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【兆恒機械】原子吸收光譜儀的構(gòu)造原理

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  • 添加日期:2021年08月16日

原子吸收光譜儀結(jié)構(gòu)簡單,原理易懂。主要由光源系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)四部分構(gòu)成,看完本文你也就知道原子吸收光譜儀的構(gòu)造原理了。

原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectrometry)是基于從光源發(fā)射的待測元素的特征輻射通過樣品蒸氣時,被蒸氣中待測元素的基態(tài)原子所吸收,根據(jù)輻射強度的減弱程度以求得樣品中待測元素的含量。


通常情況下,原子處于基態(tài)。當相當于原子中的電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的輻射頻率通過原子蒸氣,原子就能從入射輻射中吸收能量,產(chǎn)生共振吸收,從而產(chǎn)生吸收光譜。原子吸收分析就是利用基態(tài)原子對特征輻射的吸收程度的,常使用最強吸收線作為分析線。

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原子吸收光譜儀由以下四部分組成

1.光源系統(tǒng):空心陰極燈

2.原子化系統(tǒng):火焰原子化器;石墨爐原子化器或氫化物發(fā)生器。

3.分光系統(tǒng):單色器

4.檢測系統(tǒng):光電倍增管等


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光源系統(tǒng)

原子吸收光源應滿足以下條件

1.能輻射出半寬度比吸收線半寬度還窄的譜線,并且發(fā)射線的中心頻率應與吸收線的中心頻率相同。

2.輻射的強度應足夠大。

3.輻射光的強度要穩(wěn)定,且背景小。  

空心陰極燈則可滿足原子吸收上述三點要求,它是利用空心陰極效應而制成的一種特殊輝光放點管。


空心陰極燈發(fā)光機理

空心陰極燈為直流供電,當在正負電極上施加適當電壓(一般為300~500伏)時,在正負電極之間便開始放電,這時,電子從陰極內(nèi)壁射出,經(jīng)電場加速后向陽極運動。


電子在由陰極射向陽極過程中與載氣(惰性氣體)原子碰撞使其電離成為陽離子,帶正電荷的惰性氣體離子在電場加速下,以很快的速度轟擊陰極表面,使陰極內(nèi)壁的待測元素的原子濺射出來,與其它粒子相互碰撞而被激發(fā),處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定,大多會自動回到基態(tài),同時釋放能量,發(fā)出共振發(fā)射線。

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銳線光源定義:光源發(fā)射線的中心頻率與吸收線的中心頻率一致,而且發(fā)射線的半寬度比吸收線的半寬度小得多時,則發(fā)射線光源叫做銳線光源。

光源能量能被原子充分吸收,測定的靈敏度就高。


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原子化器系統(tǒng)

原子化器是將樣品中的待測組份轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子的裝置。

1.火焰原子化器

火焰原子化法是利用氣體燃燒形成的火焰來進行原子化的,實際上就是一個噴霧燃燒器,由三部分組成,即噴霧器(nebulizer)、霧化室(spray chamber)和燃燒器(bumer)。

(1)噴霧器:將試樣溶液轉(zhuǎn)為霧狀。

(2)霧化室:內(nèi)裝撞擊球和擾流器(去除大霧滴并使氣溶膠均勻)。

(3)燃燒器:產(chǎn)生火焰并使試樣蒸發(fā)和原子化。


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試樣霧滴在火焰中,經(jīng)蒸發(fā),干燥,離解(還原)等過程產(chǎn)生大量基態(tài)原子。

火焰溫度的選擇:

1.保證待測元素充分離解為基態(tài)原子的前提下,盡量采用低溫火焰;

2.火焰溫度越高,產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多;

3.火焰溫度取決于燃氣與助燃氣類型,常用空氣—乙炔最高溫度2600K能測35種元素。



火焰類型:

化學計量火焰(燃助比與化學計量比相近):

中性火焰,溫度高,干擾少,穩(wěn)定,背景低,常用。

富燃火焰(燃氣量大):

還原性火焰,燃燒不完全,溫度稍低,測定較易形成難熔氧化物的元素Mo、Cr稀土等。

貧燃火焰(助燃氣量大):

火焰溫度低,氧化性氣氛,適用于堿金屬測定。

2.無火焰原子化器

常用無火焰原子化器包括石墨爐原子化器和氫化物原子化器。

石墨爐原子化法是利用低壓、大電流來使石墨管升溫,最高溫度可升至3000℃,這一升溫過程可使石墨管中的試樣完成干燥、灰化、原子化和凈化等測定。

干燥:去除溶劑,防止樣品濺射。

灰化:使基體和有機物盡量揮發(fā)出去。

原子化:待測化合物分解為基態(tài)原子,此時停止通Ar氣,延長原子停留時間,提高靈敏度度。。

凈化:樣品測定完成,高溫去殘渣,凈化石墨管。

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石墨爐原子化器與火焰原子化器比較

1.原子化效率高,可達到90%以上,而火焰法僅只有10%多一點。

2.絕對靈敏度高(可達到10-12~10-14),試樣用量少,適合于低含量及痕量組份的測定。

3.溫度高,在惰性氣氛中進行且有還原性碳的存在,有利于易形成難離解氧化物元素的離解和原子化。

3.其他原子化方法

(1)低溫原子化方法

主要是氫化物原子化方法,原子化溫度700~900 ゜C ;

主要應用于:As、Sb、Bi、Sn、Ge、Se、Pb、Ti等元素

原理:  在酸性介質(zhì)中,與強還原劑硼氫化鈉反應生成氣態(tài)氫化物。

例 AsCl3 +4NaBH4 + HCl +8H2O = AsH3 ↑+4NaCl+4HBO2+13H2

將待測試樣在專門的氫化物生成器中產(chǎn)生氫化物,送入原子化器中檢測,氫化物易分解,原子化溫度低。

特點:原子化溫度低;

           靈敏度高(對砷、硒可達10-9g);

    基體干擾和化學干擾??;


(2)冷原子化法

主要應用于:各種試樣中Hg元素的測量;

原理:  將試樣中的汞離子用SnCl2或鹽酸羥胺完全還原為金屬汞后,用氣流將汞蒸氣帶入具有石英窗的氣體測量管中進行吸光度測量。

特點:常溫測量;


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分光系統(tǒng)

1.作用:將待測元素的共振線與鄰近譜線分開。

2.組件:色散元件(棱鏡、光柵),凹凸鏡、狹縫等。

3.單色器性能參數(shù)

(1)倒線色散率(D)   兩條譜線間的距離與波長差的比值Δl/Δλ為線色散率。實際工作中常用其倒數(shù)Δλ/Δl

(2)分辨率   儀器分開相鄰兩條譜線的能力。用該兩條譜線的平均波長與其波長差的比值    /Δλ表示。

(3)通帶寬度(W)   指通過單色器出射狹縫的某標稱波長處的輻射范圍。當?shù)咕€色散率(D)一定時,可通過選擇狹縫寬度(S)來確定:W=DS

 

檢測系統(tǒng)

主要由檢測器、放大器、對數(shù)變換器、顯示記錄裝置組成。

1.檢測器:將單色器分出的光信號轉(zhuǎn)變成電信號。

     如,光電池、光電倍增管、光敏晶體管等。

分光后的光照射到光敏陰極K上,轟擊出的光電 子又射向光敏陰極1,轟擊出更多的光電子,依次倍增,在最后放出的光電子 比最初多到106倍以上,最大電流可達 10μA,電流經(jīng)負載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘査腿敕糯笃鳌?/span>

 2.放大器:將光電倍增管輸出的較弱信號,經(jīng)電子線路進一步放大。

 3.對數(shù)變換器:光強度與吸光度之間的轉(zhuǎn)換。

 4.顯示、記錄 

 

原子吸收儀器類型

單光束:

1.結(jié)構(gòu)簡單,體積小, 價格低;

2.易發(fā)生零漂移,空心陰極燈要預熱

雙光束:

1.零漂移小,空心陰極燈不需預熱,降低了MDL;

2.仍不可消除火焰的波動和背景的影響

 

原子吸收是上世紀五十年代以后發(fā)展起來的定性定量的儀器分析技術。因其靈敏度高、特異性好、準確度高、分析范圍廣和簡便快速而獲得推廣,目前為止,技術發(fā)展已經(jīng)相對成熟,可用來測定食品、水、化妝品、生物材料、土壤等樣品中的銅、鐵、鋅、鈣、鎂、錳、鉛等約70種元素。廣泛應用于多個行業(yè)領域,也成了各個實驗室的必備分析儀器,所以不會使用原子吸收怎么行?