引言

原子吸收光譜（AAS)法，又稱原子吸收分光光度法，是基于物質的原子蒸氣對同種原子發射的特征輻射（譜線）的吸收作用而建立起來的分析方法。分析過程：用（銳線光源）同種原子發射的特征輻射照射試樣溶液被霧化和原子化的原子蒸氣層，測量（特征輻射）透過的光強或吸光度，根據吸光度對濃度的關系計算試樣中被測元素的含量。

AAS可以測定70多種元素，具有準确度高、靈敏度高、選擇性好、抗幹擾能力強等優點，并且設備操作簡單、分析速度快。廣泛應用于地質、冶金、機械、化工、農業、食品、輕工、生物醫藥、環境保護、材料科學等各個領域。但是，AAS也有一定的局限性，對難熔元素、非金屬元素測定困難，對複雜樣品分析幹擾也較嚴重，且不能同時測定多元素。

原子吸收分光光度計基本構造示意圖

基本原理

一切物質的分子均由原子組成，原子由原子核與核外電子構成。原子核内有中子和質子，質子帶正電，核外電子帶負電，電子的數量和構型決定了該元素的物理和化學性質。當原子處于正常狀态時，每個電子趨向占有低能量的能級，這時原子所處的狀态叫基态(Eo)。當原子所處的環境發生變化，受到熱能、電能或光能的影響，原子中的電子吸收一定的能量，處于低能态的電子被激發躍遷到較高的能态，原子此時的狀态叫激發态(Eq)。

不同元素，包含的原子種類和分布情況不同，形成的波長和頻率也不同。因此，可運用原子中電子排列結構的差異性形成的光譜線，對不同的元素進行區分，并判斷元素的含量，形成元素強度與含量的譜線可以作為元素分析的依據。原子吸收光譜分析技術的應用，便是運用不同的元素形成的不同譜線，對其進行區分，獲得相應的檢測結果。

原子吸收光譜分析儀器的基本原理，是通過火焰、石墨爐等設備将待測樣本在高溫環境下變成原子蒸汽，再由光源燈将待測樣本的特征光線輻射到相應的環境下，與待測元素的原子蒸氣結合，發生光譜吸收的反應，按照元素的濃度和強度分别形成不同的光譜圖，經過儀器的光路分析系統，将每種不同的譜線區分開來，再運用光電轉換器将光信号轉變為電信号，由電路系統進行放大和處理，經過電腦對信息數據進行采集和分析，最後輸出分析結果。

原子吸收光譜原理圖

分析

定性依據

由于各元素的原子結構和外層電子的排布不同，不同元素的原子從基态激發至第一激發态（或由第一激發态躍回基态）時，吸收（或發射）的能量不同，因而各元素的共振吸收線具有不同的特征。

定量依據

光強度的變化符合比耳-朗伯定律（Beer-Lambert）：A = log (I0/ It) = abc，可進行定量分析。A∝c，其中A=吸光度，a=吸收系數，I0=初始光強，b=樣品在光路中的強度，It=透過光的強度，c=濃度。

分析方法

1、标準曲線法：标液配制。

标準曲線法原理示意圖

方法：設定條件，測定一系列已知濃度的樣品的吸光度數值，并作圖。在相同條件下，測定樣品的吸光度，由标準曲線求得樣品待測元素濃度。

注意事項：

①合适的濃度範圍；

②扣除空白；

③标樣和試樣的測定條件相同。

2、标準加入法：主要是為了克服标樣與試樣基體不一緻所引起的誤差（基體效應）。

标準加入法原理示意圖

方法：若試樣基體組成複雜，且基體成分對測定又有明顯幹擾，此時可采用标準加入法。取若幹份等量的試樣溶液，分别加入濃度不等的标準溶液，測定吸光度，由吸收曲線外推得到原始樣品濃度。

注意事項：

①須線性良好；

②至少四個點（在線性範圍内可用兩點直接計算）；

③隻消除基體效應，不消除分子和背景吸收；

④斜率小時誤差大。

3、内标法：

優點：消除氣體流量、進樣量、火焰濕度、樣品霧化率、溶液粘度以及表面張力等的影響，适于雙波道和多波道的AAS。

幹擾及其消除方法

1、物理幹擾

産生原因：試樣粘度、表面張力的不同使其進入火焰的速度或噴霧效率改變引起的幹擾。

消除方法：

①可通過控制試液與标準溶液的組成盡量一緻的方法來抑制。試樣組成不詳時，采用标準加入法。

②盡可能避免使用粘度大的硫酸來處理樣品；采用稀釋的辦法。

2、化學幹擾

産生原因：被測原子與共存元素發生化學反應生成難揮發的化合物所引起的幹擾，主要影響原子化效率，使待測元素的吸光度降低。有兩種類型：①待測元素與共存物質作用生成難揮發或難解離的化合物，緻使參與吸收的基态原子減少。②待測元素原子發生電離反應，生成離子，不産生吸收，總吸收強度減弱，電離電位≤ 6eV的元素易發生電離，火焰溫度越高，幹擾越嚴重。

消除方法：

①選擇合适原子化方法。提高原子化溫度，可使難解離的化合物分解；采用還原性強的火焰與石墨爐原子化法，可使難解離的氧化物還原、分解。

②加入釋放劑，與幹擾元素生成更穩定化合物使待測元素釋放出來。如磷酸鹽幹擾Ca，加入La或Sr時，可釋放出Ca。

③加入保護劑，使待測元素不與幹擾元素形成難揮發化合物，使待測元素被保護起來。保護劑大多是配合劑。

④加入基體改進劑。石墨爐原子化法，在試樣中加入基體改進劑，使其在幹燥或灰化階段與試樣發生化學變化，其結果可能增加基體的揮發性或改變被測元素的揮發性，以消除幹擾。

⑤化學分離法。當以上方法都不能消除化學幹擾時，隻好采用化學方法将待測元素與幹擾元素分離。常用的化學分離方法有溶劑萃取、離子交換和沉澱分離等。

3、電離幹擾

産生原因：高溫導緻原子電離，從而使基态原子數減少吸光度下降。

消除方法：加入消電離劑（主要為堿金屬元素化合物），産生大電子，從而抑制待測原子的電離。

4、光譜幹擾

産生原因：待測元素的共振線與幹擾物質譜線分離不完全，這類幹擾主要來自光源和原子化裝置。

消除方法：

①在分析線附近有單色器不能分離的待測元素的鄰近線，可以調小狹縫的方法來抑制這種幹擾。

②空心陰極燈内有單色器不能分離的幹擾元素的輻射，可以換用純度較高的單元素燈減小幹擾。

③燈的輻射中有連續背景輻射，可以用較小光譜通帶或更換燈。

制樣技術

樣品大緻可以分為無機固體樣品、有機固體樣品和液體樣品三大類。對試樣溶劑的要求：溶液要澄清、無懸浮物、穩定。溶液的酸堿度要求：酸度應該在0.1%以上，一般不要超過5%，盡可能标準溶液的酸度保持一緻。溶液介質：盡可能用鹽酸或硝酸溶液。

1、無機試樣的分解

①水溶解：可溶性無機物可直接用水溶液制成待測溶液，考慮到溶液的穩定性及與标準溶液的酸度一緻，往往加入一些酸。

②酸分解：大多數無機化合物、金屬、合金、礦石等式樣用酸溶解。常用的溶劑有HCI、HNO3、H2SO4、H3PO4、HCIO4、HF及它們的混合酸等。其中HNO3和HCl的幹擾比較小，因此通常使用HNO3和HCI來溶解樣品。為了提高溶解效率，還可以在溶解過程中加入某些氧化劑（如H2O2），鹽類（如铵鹽）或有機溶劑（如酒石酸）等。

③高溫熔融：如石英、錫石SnO、金紅石、锆英石等，分解這些樣品必須用堿熔融。常見的溶劑有NaOH、LiBO2、Na2O2、K2S2O7等。

④焙燒、燒結：在低于溶劑熔點的溫度下分解試樣。燒結的溶劑有碳酸鈉、碳酸鈣、過氧化鈉、氧化鎂等。

2、有機試樣的消解

①幹法灰化：使有機物燃燒，其中的金屬元素轉化為無機鹽，然後用适當的酸溶解灰分制成稀酸溶液，用于原子吸收測定。不适于揮發性元素的測定。

②濕式消解：用濃無機酸或再加氧化劑，在消化過程中保持在氧化狀态的條件下消化處理樣品。常用的消化劑有HNO3、HNO3 HCI、HNO3 H2SO4、HNO3 HCI H2O2等。濕法消解法中樣品揮發損失比幹法灰化要小一些，但對于Hg、Se、Fe等易揮發金屬元素仍有較大損失。

③高壓密封罐消解：加熱溫度一般在120~160℃，加熱數小時，消解周期較長。

④微波消解：在密封容器内加壓進行，避免了揮發性元素的損失，減少了試劑消耗量，不污染環境，消解速度比傳統加熱消解快4~100倍，且重複性好。

應用

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