原子吸收分光光度計與普通的紫外可見分光光度計的結(jié)構(gòu)節(jié)本相同，只是光源用空心陰極燈光源代理連續(xù)光源，用原子化器代替了吸收池，所以原子吸收分光光度計主要由：光源，原子化器，單色器以及檢測系統(tǒng)和記錄顯示系統(tǒng)幾部分組成（如下圖）。
1.光源
光源的功能是發(fā)射被測元素基態(tài)原子所吸收的特征共振輻射。對光源的基本要求是:發(fā)射輻射的波長半寬度要明顯小于吸收線的半寬度、輻射強(qiáng)度足夠大、穩(wěn)定性好、使用壽命長。
(1)空心陰極燈
空心陰極燈的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
空心陰極燈有一個由被測元素材料制成的空腔形陰極和一個鎢制陽極。陰極內(nèi)徑約為2mm，放電集中在較小的空間內(nèi)，可得到高輻射強(qiáng)度。陰極和陽極密封在帶有光學(xué)窗口的玻璃管內(nèi)，內(nèi)充惰性氣休，根據(jù)所需透過輻射波長，光學(xué)窗口在370nm以下用石英，370nm以上用普通光學(xué)玻璃。
空心陰極燈是一種特殊輝光放電裝置，放電主要集中在陰極腔內(nèi)，當(dāng)在兩極上加上200~500V電壓時，陰極發(fā)出的電子在電場作用下被加速，在飛向陽極的過程中，與載氣的原子碰撞并使之電離。荷正電的載氣離子又從電位差獲得動能，轟擊陰極表面，將陰極材料的原子從晶格中濺射出來。濺射出來的原子再與電子、原子、離子等碰撞而被激發(fā)，發(fā)出被測元素特征的共振線。在這個過程中，同時還有載氣的譜線產(chǎn)生。燈內(nèi)填充氣壓較低，一般為399.9~798.9Pa，陰極濺射的金屬蒸氣密度相對于大氣壓下氣體放電而言，也是很低的，因此，譜線的碰撞變寬被限制到了很小程度。燈的工作電流較小，一般為幾毫安至20mA，因此陰極溫度和氣休放電溫度都不很高，譜線的多普勒變寬可控制得很小。所以空心陰極燈是一種實用的銳線光源;缺點是測一種元素?fù)Q一個燈，使用非常不方便。
(2)多元素空心陰極燈多元素?zé)艟褪窃陉帢O內(nèi)含有兩種或兩種以上不同元素，點燃時，陰極負(fù)輝區(qū)能同時輻射出兩種或多種元素的共振線，只要更換波長，就能在一個燈上同時進(jìn)行幾種元素的測定。缺點是輻射強(qiáng)度、靈敏度、壽命都不如單元素?zé)簦M合越多，光譜特性越差，譜線干擾也大。
2.原子化器
原子化器的功能是將試樣轉(zhuǎn)化為所需的基態(tài)原子。被測元素由試樣溶液中轉(zhuǎn)入氣相，并解離為基態(tài)原子的過程，稱為原子化過程。
實現(xiàn)原子化的方法有兩種:火焰原子化法和無火焰原子化法。
(1)火焰原子化法實現(xiàn)火焰原子化的原子化器有兩種，即全消耗型和預(yù)混合型。全消耗型原子化器系將試液直接噴人火焰;預(yù)混合型原子化器泡括霧化器、霧化室和燃燒器三部分，霧化器將試液霧化并使霧滴均勻化，然后冉噴人火焰中。一般儀器多采用預(yù)混合型。
霧化器的作用是使試液霧化。目前普遍采用同心形霧化器，目前普遍采用同心型霧化器，多用特種不銹鋼或聚四氟乙烯塑料制成，其中的毛細(xì)管多用貴金屬的合金制成，能耐腐蝕。當(dāng)高壓載氣(助燃?xì)?以高速通過時，在毛細(xì)管外壁與噴嘴口構(gòu)成的環(huán)形間隙中形成負(fù)壓區(qū)，從而將試液沿毛細(xì)管吸入，并被高速氣流分散成霧滴，經(jīng)節(jié)流管碰在撞擊球上，進(jìn)一步被分散成細(xì)霧。末被細(xì)微化的霧滴在霧化室內(nèi)凝結(jié)為液珠，沿排泄管排出;細(xì)霧則在室內(nèi)與燃?xì)獬浞只旌喜⑦M(jìn)入燃燒器。燃燒器的功用是形成火焰，使進(jìn)入火焰的微粒原子化，常用的燃燒器是單縫型噴燈，縫長有5cm和10cm兩種。預(yù)混合型原子化器的優(yōu)點是，進(jìn)人火焰的微粒均勻且細(xì)微，在火焰中可瞬吋原子化，形成的火焰穩(wěn)定性好，有效吸收光程長;缺點是試樣利用效率較低，一般約為10%，試液濃度高時，試樣在霧化室壁宥沉積，產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)。
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。火焰燃燒的速度影響火焰穩(wěn)定性和操作安全，而火焰溫度會影響化合物的蒸發(fā)和分解。火焰溫度越高，產(chǎn)生的熱激發(fā)態(tài)原子越多，但同時也可能會產(chǎn)生干擾。因此，在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。
火焰溫度取決于燃?xì)馀c助燃?xì)忸愋停鶕?jù)燃?xì)馀c助燃?xì)獾谋壤煞譃槿N類型:
①化學(xué)計量火焰(中性火焰），溫度高，干擾少，火焰穩(wěn)定，背景低，實驗中常用;
②貧燃火焰(氧化性火焰），助燃?xì)舛啵鹧鏈囟鹊停趸詺釳，適用于堿金屬測定;
③復(fù)燃火焰(還原性火焰），燃?xì)舛啵紵煌耆m合測定較易形成難熔氧化物的元素(Mo、Cr、稀土等)的測定。
空氣-乙炔火焰最為常用，最高溫度為2600K，能測35種元素。乙炔-氧化亞氮火焰也較為常用。不同火焰的溫度如表所示。
(2)無火焰原子化法
在無火焰原子化法中，有石墨爐法、冷蒸氣發(fā)生原子化法及氫化物發(fā)生原子化法等。應(yīng)用最廣的原子化器是管式石墨爐原子化器。本質(zhì)上它是一個電加熱器，由電熱石墨爐及電源等部件組成。其功能是利用電能加熱盛放試樣的石墨容器，使之達(dá)到高溫，將供試品溶液干燥、灰化，再通過高溫原子化階段使待測元素形成基態(tài)原子。石墨爐是外徑為6mm、內(nèi)徑為4mm、長度為53mm的石墨管，管兩端用銅電極夾住。樣品用微量注射器直接由進(jìn)樣孔注入石墨管中，通過銅電極向石墨管供電。石墨管作為電阻發(fā)熱休，通電后可達(dá)到2000~3000°C高溫，以蒸發(fā)試樣和使試樣原子化。銅電極周圍用水箱冷卻。蓋板蓋上后，構(gòu)成保護(hù)室，室內(nèi)通以惰性氣休氬氣或氮氣，以保護(hù)原子化了的原子不再被氧化，同時也可延長石墨管的使用壽命。
原子化過程分為干燥、灰化(去除基休)、原子化、凈化(去除殘渣）四個階段，待測元素在高溫下生成基態(tài)原子。
與火焰原子化法相比，石墨爐原子化的特點是，原子化在充有惰性保護(hù)氣的氣室內(nèi)，有利于還原性石墨介質(zhì)中進(jìn)行，有利于難熔氧化物的分解;取樣量小，通常同休樣品為0.1~10mg，液休樣品為1~50μl，試樣全部蒸發(fā)，原子在測定區(qū)的有效停留時間長，幾乎全部樣品參與光吸收，絕對靈敏度高;排除了化學(xué)火焰中常常產(chǎn)生的被測組分與火焰組分之間的相互作用，減小了化學(xué)干擾;固體試樣與液休試樣均可直接應(yīng)用。由于取樣量小，試樣組成的不均勻性影響較大，測定精度不如火焰原子化法好;有強(qiáng)的背景;設(shè)備比較復(fù)雜，費用較高。
氫化物發(fā)生原子化器由氫化物發(fā)生器和原子吸收池組成，可用于砷、硒、錫、銻等元素的測定，其功能是將待測元素在酸性介質(zhì)中還原成低沸點、易受熱分解的氫化物，再由載氣導(dǎo)入由石英管、加熱器等組成的原子吸收池，在吸收池中氫化物被加熱分解，并形成基態(tài)原子。
冷蒸氣發(fā)生原子化器由萊蒸氣發(fā)生器和原子吸收池組成，專門用于汞的測定。其功能是將供試品溶液中的汞離子還原成汞蒸氣，再由載氣導(dǎo)入石英原子吸收池進(jìn)行測定。
非火焰原子化法的優(yōu)點是靈敏度高，取樣量少，甚至可不經(jīng)過前處理直接進(jìn)行分析。但基體的影響比火焰法大，測定的精密度(5%?10% )比火焰法(1% )差。
3.單色器
單色器的作用是將所需的共振吸收線分離出來，由于原子吸收分光光度計采用銳線光源，吸收值測量采用瓦爾什提出的峰值吸收系數(shù)測定方法，吸收光譜本身也比較簡單，因此對單色器分辨率的要求不是很高。單色器中的關(guān)鍵部件是色散元件，現(xiàn)多用光柵。為了阻止來自原子吸收池的所有輻射不加選擇地都進(jìn)入檢測器，單色器通常配置在原子化器以后的光路中。
4.檢測系統(tǒng)
檢測系統(tǒng)主要由檢測器、放大器、對數(shù)變換器、指示儀表所組成。檢測器多為光電倍增 管和穩(wěn)定度達(dá)0.01%的負(fù)高壓電源組成，工作波段大多在190~900nm之間。
標(biāo)簽:
原子吸收分光
