浅述原子吸收光谱法测定技术

铜仁职业技术学院毕业论文（设计）

题目浅述原子吸收光谱法测定技术

姓名罗兴华

院部药学院

专业药物制剂技术

指导教师陈敏职称讲师

日期2013年5月26日

铜仁职业技术学院毕业论文（设计）

浅述原子吸收光谱法测定技术

罗兴华

【摘要】原子吸收光谱法亦称原子吸收分光光度法，它是根据从光源辐射出待测元素的特征光波，通过样品的蒸汽时，被蒸汽中待测元素的基态原子所吸收，由辐射光波强度减弱的程度，求出样品中待测元素的含量。本文从原子吸收光谱仪的发展史、安装条件、原理、使用方法、测定技术、特点、应用及其进展等进行了综述。

【关键词】火焰原子吸收法石墨炉原子吸收法氢化物原子吸收法

1 原子吸收光谱法的发展

原子吸收光谱分析法作为一种化学分析方法，诞生于1955年，澳大利亚科学家瓦尔西开创了火焰原子吸收光谱法；而在1959年俄罗斯里沃夫开创了石墨炉电热原子吸收光谱法。原子吸收光谱法的发现具有十分重要的意义，不仅为原子光谱学的基本原理提供了直接的验证，而且为药物重金属含量检测提供了一种不可或缺的分析与测量手段。

2 原子吸收光谱法的基本原理

每种元素都有其特征的光谱线，当光源发射的某一特征波长的光通过待测样品的原子蒸气时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使光源发出的入射光减弱，可以将特征谱线因吸收而减弱的程度用吸光度表示，吸光度与被测样品中的待测元素含量成正比。原子的浓度越大，吸收的光量越多，通过测定吸收的光量，就可以求出样品中待测的金属及类金属物质的含量，对于大多数金属元素而言，共振线是该元素所有谱线中最灵敏的谱线，这就是原子吸收光谱分析法的原理，也是该法之所以有较好的选择性，可以测定微量元素的根本原因。

3 原子吸收光谱法的检测方法

原子化方法主要有火焰法、石墨炉法和氢化物发生法。原子吸收火焰法

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一般分为两个阶段：第一阶段从溶液雾化至蒸发为分子蒸气的过程；第二阶段从分子蒸气至解离成基态原子的过程；原子吸收石墨炉法是样品置于石墨管内，将电流通过石墨管，产生3000℃以上的高温，使样品蒸发和原子化；原子吸收氢化物发生法是以硼氢化钾作为还原剂，在酸性介质中使锗、锡、铅等原子还原生成共价分子型氢化物的气体，然后将这种气体引入火焰或加热的石英管中，进行原子化。

3.1 火焰原子化法（FAAS）

是原子吸收光谱法应用最为普遍的一种，适用于测定易原子化的元素，具有较高的灵敏度和检测极限、重现性好、易于操作等优点。在工作时，助燃气由仪器外设的空压机提供压缩空气，经管道进入雾化器，在出口处以较高的速度喷出，造成局部负压，使样品溶液在大气压作用下沿进样毛细管上升，随着压缩空气一同喷入雾室中[1]。

3.2 石墨炉原子化法（CFAAS）

石墨炉原子吸收又称为无火焰原子吸收，石墨炉原子化器具有原子化效率高、所需样品量较少、检测灵敏、精密度高等优点，常用的石墨炉是管型高温石墨炉，仪器中的石墨管均封闭在一个保护气室里，目的是防止石墨管和原子化的原子被氧化，加热时，石墨管内外通有惰性气体氩气作为保护气，炉体外通有冷却水，使得原子化器的外围温度在60℃以下。在使用石墨炉原子化时，样品要经过干燥、灰化、原子化、净化四个过程，每个过程分别对应不同的温度，由仪器控温电路控制。

3.3 氢化物原子化法

对某些易形成氢化物的元素，如Pb、Sb、As、Hg、Bi、Sn和Te用火焰原子化法测定时灵敏度很低，因此，在测量时，将这些物质在酸性介质中用硼氢化钠处理得到分子型的氢化物气体，可大大提高检测限度。

4 原子吸收光谱仪的组成及安装环境

4.1 仪器组成

原子吸收光谱仪是由光源、原子化系统、分光系统和检测系统组成。

4.1.1 光源

原子吸收光谱仪的光源系统有空心阴极灯和无极放电灯。

4.1.2 原子化系统

可分为预混合型火焰原子化器，石墨炉原子化器，石英炉原子化器。

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4.1.2.1 火焰原子化器：由喷雾器、预混合室、燃烧器三部分组成。

4.1.2.2 石墨炉原子化器：是一类将试样放置在石墨管壁、石墨平台、碳棒盛样小孔或石墨坩埚内用电加热至高温下实现原子化的一种方法，又称低温原子化法。

4.1.3 分光系统

分光系统由凹面反射镜，狭缝组成。

4.1.4 检测系统

检测系统由检测器、放大器、对数转换器和电脑（工作站）等组成。

4.2 环境

实验室应设置在无强磁场和热辐射的地方，室内应保持清洁，空气相对湿度应小于80％，温度应维持在10～30℃。仪器应避免日光直射、污浊气流、烟尘、水蒸气及腐蚀性气体的影响和干扰。

4.2.1 实验室

实验台面应平整、坚固稳定，四周应留出足够的空间便于操作和维修。在原子吸收分光光度计的上方必须安装一个通风罩，即排气罩，使燃烧器产生的气体能顺利排出。

4.2.2电源

一般采用三相供电系统。一相接一个稳压电源，电压为220V±10%主要供主机、计算机和打印设备等；第二相不必接稳压电源，电流为150～300A，作为石墨炉电源；第三相电源主要用于空调、空气压缩机和排风设备等。仪器的地线接到直接埋入地下1m深处的金属板上。

4.2.3 冷却水

配备水循环的设施设备，保证冷却水的温度，且建议用经处理过得水作为冷却水，防止石墨炉腔体内产生水垢。

4.2.4 供气

供气用的钢瓶不能放在放置原子吸收分光光度计的实验室内，要将其放在安全、通风良好的并且离主机最近的房间。

4.2.5 安全性

当气体压力不足、冷却水量不足、温度过热时报警，并且仪器自动停止升温。

5 原子吸收光谱法的测定技术

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原子吸收光谱仪对不同的元素设定有特定的波长范围、阴极灯、狭缝宽度等参数，以上参数可根据需要调节仪器，要想得到较高的检测质量，关键在于样品的预处理和进样技术。

5.1 样品的预处理技术

测试样品的预处理主要包括样品的溶解，分离与富集两个步骤。样品的溶解，无机样品可直接用水稀释至事宜浓度范围，有机样品可用甲基异丁酮或石油醚稀释以降低粘度，固体样品常采用酸溶法，极少情况下用碱溶法；样品的分离与富集主要分为螯合萃取、萃取法、离子交换等。在药品微量元素检测中广泛应用的预处理方法有：湿法消化、干法灰化、和微波消解法等，其中微波消解技术具有节约试剂、方便快捷、样品溶解完全、污染少等特点，故最为常用。样品预处理的恰当与否直接决定了测量的灵敏度。

5.2 进样技术

样品的进样技术主要有三种：一是脉冲进样，适用于取样量少的样品以及高盐分样品的分析，比如测定小鼠血清中锌的含量；二是流动注射，该进样方法在保持精密度的前提下，提高了分析速度，如测定痕量铜的含量；三是原子捕集技术，此技术能够使得待测元素在火焰中停留时间较长，因而可提高原子吸收光谱法的灵敏度，如测定无铅汽油中铅的含量。

6 原子吸收光谱法的优缺点

因原子吸收的谱线很窄，所以原子吸收光谱法具有选择性强、光谱干扰小、灵敏度高、测定快速简便、应用范围广、精密度高等优点。在常规分析中大多数元素能达到μg级，若采用萃取法、离子交换法或其它方法还可达到ng级的测定。目前用原子吸收光谱法可测定的元素多达七十多种，不仅可以测定金属类金属元素，而且能间接测定某些非金属元素和有机物；不仅可以测定低含量或主量元素，而且能测定微量、痕量、甚至超痕量元素；不仅可以测定液态样品，而且能测定气态或某些固态样品。原子吸收光谱法谱线的强度受外界影响较小，且不需测定相对背景的信号强度，化学干扰少。常规低含量测定时，精密度为1%~3%，若采用自动进样技术或高精度测量方法，其相对偏差小于1%[2]。

当然原子吸收光谱法也有其局限性：一是不能对多元素同时分析；二是对难溶元素的测定灵敏度较低；三是对共振谱线处于真空紫外区的元素，如P、S等无法测定；四是标准工作曲线的线性范围窄；五是对于复杂样品的分析，

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还需进一步消除干扰。普遍采用火焰原子吸收法因设备简单、易于普及、操作简便和待测元素的线性范围宽等原因，利用其测定高含量组分取得了一定进展，为拓宽火焰原子吸收的应用开辟了一条途径，尽管如此，对于一些灵敏度低的元素，火焰原子吸收法仍无法满足测定的要求[3]。

7使用高压气体注意事项

7.1 气瓶的安装

气瓶应安装在室外通风处，并且不能让阳光直晒；气瓶要放置牢固，不能倒置，液化气体的气瓶必须垂直放置；气瓶的温度不能高于40℃，在与气瓶相距2米内不能有火源。

7.2 使用乙炔注意事项

使用乙炔时，要使用乙炔专用的减压阀，不能直接让乙炔流入管道，要避免接触能与乙炔反应的金属，避免分解爆炸事故。

7.3 使用空气注意事项

应供应干燥的空气，避免空气中含的水汽附着在气体控制器的内部，影响操作。

7.4 调压器

安装钢瓶的调压器时，要注意清楚钢瓶出口处的灰尘。使用合格的调压器和接头，坏的接头应立即扔掉，否则会漏气，定期检查压力表，使保持正常。

7.5 钢瓶的开/关

打开钢瓶前，确认截止阀处于关闭状态。向左转动次级压力调节阀，用专用的手柄打开钢瓶，在打开主阀后，可用肥皂水检查各接头处是否漏气[4]。

乙炔钢瓶的主阀只能从完全关闭状态下打开1圈-1.5圈。与此相反，如果乙炔主阀打开不足，则氧化亚氮-乙炔火焰(高温火焰)，当火焰从空气-乙炔火焰切换到氧化亚氮-乙炔火焰时由于乙炔流量不够而引起回火[5]。

使用后，必须立即关掉截止阀和主阀。

8 展望

原子吸收技术自其创建以来，无论是在基础理论还是实验技术等方面都在不断的完善。现在原子吸收光谱法已经成为一项相当成熟的测定样品中微量元素的含量的仪器分析技术。采用原子吸收光谱法研究中药中微量元素的含量及其相对比值能够为阐明中药的作用机理,中医证候诊断以及探讨中药

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制剂工艺提供一定的信息和理论依据。中药材的质量直接影响它的药理作用，而中药材作为中成药的原料，其有害微量元素是中成药有害微量元素的主要来源。国家有关部门已把中药材有害微量元素的研究列入重点研究项目。开展中药材有害微量元素研究是适应国际国内形势发展和中医药发展的要求，研究中药材内的有害微量元素对中草药的种植、开发、利用均具有举足轻重的意义[6]。

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参考文献

[1] 董亦斌,束嘉秀,王素萍. 催化动力学—火焰原子吸收原理及应用[J].昆明理工大学学报,2005,34(2):69-71.

[2] 邓勃. 原子吸收光谱法在元素形态分析方面的应用[J].现代仪器,2004,(2):1-8.

[3]钟学红.8种解表中草药中微量元素的测定[J].微量元素与健康研究

2001,18(4):44-45.

[4] 周世兴,李辉,张丽莉,等. 标准加入法在原子吸收光度法中的应用[J].环境检测管理与

技术,2003, 15(6):41-43.

[5] 李雯，杜秀月.原子吸收光谱法及其应用[J].盐湖研究,2003,11(4):67-72.

[6] 刘克玲. 原子光谱学进展的综述[J].光谱学与光谱分析,2005,25(1):96-107.

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致谢

这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事的帮助，其中我的导师陈敏老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我最先做的就是向耿老师寻求帮助，而陈老师每次不管多忙，总会抽空把我的论文进行点评和指导，然后一起商量解决的办法。

另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。

感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。

最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。