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原子吸收光譜分析如何選擇最佳實(shí)驗(yàn)條件

[2013/1/21]

  原子吸收光譜分析中影響測(cè)量條件的可變因素多,在測(cè)量同種樣品的各種測(cè)量條件不同時(shí),對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度和靈敏度影響很大。選擇最適的工作條件,能有效地消除干擾因素,可得到最好的測(cè)量結(jié)果和靈敏度。

  1、吸收波長(zhǎng)(分析線)的選擇:

  通常選用共振吸收線為分析線,測(cè)量高含量元素時(shí),可選用靈敏度較低的非共振線為分析線。如測(cè)Zn時(shí)常選用最靈敏的213.9nm波長(zhǎng),但當(dāng)Zn的含量高時(shí),為保證工作曲線的線性范圍,可改用次靈敏線307.5nm波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。As,Se等共振吸收線位于200nm以下的遠(yuǎn)紫外區(qū),火焰組分對(duì)其明顯吸收,故用火焰原子吸收法測(cè)定這些元素時(shí),不宜選用共振吸收線為分析線。測(cè)Hg時(shí)由于共振線184.9nm會(huì)被空氣強(qiáng)烈吸收,只能改用此靈敏線253.7nm測(cè)定。

  2、光路準(zhǔn)直

  在分析之前,必須調(diào)整空心陰極燈光的發(fā)射與檢測(cè)器的接受位置為最佳狀態(tài),保證提供最大的測(cè)量能量。

  3、狹縫寬度的選擇

  狹縫寬度影響光譜通帶寬度與檢測(cè)器接受的能量。調(diào)節(jié)不同的狹縫寬度,測(cè)定吸光度隨狹縫寬度而變化,當(dāng)有其它譜線或非吸收光進(jìn)入光譜通帶時(shí),吸光度將立即減少。不引起吸光度減少的最大狹縫寬度,即為應(yīng)選取得適合狹縫寬度。對(duì)于譜線簡(jiǎn)單的元素,如堿金屬、堿土金屬可采用較寬的狹縫以減少燈電流和光電倍增管高壓來(lái)提高信噪比,增加穩(wěn)定性。對(duì)譜線復(fù)雜的元素如鐵、鈷、鎳等,需選擇較小的狹縫,防止非吸收線進(jìn)入檢測(cè)器,來(lái)提高靈敏度,改善標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系。

  4、燃燒器的高度及與光軸的角度

  銳線光源的光束通過火焰的不同部位時(shí)對(duì)測(cè)定的靈敏度和穩(wěn)定性有一定影響,為保證測(cè)定的靈敏度高應(yīng)使光源發(fā)出的銳線光通過火焰中基態(tài)原子密度最大的“中間薄層區(qū)”。這個(gè)區(qū)的火焰比較穩(wěn)定,干擾也少,約位于燃燒器狹縫口上方20mm-30mm附近。通過實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)娜紵鞲叨,方法是用一固定濃度的溶液噴霧,再緩緩上下移動(dòng)燃燒器直到吸光度達(dá)最大值,此時(shí)的位置即為最佳燃燒器高度。此外燃燒器也可以轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)其縫口與光軸一致時(shí)(0)由最高靈敏度。當(dāng)欲測(cè)試樣濃度高時(shí),可轉(zhuǎn)動(dòng)燃燒器至適當(dāng)角度以減少吸收的長(zhǎng)度來(lái)降低靈敏度。

  5、空心陰極燈工作條件的選擇

  a、預(yù)熱時(shí)間:

  燈點(diǎn)燃后,由于陰極受熱蒸發(fā)產(chǎn)生原子蒸汽,其輻射的銳線光經(jīng)過燈內(nèi)原子蒸汽再由石英窗射出。使用時(shí)為使發(fā)射的共振線穩(wěn)定,必須對(duì)燈進(jìn)行預(yù)熱,以使燈內(nèi)原子蒸汽層的分布及蒸汽厚度恒定,這樣會(huì)使燈內(nèi)原子蒸汽產(chǎn)生的自吸收和發(fā)射的共振線的強(qiáng)度穩(wěn)定。通常對(duì)于單光束儀器,燈預(yù)熱時(shí)間應(yīng)在30分鐘以上,才能達(dá)到輻射的銳性光穩(wěn)定。對(duì)雙光束儀器,由于參比光束和測(cè)量光束的強(qiáng)度同時(shí)變化,其比值恒定,能使基線很快穩(wěn)定?招年帢O燈使用前,若在施加1/3工作電流的情況下預(yù)熱0.5-1.0h,并定期活化,可增加使用壽命。

  b、工作電流:

  元素?zé)舯旧碣|(zhì)量好壞直接影響測(cè)量的靈敏度,及標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性。有的燈背景過大而不能正常使用。燈在使用過程中會(huì)在燈管中釋放出微量氫氣,而氫氣發(fā)射的光是連續(xù)光譜,稱之為燈的背景發(fā)射。當(dāng)關(guān)閉光閘調(diào)零,然后打開光閘,改變波長(zhǎng),使之離開發(fā)射的波長(zhǎng),在沒有發(fā)射線的地方,如仍有讀數(shù)這就是背景連續(xù)光譜。背景讀數(shù)不應(yīng)大于5%,較好的燈,此值應(yīng)小于1%。所以選擇燈電流前應(yīng)檢查一下燈的質(zhì)量。

  燈工作電流的大小直接影響燈放電的穩(wěn)定性和銳性光的輸出強(qiáng)度。燈電流小,使能輻射的銳性光譜線窄、使測(cè)量靈敏度高,但燈電流太小時(shí)使透過光太弱,需提高光電倍增管靈敏度的增益,此時(shí)會(huì)增加噪音、降低信噪比;若燈電流過大,會(huì)使輻射的光譜產(chǎn)生熱變寬和碰撞變寬,燈內(nèi)自吸收增大,使輻射銳線光的強(qiáng)度下降,背景增大,使靈敏度下降,還會(huì)加快燈內(nèi)惰性氣體的消耗,縮短燈的使用壽命?招年帢O燈上都標(biāo)有最大使用電流(額定電流,約為5-10mA),對(duì)大多數(shù)元素,日常分析的工作電流應(yīng)保持額定電流的40%-60%較為合適,可保證穩(wěn)定、合適的銳線光強(qiáng)輸出。通常對(duì)于高熔點(diǎn)的鎳、鈷、鈦、鋯等的空心陰極燈使用電流可大些,對(duì)于低熔點(diǎn)易濺射的鉍、鉀、鈉、銣、鍺、鎵等的空心陰極燈,使用電流以小為宜。

  6、測(cè)器光電倍增管工作條件的選擇:

  日常分析中光電倍增管的工作電壓一定選擇在最大工作電壓的1/3-2/3范圍內(nèi)。增加付高壓能提高靈敏度,噪音增大,穩(wěn)定性差;降低負(fù)高壓,會(huì)使靈敏度降低,提高信噪比,改善測(cè)定的穩(wěn)定性,并能延長(zhǎng)光電倍增管的使用壽命。

  7、火焰燃燒器操作條件的選擇:

  1)進(jìn)樣量:

  選擇可調(diào)進(jìn)樣量霧化器,可根據(jù)樣品的黏度選擇進(jìn)樣量,提高測(cè)量的靈敏度。進(jìn)樣量小,吸收信號(hào)弱,不便于測(cè)量;進(jìn)樣量過大,在火焰原子化法中,對(duì)火焰產(chǎn)生冷卻效應(yīng),在石墨爐原子化法中,會(huì)增加除殘的困難。在實(shí)際工作中,應(yīng)測(cè)定吸光度隨進(jìn)樣量的變化,達(dá)到最滿意的吸光度的進(jìn)樣量,即為應(yīng)選擇的進(jìn)樣量。

  2)原子化條件的選擇

  a、火焰原子化法

  在火焰原子化法中,火焰類型和性質(zhì)是影響原子化效率的主要因素。

  火焰類型的選擇原則:

  對(duì)低、中溫元素(易電離、易揮發(fā)),如堿金屬和部分堿土金屬及易于硫化合的元素(如Cu、Ag、Pb、Cd、Zn、Sn、Se等)可使用低溫火焰。如空氣-乙炔火焰對(duì)高溫元素(難揮發(fā)和易生成氧化物的元素)如Al、Si、V、Ti、W、B等,使用氧化二氮-乙炔高溫火焰。

  對(duì)分析線位于短波區(qū)(200nm以下),使用空氣-氫火焰對(duì)其余多數(shù)元素,多采用空氣-乙炔火焰(背景干擾低)火焰性質(zhì)的選擇

  調(diào)節(jié)燃?xì)夂椭細(xì)獾谋壤色@得所需性質(zhì)的火焰。

  對(duì)于確定類型的火焰,一般來(lái)說呈還原性火焰(燃?xì)饬看笥诨瘜W(xué)及量)是有利的。對(duì)氧化物不十分穩(wěn)定的元素如Cu、Mg、Fe、Co、Ni等用化學(xué)計(jì)量火焰(燃?xì)馀c助燃?xì)獗壤c它們之間化學(xué)反應(yīng)計(jì)量相近)或氧化性火焰(燃?xì)饬啃∮诨瘜W(xué)計(jì)量)。

  b、石墨爐原子化法:

  在石墨爐原子化法中,合理選擇干燥、灰化、原子化及除殘溫度與時(shí)間是十分重要的。干燥應(yīng)在稍低于溶劑沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行,以防止試劑飛濺;一哪康氖浅セw和局外組分,在保證被測(cè)元素沒有損失的前提下盡可能使用較高的灰化溫度。原子化溫度的選擇原則是,選用達(dá)到最大吸收信號(hào)的最低溫度作為原子化溫度。原子化時(shí)間的選擇,應(yīng)以保證完全原子化為準(zhǔn)。在原子化階段停止通保護(hù)氣,以延長(zhǎng)自由原子在石墨爐中的停留時(shí)間。除殘的目的是為了消除殘留物產(chǎn)生的記憶效應(yīng),除殘溫度應(yīng)高于原子化溫度.

  惰性氣體

  原子化時(shí)常采用氬氣和氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣,氬氣比氮?dú)飧。氬氣作為載氣通入石墨管中,一方面將已氣化的樣品帶走,另一方面可保護(hù)石墨管不致因高溫灼燒被氧化。通常儀器都采用石墨管內(nèi)、外單獨(dú)供氣,管外供氣連續(xù)的且流量大,管內(nèi)供氣小并可在原子化期間中斷。

  最佳灰化溫度和最佳原子化時(shí)間

  干燥時(shí)間常選擇100℃,時(shí)間為60S。灰化階段為除去基體組分,以減少共存元素的干擾,通過繪制吸光度A與灰化溫度t的關(guān)系來(lái)確定最佳灰化溫度。在低溫下吸光度A保持不變,當(dāng)吸光度A下降時(shí)對(duì)應(yīng)的較高溫度即為最佳灰化溫度,灰化時(shí)間約為30s。原子化階段的最佳溫度也可通過繪制吸光度A與原子化溫度t的關(guān)系來(lái)確定,對(duì)多數(shù)元素來(lái)講,當(dāng)曲線上升至平頂形時(shí),與最大A值對(duì)應(yīng)的溫度就是最佳原子化溫度。在每個(gè)樣品測(cè)定結(jié)束后,可在短時(shí)間內(nèi)使石墨爐的溫度上升至最高,空燒一次石墨管,燃盡殘留樣品,以實(shí)現(xiàn)高溫凈化