第五节　原子吸收分光光度计

早在1802年，伍朗斯顿（W.H.Wollaston）在研究太阳连续光谱时，就发现了太阳连续光谱中出现暗线，1860年克希霍夫（G.Kirchhoff）和本生（R.B.Bunse）研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时会引起钠光的吸收，并且根据钠发射线与暗线在光谱中位置相同这一事实，断定太阳连续光谱中的暗线正是太阳外围大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果。1955年，澳大利亚物理学家瓦尔西（A.Walsn）发表著名论文《原子吸收光谱在化学分析中的应用》奠定了原子吸收光谱法的基础。1961年里沃夫（B.V.Lvoi）发表非火焰原子吸收法，灵敏度达10-14～10-13g。1965年威立斯 （J.B.Willis）引入了氧化亚氮-乙炔火焰解决易生成难熔氧化物元素的原子化问题，使可测定元素达到近 70个，扩展了原子吸收光谱分析元素的应用范围。1969年W.Holak首次采用氢化物原子吸收法产生AsH3，空气乙炔火焰测定As。1973年E.J.Kundson等开发了氢化物发生-石墨炉原子吸收光谱法。氢化物发生-原子吸收光谱法是测定Se、As、Sn、Te、Bi、Hg等易生成挥发性化合物的元素最灵敏的分析方法之一。20世纪80年代以来，元素形态分析研究有了很大发展，其中色谱和原子吸收联用是分析元素形态的最有效方法之一。

一、原子吸收光谱的工作原理

原子吸收光谱法是基于蒸气相中被测元素的基态原子对共振辐射的吸收强度测试样品中被测元素含量的一种方法。原子吸收光谱分析最重要的就是使被测元素变成基态原子。

常用的原子化方法有火焰法和非火焰法。

1.火焰原子化法

火焰原子化法使用的仪器包括喷雾器、雾化器和燃烧器三部分。为保证辐射光被原子蒸气有效吸收，燃烧器喷嘴设计成长条形，高度和方向可调，试样浓度较小时，能够使辐射光平行通过火焰中原子蒸气浓度最大的部分。在喷雾器中，试液被高速气流吸入雾化，与撞击球碰撞生成细小颗粒的气溶胶，雾化器的作用是使气溶胶进一步细小化，并与燃料气体和助燃气体充分混合进入燃烧器火焰中，在火焰中生成基态原子，为保证基态原子数目，火焰原子化的温度在原子化的前提下尽可能低。

试样气溶胶离子在火焰中经蒸发、干燥、离解（还原）等过程产生大量基态原子，原子化过程中，火焰的性质对不同元素的基态原子的产生具有很大影响。

常用的空气-乙炔火焰温度达2600K，可测35种元素。N2O-C2H2火焰温度较高，可使测定的元素增加到70多种。选择火焰时，还应考虑火焰本身对光的吸收。可根据待测元素的共振线，选择不同的火焰，避开干扰。

2.非火焰原子吸收法

非火焰原子吸收法主要是电热高温石墨炉原子化法。

石墨炉原子化法是常用的非火焰原子化方法，通过大电流使试样原子化。石墨炉法需要根据待测元素及样品选择合适的石墨管，现在普遍使用的石墨管有三种，高密石墨管、热解石墨管和平台石墨管。高密石墨管用普通石墨制作，应用最为广泛。由于石墨具有多孔的特性，液体样品在石墨管壁会有一定的渗透。热解石墨管是在高密石墨管的表面用CVD方法进行热解，而具有金属般光泽的表面，样品在管壁渗透较少。

二、原子吸收分光光度计的应用

1.在理论研究方面的应用

原子吸收可作为物理或物理化学的一种实验手段，对物质的一些基本性能进行测定和研究，另外也可研究金属元素在不同化合物中的不同形态。

2.在元素分析方面的应用

原子吸收光谱法凭借其本身的特点，现已广泛地应用于工业、农业、生化制药、地质、冶金、食品检验和环保等领域。该法已成为金属元素分析的最有力手段之一。而且在许多领域已作为标准分析方法，如化学工业中的水泥分析、玻璃分析、石油分析、电镀液分析、食盐电解液中杂质分析、煤灰分析及聚合物中无机元素分析；农业中的植物分析、肥料分析、饲料分析；生化和药物学中的体液成分分析、内脏及试样分析、药物分析；冶金中的钢铁分析、合金分析；地球化学中的水质分析、大气污染物分析、土壤分析、岩石矿物分析；食品中微量元素分析。

3.在有机物分析方面的应用

使用原子吸收光谱仪可通过与相应的金属元素之间的化学计量反应，间接测定多种有机物，如8-羟基喹啉（Cu）、醇类（Cr）、酯类（Fe）、氨基酸（Cu）、维生素C（Ni）、含卤素的有机物（Ag）等。