原子吸收使用技巧

羅習文(陜西省地質礦產勘查開發局第一地質隊實驗室)

原則吸收是眾所周知的儀器， 在很多化探樣品及化學樣品中都需要用它來測定。 其原理是：基于測量蒸汽中基態原子對特征電磁輻射（電磁輻射實際是空心陰極燈發射光子形成的輻射）的吸收，以測定各元素的方法。 同時吸收有選擇性且條件不同，結果差異很大。

原子吸收服從朗伯定律：Itr＝I0e－kυb。 式中kυ 為原子蒸汽對頻率為υ 的電磁輻射的吸收系數,b 為原子蒸汽厚度。

在通常的原子吸收光譜法的條件下， 吸收線的輪廓主要受多普勒變寬（原子無規則熱運動產生多普勒效應而引起、又稱熱變寬）和勞倫茲變寬（吸收原子和其他粒子碰撞而產生的變寬）的影響。 多普勒變寬△υD 由下式決定：

υ0 中心普賢頻率，T 為熱力學文溫度，Ar 為吸收原子的相對原子質量。 吸收原子是被測元素中的一部分原子， 在一定溫度下，處于熱力學平衡時，激發態與基態原子數之比服從波茨曼定律：

j 代表激發態，0 代表基態，N 代表原子數，P 代表統計權重，E 代表激發能，K 為波茨曼常數，T 為熱力學溫度。 原子吸收主要是對共振線的吸收，對共振線，電子從基態（E0 ＝0）躍遷至第一激發態。因此可得到激發態與基態原子數之比：Nj/N0 ＝( Pj/P0 )e－ Ej/kT ＝ ( Pj/P0 ) e－ hυ/kT 在原子光譜中， 對一定波長的譜線，Pj/P0 和Ej 都是已知值。 所以激發態與基態的比值主要取決于溫度。

原子吸收光譜法的測定基礎∶原子吸收理論上是測得積分吸收值,但在現階段實際儀器分析工作中,都是通過測得吸收線中心頻率的峰值吸收系數K0 ，來計算待測元素原子數，而K0 與譜線寬度有關。 而現在一般只考慮多普勒變寬，所以有：

e 為電子電荷，m 為電子質量，N 為單位體積原子蒸汽中吸收輻射的原子數，f 振子強度 （表示能被光源輻射激發的每個原子的平均電子數）。 在測定溫度不變時，多普勒寬度是常數，對一定待測元素，f 也是常數， 在熱激發溫度低于3000K 的恒定溫度下，峰值吸收系數K0與單位體積原子蒸汽中待測元素吸收輻射的原子數N 成正比。

前面提到Itr＝I0e－kυb對于一定待測元素來說，共振線的頻率υ是一定的，所以可以用K0代替Kυ即得Itr＝I0e－k0b即A＝lg I0/Itr ＝0.4343 K0b 在實際測定中，一般是測定吸光度而不求峰值吸收系數K0。 將以上公式代入即得A＝kNb＝K'C

通過以上幾個公式簡述了原子吸收的原理， 發現溫度的影響起到了決定性的作用。 同時我們還發現作為一個測試人員，主要能夠改變的參數有一、 吸收程長度b (通過偏轉燃燒頭實現)二、改變和選擇原子化溫度（1，調節燃氣比例。 2 調節燃燒器高度，當然高度不同，Nj/N0 也就不同）。 由于火焰各部位氣體組成不同、燃燒反應進行程度不同、發熱不同、散熱不同、故各溫度不同。 下面主要介紹改變原子化溫度的兩個方式：

1、 燃氣比例調節

對于許多元素來說,為了達到最好的靈敏度,必須調節燃氣與助燃氣的比例以達到改變溫度的目的. 下面是以2ug/ml 的Cr標液, 然后改變燃氣比例測出的一組數據。

測定環境：溫度33℃ 濕度56%儀器型號GGX－600 負高壓320v 燈電流6mA

乙炔燃氣(L/min) 助燃氣(L/min) 吸光強度1.5 6.0 0.0103 1.8 6.0 0.0270 2.0 6.0 0.0405 2.3 6.0 0.0550 2.5 6.0 0.0750

從以上這組數據不難看出，隨著燃氣比例的增加，吸光度非常明顯的增加，靈敏度也變大。 當然助燃氣大而不變的情況下，火焰會太高，穩定性就不好。 這時可以降低助燃氣比例。 然后再調節燃氣，主要是調節好二者的比例，得到合適的靈敏度。 在調節過程中我們需要檢查零點， 如有需要還得重調由于火焰吸收隨燃氣比例而變引起的零點變動。

2、 燃燒器高度的調節

燃燒器高度位置，決定了火焰各部位的組成，是內焰還是外焰，亦或是兩者之間的位置，我們都可以隨意選擇，位置不同，火焰溫度不同，Nj/N0 也會不同。原則是得到自己最合適的信號。調節時先降低燈頭到光路下方， 然后慢慢升高到剛好擋住光路為止，這可以從吸光度的變化看出來。 然后在吸入標液的同時再慢慢降低燈頭， 可以得到各個高度的信號。 下面是以5ug/ml 的Cr標液做的一個實驗

實驗條件：溫度33℃ 濕度56%儀器型號GGX－600 負高壓320v 燈電流6mA

原子化高度（mm） 15 14 13 12 10 8 5 3吸光強度 0.0260 0.0681 0.1175 0.1508 0.1750 0.1763 0.1567 0.1357

從以上數據可以看出，在8－10mm 高度時，靈敏度高，數據穩定。 所以我們在測定不同元素時可以根據自己需要選擇合適的高度。

結語： 由于我們每個人測定的工作環境不同 （氣體純度、空氣條件、機子性能不同，同廠家同型號的機子性能也不一定完全相同，機子使用時間、電壓不穩等等未知的不同）。 所以這就要求我們每個測試人員能深刻理解工作原理，根據現場環境，選擇最佳條件，得出最佳結果，而不是拿著別人的條件生搬硬套。 只有這樣我們才能快速提高自己的業務水平。

1、 分析化學第四版（華東理工大學分析化學教研組等編）

2、 巖石礦物分析（地質出版社）

3、 原子吸收分析方法（光譜學與光譜分析編輯部，北京）