原子吸收光谱仪石墨炉的升温模式
1.斜坡升温与阶梯升温
斜坡升温是指施加于石墨管两端的电流电压或功率的大小随时间线性上升,且由两个参数决定,一是由起始温度T1和要求达到的T2,二是由T1到达T2所需的时间△t。一旦这两个参数选定,升温速率dT/dt也就确定了,dT/dt在数学上称斜率。在△T不变的情况下,随着所需的时间△t的增加dT/dt变小,即升温变得平缓;而所需的时间△t不变时,△T减小将使dT/dt变小,升温亦变得平缓。不同升温方式的效果是不同的,因为它与样品的性质和数量有关。
斜坡升温有以下优点:①避免干燥阶段中样品的溅散;②能有效地消除分子吸收的影响,较好地符合基体中每一组分的蒸发温度,③可以使一些用快速升温不能测定的元素被检测出来。例如在大量铜中测定镉。快速升温由于大量铜的分子吸收覆盖了微量镉的信号,不能测定镉;但在斜坡升温时,镉可被检测出来。
斜坡升温方式的最大优点是使石墨管缓慢平稳地逐渐上升到所要求的温度,对多组分复杂基体物质的蒸发分离除去十分有效。
斜坡升温程序可由一个或多个斜坡升温过程及过程之间的温度保持阶段组成的,是石墨炉原子化器的一种升温程序。
阶梯升温又称脉冲升温,与斜坡升温方式比较,由起始温度T1和要求达到的温度T2的时间△t,从理论上讲为零,实际△t不可能为零与斜坡升温相比是陡然升温,易引起石墨管中样品的飞溅,优点是升温速度快。阶梯升温程序由多个阶梯升温过程及过程之间的温度保持阶段组成,主要用在灰化阶段,使用时应充分考虑样品的状态,溶剂是否已除尽。否则,会使样品造成飞溅。
2.最大功率升温(快速升温)
早期的石墨炉电源加热石墨管时,施加于石墨管的功率是依据达到平衡以后的温度来确定的,即升温速率实际上与设定的温度有关,这就造成了石墨管的时间不等温性。后来的石墨炉电源改进了设计,将维持原子化温度和加热石墨管两个功能分开,石墨管的升温速率只取决于初始的加热功率,而与原子化温度无关。在电路上用一个大功率可控硅将二者分开,通电开始可控硅全导通,电源的最大电流加于石墨管上使之急速升温,若用时间控制的可控硅全导通时间△t后,其导通角立即被关小至预先设定的原子化温度的位置。石墨管由较高温度降至原子化温度并维持此即最大功率升温方式。若采用光学元件测定并控制石墨管的温度,可控硅全导通升温至设定的温度,其导通角立即被关小并维持;20世纪80年代前后,具有最大功率升温功能的石墨炉电源商品问世,随后又出现了具有光控最大功率升温的石墨炉电源;到了20世纪80年代后期,几乎所有的商品石墨炉仪器都具有了温度控制系统,使在原子化过程中石墨管的温度环境有了较大的改善,为石墨炉原子吸收分析法的应用和发展提供了有利的条件。通过50多个元素的分析比较得出结论:使用最大功率升温工作模式,能提高难熔元素的峰高测量的灵敏度,对热解石墨管效果尤其明显;使许多元素的最佳原子化温度降低,延长了石墨管的寿命和改善了分析精密度。光控最大功率升温技术将使这些长处得以充分发挥。
快速升温的升温速率可达2000℃/s以上。在原子化阶段,采用快速升温往往能使待测元素在极短的时间内实现原子化,以获得更高的瞬时峰值吸收信号。这种升温方式使用的有效原子化温度较低,可延长石墨管的寿命,对难熔元素有较高的灵敏度,但快速升温在干燥阶段可能使样品溅散和在灰化阶段引起灰化损失。
