原子吸收分光光度計(jì)與普通的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)節(jié)本相同，只是光源用空心陰極燈光源代理連續(xù)光源，用原子化器代替了吸收池，所以原子吸收分光光度計(jì)主要由：光源，原子化器，單色器以及檢測(cè)系統(tǒng)和記錄顯示系統(tǒng)幾部分組成（如下圖）。
1.光源
光源的功能是發(fā)射被測(cè)元素基態(tài)原子所吸收的特征共振輻射。對(duì)光源的基本要求是:發(fā)射輻射的波長(zhǎng)半寬度要明顯小于吸收線的半寬度、輻射強(qiáng)度足夠大、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)。
(1)空心陰極燈
空心陰極燈的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
空心陰極燈有一個(gè)由被測(cè)元素材料制成的空腔形陰極和一個(gè)鎢制陽(yáng)極。陰極內(nèi)徑約為2mm，放電集中在較小的空間內(nèi)，可得到高輻射強(qiáng)度。陰極和陽(yáng)極密封在帶有光學(xué)窗口的玻璃管內(nèi)，內(nèi)充惰性氣休，根據(jù)所需透過(guò)輻射波長(zhǎng)，光學(xué)窗口在370nm以下用石英，370nm以上用普通光學(xué)玻璃。
空心陰極燈是一種特殊輝光放電裝置，放電主要集中在陰極腔內(nèi)，當(dāng)在兩極上加上200~500V電壓時(shí)，陰極發(fā)出的電子在電場(chǎng)作用下被加速，在飛向陽(yáng)極的過(guò)程中，與載氣的原子碰撞并使之電離。荷正電的載氣離子又從電位差獲得動(dòng)能，轟擊陰極表面，將陰極材料的原子從晶格中濺射出來(lái)。濺射出來(lái)的原子再與電子、原子、離子等碰撞而被激發(fā)，發(fā)出被測(cè)元素特征的共振線。在這個(gè)過(guò)程中，同時(shí)還有載氣的譜線產(chǎn)生。燈內(nèi)填充氣壓較低，一般為399.9~798.9Pa，陰極濺射的金屬蒸氣密度相對(duì)于大氣壓下氣體放電而言，也是很低的，因此，譜線的碰撞變寬被限制到了很小程度。燈的工作電流較小，一般為幾毫安至20mA，因此陰極溫度和氣休放電溫度都不很高，譜線的多普勒變寬可控制得很小。所以空心陰極燈是一種實(shí)用的銳線光源;缺點(diǎn)是測(cè)一種元素?fù)Q一個(gè)燈，使用非常不方便。
(2)多元素空心陰極燈多元素?zé)艟褪窃陉帢O內(nèi)含有兩種或兩種以上不同元素，點(diǎn)燃時(shí)，陰極負(fù)輝區(qū)能同時(shí)輻射出兩種或多種元素的共振線，只要更換波長(zhǎng)，就能在一個(gè)燈上同時(shí)進(jìn)行幾種元素的測(cè)定。缺點(diǎn)是輻射強(qiáng)度、靈敏度、壽命都不如單元素?zé)簦M合越多，光譜特性越差，譜線干擾也大。
2.原子化器
原子化器的功能是將試樣轉(zhuǎn)化為所需的基態(tài)原子。被測(cè)元素由試樣溶液中轉(zhuǎn)入氣相，并解離為基態(tài)原子的過(guò)程，稱(chēng)為原子化過(guò)程。
實(shí)現(xiàn)原子化的方法有兩種:火焰原子化法和無(wú)火焰原子化法。
(1)火焰原子化法實(shí)現(xiàn)火焰原子化的原子化器有兩種，即全消耗型和預(yù)混合型。全消耗型原子化器系將試液直接噴人火焰;預(yù)混合型原子化器泡括霧化器、霧化室和燃燒器三部分，霧化器將試液霧化并使霧滴均勻化，然后冉噴人火焰中。一般儀器多采用預(yù)混合型。
霧化器的作用是使試液霧化。目前普遍采用同心形霧化器，目前普遍采用同心型霧化器，多用特種不銹鋼或聚四氟乙烯塑料制成，其中的毛細(xì)管多用貴金屬的合金制成，能耐腐蝕。當(dāng)高壓載氣(助燃?xì)?以高速通過(guò)時(shí)，在毛細(xì)管外壁與噴嘴口構(gòu)成的環(huán)形間隙中形成負(fù)壓區(qū)，從而將試液沿毛細(xì)管吸入，并被高速氣流分散成霧滴，經(jīng)節(jié)流管碰在撞擊球上，進(jìn)一步被分散成細(xì)霧。末被細(xì)微化的霧滴在霧化室內(nèi)凝結(jié)為液珠，沿排泄管排出;細(xì)霧則在室內(nèi)與燃?xì)獬浞只旌喜⑦M(jìn)入燃燒器。燃燒器的功用是形成火焰，使進(jìn)入火焰的微粒原子化，常用的燃燒器是單縫型噴燈，縫長(zhǎng)有5cm和10cm兩種。預(yù)混合型原子化器的優(yōu)點(diǎn)是，進(jìn)人火焰的微粒均勻且細(xì)微，在火焰中可瞬吋原子化，形成的火焰穩(wěn)定性好，有效吸收光程長(zhǎng);缺點(diǎn)是試樣利用效率較低，一般約為10%，試液濃度高時(shí)，試樣在霧化室壁宥沉積，產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)。
試樣霧滴在火焰中，經(jīng)蒸發(fā)、干燥、離解(還原)等過(guò)程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。火焰燃燒的速度影響火焰穩(wěn)定性和操作安全，而火焰溫度會(huì)影響化合物的蒸發(fā)和分解。火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多，但同時(shí)也可能會(huì)產(chǎn)生干擾。因此，在保證待測(cè)元素充分離解為基態(tài)原子的前提下，盡量采用低溫火焰。
火焰溫度取決于燃?xì)馀c助燃?xì)忸?lèi)型，根據(jù)燃?xì)馀c助燃?xì)獾谋壤煞譃槿N類(lèi)型:
①化學(xué)計(jì)量火焰(中性火焰），溫度高，干擾少，火焰穩(wěn)定，背景低，實(shí)驗(yàn)中常用;
②貧燃火焰(氧化性火焰），助燃?xì)舛啵鹧鏈囟鹊停趸詺釳，適用于堿金屬測(cè)定;
③復(fù)燃火焰(還原性火焰），燃?xì)舛啵紵煌耆m合測(cè)定較易形成難熔氧化物的元素(Mo、Cr、稀土等)的測(cè)定。
空氣-乙炔火焰最為常用，最高溫度為2600K，能測(cè)35種元素。乙炔-氧化亞氮火焰也較為常用。不同火焰的溫度如表所示。
(2)無(wú)火焰原子化法
在無(wú)火焰原子化法中，有石墨爐法、冷蒸氣發(fā)生原子化法及氫化物發(fā)生原子化法等。應(yīng)用最廣的原子化器是管式石墨爐原子化器。本質(zhì)上它是一個(gè)電加熱器，由電熱石墨爐及電源等部件組成。其功能是利用電能加熱盛放試樣的石墨容器，使之達(dá)到高溫，將供試品溶液干燥、灰化，再通過(guò)高溫原子化階段使待測(cè)元素形成基態(tài)原子。石墨爐是外徑為6mm、內(nèi)徑為4mm、長(zhǎng)度為53mm的石墨管，管兩端用銅電極夾住。樣品用微量注射器直接由進(jìn)樣孔注入石墨管中，通過(guò)銅電極向石墨管供電。石墨管作為電阻發(fā)熱休，通電后可達(dá)到2000~3000°C高溫，以蒸發(fā)試樣和使試樣原子化。銅電極周?chē)盟淅鋮s。蓋板蓋上后，構(gòu)成保護(hù)室，室內(nèi)通以惰性氣休氬氣或氮?dú)猓员Ｗo(hù)原子化了的原子不再被氧化，同時(shí)也可延長(zhǎng)石墨管的使用壽命。
原子化過(guò)程分為干燥、灰化(去除基休)、原子化、凈化(去除殘?jiān)┧膫€(gè)階段，待測(cè)元素在高溫下生成基態(tài)原子。
與火焰原子化法相比，石墨爐原子化的特點(diǎn)是，原子化在充有惰性保護(hù)氣的氣室內(nèi)，有利于還原性石墨介質(zhì)中進(jìn)行，有利于難熔氧化物的分解;取樣量小，通常同休樣品為0.1~10mg，液休樣品為1~50μl，試樣全部蒸發(fā)，原子在測(cè)定區(qū)的有效停留時(shí)間長(zhǎng)，幾乎全部樣品參與光吸收，絕對(duì)靈敏度高;排除了化學(xué)火焰中常常產(chǎn)生的被測(cè)組分與火焰組分之間的相互作用，減小了化學(xué)干擾;固體試樣與液休試樣均可直接應(yīng)用。由于取樣量小，試樣組成的不均勻性影響較大，測(cè)定精度不如火焰原子化法好;有強(qiáng)的背景;設(shè)備比較復(fù)雜，費(fèi)用較高。
氫化物發(fā)生原子化器由氫化物發(fā)生器和原子吸收池組成，可用于砷、硒、錫、銻等元素的測(cè)定，其功能是將待測(cè)元素在酸性介質(zhì)中還原成低沸點(diǎn)、易受熱分解的氫化物，再由載氣導(dǎo)入由石英管、加熱器等組成的原子吸收池，在吸收池中氫化物被加熱分解，并形成基態(tài)原子。
冷蒸氣發(fā)生原子化器由萊蒸氣發(fā)生器和原子吸收池組成，專(zhuān)門(mén)用于汞的測(cè)定。其功能是將供試品溶液中的汞離子還原成汞蒸氣，再由載氣導(dǎo)入石英原子吸收池進(jìn)行測(cè)定。
非火焰原子化法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，取樣量少，甚至可不經(jīng)過(guò)前處理直接進(jìn)行分析。但基體的影響比火焰法大，測(cè)定的精密度(5%?10% )比火焰法(1% )差。
3.單色器
單色器的作用是將所需的共振吸收線分離出來(lái)，由于原子吸收分光光度計(jì)采用銳線光源，吸收值測(cè)量采用瓦爾什提出的峰值吸收系數(shù)測(cè)定方法，吸收光譜本身也比較簡(jiǎn)單，因此對(duì)單色器分辨率的要求不是很高。單色器中的關(guān)鍵部件是色散元件，現(xiàn)多用光柵。為了阻止來(lái)自原子吸收池的所有輻射不加選擇地都進(jìn)入檢測(cè)器，單色器通常配置在原子化器以后的光路中。
4.檢測(cè)系統(tǒng)
檢測(cè)系統(tǒng)主要由檢測(cè)器、放大器、對(duì)數(shù)變換器、指示儀表所組成。檢測(cè)器多為光電倍增 管和穩(wěn)定度達(dá)0.01%的負(fù)高壓電源組成，工作波段大多在190~900nm之間。
標(biāo)簽:
原子吸收分光
