汞燈發出的特征波長輻射,進行吸光度測量。

其特點為常溫測量,靈敏度高(可達10-8g汞);準確度好,干擾小。

來源:

原子吸收光譜測量方法AAS