第3章 原子吸收和原子熒光光譜儀器

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1、第3章原子吸收和原子熒光光譜儀器3.2.3.1火焰原子化器在原子吸收光譜法中，火焰原子化器經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，目前已經(jīng)相當(dāng)成熟，也是目前應(yīng)用最為廣泛的原子化器之一。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、分析速度快、分析精度好、測定元素范圍廣、背景干擾較小等。但它也存在一些缺點(diǎn)，如由于霧化效率低及燃?xì)夂椭細(xì)獾南♂?，致使測定靈敏度降低；采用中、低溫火焰原子化時化學(xué)干擾較大；在使用中應(yīng)考慮安全問題等。火焰原子化器的工作原理是首先使試樣霧化成氣溶膠，再通過燃燒產(chǎn)生的熱量使進(jìn)入火焰的試樣蒸發(fā)、熔融、分解成基態(tài)原子。與此同時應(yīng)盡量減少自由原子的激發(fā)和電離，減少背景吸收及發(fā)射。在原子吸收光譜測定

2、中，對化學(xué)火焰的基本要求是：火焰有足夠高的溫度，能有效地蒸發(fā)和分解試樣，并使被測元素原子化；火焰穩(wěn)定性能良好，噪音低，以保證有良好的測定精密度；較低的光吸收，提高儀器的能量水平，降低測量噪聲,以獲得低的檢出限；燃燒安全。有關(guān)火焰原子化過程的詳細(xì)內(nèi)容，請參見本書第四章4.2.1節(jié)火焰原子化。1預(yù)混合型火焰原子化器的結(jié)構(gòu)火焰原子化器按照氣體的混合方式分可分為預(yù)混合式和全燃燒型兩種常見形式。預(yù)混合式原子化器的燃?xì)馀c助燃?xì)庠谶M(jìn)入燃燒器之前已充分混合，產(chǎn)生層流火焰,燃燒穩(wěn)定，噪音小，吸收光程長,得到了廣泛應(yīng)用。全燃燒型原子化器的燃?xì)?、助燃?xì)馀c樣品溶液分別由不同的管道導(dǎo)入燃燒器

3、，在進(jìn)入燃燒器后邊混合邊燃燒，火焰燃燒不穩(wěn)定，噪聲大，目前基本不用。預(yù)混合型原子化器由霧化器、預(yù)混合室、燃燒器組成。結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。3-12圖3.9預(yù)混合型火焰原子化器結(jié)構(gòu)圖(1)霧化器原子吸收法中所采用的霧化器是一種氣壓式裝置，它將試樣轉(zhuǎn)化成氣溶膠。典型的霧化器如圖3.10所示。圖3.10霧化器結(jié)構(gòu)圖當(dāng)氣體從噴霧器噴嘴高速噴出時，由于伯努利(Bernoumlli)效應(yīng)的作用，在噴嘴附近產(chǎn)生負(fù)壓，使樣品溶液被抽吸，經(jīng)由吸液毛細(xì)管流出，并被高速的氣流破碎成為氣溶膠。氣溶膠的直徑在微米數(shù)量級。直徑越小，越容易蒸發(fā)，在火焰中就能產(chǎn)生更多的基態(tài)自由原子。霧化器的霧化效率

4、對分析結(jié)果有著重要影響。在原子吸收分析中，對試樣溶液霧化的基本要求是：噴霧量可調(diào)，霧化效率高且穩(wěn)定；氣溶膠粒度細(xì),分布范圍窄。一個質(zhì)量優(yōu)良的霧化器，產(chǎn)生的氣溶膠直徑在5~10μm范圍的應(yīng)占大多數(shù)。調(diào)節(jié)毛細(xì)管的位置即可改變負(fù)壓強(qiáng)而影響吸入速度。裝在噴霧頭末端的撞擊球的作用就是使氣溶膠粒度進(jìn)一步細(xì)化，以有利于原子化。(2)預(yù)混合室預(yù)混合室作用是使助燃?xì)?、燃?xì)夂蜌馊苣z三者在進(jìn)入燃燒器前得到充分混合，使粒度較大的霧珠凝聚，排除到廢液收拾瓶內(nèi)，粒度細(xì)的氣溶膠均勻地進(jìn)入燃燒器，使火焰燃燒盡量不受擾動，以改善火焰的穩(wěn)定性。如果有粗大霧珠進(jìn)入燃燒器，不能迅速揮發(fā)，火焰會出現(xiàn)明顯擾動

5、，火焰溫度下降，散射增強(qiáng)，噪聲增大。只有大?。ㄐ∮?5μm）均勻的氣溶膠進(jìn)入燃燒器，才能有效地原子化，獲得最佳的靈敏度。對霧化室的基本要求是：燃?xì)?、助燃?xì)?，氣溶膠充分混合；凝聚及排除大的霧珠；小的記憶效應(yīng)。由于預(yù)混合型火焰原子化器的燃?xì)狻⒅細(xì)?、氣溶膠在預(yù)混合室充分混合，在預(yù)混合室存在燃燒的充分條件，當(dāng)供氣速度小于燃燒速度時，將會引起“回火”3-12，因此，這種原子化器不宜采用燃燒速度過快的可燃混合氣體。目前商品儀器大都設(shè)有防爆裝置，在排水管的下端必須設(shè)有水封，以免氣體溢出引起回火爆炸。增大霧化室的體積可以提高測定穩(wěn)定性，然而在每次噴霧時從開始噴霧到處于穩(wěn)定狀態(tài)所需

6、時間較長，使用小的霧化室可以縮短達(dá)到穩(wěn)定所需時間，以達(dá)到提高分析速度的目的?；鹧嬖踊鞯摹坝洃洝毙?yīng)，是指前一次噴霧溶液殘留物對后一次測定的影響，這可從吸噴樣品溶液轉(zhuǎn)為吸噴去離子水（空白）時儀器讀數(shù)返回零點(diǎn)或基線的時間長短來判斷?！坝泝|”效應(yīng)不僅影響分析速度，還會對分析結(jié)果帶來干擾。特別是同時測定含量變化較大的樣品時，“記憶”效應(yīng)往往會給低含量測定引進(jìn)較大的誤差。商品儀器預(yù)混合室常用“非浸水”性材料制作或內(nèi)壁噴涂“非浸水”性材料，另外需使預(yù)混合室有一小傾斜角度，呈圓錐形，以便讓凝聚的大霧珠沿室壁順暢地排入廢液管和廢液瓶。嚴(yán)防預(yù)混合室內(nèi)“積水”，造成氣路阻塞，引起“

7、回火”爆炸。預(yù)混合室尺寸應(yīng)合理匹配，過大過小都會引起測量性能變壞。通常，從噴霧到產(chǎn)生信號讀數(shù)約需1s，而得到一個穩(wěn)定的讀數(shù)信號，約需7~10s。(3)燃燒器燃燒器是火焰原子化器的關(guān)鍵部件之一，一個好的燃燒器，應(yīng)當(dāng)具有原子化效率高、噪聲小、火焰穩(wěn)定、燃燒安全的特點(diǎn)。預(yù)混合式原子化器使用最多的是單縫燃燒器，它制作簡單，使用范圍寬。通?？諝猓胰惭娌捎?.5mm×100mm的單縫燃燒器，一氧化二氮—乙炔焰采用0.5mm×50mm的單縫燃燒器。燃燒速度較小的火焰，燃燒器縫隙可稍大些。如果使用燃燒速度快的火焰，必需采用較小的燃燒縫，否則容易引起回火事故。多縫（常用3縫）燃