实验室用火焰原子化器的结构
火焰原子化是利用化学火焰产生的热能蒸发溶剂解离分析物分子与产生被测元素的原子蒸气。火焰原子化器是开发最早、应用最广泛的原子化器。沃尔什和他的合作者在原子吸收光谱分析中使用的第一个原子化器就是空气一煤气化学火焰原子化器。火焰原子化法中,常用预混合型原子化器(使试样燃气助燃气在进入火焰之前预先混合均匀)。这种原子化器由雾化器、预混合室和燃烧器组成。
1.雾化器
雾化器是预混合型原子化器的关键部分,作用是将试液雾化,使之形成直径为微米级的气溶胶。要求喷雾稳定,产生雾珠要尽量微细和均匀(即雾化效率要高)单位时间内导入火焰的试样量要多(提升量要大),目前的商品仪器多采用气动同心雾化器。
气动同心雾化器由一根吸样毛细管和一只喷嘴组成,毛细管和喷嘴是同心的。喷嘴与吸样毛细管之间形成环形喷口,当达到音速的助燃气流由环形喷口高速喷出时,在吸样毛细管口形成负压,使试液由毛细管吸入从管口高速喷出形成雾珠,高速运动的雾珠碰到装在喷雾头末端的玻璃撞击球上,雾珠进一步细化而有利于原子化。原子吸收仪器都装有按标准配置的可调吸入量或固定吸入量的耐腐蚀喷雾器。
使用空气一乙炔火焰时,最适宜的吸入速度(提升量)为4～6mL/min。而在使用氧化亚氮一乙炔火焰时,通常以2～4mL/min为最佳吸入速度。玻璃撞击球的位置在出厂时已调整好,可最大限度地消除干扰,不得随意更改。
2.预混合室
预混合室一般作成圆筒状,内壁具有一定锥度,下面开有一个排液口。预混合室的作用是使雾珠进一步细微化并得到一个平稳的火焰环境。由于雾化器产生的雾珠有大有小,在预混合室中,较大的雾珠由于地球重力作用重新在室内凝结成大溶珠沿内壁流入排液口排出;小雾珠则在高速运动中蒸发除去大部分溶剂,形成进入火焰的微粒,在预混合室内与燃气均匀混合,减少了它们进入火焰时引起的火焰扰动。
如果有粗大颗粒进入燃烧器,不能迅速挥发,从而导致光线散射现象就会出现明显干扰,使火焰温度下降。预混合室具有一种将颗粒分类的作用,即排除大颗粒而均匀地将细微颗粒送入燃烧器。只有大小均匀的颗粒进入燃烧器,才能获得最佳灵敏度。
3.燃烧器
最常用的是单缝燃烧器,其作用是产生火焰,使进入火焰的气溶胶蒸发和原子化。因此,原子吸收分析的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,火焰应该稳定、背景发射和噪声低、燃烧安全。
被雾化的试液微粒与燃气、助燃气均匀混合后,在燃烧器上燃烧,由于火焰温度的作用,使雾珠干燥、熔融、蒸发、解离和原子化,产生大量的基态自由原子和少量激发态原子、离子和分子。为了防止燃烧器在高温下变形,燃烧器一般使用对样品污染最小的纯钛材料制成,其强度大、化学性能稳定而呈惰性。燃烧器上面有一条细窄的燃烧缝,缝宽与缝长根据使用的火焰性质来决定。火焰燃烧速度快的,使用较窄的燃烧缝;反之,对于燃烧速度慢的火焰,可以使用较宽的燃烧缝。如使用空气一乙炔火焰,缝长一般为100mm。燃烧器的燃烧口之所以制成缝状,一方面是为了获得较长的吸收光程,以保证原子吸收分析达到尽可能高的灵敏度;另一方面是为了避免火焰回火爆炸,保证操作安全。
