一、原子吸收分光光度計的結構原子吸收光譜分析儀(原子吸收分光光度計)包括四大部分:光源、原子化係統、分光係統、檢測係統。
(一)光源
光源的作用是輻射待測元素的特征光譜(實際輻射的是共振線和其他非吸收譜線),以供測量用,為了獲得較高的靈敏度和準確度,所使用的光源必須滿足如下要求:
(1)能輻射銳線,即發射線的半寬度比吸收線的半寬度窄得多,否則測出的不是峰值吸收係數。
(2)能輻射待測元素的共振線。
(3)輻射的光強度必須足夠大,穩定性要好。
空心陰極燈(Hollow cathode lamp)能夠滿足上述要求,是一種理想的銳線光源,應用最廣泛。
普通空心陰極燈是一種氣體放電管,它包括一個陽極(鎢棒)和一個空心圓筒形陰極,兩電極密封於充有低壓惰性氣體、帶有石英窗(或玻璃窗)的玻璃管中。
其陰極用金屬或合金製成陰極襯套,用以發射所需的譜線,空穴內再襯入或熔入所需金屬(待測元素)。當陰極材料隻含一種元素為單元素燈,含多種元素的物質可製成多元素燈。當給空心陰極燈一適當電壓時,可發射所需特征譜線。
為了避免光譜幹擾,製燈時必須用純度較高的陰極材料或選擇適當的內充氣體。
空心陰極燈的光強度與燈的工作電流有關。增大燈的工作電流,可以增加發射強度。但工作電流過大,會產生自蝕現象而縮短燈的壽命,還會造成燈放電不正常,使發射光強度不穩定。但如果工作電流過低,又會使燈光強度減弱,導致穩定性、信噪比下降。因此使用空心陰極燈時必須選擇適當的燈電流。最適宜的燈電流隨陰極元素和燈的設計不同而變化。
空心陰極燈在使用前應經過一段時間預熱,使燈的發射強度達到穩定。預熱的時間長短視燈的類型和元素的不同而不同,一般在5~20min範圍內。
空心陰極燈具有下列優點:隻有一個操作參數(即電流),發射的譜線穩定性好,強度高而譜線寬度窄,並且燈也容易更換。其缺點是每測一種元素,都要更換相應的待測元素的空心陰極燈。
(二)原子化係統
原子化係統是原子吸收光譜儀的核心。原子化係統的作用是將試樣中的待測元素轉變成基態原子蒸氣。待測元素由化合物離解成基態原子的過程,稱為原子化過程。
目前,使試樣原子化的方法有火焰原子化法和無火焰原子化法兩種。火焰原子化法具有簡單,快速,對大多數元素有較高的靈敏度和檢測極限等優點,因而至今使用仍是最廣泛的。無火焰原子化技術具有較高的原子化效率、靈敏度和檢測極限,因而發展很快。
1.火焰原子化裝置
例如要測定樣品液中鎂的含量,先將試液噴射成霧狀進入燃燒火焰中,含鎂鹽的霧滴在火焰溫度下,揮發並離解成鎂原子蒸氣。再用鎂空心陰極燈作光源,它輻射出具有波長為285.2nm鎂特征譜線的光,當通過一定厚度的鎂原子蒸氣時,部分光被蒸氣中基態鎂原子吸收而減弱。通過單色器和檢測器測得鎂特征譜線光被減弱的程度,即可求得試樣中鎂的含量。
火焰原子化裝置包括霧化器和燃燒器兩部分。
(1)霧化器霧化器的作用是將試液霧化,其性能對測定的精密度及測定過程中的化學幹擾等產生顯著影響。因此要求噴霧穩定,霧滴微小而均勻和霧化效率高。目前普遍采用的是氣動同軸型霧化器,其霧化效率可達10%以上。
在毛細管外壁與噴嘴口構成的環形間隙中,由於高壓助燃氣(空氣、氧、氧化亞氮等)以高速通過,造成負壓區,從而將試液沿毛細管吸入,並被高速氣流分散成溶膠(即成霧滴)。為了減小霧滴的粒度,在霧化器前幾毫米處放置一撞擊球,噴出的霧滴經節流管,碰在撞擊球上,進一步分散成細霧。
(2)燃燒器 試液霧化後進入預混合室(也稱霧化室),與燃氣(如乙炔、丙烷、氫等)在室內充分混合,其中較大的霧滴凝結在壁上,經預混合室下方廢液管排出,而最細的霧滴則進入火焰中。
(3)火焰 原子吸收光譜分析,測定的是基態原子,而火焰原子化法是使試液變成原子蒸氣的一種理想方法。化合物在火焰溫度的作用下經曆蒸發、幹燥、熔化、離解、激發和化合等複雜過程。在此過程中,除產生大量遊離的基態原子外,還會產生很少量激發態原子、離子和分子等不吸收輻射的粒子,這些粒子是需要盡量設法避免的。關鍵的問題是要控製好火焰的溫度,隻要能使待測元素離解成遊離的基態原子就可以了,如果超過所需的溫度,激發態原子將增加,基態原子減少,使原子吸收的靈敏度下降。但如果溫度過低,對某些元素的鹽類不能離解,也使靈敏度下降。