原子吸收光谱法分析手册.docx

Analytical Methods
for Atomic Absorption Spectormetry

TAS系列原子吸收分光光度计
原子吸收光谱法分析手册

北京普析通用仪器有限责任公司
Beijing Purkinje General Instrument Co.,LTD

前 言
原子吸收光谱法是最常见的金属元素分析法之一，它具有快速、灵敏、准确和干扰少等特点，深受广大分析人员的喜爱。
北京普析通用仪器有限责任公司（以下简称公司）生产的TAS-986系列、TAS－990系列等型号原子吸收分光光度计已广泛用于国内各行业并行销10多个国家和地区，其卓越的性能得到广大用户肯定。其技术水平和性能指标一直处于国内领先位置：安全可靠的火焰方法，多重安全保护环节，最大限度地保障操作人员和仪器自身的安全；国内首家横向加热石墨炉体，先进的炉体结构设计，石墨管具有寿命长、灵敏度高、温度均匀、记忆效应小等一系列优点。TAS-986系列曾荣获BCEIA’97展会金奖，TAS-990系列产品荣获北京市科技进步奖和高新科技转化项目等奖项，基于优异的产品性能和高的性价比，在2003年全国环保行业招标会中，一举中标44台套。受众多使用者要求我们编辑了这本“原子吸收光谱法分析手册”，汇集了几十种元素的火焰和石墨炉分析方法及其仪器条件。这些方法虽然经过我们仔细筛选和测试，但由于水平所限，仍可能存在错误与不完美的地方，何况仪器所处的环境条件各异，不可能形成一种统一的仪器条件，本书所列分析件只是作为分析方法的指导参考。
本书由佘卫炜、王小菊执笔，第一至六章主要参考邓勃、何华焜教授的《应用原子吸收与原子荧光光谱分析》及《原子吸收光谱分析》两本著作，根据公司产品情况编辑而成；第七章各元素分析的标准条件，由佘卫炜、王小菊、李长青等通过大量实验测试所得数据整理而成；第八章分析应用，列出了一些应用实例，它们都是广大用户使用TAS系列仪器研究的分析方法，在公开杂志及《普析通用》上发表的文献。由于时间仓促加之我们水平有限，书中可能出现的错误敬请阅者给于批评指正。
在本书的编辑过程中，孙宏伟、尹洧、牛映斗、柳苍、左向东等给予了大量的技术指导；广州分析测试中心的何华焜教授对于我们的分析手册提供了大量中肯的修改意见，对本分析手册的顺利面世给予了有力的支持与帮助，在此一并向他们表示感谢。

北京普析通用仪器有限公司
佘卫炜 王小菊
2006年1月

Copyright © 2005 Beijing Purkinje General Instrument Co.,LTD.
©2005 年北京普析通用仪器有限责任公司版权所有。
All rights reserved. 保留所有权利。

2006年1月第1版
2006年1月第1次印刷

目 录
第一章 原子吸收基本原理 1
1.1 原子吸收光谱的产生 1
1.2 原子吸收光谱轮廓 2
1.3 原子吸收光谱的测量 5
第二章 原子吸收仪器结构 10
2.1 光源 10
2.2 原子化器 13
2.2.1. 火焰原子化器 13
2.2.2. 石墨炉原子化器 16
2.3 背景校正装置 22
2.3.1 氘灯校正背景 22
2.3.2 空心阴极灯自吸收校正背景 24
2.4 单色器 26
2.5 监测器 28
2.6 数据处理系统 28
2.7 TAS－990原子吸收分光光度计附件 29
第三章 火焰原子吸收中的概念 36
3.1 基线稳定性 36
3.2 灵敏度 36
3.3 精密度 37
3.4 检出限 38
3.5 线性回归和线性范围 39
第四章 原子吸收分析技术 40
4.1 火焰原子化技术 40
4.1.1 火焰的基本特性 40
4.1.2 火焰原子化过程 48
4.2 石墨炉分析技术 54
4.2.1 石墨炉原子化的过程和机理 54
4.2.2 石墨管改进技术 57
4.2.3 化学（基体）改进剂技术 62
4.2.4 原子化过程中AA吸收信号轮廓的特征 63
4.2.5 影响测量精密度的因素 65
4.2.6 石墨炉系统的常规维护 67
4.3 标准溶液的保存 69
4.4 定量方法 70
4.4.1 标准曲线法 70
4.4.2 标准加入法 72
4.4.3 内标法 74
第五章 原子吸收分析中的干扰和校正 76
5.1. 光谱干扰 76
5.2. 物理干扰 77
5.3. 电离干扰 78
5.4. 化学干扰 79
5.5. 背景校正 82
第六章 原子吸收分析最佳化技术 86
6.1. 波长的选择 86
6.2. 空心阴极灯位置的调节优化 88
6.3. 灯电流的最佳调节 89
6.4. 通带的最佳化调节 92
6.5. 石墨炉位置的调节选择 93
6.6. 石墨炉原子化程序的优化选择 95
6.7. 火焰原子吸收样品注入系统的最佳化调节 103
6.7.1. 雾化器 103
6.7.2. 撞击球 104
6.7.3. 雾化室 104
6.7.4. 燃烧器 105
6.7.5. 火焰 106
第七章 元素分析标准条件 109
7.1 注意事项 109
7.2 分析方法基本指标的说明 114
7.3 火焰原子吸收标准条件 118
银（Ag） 118
铝（Al） 123
砷（As） 126
金（Au） 129
硼（B） 132
钡（Ba） 135
铍（Be） 140
铋（Bi） 143
钙（Ca） 146
隔（Cd） 150
钴（Co） 153
铬（Cr） 156
铯（Cs） 159
铜（Cu） 162
铁（Fe） 165
镓（Ga） 168
锗（Ge） 171
钬（Ho） 174
铟（In） 177
铱（Ir） 180
钾（K） 183
镧（La） 187
锂（Li） 191
镁（Mg） 194
钼（Mo） 197
钠（Na） 200
铌（Nb） 203
镍（Ni） 206
铅（Pb） 209
钯（Pd） 212
铂（Pt） 215
铷（Rb） 218
铑（Rh） 221
锑（Sb） 224
硒（Se） 227
硅（Si） 230
锡（Sn） 233
锶（Sr） 239
钽（Ta） 245
钛（Ti） 248
铊（Tl） 251
钒（V） 254
钨（W） 257
镱（Yb） 260
锌（Zn） 263
锆（Zr） 266
氯、磷酸根、硅酸根及硫酸根的间接测法 269
7.4 石墨炉原子吸收标准条件 280
银（Ag） 280
铝（Al） 283
砷（As） 286
金（Au） 289
钡（Ba） 292
铍（Be） 295
镉（Cd） 298
钴（Co） 301
铬（Cr） 303
铜（Cu） 306
铁（Fe） 309
铟（In） 312
锰（Mn） 315
钼（Mo） 318
镍（Ni） 321
铅（Pb） 324
钯（Pd） 327
铑（Rh） 330
锶（Sr） 333
钛（Ti） 336
铊（Tl） 339
钒（V） 342
镱（Yb） 345
第八章 原子吸收光谱法的分析应用 348
原子吸收法测定润滑油中的镁 349
用原子吸收法间接分析水中的氯化物 352
原子吸收光谱法在涂料分析中的应用 355
嘉峪关铁路地区健康人群发中铁、锌、铜含量测定 356
原子吸收光谱法测定废气中的锡 358
火焰原子吸收光谱法测定饲料中的钙 360
火焰原子吸收发测定烟草中的钾 363
火焰原子吸收光谱法测定茶叶中的铅铜 365
火焰原子吸收法分析大红粉染料中的Ba 、Cr和Pb含量 369
石墨炉（横向加热平台管）参数及基体改进剂 372
石墨炉原子吸收法测定海产品中的钡 375
恒温平台石墨炉法测定人血白蛋白制剂中的铝 382
横向加热石墨管的性能与测试 390
石墨炉原子吸收光谱法测定砷 403
原子吸收光谱法测定车间空气中的铅 407
原子吸收分光光度计的仪器零和空白置零 413
中药材中Pb、Cd、As、Hg的测定 418
石墨炉原子吸收法分析金矿样中的Au含量 421
原矿、生矿、不锈钢中微量元素的分析 425
GBW(E)080193标样中锌和钼的测定 428
石墨炉原子吸收法测定裂解重油和催化剂中V的含量 433
钢铁中微量元素的测定 438
原子吸收光谱法在涂料分析中的应用 441
石墨炉原子吸收法测定茶水中硒 452
石墨炉原子吸收法测定维生素中铅的含量 456
牛奶中锌的测定－富锌牛奶的开发 460
石墨炉原子吸收光谱法测定养殖用水中镉 466
参考文献 474

- V -
TAS系列原子吸收分光光度计
原子吸收光谱法分析手册

² 原子吸收基本原理
第一章 原子吸收基本原理
1.1 原子吸收光谱的产生
原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectrometry，简称AAS）是基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析的方法。【1】
众所周知，任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此，一个原子核可以具有多种能级状态。能量最低的能级状态称为基态（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能量最低的激发态则称为第一激发态。正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差ΔE时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子吸收光谱。电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射能量。核外电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的谱线称为共振吸收线，简称共振线。电子从第一激发态返回基态时所发射的谱线称为第一共振发射线。由于基态与第一激发态之间的能级差最小，电子跃迁几率最大，故共振吸收线最易产生。对多数元素来讲，它是所有吸收线中最灵敏的，在原子吸收光谱分析中通常以共振线为测定线。
1.2 原子吸收光谱轮廓
一束频率为ν强度为I0的光通过厚度为L的原子蒸气，部分光被吸收，部分光被透过，透过光的强度In服从Lambert（朗伯）吸收定律
In = I0 exp(-knL) （1－1）
式中kn是基态原子对频率为n的光的辐射吸收系数。不同元素原子吸收不同频率的光，透过光强度对吸收光频率作图，如下图：

I0
In
n 0

图1-1 Iv与v的关系
由图可知，在频率n 0处透过光强度最小，即吸收最大。
若将吸收系数k对频率v作图，所得曲线为吸收线轮廓（如图1-2）。原子吸收线轮廓以原子吸收谱线的中心频率v0（或中心波长）和半宽度Δv表征。中心频率v0由原子能级决定。半宽度是中心频率位置，吸收系数极大值k0一半处，谱线轮廓上两点之间频率或波长的距离。

图1-2 吸收曲线轮廓
谱线具有一定的宽度，主要有两方面的因素：一类是由原子性质所决定的，例如，自然宽度；另一类是外界影响所引起的，例如，热变宽、碰撞变宽等。
1) 自然宽度
没有外界影响，谱线仍有一定的宽度称为自然宽度。它与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。不同谱线有不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级。
2) 多普勒变宽
由于辐射原子处于无规则的热运动状态，因此，辐射原子可以看作运动的波源。这一不规则的热运动与观测器两者间形成相对位移运动，从而发生多普勒效应，使谱线变宽。这种谱线的所谓多普勒变宽，是由于热运动产生的，所以又称为热变宽，一般可达10-3nm，是谱线变宽的主要因素。
3) 压力变宽
由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子和电子等）间的相互作用而产生的谱线变宽，统称为压力变宽。压力变宽通常随压力增大而增大。在压力变宽中，凡是同种粒子碰撞引起的变宽叫Holtzmark（赫尔兹马克）变宽；凡是由异种粒子引起的变宽叫Lorentz（罗伦兹）变宽。
此外，在外电场或磁场作用下，能引起能级的分裂，从而导致谱线变宽，这种变宽称为场致变宽。
4) 自吸变宽
由自吸现象而引起的谱线变宽称为自吸变宽。空心阴极灯发射的共振线被灯内同种基态原子所吸收产生自吸现象，从而使谱线变宽。灯电流越大，自吸变宽越严重。
1.3 原子吸收光谱的测量
1) 积分吸收
在吸收线轮廓内，吸收系数的积分称为积分吸收系数，简称为积分吸收，它表示吸收的全部能量[1]。从理论上可以得出，积分吸收与原子蒸气中吸收辐射的原子数成正比。数学表达式为：
（1-2）
式中e为电子电荷；m为电子质量；c为光速；N0为单位体积内基态原子数；f0i振子强度，即能被入射辐射激发的每个原子的平均电子数，它正比于原子对特定波长辐射的吸收几率。基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。在通常的原子吸收测定条件下，原子蒸气中基态原子数近似等于总原子数。这是原子吸收光谱分析法的重要理论依据。
若能测定积分吸收，则可求出原子浓度。但是，测定谱线宽度仅为10-3nm的积分吸收，需要分辨率非常高的色散仪器。
2) 峰值吸收
目前，一般采用测量峰值吸收系数的方法代替测量积分吸收系数的方法。如果采用发射线半宽度比吸收线半宽度小得多的锐线光源，并且发射线的中心与吸收线中心一致。这样就不需要用高分辨率的单色器，而只要将其与其它谱线分离，就能测出峰值吸收系数。
在一般原子吸收测量条件下，原子吸收轮廓取决于 Doppler （热变宽）宽度，通过运算可得峰值吸收系数：
（1-3）
可以看出，峰值吸收系数K0与原子浓度N0成正比，只要能测出K0 就可得出N0。
3) 实际测量
在实际工作中，对于原子吸收值的测量，是以一定光强的单色光I0通过原子蒸气，然后测出被吸收后的光强I，此一吸收过程符合朗伯-比耳定律，即
（1-4）
式中是入射辐射强度，是透过原子吸收层后的辐射强度，L是原子吸收层厚度，是对频率为的辐射吸收系数。在实际分析工作中，使用锐线光源，实际测量的仍是在一有限通带范围内的吸收强度。通过仪器分光系统投射到分析原子吸收层的入射辐射强度为，
（1-5）
经过厚度为L的分析原子吸收层之后的透射辐射强度为
（1-6）
根据吸光度的定义，

(1-7)
在原子发射线中心频率的很窄的频率范围内，随频率的变化很小，可以近似地视为常数。当→0，→。因此，在光源线宽非常窄的情况下，(1-7)式可以改写为
(1-8)
将(1-3)式代入(1-8)式，得到
(1-9)
在通常的火焰和石墨炉原子化器的原子化温度高约3000K的条件下，按照玻尔兹曼分布，处于激发态的原子数是很少的，与基态原子数相比，可以忽略不计。除了强烈电离的碱金属和碱土金属元素之外，实际上可以将基态原子数视为等于总原子数N，这时关系式(1-9)可以写为
(1-10)

在(1-10)式中，只涉及气相中分析原子对入射辐射的光吸收过程，而不涉及样品中有关被测元素转化为气相中自由原子的任何过程。而在实际分析工作中，要求测定的是试样中被测元素的含量C。要实现测定，先得在原子化器内将被测元素经过多步化学反应转化为自由原子，这个转化过程是复杂的，经常受到多方面的干扰。现假定在确定的实验条件下，蒸气相中的原子数与试样中被测元素的含量C成正比，
(1-11)
式中,是试样中被测元素转化为自由原子的系数，表征被测元素的原子化效率，取决于试样和元素的性质及实验条件。将(1-11)式代入(1-10)式，得到
(1-12)
在实验条件一定时，对于特定的元素测定，(1-12)式右侧除了被测元素的含量C之外，其他各项为常数，于是得到以下简单的公式：
(1-13)
式中，K是与实验条件有关的参数。(1-13)式表明，吸光度与试样中被测元素含量成正比。这就是原子吸收光谱分析的实用关系式。因为K是与实验条件有关的参数，因此，必须使用校正曲线法进行原子吸收光谱定量分析。
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TAS系列原子吸收分光光度计
原子吸收光谱法分析手册

² 原子吸收仪器结构

第二章 原子吸收仪器结构
原子吸收光谱仪又称原子吸收分光光度计。原子吸收光谱仪由光源、原子化器、单色器和检测器等四部分组成，如图2-1和2-2所示：

图2-1 火焰原子吸收分光光度计示意图

图2-2 石墨炉原子吸收分光光度计示意图

2.1 光源
光源是原子吸收光谱仪的重要组成部分，它的性能指标直接影响分析的检出限、精密度及稳定性等性能。光源的作用是发射被测元素的特征共振辐射。对光源的基本要求：发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度；辐射的强度要大；辐射光强要稳定，使用寿命要长等。空心阴极灯是符合上述要求的理想光源，应用最广。【1】

图2-3 空心阴极灯示意图
空心阴极灯（Hollow Cathode Lamps，简称HCL）是由玻璃管制成的封闭着低压气体的放电管，如图2-3所示，主要是由一个阳极和一个空心阴极组成。阴极为空心圆柱形，由待测元素的高纯金属或合金直接制成，贵重金属以其箔衬在阴极内壁。阳极为钨棒，上面装有钛丝或钽片作为吸气剂。灯的光窗材料根据所发射的共振线波长而定，在可见波段用硬质玻璃，在紫外波段用石英玻璃。制作时先抽成真空，然后再充入压强约为267 ~ 1333 Pa的少量氖或氩等惰性气体，其作用是 载带电流、使阴极产生溅射及激发原子发射特征的锐线光谱。
由于受宇宙射线等外界电离源的作用，空心阴极灯中总是存在极少量的带电粒子。当极间加上300 ~ 500V电压后，管内气体中存在着的、极少量阳离子向阴极运动，并轰击阴极表面，使阴极表面的电子获得外加能量而逸出。逸出的电子在电场作用下，向阳极作加速运动，在运动过程中与充气原子发生非弹性碰撞，产生能量交换，使惰性气体原子电离产生二次电子和正离子。在电场作用下，这些质量较重、速度较快的正离子向阴极运动并轰击阴极表面，不但使阴极表面的电子被击出，而且还使阴极表面的原子获得能量从晶格能的束缚中逸出而进入空间，这种现象称为 阴极的“溅射” 。“溅射”出来的阴极元素的原子，在阴极区再与电子、惰性气体原子、离子等相互碰撞，而获得能量被激发发射出阴极物质的线光谱。
空极阴极灯发射的光谱，主要是阴极元素的光谱。若阴极物质只含一种元素，则制成的是单元素灯。若阴极物质含多种元素，则可制成多元素灯。多元素灯的发光强度一般都较单元素灯弱。
空极阴极灯的发光强度与工作电流有关。使用灯电流过小，放电不稳定；灯电流过大，溅射作用增强，原子蒸气密度增大，谱线变宽，甚至引起自吸，导致测定灵敏度降低，灯寿命缩短。因此在实际工作中应选择合适的工作电流。
空极阴极灯是性能优良的锐线光源。由于元素可以在空极阴极中多次溅射和被激发，气态原子平均停留时间较长，激发效率较高，因而发射的谱线强度较大；由于采用的工作电流一般只有几毫安或几十毫安，灯内温度较低，因此热变宽很小；由于灯内充气压力很低，激发原子与不同气体原子碰撞而引起的压力变宽可忽略不计；由于阴极附近的蒸气相金属原子密度较小，同种原子碰撞而引起的共振变宽也很小；此外，由于蒸气相原子密度低、温度低、自吸变宽几乎不存在。因此，使用空极阴极灯可以得到强度大、谱线很窄的待测元素的特征共振线。
2.2 原子化器
2.2.1. 火焰原子化器
原子化器的功能是提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。对原子化器的基本要求：必须具有足够高的原子化效率；必须具有良好的稳定性和重现形；操作简单及低的干扰水平等。其结构如图2-4所示。

图2-4 火焰原子化器结构示意图

火焰原子化法中，常用的是预混合型原子化器，它是由雾化器、雾化室和燃烧器三部分组成。用火焰使试样原子化是目前广泛应用的一种方式。它是将液体试样经喷雾器形成雾粒，这些雾粒在雾化室中与气体（燃气与助燃气）均匀混合，除去大液滴后，再进入燃烧器形成火焰。此时，试液在火焰中产生原子蒸气。
雾化器
原子吸收法中所采用的雾化器是一种气压式、将试样转化成气溶胶的装置。典型的雾化器如图2-5所示。
当气体从喷嘴高速喷出时，由于伯努利(Bernoumlli)效应的作用，在喷咀附近产生负压，使样品溶液被抽吸，经由吸液毛细管流出，并被高速的气流破碎成为气溶胶。气溶胶的直径在微米数量级。直径越小，越容易蒸发，在火焰中就能产生更多的基态自由原子。雾化器的雾化效率对分析结果有着重要影响。在原子吸收分析中，对试样溶液雾化的基本要求是：喷雾量可调，雾化效率高且稳定；气溶胶粒度细,分布范围窄。一个质量优良的雾化器，产生直径在5～10μm范围的气溶胶应占大多数。调节毛细管的位置即可改变负压强度而影响吸入速度。装在喷雾头末端的撞击球的作用就是使气溶胶粒度进一步细化，以有利于原子化。
雾化器是火焰原子化器中的重要部件。它的作用是将试液变成细雾。雾粒越细、越多，在火焰中生成的基态自由原子就越多。目前，应用最广的是气动同心型雾化器。喷出的雾滴碰到玻璃球上，可产生进一步细化作用。生成的雾滴粒度和试液的吸入率，影响测定的精密度和化学干扰的大小。目前，雾化器多采用不锈钢、聚四氟乙烯或玻璃等制成。

图2-5 雾化器结构图

雾化室
雾化室的作用主要是去除大雾滴，并使燃气和助燃气充分混合，以便在燃烧时得到稳定的火焰。其中的扰流器可使雾滴变细，同时可以阻挡大的雾滴进入火焰。一般的喷雾装置的雾化效率为5 ~ 15%。
燃烧器
试液的细雾滴进入燃烧器，在火焰中经过干燥、熔化、蒸发和离解等过程后，产生大量的基态自由原子及少量的激发态原子、离子和分子。通常要求燃烧器的原子化程度高、火焰稳定、吸收光程长、噪声小等。燃烧器有单缝和三缝两种。燃烧器的缝长和缝宽，应根据所用燃料确定。目前，单缝燃烧器应用最广。
燃烧器多为不不锈钢制造。燃烧器的高度应能上下调节，以便选取适宜的火焰部位测量。为了改变吸收光程，扩大测量浓度范围，燃烧器可旋转一定角度。
2.2.2. 石墨炉原子化器
石墨炉原子化器的原理
石墨炉原子化器是应用最广泛的无火焰加热原子化器。其基本原理是利用低电压大电流(常高达数百安培)通过低阻值的石墨管，以产生高达2000～ 3000℃的高温，使置于石墨管中的少量试液或固体试样蒸发和原子化。图2－6为石墨炉的工作原理简图。

图2-6石墨炉原理图
横向加热石墨炉
石墨炉原子化器起源于1959年俄罗斯学者B. L’vov的工作。早期的石墨炉装置是Massmann管型炉，因加热方向与石墨管平行,所以也叫纵向加热石墨炉。
纵向加热石墨炉结构简单，石墨管体积小巧。但在通电加热过程中，与石墨管两端接触的电极必须水冷，这就使石墨管两端的热量不断被带走，造成管的两端温度低中心部分温度高的状态，形成原子化过程中明显的温度梯度，这是纵向加热石墨管本身故有的缺点，与B. L’vov “恒温原子化”的思想是不相符的。
从20世纪90年代起，各生产厂家陆续推出了恒温性能良好的横向加热石墨炉装置。1990年美国Perkin-Elmer公司推出了世界上第一台横向加热石墨炉GFAAS商品仪器（ZL4100型）。在国内，普析通用仪器有限责任公司率先推出了横向加热石墨炉原子吸收分光光度计（TAS－986型）。
横向加热石墨炉是指在与石墨管光路方向相垂直的方向对其加热。横向加热石墨管由于电流方向和光路方向正交，消除了循环冷却水带走石墨管两端热量的弊端，从理论上讲石墨管光路方向不存在温度梯度。图2-7是横向加热石墨炉上重要的原子化器件－横向加热石墨管。

图2-7横向加热石墨管
依据文献报道和作者的实践，与纵向加热石墨管相比，横向加热石墨管有优良的分析性能，原子化温度低，原子化时间短，如Mo在2400～2500ºC原子化，原子化时间2～3秒即可。
横向加热石墨管
当今商品化仪器用石墨管按加热方式分为纵向加热和横向加热两种。这两种石墨管外形如图2-8所示。

图2-8 石墨管示意图
纵向加热石墨管由于两供电石墨锥在光路的前后，沿光路方向有较大的温度变化，原子化过程存在空间的不等温性，因此基体干扰严重。我国，马治中及陈友祎先生分别对横向加热技术做了研究，并首先在北京普析通用仪器有限责任公司的TAS－986原子吸收分光光度计上实施，推出了我国首台横向加热石墨炉商品仪器。
鉴于纵向加热石墨炉管内温度分布的不均于性，1978年B. L’vov提出了在石墨管中放置平台的思路。图2-9为普析通用公司生产的横向加热全热解平台石墨管剖面图。

图2-9横向加热石墨管剖面图
石墨炉与 L’vov平台技术相结合有3个方面的优越性：①能明显地减少基体干扰 ；②对大部分元素能提高测定灵敏度和精密度；③由于L’vov平台是全热解石墨制成，有一定的厚度，试样加在平台上，减少了试样对石墨管壁的腐蚀，因此，延长了管子使用寿命。
分析工作者应充分认识平台石墨管的优越性能，要想消除干扰获得好的分析结果，不论是使用纵向加热石墨管还是横向加热石墨管，最好还是使用带平台的石墨管。TAS-986、TAS-990原子吸收分光光度计配备的横向加热全热解平台石墨管外观图如图2-10所示。

图2-10横向加热石墨管外观图
横向加热石墨炉的温控系统及特性
1> 控温系统
石墨炉的温度稳定性是影响测定精密度的重要因素之一。石墨管使用一段时间后，由于反复的高温、低温变化，其电阻会产生变化，一般电阻会变大。传统的电压反馈控制系统或者电流反馈控制系统随着石墨管的使用次数增加，实际控制的温度会逐渐变低或者逐渐变高。
TAS-986和TAS-990系列采用功率反馈型温度控制系统。该系统控制石墨管的加热功率恒定，控制温度稳定性大大提高，并且新旧石墨管、不同批次石墨管的适用性也大大提高。
2> 特性
横向加热石墨管的两端与冷却部分不接触，两端的热散失很小，沿管长度的温度梯度大为减小，恒温区域大大增加，所以横向加热石墨管在原子化过程中提供了比较良好的时间空间恒温环境。对比纵向加热石墨炉，它的优越性在于：
① 克服了纵向加热石墨炉温度的不均匀性所造成的温度梯度，横向加热石墨炉通电后整个石墨管几乎是同时达到所要求的温度。
② 降低元素原子化温度。由于是整个管子同时达到所要求的原子化温度，没有温度梯度的影响，所以有许多元素原子化温度都有所下降，原子化时间较短，延长了石墨管的使用寿命。
③ 基体干扰少。由于整个管子几乎同时达到所要求的温度，减少了基体所带来的分子吸收。
④横向加热平台石墨炉测定易形成碳化物的元素钼时，较纵向加热石墨炉所产生的记忆效应要小。
⑤横向加热石墨炉的化学干扰小。
2.3 背景校正装置
2.3.1 氘灯校正背景
连续光源校正背景技术，可采用氘灯、钨灯或氙灯作为背景校正光源。钨灯可用于可见及近红外波段。由于钨灯是热辐射光源，只能采用机械斩光方式调制，使用不方便，商品化仪器很少使用。氙灯一般用在大于220nm的波长范围，且由于电源复杂，应用也较少。氘灯可用于紫外波段（180～400nm），由于它是真空放电光源，调制方式既可采用机械方式也可采用时间差脉冲点灯的电调制方式，且原子吸收测量的元素共振辐射大多数处于紫外波段，所以氘灯校正背景是连续光源校正背景最常用的技术，已成为连续光源校正背景技术的代名词【2】。
原子吸收光谱仪常用的氘灯背景校正装置如图2-11所示：

图2-11 氘灯背景校正装置

图2-11中(a)为通过型氘灯背景校正器，该装置使用的氘灯是特殊制作的中心有小孔的氘弧灯。元素灯的共振辐射由L1会聚后通过氘灯中心的小孔，与氘灯辐射合并后由L2会聚通过原子化器。氘灯与元素灯采用时间差脉冲点灯方式供电，仪器根据同步脉冲分时测量总吸收及背景吸收并计算分析原子吸收。(b)为反射型氘灯背景校正器，用一个旋转切光器M1使由空心阴极灯和氘灯发出的辐射交替地通过原子化器，分时测量总吸收（空心阴极灯的辐射吸收信号）及背景吸收（氘灯的辐射吸收信号）。反射型背景校正器，可使用氘灯、钨灯或氙灯作光源，光源调制方式可采用机械斩光调制也可采用时间差脉冲点灯电调制。当采用时间差脉冲点灯方式时，旋转切光器M1可用半透半反境代替，这种装置结构简单，稳定可靠，因此得到了广泛的应用。
这种装置的缺点是采用两种光源，由于光源的结构不同，两种灯的光斑大小也存在差异，不易准确聚光于原子化器的同一部位，故影响背景校正效果。氘灯在长波处的能量较低，不易进行能量平衡，也不适用于长波区的背景校正。
2.3.2 空心阴极灯自吸收校正背景
自吸收校正背景方法是利用在大电流时空心阴极灯出现自吸收现象，发射的光谱线变宽，以此测量背景吸收。图2-12是空心阴极灯自吸收法背景校正装置的原理图。主控制器控制系统的整体工作，由单片机及接口电路组成，也有采用程序存储器编码输出时序信号，同步整个系统的工作。D/A输出控制空心阴极灯电源，D/A输出电平的高低产生空心阴极灯电流波形。窄脉冲大电流IH是自吸收电流，峰值电流可设置为300－600mA，宽脉冲小电流IL是正常测量电流，峰值电流可设置为60 mA或更小。仪器控制软件在设置灯电流时，厂家一般给定的是平均电流，约几毫安至十几毫安，这并不表示几毫安的灯电流即能产生自吸现象。点灯频率可取100－200Hz，太高的频率光强度不易稳定，频率太低背景校正效果差。由于宽、窄脉冲的电流差别很大，前置信号放大器必需取不同的增益，以平衡信号的输出。由同步信号控制在tL及tH时刻分别接通运算放大器的反馈电阻RL及RH输出总吸收测量信号及背景测量信号。

图2-12 空心阴极灯自吸收背景校正装置

自吸收背景校正装置的主要优点是：(1) 装置简单，除灯电流控制电路及软件外不需要任何的光机结构；(2)背景校正可在整个波段范围（190～900nm）实施；(3)用同一支空心阴极灯测量原子吸收及背景吸收，样品光束与参比光束完全相同，校正精度很高。
同时也存在一些不足：(1) 不是所有的空心阴极灯都能产生良好的自吸发射谱线。一些低熔点的元素在很低的电流下即产生自吸，一些高熔点元素在很高的电流下也不产生自吸，对这样一些元素测定，灵敏度损失严重，甚至不能测定。(2) 由于空心阴极灯的辐射相对供电脉冲有延迟，为在自吸后能返回到正常状态，调制频率不宜太高。
鉴于以上几点，有人专门研究了自吸收用的空心阴极灯。也有人采用高强度空心阴极灯作背景校正，采取的措施是在窄脉冲时切断辅助阴极的供电，以提高自吸收能力，宽脉冲时增加辅助极电流，以使自吸收降至最小。在这种条件下，分析灵敏度得以提高，尤其是对一些通常工作电流下便发生自吸的元素，效果更好，如Na的测定。
2.4 单色器
单色器作用是把待测元素的共振线(实际上是分析线)与其它谱线分离开来,只让待测元素的共振线能通过,主要由色散元件(常用的是光栅),入射和出射狭缝,反射镜等组成.
单色器置于原子化器与检测器之间。单色器的操作参数主要是光谱通带.所谓光谱通带是指单色器出射光束波长区间的宽度,单色器将相邻两条谱线分开的能力不仅和色散元件的色散能力有关,而且还受单色器出射狭缝宽度的制约,因此光谱通带的表示为
（2-1）
式中:
W为单色器的光谱通带(nm)
D为线色散率倒数(nm/mm)
S为狭缝宽度(mm)
如果相邻的干扰谱线与被测元素共振线之间相距小时，光谱通带要小。反之，光谱通带可增大。不同元素谱线的复杂程度不同，选用光谱通带的大小亦各不一样。碱金属、碱土金属元素的谱线简单，谱线及背景干扰小，可选用较大的光谱通带，而过渡元素、稀土元素的谱线复杂，测定时应采用较小的光谱通带。
锐线光谱的谱线比较简单，对单色器分辨率的要求不高，一般光谱通带为0.2nm就可满足要求。TAS-990原子吸收分光光度计常用的光谱带宽有0.1nm，0.2nm，0.4nm，1.0nm等几种。光谱通带宽度是一个重要的仪器参数，对于分析结果影响较大，工作时应从多方面考虑，才能得到合适的选择。

2.5 监测器
原子吸收光谱法中检测器通常使用光电倍增管。光电倍增管是一种多极的真空光电管，内部有电子倍增机构，内增益极高，是目前灵敏度最高、响应速度最快的一种光电检测器，广泛应用于各种光谱仪器上。
常用光电倍增管有两种结构，分别为端窗式与侧窗式，其工作原理相同。端窗式从倍增管的顶部接收光，侧窗式从侧面接收光，目前光谱仪器中应用较广泛的是侧窗式。
光电倍增管的工作电源应有较高的稳定性。如工作电压过高、照射的光过强或光照时间过长，都会引起疲劳效应。
2.6 数据处理系统
传统仪器只有简单的模拟输出，测量数据靠人工记录或记录仪记录，校正曲线及定量计算全部靠手工操作。现在仪器操作者可以全然甩开纸笔与计算器，所有处理计算机全部自动完成。软件作为仪器必不可少的组成部分，发挥了越来越重要的作用。软件也成了衡量仪器水平的重要因素之一。
TAS-990上自带AAWin软件工作站。通过AAWin软件能够实现测量信号的积分、连续平均值、峰高、峰面积的记录，同时计算出多次测量的平均值及相对标准偏差等。
2.7 TAS－990原子吸收分光光度计附件
TAS-990系列原子吸收分光光度计，是北京普析通用仪器有限责任有限公司自行研制生产的全自动智能化的火焰-石墨炉原子吸收分光光度计。
在型号及配置上，TAS-990系列原子吸收分光光度计实现了火焰和石墨炉原子化器的四种不同组合方式，原子化器手动、自动切换方式也可选择。包括以下4种配置：
1. 单火焰型；
2. 单石墨炉型；
3. 火焰+石墨炉手动切换型；
4. 火焰+石墨炉自动切换型。
主要附件功能
仪器由计算机控制，运行专用PC机软件，实现全自动运转，同时能显示各种数据和分析曲线，支持数据和曲线的打印、储存、调出等再处理功能。
AAWin软件包含专家系统，为用户提供测定的参考条件。脱机时，软件可独立使用，调出保