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原子吸收分光光度法(三)

发布时间:2014-04-29 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1163

火焰的透射光谱性能。火焰的组成不同,对辐射的吸收也不同,直接影响火焰的使用范围。烃火焰短波区吸收较大,而氢火焰在短波区有较好的透射性。

在选择火焰时,应根据测量元素的性质、火焰的特性综合考虑。乙炔一空气是应用最广泛的火焰,它温度高,稳定,噪声小,重现性好,能应用于30余种元素的测定。其次是乙炔一氧化亚氮火焰,温度可达3000K,而且还有很强的还原性,这两个特点使它能分解许多难离解元素的氧化物并原子化,如A1、B、Be、Ti等元素。对于低温离解的Pb、Zn等化合物,用空气一丙烷等低温火焰比高温火焰有更大的吸收。氢火焰在短波区有良好的透射性能,能适合于共振线在短波区元素测量,如A1、Se、Sb、Zn、Pb等元素。

试样溶液在火焰原子化器中经过喷雾、粉碎、脱水、挥发等一系列的过程而形成原子态的蒸气,但实际过程是复杂的,往往伴随着被激发或电离,原子也可能再缔合成分子等。

(2)非火焰原子化器火焰原子化器最大的缺点是原子化效率不高,火焰中的自一由原子浓度很低。另.个问题是火焰中的化学反应不易控制,造成火焰温度不稳定,火焰各部分的温度也不均匀。非火焰原子化器可以提高原子比效率,提高测量的灵敏度。非火焰原子化器有多种类型,其中以石墨管炉应用广泛。

①石墨管炉原子化器(atomization in graphite furnace)是最常用的非火焰原子化器,1959年由里沃夫提出,1967年马斯曼(H.Massmann)改进成商品仪器。它由石墨管炉、加热电源、惰性气体保护系统和冷却水系统组成。

其工作原理是,试样以溶液(5一l00μl)或固体(几个毫克)形式,从石墨管壁上侧小孔进入由Ar或N2保护的石墨炉管内,管两端加以低电压(10~25V)、大电流(可达500A),产生高温(3000K),使试样原子化。升温加热分干燥、灰化、原子化和净化四步,按试样组成和分析元素的不同,选择各步的温度、温度保持时间和升温方式(阶跃式和斜坡式)。与火焰原子化产生的信号不同,石墨管炉原子化得到峰形的瞬态信号,分析元素的量与峰高或峰面积成正比。

石墨管炉原子化样品消耗少,特别适用于分析非常少量的试样,悬浮样、乳浊样、有机物、生物材料等样品可直接进样。灵敏度高,可达10-14~10-12g。其缺点是分析结果精密度差,基体效应、化学干扰多,记忆效应较严重。

⑦石墨平台(graphite plate form)又称里沃夫平台。它是将全热解石墨片置于石墨管炉中,以改进石墨管炉原子化器。由于石墨平台与管壁紧密接触,加热石墨管时,平台由管壁辐射间接加热,产生滞后效应,置于平台上的试样也因此而滞后加热。与管壁蒸发相比较,平台上蒸发的蒸气进人温度更高且稳定的气相中,被测元素的原子化更充分,伴生组分的干扰下降。

石墨平台技术的采用,改善了基体干扰,提高了高挥发元素的测定精密度和灵敏度,延长了石墨管的使用寿命。近来,Slavin又提出了“恒温平台炉”(stabilized temperature p1ate form furnace,STPF),探索不用标样的原子吸收光谱绝对分析技术。

低温原子化法低温原子化法利用化学反应方法预处理试样,在室温至摄氏几百度的条件下使其原子化,因此又称化学原子化法。主要有汞的冷原子化法(cold—vapour atomization)和氢化物原子化法(hydrideatomization)。

(1)冷原子化法汞的沸点为357℃,室温下有很高的蒸气压,因此将汞化合物分解为Hg“,用氯化亚锡还原为汞原子,并用气流如N2、空气等将汞蒸气送人吸收池内测量吸光度。检出限可达0.2ng/ml。

(2)氢化物原子化法对于As、se、Te、sn、Ge、Ph、sb、雕等元素,可在一定酸度下,用NaBH。还原成易挥发、易分解的氢化物,如AsH3、SnH4等,然后由载气送入置于吸收光路中的电热石英管内,氢化物分解为气态原子,测定其吸光度。其检出限比火焰法低l一3个数量级,选择性好,干扰少。这种氢化物发生的气体注入进样技术也可用于ICP—AES的测量。

四、原子吸收分析方法

1.定量分析

(1)影响测量的因素在原子吸收光谱法中,影响吸光度测量的因素较多,这些因素又直接影响测定的准确度及灵敏度。主要有以下5种:①分析线的选择,通常选用被测元素的共振线作为分析线,高浓度时也可以选择灵敏度较低的非共振线。②狭缝宽度,影响光谱通带宽度及检测器接收到的辐射强度,应选择不引起测量吸光度减小的最大狭缝宽度。③空心阴极灯电流,一般选用其最大工作电流的1/3~1/2为工作电流。④原子化条件。火焰类型的选择、燃助比调节、燃烧器高度调节都将影响原子化效率。在石墨炉法中,干燥、灰化、原子化及净化四个阶段的温度与时间选择直接与原子化效率有关。⑤进样量大小。在实际工作中这些因素都必须经试验确定其最佳参数。

(2)定量分析校准方法

①标准曲线法方法以配制一系列不同浓度的待测元素的标准溶液,在恒定操作条件下测定吸光度,绘制吸光度A对浓度c的标准曲线。注意的是系列标准溶液浓度范围应使吸光度在0.05~0.70之间,测量应用不含待测元素而含其他组分的空白溶液预先测吸光度,扣除空白。

②标准加入法为了减少试样与标准溶液之间差异,如基体、黏度等引起的误差,一可采用标准加入法,又称直线外推法或增量法。

在若干份同样体积的试样中,分别加入不同量待测元素的标准溶液,稀释到一定体积后,分别测出其吸光度,以吸光度』4对浓度c作图,得一直线,此直线外延至横轴上的交点到原点的距离便是原始试样中待测元素的浓度。

(3)原子吸收中的灵敏度与检出限通常,灵敏度实际上就是分析标准曲线的斜率.S大则灵敏度高。但在原子吸收光谱法中,为了方便比较不同元素灵敏度的差别,常用S的倒数来衡量,即1%吸收灵敏度,定义为能产生0.0044吸光度(1%吸收)时.试样溶液中待测元素的浓度(μg/m1)。IUPAC建议将1%吸收灵敏度叫做特征浓度。以绝对量表示的1%吸收灵敏度称为特征质量m。。特征浓度c0和特征质量m0愈小表示方法愈灵敏。

检出限是指以特定的分析方法,以适当的置信水平被检出的最低浓度或最小量。“未检出”含义指被测元素的量低于检出限。根据检出限定义,在原子吸收法中,也可表达为测量的最小分析信号Amin。

检出限不仅与影响灵敏度的各因素有关,而且还与仪器的噪声有关。检出限在一定程度上更能反映整个仪器的性能。

随着对微量金属元素检测的需要,特别对中成药中的重金属有害物质的检测要求越来越高,原子吸收分光光度法在药品检验中的应用实例近年来逐渐增多,

列出中国药典原子吸收分光光度法定量测定的应用实例。

2.原子吸收分析的其他技术

(1)原子捕集技术原子捕集技术(atom—trappingtechnique)是一种在火焰中浓缩待测原子的预富集方法,可使很多元素提高10~50倍的灵敏度。其优点是装置简单,富集中不必加入化学试剂,避免了操作污染和损失。改进的原子捕集吸收技术,使用了开缝石英管火焰原子化装置。

使用石英捕集管的方法,已测定了Se、Ph、As、Cu、Cd、Zn、Ni、Ta等元素。使用开缝石英管捕集测定Pb、Cu、Cd的特征浓度依次为1.8×10-13g/ml、1.3×10-3g/ml、6.7×10-5μg/ml,比常规火焰提高1~2数量级,接近于石墨炉法。

(2)萃取原子吸收光谱法萃取原子吸收光谱法(extraction atomic absorption spec—trometry)是把萃取分离与原子吸收光谱法相结合的一种方法。它利用元素形成络合物,在水相及有机相中分配系数的不同,使试样元素分离富集。优点是可直接将已富集待测元素的有机相喷雾,进入火焰后测量;也可经反萃取,将待测元素转移入水相,再引入原子化器测量。

萃取原子吸收光谱法提高了测定灵敏度,因为萃取富集了分析元素,减少了基体干扰,使用有机萃取剂直接进样,改变了试样的基体性质,降低了表面张力,提高了雾化效率;有机相易蒸发、解离,提高了原子化效率,并使易燃溶剂的火焰增加了还原气氛,有利于分子化合物分解。

预分离的手段多种多样,应用于原子吸收光谱方法时需考虑:①分离过程是否引入其他干扰物;②富集效果是否值得;③综合考虑改善灵敏度与排除干扰的问题;④分离方法对精确度的影响。

其他预分离手段在原子吸收光谱法也有很好应用。此外,色谱分离技术与原子吸收联用技术在20世纪80年代得到人们的重视。

(3)原子吸收的间接分析法一些非金属元素如F、CI、Br、I,因共振谱线波长在远紫外区,对测量仪器要求高;对于重金属元素如U、Th、Nb、Ta等,直接测量灵敏度较低;对于有机化合物或阴离子无法使用原子吸收测定;使用间接分析方法使上述测定有了可能,拓宽了应用范围。

五、干扰及其消除方法

实验表明原子吸收光谱法要比发射光谱法、光度分析法及电化学分析法的干扰要少得多,但并非没有干扰。主要有光谱干扰(spectral interference)、物理干扰(physical interference)和化学于扰(chemical intefference)。

1.光谱干扰

(1)与光源发射有关的光谱干扰空心阴极灯除了发射很强的元素共振谱线外,往往还发射其他谱线。此外,空心阴极灯内的杂质会使灯产生连续背景,使测量灵敏度下降,可以通过在空心阴极灯两电极上反向加电压处理而得到克服。

(2)试样共存元素干扰尽管原子吸收光谱要比发射光谱简单,谱线少,干扰少,但谱线重叠的干扰仍然存在。大量实践表明,目前只发现八对元素谱线相互有干扰。例如用铁271.9025nm谱线测定铁的吸收时,若试样存在铂,由于铂271.9038nm吸收线的干扰,使吸收增强。如选用铁的248.33nm或385.99nm进行测定,就可以避免铂的干扰。

(3)与原子化有关的光谱干扰对于火焰原子化器而言,火焰发射的连续光谱会干扰测定,通过单色器可以将大部分的连续光谱分离掉,但单色器通带区域内仍然有火焰辐射通过,可以对灯的发射谱线进行调制,将火焰的直流信号分离掉。

重要的干扰是背景吸收(background absorption),它是一种宽频带的吸收。引起背景吸收有两部分原因。①分子吸收。包括火焰的成分,如OH、CH、CO等分子基团吸收光源辐射;低温火焰中常存在碱金属和碱土金属的卤化物的吸收;在高温火焰中碱土金属的氧化物或氢氧化物也会吸收辐射等。②光的散射。火焰中的气溶胶固体微粒存在,会使入射光发生散射,产生高于真实值的假吸收,使结果偏高。

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