淺析原子吸收分光光度計無法調零的原因及解決辦法

摘要：本文主要分析了如何解決原子吸收分光光度計無法調零現(xiàn)象的解決方法，并在此中心上比較深入地介紹了原子吸收分光光度計的構造及相關組成部分的主要元器，意在更清楚、全面地了解和深入認識故障發(fā)生所依賴的因素。結合儀器原理和構造，分析了造成儀器中無法調零現(xiàn)象的不同故障原因，并對各原因進行了比較詳細的解說和故障排除辦法。

關鍵詞：原子吸收分光光度計 儀器維修 調零

1 概述

原子吸收分光光度計(Atomic Absorption Spectrometry ， AAS)是在20世紀50年代中期出現(xiàn)并逐漸發(fā)展起來的一種新型儀器分析方法，是基于蒸氣相中被測元素的基態(tài)原子對其原子共振輻射的吸收強度來測定試樣中被測元素含量的一種方法。

早在1802年，W.H.Wollaston在研究太陽連續(xù)光譜時，就發(fā)現(xiàn)太陽連續(xù)光譜中出現(xiàn)暗線。1817年J.Fraunhofer在研究太陽連續(xù)光譜時，再次發(fā)現(xiàn)這些暗線，由于當時尚不了解產(chǎn)生這些暗線的原因，于是就將這些暗線稱為Fraunhofer線。1859年，G.Kirchhoff與R.Bunson在研究堿金屬和堿土金屬的火焰光譜時，發(fā)現(xiàn)鈉蒸氣發(fā)出的光通過溫度較低的鈉蒸氣時，會引起鈉光的吸收，并根據(jù)鈉發(fā)射線和暗線在光譜中位置相同這一事實，斷定太陽連續(xù)光譜的暗線，這是太陽外圍的鈉原子對太陽光譜的鈉輻射吸收的結果。

但是，原子吸收光譜作為一種實用的分析方法在20世紀50年代中期開始的，在1953年，由澳大利亞的瓦爾西（A. Walsh）博士發(fā)明銳性光源（空心陰極燈），1954年全球第一臺原子吸收在澳大利亞由Walsh的指導下誕生，在1955年瓦爾西（A. Walsh）博士的著名論文“原子吸收光譜在化學中的應用”奠定了原子吸收光譜法的基礎。20世紀50年代末期一些公司先后推出原子吸收光譜商品儀器，發(fā)展了Walsh的設計思想。到了60年代中期，原子吸收光譜開始進入迅速發(fā)展的時期。

原子吸收光譜由許多優(yōu)點：檢出限低，火焰原子吸收可達ng.ml級，石墨爐原子吸收法可達到10-10-10-11g;準確度高，火焰原子吸收的相對誤差<1%，石墨爐原子吸收法的約為3%-5%；選擇性好，大多數(shù)情況下共存元素對被測元素不產(chǎn)生干擾；分析速度快，應用范圍廣，能夠測定的元素多達70多個。

2 原子吸收光譜儀的組成

原子吸收光譜儀主要包括五大部分：

2.1 光源——空心陰極燈

輻射源是一只空心陰極燈，借以激發(fā)火焰中的游離原子。該燈管發(fā)出其陰極材料及充填氣體（氖或氬）所特有的狹窄光譜線。由一個中空陰極（由一種元素或其它化合物制成）和一個環(huán)形陽極組成，外有玻璃管密封，其中充填氬氣或氖氣管內壓力減至7.5×10-3Pa。選用的充填氣體可減低光譜干擾。對于在紫外線中是有共振波長的元素材料，需用石英作為窗口材料，而對于其它元素則可用硅硼玻璃。電極上加上150-750伏的電壓（陽極正和陰極負之間），使充填氣體電離，并使氣體離子加速運轉，撞擊陰板，從中釋放出原子霧，（此過程稱為“濺射”）。這團原子霧受氣體離子撞擊后，進一步被激發(fā)而處于高能態(tài)，待其返回基態(tài)時就可發(fā)射特定的波長。

陰極和陽極的設計要求是可以產(chǎn)生穩(wěn)定的受控放電，可以產(chǎn)生很狹窄的線性輸出。因為空心陰極燈的輸出光束與燈電流成正比，所以微小的電流變化即可使光束發(fā)生變化，因此燈電流須精確控制。增大燈電流可減少放大器的增益，從而改善信噪比。

2.2 原子發(fā)生器

要產(chǎn)生原子吸收，必須將原子導入激發(fā)光束成為“游離”原子。通常是在原子可發(fā)生化學鍵合并形成溶劑化物中的一種溶液進行分析的。要形成游離必須將溶劑驅除，并使化學鍵斷裂而成為游離狀態(tài)。

火焰原子發(fā)生器由三部分構成，即噴霧器、霧化室、和燃燒器。整個裝置必須能使液體分散成氣溶狀態(tài)，選擇所需霧滴大小（排除過大的液滴），并能將樣品輸送到燃燒器，使之形成原子態(tài)。這種裝置便是原子吸收儀器的心臟。如果輸至火焰的液滴過大，那么原子在“游離出來”發(fā)生吸收作用之前即已損失。

2.3 光學系統(tǒng)：單色器

單色器是能將復合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶，由入射狹縫和出射狹縫、準直鏡、色散元件（光柵）和聚焦裝置（透鏡或凹面反射鏡）組成。

2.4 檢測器（光電倍增管）

最常用的是峰響應在185-9

00nm范圍的廣域光電倍增管。空心陰極燈的發(fā)光是調制編碼的，使電子流與該過程同步，以保證只能檢測具有同樣頻率的光。

光電倍增管是在普通光電管中引入具有二次電于發(fā)射特性的倍增電極——打拿極組合而成，倍增電極間的電位逐級增高，相鄰兩倍增電極的電位約為90V，當輻射照射光陰極時，產(chǎn)生的電子受第一級倍增電極正電位作用，加速并撞擊到該電極上，產(chǎn)生二次電子發(fā)射，這些二次發(fā)射電子在第二級倍增電極作用又被加速并撞擊到該電極上，產(chǎn)生二次電子發(fā)射，這樣繼續(xù)下去，經(jīng)多級放大的電子最后收集到陽極上。產(chǎn)生的電流再進行放大和測量，由于光電流逐級倍增，光電倍增管具有很高的靈敏度，特別適合于弱輻射能的檢加。一般光電倍增管的倍增電極可達11-14級，每個光子可產(chǎn)生106-107個電子。

3 故障剖析與排除處理

由原子吸收分光光度計整機方框圖可知儀器的調零是信號的輸出直接反饋到輸入當中使得曲線函數(shù)計算參量發(fā)上變化，系統(tǒng)輸出參比電壓為零。儀器無法調零或調零后數(shù)字漂浮很大有電路系統(tǒng)的原因，但更多的是外部參數(shù)的隨時間變化，所以對檢查儀器零點不穩(wěn)可分以下步驟進行排查：

3.1 光源故障

3.1.1 空心陰極燈老化

如果空心陰極燈發(fā)光強度明顯不穩(wěn)或初始檢查時，更換質量好的燈后問題解決（如沒相同元素燈可用其它元素燈替換，但要進行相應的波長選擇或尋峰檢查），則可判定空心陰極燈變壞，應給予更換。

3.1.2 燈電壓不穩(wěn)

①插頭接觸不良：檢查空心陰極燈插座固與插槽是否插接牢，有無松動現(xiàn)象，如有則更換或做相應修理。②外部電壓供電不穩(wěn)：如果發(fā)現(xiàn)室內照明燈有明顯閃動，或經(jīng)檢測市壓漂浮過大時，則應檢查外供電線路是否有接觸不良現(xiàn)象或暫時性電壓不穩(wěn)，供電平穩(wěn)后故障解除。③空心陰極燈供電板供電不穩(wěn)：老式原子吸收（如WFX—110型）應檢查±15V直流電壓是否穩(wěn)定，及儀器中間后背箱中穩(wěn)流板是否正常工作（可先觀察板中是否有已嚴重變壞的元器件，如觀察不出則應通過萬用表檢測輸出），如不正常視情況更換已損壞元器件或整體更換該板。

3.2 原子發(fā)生器故障

3.2.1 火焰不穩(wěn)

觀察檢測作業(yè)時火焰有忽高忽低，出現(xiàn)缺口等癥狀。

①助燃氣（空氣）、乙炔供氣不穩(wěn) 觀察助燃氣（空氣）調節(jié)器玻璃管中浮球的漲落情況，如果浮球漂浮則供氣不穩(wěn)，則應檢查助燃氣（空氣）管路是否通暢、高壓穩(wěn)壓空氣罐中氣壓是否穩(wěn)定，并給予相應解決；查看乙炔壓力表壓力是否充足，不足則應更換乙炔或進行相應處理。

②霧化效果差

a毛細管堵塞：拔下燃燒頭檢查霧化效果是否正常，如果沒有霧化汽或霧化汽時大時小，則應檢查霧化器毛細管是否有堵塞現(xiàn)象，疏通毛細管(堵住霧化口反吹或用長的針絲從外面吸液的一端捅入，直至把里面的雜物捅出)，問題解決。b霧化器損壞：拔下燃燒頭發(fā)現(xiàn)霧化效果差（大顆粒水珠明顯增多）則應判斷霧化器可能損壞，卸下霧化器，發(fā)現(xiàn)霧化器內管破損，應給予更換。c燃燒頭有鋸齒：拔下燃燒頭，觀察燃燒頭燈縫處是否有齒痕，如有則應用過濾紙或硬薄片清理修整至光滑。d燃燒頭局部有水珠堵塞：停火后，發(fā)現(xiàn)燃燒頭局部有水珠，用濾紙等清理干凈即可。

3.2.2 燃燒頭高度不合適

一般情況下光束在離燃燒器小于4mm以下時火焰穩(wěn)定性最差，干擾大，對紫外吸收強，但吸收靈敏度高。光束在離燃燒器4-6mm時，火焰穩(wěn)定性好，干擾小，靈敏度較高。光束離燃燒器6-12mm時，干擾最小，對外吸收也不強，但靈敏度低。

所以一般情況下要求選擇光束離燃燒器4—6mm處，如發(fā)現(xiàn)光束照射高度不對應進行調整。

3.2.3 無水封或廢液排除不暢

檢查排放廢液的管道是否通暢，管道末端是否至于液面3cm以下，如不是則要進行疏通或調整。

3.3 檢測器（光電倍增管）故障

由于此項故障較前面幾項更復雜且精密，所以在排除前面所有問題后問題還不能解決才進行此項檢查。

3.3.1 外部電壓供電不穩(wěn)

如3.1.2 燈電壓不穩(wěn)①中所闡述的方法進行分析、排除。

3.3.2 光電倍增管老化

由于光電管的損壞從表面上看不出，且從檢查輸出信號是否正常（原理：一定濃度標樣下輸出信號方式固定不變）來判斷不如更換好的檢查較方便，所以對光電管位置進行標定后更換質量好的光電管從而判定是否光電管損壞。

3.3.3 負高壓電板供電不穩(wěn)

老式原子吸收（如WFX—110型）應檢查±15V直流電壓源輸出是否穩(wěn)定，再檢查高壓輸出部分輸出是否穩(wěn)定，如已損壞則應更換。新式版的其基本構造不會有太大改變，只是電壓的高低和布局發(fā)生了變化。

4 結語

儀器由于是一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，可以說牽一發(fā)而動全身，故儀器故障檢修一般應遵循先簡單后復雜，先表象后內部性能測試的過程，以期待用最少的時間準確而又快速地查找出問題的根源。但一個問題的出現(xiàn)可能是綜合了幾個相關環(huán)節(jié)的因素作用而產(chǎn)生的，這使得檢查問題的癥結所在更為復雜。只有準確、深入地了解儀器本身各個分立系統(tǒng)的功能與結構、性能，才能做出更為準確的判斷，否者只能是一團迷霧不知所以，或碰巧修好了也只能是治標不治本。只有不斷地探索和總結才有可能取得不斷地提高。

參考文獻：

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