【汇旺担保】原子吸收光谱法

[拼音]:yuanzi xishou guangpufa

[英文]:atomic absorption spectrometry

建立在分散成蒸气状态的基态原子具有吸收同种原子所辐射的特征光的性质基础上的定量分析方法。

简史

1860年G.R.基尔霍夫证实了发自钠蒸气的光通过比该蒸气温度低的钠蒸气时,会引起钠发射谱线的被吸收现象。进一步的研究还发现,太阳辐射中暗线的波长恰与某些元素发射的特征谱线相同,从而说明J.夫琅和费观察到的太阳光谱中的暗线,为太阳辐射被其周围存在的低温同种原子吸收的结果。这是最早的原子吸收光谱的概念。1902年R.伍德森首先利用汞弧灯发射的2537埃谱线可以被汞蒸气所吸收的现象,测定了空气中的汞。后来原子吸收现象逐步被用于大气中化学组分的研究。直到1955年,澳大利亚物理学家A.沃尔什设计制造了简单的仪器,利用原子吸收原理进行多种痕量金属元素的分析获得成功,他被公认为原子吸收光谱法的建立人。

原理

每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线,也可以吸收与发射线波长相同的特征谱线。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时,原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线,使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A,与被测元素的含量成正比:

式中K为常数;C为试样浓度;I0v为原始光源强度;Iv为吸收后特征谱线的强度。按上式可从所测未知试样的吸光度,对照著已知浓度的标准系列曲线进行定量分析。

仪器

原子吸收光谱仪中光源(通常是空心阴极灯,其阴极由分析元素制成,例如分析铜时,用铜制成阴极的空心阴极灯,电激发时,可辐射相应构成阴极材料元素特征波长的光)发出的光通过切光器,使特征光谱周期地通过试样原子蒸气区,为分析元素的基态原子选择性地吸收(如铜的特征辐射,只被铜的原子蒸气所吸收),而使光源辐射减弱。透射光经单色器分解出待测波长的谱线,由光电倍增管进行光电转换,放大,然后检测。

20世纪50年代初,高质量封闭式空心阴极灯光源研制成功后,对原子吸收光谱法的建立起了极大的促进作用。直到今天,空心阴极灯仍然是最广泛应用的光源。这是一种利用异常辉光放电的特殊气体放电管,常以吸气性金属钛、钽为阳极,用含有待测元素的金属材料制成空心圆柱形阴极,两极间施加调制的电压,使辉光放电保持在阴极腔内,阴极物质溅射出来的原子与其他粒子(充入的惰性气体原子或离子)碰撞而受激发光。此种条件可辐射足够强的、纯净、锐利和稳定的特征谱线。虽然近年来还发展了微波激发无极放电灯光源,但只侷限用于卤化物蒸气压较高的少数元素。

为使分析试样转化为相应的原子蒸气,必须有专门的原子化装置。目前常采用火焰原子化和电热原子化两种方式。前者将试样溶液随载气喷入高温化学火焰燃烧器,利用火焰的高温使试样原子化;后者是利用电加热由不同的材料(如石墨、钨、钽、石英等)制作的炉、管、丝或片状原子化器,将试样置于原子化器内加热蒸发和原子化。火焰原子化具有操作简单、迅速、适用范围广等优点,缺点是试样为载气和燃气稀释,因此效率低,火焰化学干扰和试样消耗较大。1959年苏联物理学家Б.Β.利沃夫首先将原子发射光谱法中石墨炉蒸发法的原理用于原子吸收光谱法中,开创了非火焰原子化方式,随后十年里各种型别的电热原子化装置相继出现,其中石墨炉是最早发展的一种。它具有绝对灵敏度高(10-12~10-14克)、试样量少(微升级),固、液均可直接测定等优点。缺点是速度较低、费用较高等。

应用

原子吸收光谱法基于在实验条件下较稳定存在的、佔多数的基态原子对光源特征辐射的吸收,外界条件变化对其影响较小。此法较之原子发射光谱法具有较高的准确度、较好的选择性,并对部分元素具有较高的灵敏度。此法不仅适用于各类试样中痕量元素的分析,而且对于较高含量的碱金属元素也可获得满意的分析结果,现已广泛应用于冶金、地质、环境、医药、化工等部门。

展望

70年代以来,为解决高温原子化过程中生成难离解的碳化物和氮化物,某些元素直接原子化效率较低,以及发生各类化学干扰等困难,引入了化学或物理的预处理技术,改善了上述条件,提高了原子化效率。其中值得注意的有氢化物形成原子吸收法,此法将一些难以直接原子化的元素,经强还原剂作用预先转化为不稳定的共价氢化物,在较低温度下即可有效地形成分析元素的基态原子,可大大提高砷、锑、铋、锗、锡、铅、硒、碲、铟、铊等元素的分析灵敏度和选择性。此外,在塞曼效应和前方共振散射技术的应用,以及分析中的干扰机理及其抑制和消除的研究等方面,都取得了进展。

参考书目

李超隆编:《原子吸收光谱分析原理及应用》,高等教育出版社,北京,1986。

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