原子吸收使用技巧

罗习文(陕西省地质矿产勘查开发局第一地质队实验室)

原则吸收是众所周知的仪器， 在很多化探样品及化学样品中都需要用它来测定。 其原理是：基于测量蒸汽中基态原子对特征电磁辐射（电磁辐射实际是空心阴极灯发射光子形成的辐射）的吸收，以测定各元素的方法。 同时吸收有选择性且条件不同，结果差异很大。

原子吸收服从朗伯定律：Itr＝I0e－kυb。 式中kυ 为原子蒸汽对频率为υ 的电磁辐射的吸收系数,b 为原子蒸汽厚度。

在通常的原子吸收光谱法的条件下， 吸收线的轮廓主要受多普勒变宽（原子无规则热运动产生多普勒效应而引起、又称热变宽）和劳伦兹变宽（吸收原子和其他粒子碰撞而产生的变宽）的影响。 多普勒变宽△υD 由下式决定：

υ0 中心普贤频率，T 为热力学文温度，Ar 为吸收原子的相对原子质量。 吸收原子是被测元素中的一部分原子， 在一定温度下，处于热力学平衡时，激发态与基态原子数之比服从波茨曼定律：

j 代表激发态，0 代表基态，N 代表原子数，P 代表统计权重，E 代表激发能，K 为波茨曼常数，T 为热力学温度。 原子吸收主要是对共振线的吸收，对共振线，电子从基态（E0 ＝0）跃迁至第一激发态。因此可得到激发态与基态原子数之比：Nj/N0 ＝( Pj/P0 )e－ Ej/kT ＝ ( Pj/P0 ) e－ hυ/kT 在原子光谱中， 对一定波长的谱线，Pj/P0 和Ej 都是已知值。 所以激发态与基态的比值主要取决于温度。

原子吸收光谱法的测定基础∶原子吸收理论上是测得积分吸收值,但在现阶段实际仪器分析工作中,都是通过测得吸收线中心频率的峰值吸收系数K0 ，来计算待测元素原子数，而K0 与谱线宽度有关。 而现在一般只考虑多普勒变宽，所以有：

e 为电子电荷，m 为电子质量，N 为单位体积原子蒸汽中吸收辐射的原子数，f 振子强度 （表示能被光源辐射激发的每个原子的平均电子数）。 在测定温度不变时，多普勒宽度是常数，对一定待测元素，f 也是常数， 在热激发温度低于3000K 的恒定温度下，峰值吸收系数K0与单位体积原子蒸汽中待测元素吸收辐射的原子数N 成正比。

前面提到Itr＝I0e－kυb对于一定待测元素来说，共振线的频率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 在实际测定中，一般是测定吸光度而不求峰值吸收系数K0。 将以上公式代入即得A＝kNb＝K'C

通过以上几个公式简述了原子吸收的原理， 发现温度的影响起到了决定性的作用。 同时我们还发现作为一个测试人员，主要能够改变的参数有一、 吸收程长度b (通过偏转燃烧头实现)二、改变和选择原子化温度（1，调节燃气比例。 2 调节燃烧器高度，当然高度不同，Nj/N0 也就不同）。 由于火焰各部位气体组成不同、燃烧反应进行程度不同、发热不同、散热不同、故各温度不同。 下面主要介绍改变原子化温度的两个方式：

1、 燃气比例调节

对于许多元素来说,为了达到最好的灵敏度,必须调节燃气与助燃气的比例以达到改变温度的目的. 下面是以2ug/ml 的Cr标液, 然后改变燃气比例测出的一组数据。

测定环境：温度33℃ 湿度56%仪器型号GGX－600 负高压320v 灯电流6mA

乙炔燃气(L/min) 助燃气(L/min) 吸光强度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

从以上这组数据不难看出，随着燃气比例的增加，吸光度非常明显的增加，灵敏度也变大。 当然助燃气大而不变的情况下，火焰会太高，稳定性就不好。 这时可以降低助燃气比例。 然后再调节燃气，主要是调节好二者的比例，得到合适的灵敏度。 在调节过程中我们需要检查零点， 如有需要还得重调由于火焰吸收随燃气比例而变引起的零点变动。

2、 燃烧器高度的调节

燃烧器高度位置，决定了火焰各部位的组成，是内焰还是外焰，亦或是两者之间的位置，我们都可以随意选择，位置不同，火焰温度不同，Nj/N0 也会不同。原则是得到自己最合适的信号。调节时先降低灯头到光路下方， 然后慢慢升高到刚好挡住光路为止，这可以从吸光度的变化看出来。 然后在吸入标液的同时再慢慢降低灯头， 可以得到各个高度的信号。 下面是以5ug/ml 的Cr标液做的一个实验

实验条件：温度33℃ 湿度56%仪器型号GGX－600 负高压320v 灯电流6mA

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

从以上数据可以看出，在8－10mm 高度时，灵敏度高，数据稳定。 所以我们在测定不同元素时可以根据自己需要选择合适的高度。

结语： 由于我们每个人测定的工作环境不同 （气体纯度、空气条件、机子性能不同，同厂家同型号的机子性能也不一定完全相同，机子使用时间、电压不稳等等未知的不同）。 所以这就要求我们每个测试人员能深刻理解工作原理，根据现场环境，选择最佳条件，得出最佳结果，而不是拿着别人的条件生搬硬套。 只有这样我们才能快速提高自己的业务水平。

1、 分析化学第四版（华东理工大学分析化学教研组等编）

2、 岩石矿物分析（地质出版社）

3、 原子吸收分析方法（光谱学与光谱分析编辑部，北京）