氣相分子吸收光譜由光源系統、進樣系統、反應系統、分光系統和光電檢測系統及計算機控制系統構成。
1、光源
光源的作用是提供輻射能,供待測分子吸收,根據市場儀器統計,主要使用兩種光源:空心陰極燈與氘燈。
空心陰極燈(hollow cathode lamp , HCL)又稱元素燈,是最常用的銳線光源,HCL是一種低壓氣體放電管,其結構如圖:
圖1 空心陰極燈
它是由一個空心圓筒狀的陰極和一個陽極構成。陰極空心圓筒內底襯入被測定元素的純金屬、合金或化合物。陽極為鎢棒,上面裝有鈦絲或鉭片作吸氣劑,吸收燈內少量雜質氣體(如氫氣、氧氣、二氧化碳等)。兩電極密封于充有低壓惰性氣體(幾百帕壓力的Ar或Ne)帶有石英窗的玻璃殼內。在電場作用下,充氖氣的空心陰極燈發射出橙紅色光,充氫氣燈發射出淡紫色光,便于調整外光路。陰極端面上有云母屏蔽罩,可以阻止陰極外壁的放電,使放電集中在陰極腔內。
放電機理:在電場作用下,空心陰極燈開始輝光放電。空心陰極燈發射出的電子高速奔向陽極,并與燈內填充的惰性氣體原子發生碰撞,使其電離,產生的正離子又在電場的作用下加速向陰極撞擊,使空心陰極內襯的金屬物質發生陰極濺射。這些被濺射出來的原子蒸氣與其他粒子(電子、離子、原子)相互碰撞而被激發,于是陰極發射出元素特征光譜。
供電方式:空心陰極燈的供電電壓一般為300~500V,燈電流為1~20mA。
氘燈,充有高純氘氣,能輻射出160~400 nm連續光譜的熱陰極弧光放電燈。氘燈電源提供可調頻率脈沖控制氘燈供電的開閉,使氘燈高速斷續發光,其發光強度要比連續發光的能量高得多,通過獨有的技術控制光源漂移,可使燈的壽命延長。
2、反應系統
氣相光譜可實現對水質中的氨氮、總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和硫化物的測量通過發生氧化還原反應,將對應的待測物質轉換成對應的氣體(〖NO〗_2、NO、H_2 S),利用氣液分離裝置將水溶液中的被測成分轉化成氣體分子,從而使被測溶液中轉為氣相進入測量系統,反應系統中,需要保證化學反應的條件一致,并且增加干燥除濕裝置,以保證進入檢測位置時為干燥氣體。
3、分光系統
氣相光譜儀的分光系統可以分為兩部分,即外光路和單色器。外光路其實由透鏡和光源組成,保證透過光聚焦于單色器的入射狹縫。
單色器(monochromator)也成內光路,它包括入射狹縫、光柵、凹面反射鏡和出射狹縫,這些元件均密閉在一個防塵、防潮的金屬暗箱內。單色器的作用是將待測元素的吸收線與鄰近譜線分開。為了便于測量,由單色器出射狹縫進入檢測器的透過光必須有一定的出射強度。一般情況下,單色器的入射狹縫與出射狹縫的寬度是相等的,在0.01~2mm之間。在實際工作中,往往通過選擇適合的光譜通帶來選用狹縫寬度。光譜通帶(spectral band pass)與狹縫寬度的關系用下式表示:
W=D×S
式中W是光譜通帶(nm),D是倒線色散率(nm?nm-1),S是出射狹縫寬度(nm)。可見單色器的光譜通帶是指單色器的出射光束波長區間的寬度,應根據共振線的譜線強度和儀器的分辨率要求,選擇適當的光譜通帶。在共振線無鄰近干擾線的前提下,盡可能選擇較大的光譜通帶,以增大信噪比,提高測定的靈敏度。
4、光電檢測系統
主要是光電倍增管,將待測光信號轉換成電信號,并對信號進行放大。
光電倍增管具有很高的光電轉換效率和信噪比,光電倍增管建立在 外光電效應、二次電子發射和電子光學理論基礎上,結合了高 增益、低噪聲、高頻率響應和大信號接收區等特征,是一種具有極高靈敏度和超快時間響應的光敏電真空器件,可以工作在紫外、可見和近紅外區的光譜區。