原子吸收光譜法的應用及干擾排除

摘要：原子吸收光譜法是一種常用的元素（重金屬）分析法，具有靈敏度高、選擇性強和操作簡便等特點。介紹了原子吸收光譜法的理論基礎和技術特點，分析了檢測過程中發生背景吸收、化學、電離、基體、發射、吸收和噪聲等干擾的原因并提出消除方法，還開展了原子吸收光譜儀常見故障分析。

關鍵詞：原子吸收光譜法 干擾消除 故障分析

原子吸收光譜法（AAS）是一種基于待測基態原子對特征譜線的吸收而建立的一種分析方法，是測定痕量和超痕量元素的有效方法。1953年，Walsh博士發明銳線光源，1954年全球第一臺原子吸收儀在澳大利亞誕生，1955年，Walsh的論文《原子吸收光譜在化學中的應用》奠定了原子吸收光譜法的應用基礎[1，2]。20世紀60年代初，PerkinElmer和Varian公司先后推出商品化原子吸收光譜儀，原子吸收技術進入迅速發展時期。目前，商品化原子吸收光譜儀的生產廠家主要有PerkinElmer、Varian、Jena、Thermo和Unicam等。

1 原子吸收光譜法的原理及技術特點

1.1 基本原理 對于每種元素來說，它的原子核周圍都有特定數量的電子，每種原子常見的和最穩定的軌道結構稱為基態，當原子獲得一定能量后其外層電子被激發到不穩定的形態，即激發態。激發態原子是很不穩定的，最終將會返回到基態，同時發射出一定波長的電磁波。原子吸收是指氣態自由原子對同種原子發射出的特征波長光的吸收現象，原子吸收光譜法是基于樣品蒸氣中被測元素的基態原子，對光源發出的該種元素的共振發射線的吸收程度大小進行定量分析方法，其波長區域在近紫外和可見光區。

1.2 原子吸收光譜法的應用 原子吸收光譜儀也稱原子吸收分光光度計，常見的有單光束和雙光束兩種類型，主要由光源、原子化器、分光系統、檢測器、數據處理及顯示系統等5個部分組成。它主要用于測定各類樣品中的微量、痕量金屬元素，如水質分析、環境監測、生命科學研究、農林科學、地質普查、食品商檢、醫療衛生、藥檢、冶金和石油化工等領域，在部分領域已被列入標準分析方法。

①優點：檢出限低，靈敏度高；選擇性好，精密度高；光譜干擾少，準確度高；可測元素多（70多種），操作簡便，應用范圍廣。②局限性：測定W、Ta、Zr等高溫元素不如發射光譜法，不能同時測定多種元素，測定復雜基體樣品中的微量元素時易受主要成分影響，火焰在紫外區存在一定程度的自吸現象。

環境監測中常見重金屬的火焰原子吸收測定參數詳見表1。

2 原子吸收光譜測定中的干擾及其消除

原子吸收光譜法是一種干擾很少的技術，在實驗室檢測過程中，通常存在的干擾有背景吸收、化學干擾、電離干擾、基體干擾、發射干擾、吸收干擾及噪聲干擾等七類[3，4]，消除或補償這些干擾的方法如下。

2.1 背景吸收 產生原因：火焰中離子對光的散射，未分解的混合物分子對光的吸收。背景吸收特異性較差（區別于特征吸收），可在很寬波長范圍內觀察到。消除方法：連續光源法（氘燈、碘鎢燈），自吸收法，塞曼效應校正法。

2.2 化學干擾 化學干擾是指對于被測元素形成自由原子的干擾。消除方法：調節燃燒器高度，使用更高溫度火焰；加入釋放劑或保護劑；協調標液與樣液的組成（讓標準液與樣液所含的無機酸種類和濃度相同），如：測定鈣時改用笑氣-乙炔火焰，或加入一定量的硝酸鑭溶液消除磷酸根的干擾。

2.3 電離干擾 電離干擾是指火焰提供的能量使待測元素外層電子脫離原子，降低了基態原子數量。消除方法：加入電離抑制劑，使用低溫火焰，調節燃燒器高度，如：測定肥料中鉀時加入電離電位更低的硝酸鑭或硝酸銫溶液。

2.4 基體干擾 產生原因：樣品的物理性質（溫度、濃度、粘度、表面張力、燃燒性質等）與標液物理性質相差過大。消除方法：使樣液、標液、空白液的組分相匹配，加入基體改進劑，標準物添加法。

2.5 發射干擾 發射干擾產生于空心陰極燈，包括被測元素本身各條發射線間的影響，即當樣品濃度很高時，其他發射信號落在使用的光譜通帶內。消除方法：減小狹縫寬度，增加等電流，稀釋樣品，改用溫度較低的火焰。

2.6 吸收干擾 吸收干擾指樣品中某共存元素的吸收波長落在待測元素的吸收線帶寬內就會引起吸收干擾，使測定結果偏高。消除方法：減小狹縫寬度，選擇次靈敏線，降低原子化溫度，選擇適當背景校正方式。

2.7 噪聲干擾 噪聲指測量信號（吸光度）隨時間的波動，如白噪聲、閃爍噪聲、漂移噪聲和分立頻率噪聲，光源、原子化器、檢測器等都有可能成為噪聲來源。白噪聲：主要指由光源及其與檢測器的相互作用產生的散粒噪聲，延長測量時間或增加發射譜線強度可有效降低吸光度的RSD。閃爍噪聲和漂移：低頻部分占主要成分，變化較慢，采用調制（光源或樣品）法可克服，但必須保證調制頻率遠大于噪聲變化頻率。分立頻率噪聲有時具有周期性，有時則不固定，可以找出儀器設計或工作環境方面的原因進行消除，或對數據進行統計處理。

3 原子吸收光譜儀常見故障分析

3.1 基線偏移 靜態基線漂移。這是光源系統和檢測系統故障，方法：首先查明儀器是否受潮，放置吸潮硅膠，儀器通電去潮，一段時間后儀器會逐漸正常；任何電磁感應都會使儀器產生漂移；用示波器檢查“同步解調控制電路”檢測點的波形，并與標準波形比較，如果波形異常，應調整使之正常。點火基線漂移。這是靜態基線漂移或原子化系統故障，方法：排除靜態基線漂移；檢查毛細管有無堵塞和“氣泡”，廢液排放是否暢通和霧室內有無積水；氣源壓力不穩和燃燒器預熱不夠均會引起漂移；檢查波長是否調準。

3.2 精密度變差 這是典型的分離頻率噪聲。方法：點火狀態下吸入純水或稀酸幾分鐘，沖走堵塞毛細管雜質，或用銅絲清除雜物，甚至可將霧化器拆卸后清洗；此外，空氣和乙炔不純或壓力不穩、試液基體濃度過高、燃燒器縫積炭也會引起讀數不穩定。

3.3 標準曲線線性差 陰極燈老化或使用高的燈電流引起分析譜線的衰弱擴寬，應及時更換光源燈或調低燈電流；狹縫過寬，使通過的分析譜線超過一條，可減小狹縫寬度；測定樣品的濃度太大，高濃度溶液在原子化器中生成的基態原子不成比例，使校準曲線產生彎曲，應縮小測量濃度范圍或用靈敏度較低的分析譜線。

4 原子吸收光譜分析法發展趨勢

AAS的發展大致分為三個方面：一是原子化方式的改進，二是背景校正方式的變化，三是聯用技術。激光光源和激光原子化技術的開發，將為微區分析和薄膜分析提供新方法。GC、LC高效分離技術的引入，拓展了AAS在痕量、超痕量分析領域內的應用空間。流動注射與AAS聯用技術的應用，實現了基體復雜的元素，如As、Se等的測定。配合物、多元配合物與AAS的結合提高了檢測靈敏度，大大拓展了AAS的應用范圍。隨著理論研究的深入與技術的不斷進步，在不久的將來可能會出現更高分辨率、使用連續光源的原子吸收光譜儀。

參考文獻：

[1]葉憲曾，張新祥，等.儀器分析教程（第二版）[M].北京：北京大學出版社，2007.

[2]李昌厚.原子吸收分光光度計儀器及其應用的最新進展[J].生命科學儀器，2006，4（8）：3-8.

[3]張揚祖.原子吸收光譜分析技術應用基礎[M].上海：華東理工大學出版社，2007.

[4]汪雨，陳舜琮，楊嘯濤.連續光源原子吸收光譜法的研究進展及應用[J].冶金分析，2011，31（2）： 38-47.

作者簡介：

袁作友（1972-），男，重慶潼南人，本科，工程師，主要從事儀器分析和資產管理工作。endprint