实验室光谱仪器--原子吸收光谱仪的原子化介绍
原子化器的功能是提供能量,使试样干燥,蒸发和原子化。 待测组分转变为基态原子—关键步骤。主要有火焰原子化器、非火焰原子化器(最常用的为石墨炉电热原子化器)、化学原子化法等。
一、火焰原子化器
主要由三部分组成,雾化器、雾化室(混合室)和燃烧器(常用欲混合型燃烧器)。
(1)雾化器
同心式气动雾化器应用最广。作用—将试液变成细雾,雾粒越细越多,在火焰中生成的基态自由原子越多。工作原理为高压助燃气以高速通过毛细管外壁与喷嘴间隙时,在毛细管出口处的尖端形成负压区,从而将待测试液沿毛细管吸入并被高速气流分散成许多小雾粒。特点为雾化效率高,稳定,气溶胶粒度细,分布范围窄,适应性好。
(2)雾化室(混合室)
由撞击球、扰流器、燃气入口和废液排出口组成。去除大雾滴,使雾粒与燃气、助燃气均匀混合,缓冲稳定混合气体压力,使火焰稳定,脱溶形成气溶胶。
(3)燃烧器
其作用是产生火焰,使进入火焰的气溶胶蒸发和原子化。最常用的是单缝燃烧器。其特点为原子化效率高,噪声小,火焰稳定,燃烧安全。使用时要调节高度,选择适宜的火焰原子化区。调整角度,以改变吸收光程,扩大测量元素含量范围。调整燃烧器狭峰(燃烧器缝宽和缝长,应根据所用燃料来决定)以获得合适的通带宽度。燃烧器中火焰应有足够高的温度,能有效地蒸发和分解试样,并使被测元素原子化。此外,火焰应稳定、背景发射和噪声低、燃烧安全。
二、管式石墨炉原子化器
管式石墨炉原子化器由加热电源、保护气控制系统和石墨管状炉三部分组成。
加热电源供给原子化器能量,电流通过石墨管产生高热高温,最高温度可达到3000℃。
保护气控制系统是控制保护气的,仪器启动,保护气Ar流通,空烧完毕,切断Ar气流。外气路中的Ar气沿石墨管外壁流动,以保护石墨管不被烧蚀,内气路中Ar气从管两端流向管中心,由管中心孔流出,以有效地除去在干燥和灰化过程中产生的基体蒸气,同时保护已原子化了的原子不再被氧化。
在原子化阶段,停止通气,以延长原子在吸收区内的平均停留时间,避免对原子蒸气的稀释。
石墨管为电阻发热体,在大电流下,产生高达3000℃左右的温度,使被测元素原子化。
石墨炉原子化法具有试样原子化效率高,不被稀释;原子在吸收区域平均停留时间长,灵敏度比火焰法高;炉加热后,由于有大量碳存在,还原气氛强;有利于亲氧元素还原为金属提高原子化效率;温度可调,如有低温蒸发干扰元素,可以在原子化温度前分馏除去;样品用量少,并且可以直接固体进样;原子化温度可以自由调节,因此可以根据元素的原子化温度不同,选择控制温度;工作安全,便于自动化等优点。
不过样品基体蒸发和石墨管本身的氧化也会产生分子吸收,石墨管等固体粒子还会使光散射,背景吸收大,要使用背景校正器校正;管壁能辐射较强的连续光,噪声大;石墨管本身的温度不均匀(功率反馈温度控制系统),控制加入样品的位置(平台技术的应用),温度对于精度影响大,装置复杂。
三、化学原子化法
化学原子化法是利用化学反应将被测元素的化合物还原成气态原子,或被还原成易挥发的氢化物,再导入火焰中原子化。有冷原子化法:元素(Hg)和氢化物原子化法等方式。
(1)氢化物原子化方法
在酸性介质中,与强还原剂硼氢化钠反应生成气态氢化物。原子化温度700~900 ゜C ;主要应用于:As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素。
例:
AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 +4NaCl+4HBO2+13H2
将待测试样在专门的氢化物生成器中产生氢化物, AsH3热力学上是不稳定的,在900℃温度下就能分解析出自由As原子,实现快速原子化。再送入原子化器中检测。
其特点为原子化温度低,灵敏度高(对砷、硒可达10-9g),基体干扰和化学干扰小 。
(2)冷原子化法
主要应用于各种试样中Hg元素的测量。将试样中的汞离子用SnCl2或盐酸羟胺、硼氢化钠完全还原为金属汞后,用气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体测量管中,吸收由汞灯发出的特征波长辐射,进行吸光度测量。
其特点为常温测量,灵敏度高(可达10-8g汞);准确度好,干扰小。
来源:
原子吸收光谱测量方法AAS
