實(shí)驗(yàn)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(fā)和原子化。 待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)原子—關(guān)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(xué)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(dòng)霧化器應(yīng)用最廣。作用—將試液變成細(xì)霧,霧粒越細(xì)越多,在火焰中生成的基態(tài)自由原子越多。工作原理為高壓助燃?xì)庖愿咚偻ㄟ^毛細(xì)管外壁與噴嘴間隙時(shí),在毛細(xì)管出口處的尖端形成負(fù)壓區(qū),從而將待測試液沿毛細(xì)管吸入并被高速氣流分散成許多小霧粒。特點(diǎn)為霧化效率高,穩(wěn)定,氣溶膠粒度細(xì),分布范圍窄,適應(yīng)性好。
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(2)霧化室(混合室)
由撞擊球、擾流器、燃?xì)馊肟诤蛷U液排出口組成。去除大霧滴,使霧粒與燃?xì)、助燃(xì)饩鶆蚧旌?緩沖穩(wěn)定混合氣體壓力,使火焰穩(wěn)定,脫溶形成氣溶膠。
(3)燃燒器
其作用是產(chǎn)生火焰,使進(jìn)入火焰的氣溶膠蒸發(fā)和原子化。最常用的是單縫燃燒器。其特點(diǎn)為原子化效率高,噪聲小,火焰穩(wěn)定,燃燒安全。使用時(shí)要調(diào)節(jié)高度,選擇適宜的火焰原子化區(qū)。調(diào)整角度,以改變吸收光程,擴(kuò)大測量元素含量范圍。調(diào)整燃燒器狹峰(燃燒器縫寬和縫長,應(yīng)根據(jù)所用燃料來決定)以獲得合適的通帶寬度。燃燒器中火焰應(yīng)有足夠高的溫度,能有效地蒸發(fā)和分解試樣,并使被測元素原子化。此外,火焰應(yīng)穩(wěn)定、背景發(fā)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(hù)氣控制系統(tǒng)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(chǎn)生高熱高溫,最高溫度可達(dá)到3000℃。
保護(hù)氣控制系統(tǒng)是控制保護(hù)氣的,儀器啟動(dòng),保護(hù)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(dòng),以保護(hù)石墨管不被燒蝕,內(nèi)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(chǎn)生的基體蒸氣,同時(shí)保護(hù)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(qū)內(nèi)的平均停留時(shí)間,避免對原子蒸氣的稀釋。
石墨管為電阻發(fā)熱體,在大電流下,產(chǎn)生高達(dá)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(qū)域平均停留時(shí)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(qiáng);有利于親氧元素還原為金屬提高原子化效率;溫度可調(diào),如有低溫蒸發(fā)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(jìn)樣;原子化溫度可以自由調(diào)節(jié),因此可以根據(jù)元素的原子化溫度不同,選擇控制溫度;工作安全,便于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。不過樣品基體蒸發(fā)和石墨管本身的氧化也會(huì)產(chǎn)生分子吸收,石墨管等固體粒子還會(huì)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(qiáng)的連續(xù)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(tǒng)),控制加入樣品的位置(平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用),溫度對于精度影響大,裝置復(fù)雜。
三、化學(xué)原子化法
化學(xué)原子化法是利用化學(xué)反應(yīng)將被測元素的化合物還原成氣態(tài)原子,或被還原成易揮發(fā)的氫化物,再導(dǎo)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(zhì)中,與強(qiáng)還原劑硼氫化鈉反應(yīng)生成氣態(tài)氫化物。原子化溫度700~900 ゜C ;主要應(yīng)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(chǎn)生氫化物, AsH3熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的,在900℃溫度下就能分解析出自由As原子,實(shí)現(xiàn)快速原子化。再送入原子化器中檢測。
其特點(diǎn)為原子化溫度低,靈敏度高(對砷、硒可達(dá)10-9g),基體干擾和化學(xué)干擾小 。
(2)冷原子化法
主要應(yīng)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(fā)出的特征波長輻射,進(jìn)行吸光度測量。
其特點(diǎn)為常溫測量,靈敏度高(可達(dá)10-8g汞);準(zhǔn)確度好,干擾小。
來源:
原子吸收光譜測量方法AAS
