PerkElmer公司AAnalyst系列火焰AAS培训手册_301页.pdf

美国 PerkinElmer 公司 AAnalyst 系列火焰 AAS 培训手册 珀金埃尔默仪器（上海）有限公司 姚继军 编译 张扬祖 审校 第第 1 章章 火焰火焰 AAS 的基本分析方法的基本分析方法 发射和吸收发射和吸收 如今所有的 PERKINELMER 原子吸收光谱仪器都能测量原子吸收和原子发射。对于操作者来说，了解每项技术的过程是很重要的。对于每种元素来说，它的原子核周围都有特定数量的电子。每种原子的常见的和最稳定的轨道结构称作“基态”。如果将能量加到原子上，能量将会被吸收并且外层电子将会激发到不稳定的形态，这种状态被称为“激发态”。因为这种状态是不稳定的，原子最终将会返回到“基态”，同时放出光能。原子发射 原子发射包含了激发和衰变两个步骤。样品被放置在高能热环境中，这样有助于产生激发态的原子。我们可以用火焰，更常用的是等离子体来提供所需要的热环境。尽管如此，因为激发态是不稳定的，原子将自动返回到“基态”，并且释放出光能。元素的发射光谱包含一系列发射波长，由于发射波长是不连贯的，所以这些波长叫做发射谱线。当元素中被激发原子的数量增加时，发射谱线的强度就会增加。原子吸收 “基态”原子吸收了特定波长的光的能量进入到“激发态”。随着光路中原子数目的增加，吸收光的量也会增加。通过测量被吸收的光的量，我们可以定量确定分析物的量。使用特定的光源并且选择合适的波长可以使我们确定特定的元素。原子发射和原子吸收 在原子发射和原子吸收之间存在着一些基本的区别。在原子发射中，火焰主要有两种作用：火焰将样品蒸发，形成气态原子；火焰使气态原子跃迁到激发态。当这些原子回到基态时，它们会发光，这些光可以被特定的仪器检测到。所释放的光强度与溶液中待分析的元素浓度有关。在原子吸收中，火焰的唯一功能是使样品蒸发，形成气态原子，这些气态原子可以吸收初始光源（空心阴极灯或无极放电灯）发出的光。原子吸收仪器 原子吸收仪器包括 5个基本的部件：1光源：能够发射待测元素的光谱。2“吸收池”：样品的原子在吸收池内产生（火焰，石墨炉，MHS 池，FIAS池，FIMS 池）。3分光器：用于光散射。4检测器：测量光强度，并且可以放大信号。5显示器：在经过仪器电子设备处理后，显示器可以显示读数。有两种基本的原子吸收仪器：单光束和双光束。单光束 图中列出了单光束原子吸收光谱的原理图。光源（空心阴极灯或无极放电灯）可以产生与待测元素相匹配的光谱，这些光将通过样品池进入到分光器中。光源必须是电子调节或机械切割的，这样可以把光源的光和样品池中发出的辐射区别开来。分光器可以散射光，并且可以使特定波长的光单独的通过检测器，这个检测器通常是一个光电倍增管。电流的产生依赖与光强度，并且通过仪器电子设备来测量。电子设备可以测量样品池中的光衰减的量，并且可以将这些读数转化为实际的样品浓度。对于单光束系统来说，光源需要经过一个短的准备时间才能达到稳定。双光束 图中列出了双光束原子吸收光谱的原理图。光源的光被分成样品光束和参考光束，样品光束通过样品池，而参考光束则会绕过样品池。在双光束系统中，读数表示样品光束和参考光束之间的比例。因此，光强度中的波动并没有引起仪器读数的波动，并且可以增加稳定性。一般来说，光源不需要准备时间就可以分析待测物。原子吸收光源原子吸收光源 因为原子吸收特定波长的光，我们有必要使用窄带光源，这些光源将会放射分析待测元素所需要的窄带光谱。窄带光谱具有很高的强度，并且使原子吸收成为特定的分析技术。原子吸收中使用的主要光源是空心阴极灯（HCL）和无极放电灯（EDL）。对于大多数元素来说，空心阴极灯是一种卓越的，明亮的，稳定的线光源。尽管如此，对一些不稳定的元素来说，空心阴极灯的低灵敏性和较短的灯寿命是一个问题，这时无极放电灯（EDL）是合适的。无极放电灯（EDL）与空心阴极灯相比更强，因此，对于某些元素来说，无极放电灯（EDL）可以提供更高的精确度和较低的检出限。空心阴极灯 阴极是一个镂空的圆筒，这个筒全部或部分由某种金属制成，而阴极灯所发出的光谱就是金属产生的光谱。阳极和阴极被隐藏在玻璃圆筒中，这些玻璃圆筒中填满了氖气或氩气。这个玻璃圆筒有一个石英或紫外玻璃窗，这样可以为发射辐射提供最适宜的能见度。选择填充气既要考虑最强的灯强度，还要考虑光谱干扰，所以最适宜的填充气一般从氖气或氩气中进行选择。当用氖气填充时，灯会显示出红色；而用氩气填充时，灯会显示出蓝色。空心阴极灯适合于分析 60种以上的元素。我们在阳极和阴极之间施加电势，一部分填充在阴阳极之间的气体会离子化。带正电的离子会与带负电的阴极发生碰撞，并且会释放出金属原子，这个过程叫做“喷溅”。通过与填充气体的碰撞，被喷溅的金属原子将会被进一步激发产生发射。空心阴极灯的生命是有限的。随着使用时间的延长，空心阴极灯中的金属原子会由于喷溅过程而不断减少，这些减少的金属原子会在其他地方沉积下来。填充气会被吸附到喷射金属内，会被吸附到玻璃墙的表面，进而被吸附到玻璃内部。对于不稳定元素的灯来说，由于阴极的喷射过程更快，这些灯也就老化的更快。多元素灯 空心阴极灯的阴极通常是用一种很纯的金属来制成的，这样就可以产生很纯的发射光谱。尽管如此，我们也可以使用几种金属的混合物或合金来制造阴极。这个“多元素”灯可以用作阴极中所含有的全部金属的来源。可以用作多元素灯的金属组合有很多种。但是由于冶金性质或光谱限制，并不是所有的金属都能进行组合。单元素灯还是多元素灯？多元素灯中某种特定元素的发射强度并没有单元素灯中相同元素的发射强度那么强。这将会导致信噪比的降低，而较低的信噪比会影响分析的精确度和检出限。如果我们分析的样品浓度接近检出限或者我们需要很高的精确度，我们可以选择单元素灯。如果考虑到经济因素，一个多元素灯可以代替几个单元素灯。如果待测样品的浓度远远高于检出限，使用多元素灯就足够了。如果我们需要一个备用灯来进行特定分析，多元素灯是一个理想的选择。如果我们需要对某些元素进行非常规的分析，多元素灯可以提供令人满意的结果。灯电流 每种 PERKINELMER Intensitron 空心阴极灯上的标识给出了工作电流和最大电流。建议工作电流是指我们根据经验得到的对于大多数分析情况来说最适合的电流。尽管如此，对于某个特定的灯来说，即使它的工作电流比推荐工作电流要小，我们也有可能得到满意的结果。较低的工作电流会导致输出光量的降低，因此我们需要将仪器设定在较高的增益状态，但是这并不会对仪器造成任何的损害。与此相反，这种操作反而会延长灯的使用寿命。因此，如果你发现当你使用电流比推荐工作电流稍低但是精确度却没有下降时，就可以继续使用较低的电流。当空心阴极灯老化时，我们需要增大灯电流到最大灯电流，这样可以提供额外的元素灯辐射量以便使之与新灯的辐射量相等。尽管这个操作会在某种程度上加速灯的老化过程，但是可以得到足够的灯辐射量，进而可以得到良好的性能，所以还是值得的。在高增益的情况下，分析的灵敏度将会降低。灯绝对不能在超过最大电流的情况下进行操作，因为这样会显著的降低灯寿命。当吸附气被渐渐地吸附到灯的内表面上时，空心阴极灯将会发生故障，最终灯将不再发光。较高的灯电流将会将会促进气体损耗和阴极“喷射”，因此除非灯的老化需要我们增加电流，我们要尽量避免这种情况的发生。准备时间 空心阴极灯达到稳定的辐射强度所需要的时间是很短的，对于双光束系统来说，我们不需要准备时间。对于单光束仪器，通常有一个比较短的准备时间。无极放电灯（EDL）对于大多数元素来说，空心阴极灯是原子吸收中一个非常令人满意的光源。尽管如此，在少数情况下，分析的质量会受到空心阴极灯的检出限的影响。这些情况中包括不稳定元素的分析，因为这会导致较低的光强度以及较短的灯的寿命。如果使用更加明亮，更加稳定的光源例如“无极放电灯”，我们可以显著的提高运用原子吸收确定不稳定元素的能力。上图显示了 PERKINELMER 系统中无极放电灯的设计（EDL）。将少量的金属或待测元素的盐放入石英圆管中。接下来我们将圆管放入一个小的，密封的 RF发生器或“驱动器”中。当对驱动器施加能量时，就会产生一个 RF 场。耦合功率将会使圆管内的原子蒸发，接着将这些原子激发，并且使这些原子发射出它们的特征光谱。对大多数光谱方式来说，我们需要一个辅助的电源来使 EDL 运转。与空心阴极灯相比，通常来说无极放电灯的光更为强烈，而且在有些情况下，无极放电灯更加灵敏。当分析受到光强度限制的时候，无极放电灯可以提供更高的灵敏度和更低的检出限。除了性能更加优良之外，对于相同元素，EDL 的使用寿命通常也要比空心阴极灯长的多。无极放电灯适合于很多的元素，其中包含大多数不稳定的金属。燃烧系统燃烧系统 双选项燃烧系统 在不同的分析条件下，无论有没有扰流器，双选项燃烧系统都可以达到最佳的操作条件。某些型号的双选项燃烧系统同样允许使用撞击球。细节部分可以查阅燃烧系统附带的光谱说明书。下图显示了选项燃烧系统的原理图。预混燃烧室是由塑料制成的，这样可以保证排水的畅通。无论有没有扰流器，燃烧系统都可以运转。扰流器是由聚丙烯制成的，并且由三个支撑臂固定在特定的位置上，支撑臂与混合室的外壁是靠压力结合在一起的。为了便于移去，堵头被四个大滚花头螺丝固定在特定的位置。我们使用一个大的 O形圈将堵头放在混和室内。即便在将来用到有机溶剂，Corkprene的 O形圈同样是可行的。对于常规操作来说，我们建议在使用燃烧系统时要使用扰流器。扰流器有助于从雾化器气雾中除去大的雾滴，并且可以将化学干扰减低到最小的程度。移去扰流器在某种程度上可以增加灵敏性，但是精确度只会略微降低或者根本不会降低。尽管如此，化学干扰会更加明显。因此，只有在分析相对“干净”的样品时，我们才建议在没有扰流器的情况下进行操作，因为在这种情况下化学干扰的风险很低。燃烧头 我们总共有四个燃烧头可以和双选项燃烧系统配合使用。它们都是由固体钛制成的，因为钛是耐腐蚀的，并且不包括在那些可以用原子吸收来判断的元素中。10cm 的燃烧头是和空气乙炔火焰配合使用的。由于这个燃烧头的轨迹长度很长，对于空气乙炔火焰分析的元素来说具有很高的灵敏性。5cm 长的氮氧化物燃烧头是和氮氧化物乙炔火焰配合使用的。在许多光谱方式下，这个燃烧头还可以与空气乙炔火焰以及空气氢火焰共同使用。这个燃烧头可以旋转90o，这样可以降低检测的灵敏度。当分析的样品中含有高浓度的溶解固体时，我们可以使用三缝燃烧头。三缝燃烧头并不适用于所有的气体控制系统。你可以参考光谱操作手册和硬件指导书，里面包含了三缝燃烧头可能的用途的资料。如果需要较低的灵敏度，5cm 长的空气乙炔燃烧头就比较合适。在许多光谱方式下，这个燃烧头可以旋转90o，这样可以产生较低的灵敏度，并且燃烧头有一个很宽的狭缝可以防止阻塞。这个燃烧头只能用于空气乙炔火焰操作中。雾化器 为了满足不同的分析要求，我们需要使用不同种类的可调整的雾化器。一些雾化器是由惰性塑料制成的，当分析强酸性或或强腐蚀性的溶液时，这些塑料可以提供最高的化学抗性。我们在进行一般的分析时建议使用标准的雾化器，这种雾化器可以表现出最好的性能，同时可以使化学干扰最小化。当我们需要很高的灵敏性和很低的火焰检出限的时候，可以使用高灵敏性雾化器。高灵敏性雾化器含有一个完整的陶瓷撞击球，这样可以促进原子化效率。所有的 PERKINELMER 雾化器都可以很轻松的拆下来进行清洗，而且如果需要的话，每个部件都可以进行替换。这本手册的标准条件部分提供了每种雾化器的标准特征浓度值。火焰火焰 在目前的原子吸收中两种最常使用的氧化剂/染料组合是空气乙炔火焰和氮氧化物乙炔火焰。我们可以在 PERKINELMER 的再版 L301 中找到“使用原子光谱仪器前实验室的准备工作”方面找到关于所需要气体的描述。空气乙炔火焰 空气乙炔火焰是使用原子吸收确定大约 35 种元素时所适合采取的火焰。空气乙炔火焰的温度约为 2300。空气乙炔火焰可以和所有的PERKINELMER 燃烧头配合使用。在仪器说明中列出了空气乙炔火焰的使用方法。对于空气乙炔火焰来说，乙炔的流速为大约 4 升/分，或者 8.5 立方英尺/小时。当使用的燃烧值为 1450BTU/立方英尺时，放出的热量大约为 12300BTU/小时。一般来说，常用的焊接级乙炔就已经达到要求了。尽管如此，焊接级乙炔通常存放在丙酮溶液中。当储气瓶内压力减小的时候，进入火焰中的丙酮浓度增加。如果分析元素时需要燃料过量的火焰或者分析波长在低紫外区域，丙酮浓度的增加可能会产生错误的结果。同样，当丙酮流进气体控制盒时，可能会损坏阀门和管道。由于这些原因，当储气瓶内压力下降到 520KPa（75psig）以下时，应该更换乙炔储气瓶。乙炔储气瓶在储存和使用时都应该保持竖直的状态，这样可以避免液体丙酮流到储气瓶的阀门上。如果你发现在你的原子吸收实验中，焊接级乙炔气不符合要求，你可以使用原子吸收级乙炔气。同样，用来除去丙酮的乙炔过滤器适用于气源，包括 PERKINELMER 生产的。氮氧化物乙炔 氮氧化物乙炔火焰所能提供的最高温度大约为 2900，这种火焰主要用来测定能形成难熔氧化物的元素。因为化学干扰存在于火焰温度较低的情况下，所以使用氮氧化物乙炔焰可以克服化学干扰。对于氮氧化物乙炔火焰来说，乙炔的流速大约为 14 升/分，或者 30 立方英尺/小时。当使用的燃烧值为1450BTU/立方英尺时，放出的热量大约为 43000BTU/小时。在特定的波长下，氮氧化物乙炔火焰的光辐射很强。当在这些波长下进行测量时，可能会引起分析结果的波动，特别是在待分析的灯辐射很弱的情况下。只有氮氧化物燃烧头可以和氮氧化物乙炔火焰配合使用。在仪器手册中列出了氮氧化物乙炔火焰的点燃方法和操作条件。气体控制气体控制 在仪器手册中列出了初始操作条件，其中包括压力和燃料以及氧化剂的流速设置。对于火焰点燃和调节过程，可以参考仪器操作手册。燃烧器调节 为了得到最大的灵敏度，我们应该调节燃烧头和仪器光路的相对位置。燃烧器高度可以按下面的方法进行调节：首先在火焰熄灭的状态下，降低燃烧器的高度直到燃烧头远远低于光束，接着将读数器回零。缓慢的升高燃烧器直到燃烧头恰好与光束相交（这时读数器会显示正读数）。接下来缓慢降低燃烧器，直到读数器回到零点（这就说明燃烧器稍微低于光束）。如果元素需要燃料过量的火焰，我们可以通过下面的方法使燃烧器高度达到最合适的状态：当火焰打开的时候吸取标准溶液，接下来缓慢降低燃烧器，直到信号达到最强（如果必要的话在降低燃烧器和重新调整燃烧器之后要重新调零）。燃烧器的侧面调节以及转动调节必须在火焰点燃并且正在吸取待分析元素标准溶液的时候进行。我们需要在两方面都进行调节以达到最大的吸收。气流调节 对许多元素来说，我们必须调节燃料/氧化剂比例以达到最大的灵敏度。我们需要在吸取标准溶液的情况下调节燃料，如果有必要的话要在每次流速改变和调整之后重新调零。雾化器调节 建立仪器来分析铜，镁或其他吸收波长大于 250nm 且分析灵敏度与燃料/氧化剂比例无关的元素。不要选择需要氮氧化物乙炔火焰的元素。吸取待分析元素的标准溶液，将雾化器的凸边堵头逆时针旋转直到空气进入到溶液中。如果在操作过程中火焰变弱，我们需要对流速略作调节。当观察吸收读数时，按顺时针方向缓慢的旋转凸边堵头。当堵头旋转时吸收读数会产生一些峰。将堵头还原到能产生最大吸收峰的位置（通常是第一个峰）。在调整之后，逆时针旋转锁紧环直到它靠在雾化器堵头上，这样可以防止错误调节的意外产生。除非要使用不同的溶剂，否则没有必要重新调整雾化器。使用有机溶剂 在很多情况下，我们需要使用溶剂而不是水。在选择有机溶剂的情况下，我们需要考虑样品的溶解性，溶剂和水的互溶性（对于萃取来说），溶剂的燃烧特性。脂肪酮，例如 4甲基2戊酮（甲基异丁酮），脂肪酯，乙醇和二甲苯是最常用的溶剂。我们可以使用卤代烃，但是如果没有提供好的通风设备，燃烧溶剂时得到的有毒气体可能会产生问题。这些卤代烃还因为燃烧性能较差从而产生噪声很大的火焰。当分析有机溶剂中样品的时候，我们必须调整燃料/氧化剂的流速比，这样可以弥补溶剂的燃烧性能。对于水溶液来说，先点燃火焰，吸取溶剂，接下来将流速降低以得到需要的火焰条件。在仪器手册的“燃烧器控制”部分列出了使用有机溶剂时近似的设置方法。一旦要调整火焰，必需要不断的吸取有机溶剂，这样可以防止火焰熄灭。当吸取有机溶剂时，我们应该降低雾化器的采样速率。喷雾器的采样速率一般为 710Ml/min。通过将采样速率降低到 46Ml/min，与高雾化器采样速率时相比，我们就可以得到较弱（蓝色）的火焰。较弱的火焰通常可以提供更好的精确度，特别是当吸取二甲苯的时候。为了调节雾化器采样速率，旋转凸边堵头，并且将其固定在某个特定的位置上，可以提供较低的采样速率（这个速率可以使用刻度量筒来很容易地进行测量）。降低采样速率在某种程度上会降低分析的灵敏度。尽管如此，精确度的增加通常会弥补灵敏度的损失。发射发射 大多数分析家发现原子吸收很容易使用。在原子吸收中，将火焰调节到最佳状态要比原子发射容易。火焰的能带发射可能会给火焰发射带来麻烦，而这些在原子吸收技术中是不存在的。我们必须小心，以防止样品中存在的其他元素产生光谱干扰。除此以外，原子吸收与原子发射相比，已经有人研究出了更多的分析方法。尽管如此，在一些特定的情况下我们一定要使用火焰发射。当没有合适的灯可以用或者样品的数量不能支持获得的结论。对某些元素例如碱金属来说，原子发射比原子吸收的检出限要低。所有当今 PERKINELMER 公司的 AA 光谱仪器都能够进行固定波长的火焰发射测量。某些品种还可以进行原子发射波长扫描。如果想要知道火焰发射测量的内容细节的话，可以参考光谱指导手册。在标准条件页上列出了大多数元素的建议火焰发射波长，狭缝宽度和火焰种类。仪器校准仪器校准 曲线校准 原子吸收中的定量测量是建立在比尔定律的基础上的，比尔定律认为浓度是与吸光度成正比的（C=kA）。尽管如此，对于大多数元素来说，特别是在高浓度的情况下，浓度和吸光度之间的关系会偏离比尔定律，并不呈现出线性关系。镍的浓度和吸光度之间的关系。产生上图关系的原因有很多，包括杂散光，在吸收池中温度和空间的不均一性，谱线变宽，在某些情况下，临近线会产生吸收。在过去，当样品浓度超过线性范围时，我们需要使用一些标准溶液绘制吸光度浓度曲线来得到待测元素浓度的准确读数。我们同样可以将待分析的样品溶液冲稀使其浓度落在线性范围以内。当我们把微处理机放入原子吸收仪器内部并与原子吸收仪器配合使用时，将能够实现自动曲线校正。通过使用线性和非线性曲线的吸光度数据，现代原子吸收仪器可以校准和计算浓度。通过使用多重校准标准，所有当代 PERKINELMER 公司的 AA 光谱仪都可以实现线性或非线性校准。零截距线性校准方法中使用的等式是：C=K0(-K1A)我们使用上面等式定义的校准曲线是通过零吸光度和零浓度点的。当两个或更多的标准样（最多 8 个）用来校准时，我们可以使用最小二乘技术来确定 K1系数。K0是再倾斜系数，在最初校准的时候，我们将 K0设定为 1.0。一些 PERKINELMER 公司的 AA 光谱仪同样可以进行线性校准，这时吸光度轴的截距是计算出来的，而不是给定的零吸光度和零浓度。这种校准方法所用到的等式是：C=K1K2C 在这种情况下，空白被当作是另一个用最小二乘法确定的点，我们同样使用最小二乘法确定了 K1和2系数。对于非线性校准（零截距），我们使用下面的等式：在这个表达式中，C 是浓度；A 是观察到的吸光度（在原子发射的情况下是发射信号）；K1，K2，K3是在校准过程中确定的系数；K0是再倾斜系数，在最初校准的时候，我们将 K0设定为 1.0。在运用这个等式的时候，首先要测量空白值，并且在后续的测量中要自动的减去空白值。Unvala1和 Barnett2描述了原子吸收中应用这个等式来进行校准的例子。这个等式属于一系列被称之为“有理”函数的函数之一，这个函数是由两个多项式相除得到的。这种函数的图象可能是近似直线，可能是接近渐近线的曲线，或者是由经验系数确定的处于直线和渐近线之间的一种曲线。这种现象与大多数元素在很宽的浓度范围内所表现出的原子吸收校准曲线是很相似的。尽管你需要小心检查并且确保所绘制的曲线满足你的需要，但是这些函数同样与大多数元素的原子发射校准曲线是相似的，因为原子发射曲线可能有另一种不同的形状。当 K3被设定成 1 时，非线性校准等式有两种使用方式。当校准标准样的数目与需要确定的系数的数目相同时，我们可以通过解联立方程组这种很简单的方法来确定系数。如果校准标准样的数目超过了系数的数目，我们可以使用最小二乘法确定系数。通过使用最小二乘法来校准曲线，软件可以将标准化过程的小误差进行平均。尽管如此，仔细选择三个校准标准样就可以得到合理的结果，即便是在很长的动态范围内也是如此。选择标样的数量 选择校准标准样的数量和浓度是十分重要的。如果所有待分析的样品中分析物的浓度都在线性范围之内，我们应该使用一个校准标准物。对于大多数元素来说，线性范围的上限在 0.2和 0.3吸光单位之间。因此，如果最高的标准物的读数在线性范围之内或低于线性范围，我们可以使用一个校准标准物。根据以前的讨论，我们知道使用一个校准点，曲线是一条直线。如果样品中的分析物浓度超过了线性范围，我们应该使用 2 个或 3 个校准标准物。一般来说，如果分析物的浓度在线性浓度范围的 3 倍以内，使用两个校准标准物就足够了。下图显示了适合于 2个校准标准物的校准曲线。一般说来，在中等曲率（10到 15）的情况下，两个校准标准物就足够了。如果曲率过大，我们应该采用 3 个校准标准。下图显示了适合于 3 个校准标准物的校准曲线。一般来说，第三个校准标准物（S3）的浓度应该是第一个校准标准物（S1）的6 倍。有一点需要提醒注意，使用的校准标准物的数目超过必要的数目并不是一件好事。使用过多的校准标准物将会产生错误的结果。例如，如果有三个校准标准物进入了线性范围，由于仪器读数的变化将会产生一个 S形曲线。在这种情况下，仪器将会识别一个无效的校准尝试，并且会显示出一个错误的代码。我们应该如何正确的选择我们的校准标准？如果我们所有的样品都在线性范围以内（吸光度小于 0.20.3），我们应该使用一个校准标准（S1）。如果我们的样品超过了线性范围，我们应该使用两个校准标准。通常 S2 的浓度为 S1 浓度的 3倍。如果我们知道样品已经超过了线性范围，我们应该如何确定是选用 2 个校准标准还是 3个校准标准？可以按照下面的简单过程来进行选择：1配制三个标准样。第一个标准样应该在线性范围的顶端。第二个标准样的浓度应该为第一个标准样浓度的 3 倍。第三个标准样的浓度近似为第一个标准样浓度的 6倍。（6：3：1定理）2在浓度方式下建立原子吸收仪器。测量空白溶液，并将其置零。将第一个标准溶液设为 S1。用第二个标准样（S2）进行校准。读取第三个标准样的读数。如果它的数值偏差在期望值的 10以内，将第三个标准样注为 S2，并且将第二个标准样丢弃掉。这时我们只需要使用 2 个校准标准样，得到的校准曲线也只有很小的曲率。如果第三个标准样的数值偏差在期望值的 10以上，校准曲线的曲率将会变大，我们应该使用 3个校准标准样。保留 S2，将第三个标准样标为 S3。在少数情况下，为了实现精确的测量，我们需要三个以上的标准物。尽管如此，当你使用超过三个的标准样时，把多出来的标准样插入到原有的三个标准样（6：3：1）之间，这样这些标准样可以在校准曲线上均匀分布。特征浓度和检出限特征浓度和检出限 特征浓度 原子吸收中的特征浓度（一些情况下叫做“灵敏度”）被定义产生 1吸光度（0.0044 吸光单位）时待测元素的浓度（单位为 mg/L）。只要我们的测量过程是在线性工作范围内进行的，我们可以通过读取已知浓度元素的吸光度，并且根据下面的算式来计算出特征浓度：特征浓度标准浓度*0.0044/测得的吸光度 在标准条件部分列出了不同初始波长下每种元素的特征浓度值。如果知道了特征浓度，操作者可以预测已知浓度范围的元素所产生的吸光度范围。特征浓度检查值 特征浓度检查值是指在最佳检测条件下当吸光度近似为 0.2 个吸光单位时所对应的元素的浓度（mg/L）。通过使用特征浓度检查值，操作者可以确定仪器参数是否合适以及仪器是否状况良好。检出限 检出限是指信噪比的 3 倍时所对应的元素的浓度。检出限既考虑到了信号强度又考虑到了基线噪声，而且检出限是指能与零清楚区分开的最低浓度。通过火焰原子吸收法建立检出限的标准方法如下：配制待测元素的两种不同浓度的溶液，在配制溶液时，要分别使用不同的玻璃容器，这样可以把污染的可能性减低到最小的程度。下面解释了这两种溶液的吸光度的选择方法。较低浓度的标准溶液的浓度大约为检出限的 5 倍左右，第二个标准溶液的浓度为第一个标准溶液浓度的 2 倍。在建立最适合的分析条件之后，对每种标准样分别进行 10 次和更多次的测量。在每次测量标准溶液之前，都要首先测量空白溶液（只有溶剂）。顺序是：空白，低浓度标准溶液，空白，高浓度标准溶液；接下来按这个顺序重复测量。在测量得到数据之后，按照下面的顺序来进行计算：1将每次测量标准溶液之前和之后测量的空白溶液的数值相加求平均值，并在标准溶液读数中减去这个数值。2分别计算被校准之后的高浓度标准溶液和低浓度标准溶液的读数的平均偏差和标准偏差。3如果实际配制溶液浓度的平均值的比值与所需配制溶液浓度的比值的偏差不在统计偏差以内，应当重新进行配制。4如果数据通过了平均值比值的测试，按照下面的计算式计算浓度检出限：检出限标准浓度3标准偏差/平均值 5对于每种标准浓度，都应当分别进行计算，检出限为两个计算结果的平均值。在检出限附近，常规测量方法很难使用了，因为根据定义，这时噪音在可以测得的信号中所占的比例已经相当大。根据定义，当我们使用 3 倍标准偏差准则的时候，在检出限附近测得的信号的精确度为33。因此，尽管我们可以把在检出限附近测得的样品的浓度和零区分开来，但是为了保证测量的精确度，我们应该将常规分析的浓度范围限定到检出限以上。有一点需要记住的是，特征浓度代表了吸收信号的大小，检出限既考虑了信号宽度，又考虑了基线噪声。如下图所示，“A”和“B”可能有相同的特征浓度，但是却有不同的检出限。干扰干扰 原子吸收是一种干扰很少的特定技术。目前存在的干扰主要分为 6 类：化学干扰，离子化干扰，基体干扰，发射干扰，光谱干扰，背景吸收。因为原子吸收中的干扰已经被严格定义，消除或补偿这些干扰变得很简单。下面讨论了这些干扰以及消除这些干扰的方法。化学干扰 化学干扰是原子吸收中最常见的干扰。如果被分析的样品中含有热稳定物质，而这种物质又不能被火焰的能量完全分解，这时就会有化学干扰产生。因此，火焰中能够吸收光的原子的数目下降了。通常有两种方法来消除或者控制化学干扰：使用较高温度的火焰或在样品（或标准）溶液中加入释放剂。将释放剂或竞争阳离子加入到样品溶液后，这些物质会优先与干扰物发生反应，将分析物释放出来并且同时消除干扰。较高温度的火焰将会提供额外的能量，这些能量能将在较低火焰温度下稳定的化合物完全分解。磷酸盐对钙测量的干扰是化学干扰最典型的例子之一。当使用空气乙炔火焰的时候，钙磷酸盐并不会完全分解。当磷酸盐浓度增加的时候，钙的吸收就会降低。为了消除这种化学干扰，我们可以加入高浓度的镧溶液或者使用氮氧化物乙炔火焰。当加入镧以后，镧会与磷酸盐结合，并且将钙释放出来，这样钙的吸光度与溶液中磷酸盐的量无关。如果使用温度较高的氮氧化物乙炔火焰，将不会观察到化学干扰，因而也就没有必要加入镧。化学干扰的另一个例子是钙盐对钼吸光度的影响。在这个例子中，我们已经使用了氮氧化物乙炔火焰；为了消除这种化学干扰，应该向样品溶液中加入铝。离子化干扰 在火焰温度足够高的情况下，火焰提供的能量能够使电子离开原子，这样就会产生离子化干扰。因为电子重排会导致基态原子数目耗尽，原子吸收就会下降。如果在空白溶液，标准溶液和样品溶液中添加过量的容易离子化的物质，就可以控制离子化干扰。为了达到控制离子化干扰的目的，我们通常使用低电离势的碱金属（K，Na，Rb，Cs）。下图显示了钡的电离抑制。当添加钾时，会导致钡的共振线处吸收增加同时钡的离子线处吸收减少，这说明了基态原子数目的增多以及离子态原子数目的减少。通过添加高浓度的钾，我们消除了离子化干扰。我们同样可以使用温度较低的火焰来消除离子化干扰，但是会导致化学干扰的产生。基体干扰 基体干扰既有可能导致分析物信号的减弱，也有可能导致分析物信号的增强。当样品的物理性质（粘度，燃烧特性，表面张力）与标样的物理性质相差过大时，就会产生基体干扰。在下面几种情况下通常会发生基体干扰：样品溶液中含有高浓度的可溶盐或酸；样品溶液和标准样溶液使用的溶剂不同；样品溶液和标准样溶液之间的温度相差过大。下面是基体干扰的一个例子。加入甲醇可以增加雾化效率进而增加进入火焰的样品的量，这样可以增加吸光信号。加入硫酸则会使溶液的粘度增大，进而降低吸光度。为了消除基体干扰的影响，应该使样品溶液，标准溶液，空白溶液中的混合组分尽可能的匹配。任何试剂如果在配制过程中加入到样品溶液中，那么也要将同样的试剂加入到标准样和空白溶液中。如果使用有机溶剂，我们在配制标准样溶液和样品溶液时要使用相同的溶剂。在测量开始之前要将所有的溶液升高到相同的温度。如果没有别的方法来消除混合干扰，可以使用标准物添加的方法。（标准物添加的方法）我们可以采用一项技术，这项技术既可以使我们在基体干扰存在的情况下继续进行实验，而又可以得到精确的分析结果。这项技术叫做标准物添加法。如果在存在基体干扰的情况下进行浓度校准，我们就可以在不消除干扰的情况下实现精确的测量。将标准样加入到样品的某些部分中，这样就可以允许样品中存在干扰物，这些干扰物对标准样具有相似的影响。下图中说明了标准物添加技术。通过原点的实体黑线代表了一系列标准样水溶液构成的标准校准曲线。我们将空白水溶液的吸光度定义为零，随着分析物浓度的增加，我们可以观察到吸光度线性增加。下面我们将样品分成若干等分。第一份中不加入任何东西，第二份中加入已知量的标准物，第三份中加入比第二份量稍多的已知量的标准物。添加的第一份标准物的量近似等于样品中的分析物浓度，添加的第二份标准物的量约为第一份标准样的两倍。尽管如此，为了能够保证标准物添加法的准确，我们要求所有溶液的吸光度必须落在工作曲线的线性范围以内。最后，我们将所有的部分冲稀到相同的体积，这样可以保证在每部分中原始样品组分的浓度是相同的。只有添加的分析物的数量是不同的，且这些数量为已知。如果样品中没有干扰物，那么测得的吸光度和添加的标准物的浓度之间绘制的曲线将会和标准物水溶液校准曲线平行，两者之间的截距差为未添加分析物的样品的吸光度的数值。如果样品中存在一些可以引起混合干扰的物质，能够产生原子吸收的基态原子的数目将会受到影响，同样未添加分析物的样品的吸光度也会受到影响。尽管如此，由于标准物增加所带来的吸光度数值的增加也会按照相同的比例发生变化，因为在每种溶液中干扰物的浓度是相同的。因此，所得到的仍然是一条直线，但是由于干扰的存在，这条直线的斜率与标准物水溶液校准曲线的斜率会有不同。在这种情况下，将未添加分析物的样品的吸光度与水溶液校准曲线进行直接进行比较，会产生负误差。尽管如此，如果我们将由标准物添加法确定的直线的斜率作为校准曲线的斜率，我们同样可以对样品浓度进行准确的测量。将浓度轴向负方向延长，将校准曲线反向延长直到它与浓度轴相交，交点所对应的浓度为未添加标准样的样品的浓度。这样我们就可以在存在干扰的情况下通过校准的方法实现对样品的准确测量。标准物添加的方法已经成为了原子吸收中重要的方法。我们可以通过下面的方法来判断是否存在干扰：观察加样标准曲线的斜率以及加样标准曲线是否与标准样水溶液曲线平行。如果不平行的话，就说明存在干扰。如果存在干扰，可以用标准物添加的方法对未知浓度的样品实现精确的测量。尽管如此，在使用这项方法要注意，因为如果溶液中有其他干扰存在，可能无法得到正确的结果。标准物添加的方法不能消除背景吸收和其他类型的光谱干扰，而且也不能消除化学干扰和离子化干扰。标准物添加的方法是非直接的测量过程，因此这种方法与从校准曲线来直接确定浓度的方法相比，精确度就差一些。如果可能的话，我们可以通过选择合适的分析条件或者通过对样品进行化学处理来消除干扰，这些方法比采用标准物添加的方法要好。标准物添加的方法应该被看作是最后的手段而不是首选的方法。发射干扰 当分析物浓度很高时，如果发射信号落在被使用的光谱带通之内，高放射性元素的原子吸收分析的精确度通常很差。下面以使用氮氧化物乙炔火焰分析 Ba为例。尽管我们测量的只是调整过的原子吸收信号，但是放射干扰同样会产生，因为光电倍增管的电子噪声与总的传入信号成正比。我们可以采取一些措施来消除干扰，包括减小狭缝宽度，增加灯电流，冲稀样品，使用温度较低的火焰。光谱干扰 如果样品中某非待测元素的吸收波长落在待测元素的吸收线的带宽内就会引起光谱干扰。出现这样的情况将使测定结果异常偏高，这主要因为干扰元素会对原子吸收信号强度产生影响。当我们使用多元素灯时，可能会出现元素谱线相互重合的状况，这样也就可能导致光谱干扰的产生。一般来说与单元素灯的配合使用的缝宽足以令多元素灯中的另一个元素的吸收波长通过。我们可以通过使用较窄的缝或选择另一个波长来解决这个问题。背景吸收 背景吸收是原子吸收的中的干扰之一，这种干扰是不能通过标准物添加的方法消除的。产生背景吸收的原因有两个：火焰中粒子对光的散射，火焰中未分解的混合物分子对光的吸收。为了解决这个问题，我们必须测量背景吸收，并且将其从总的测量结果中减去，这样就可以确定原子吸收的真实情况。幸运的是，我们可以将背景吸收和待测元素产生的原子吸收区分开来。因为待测元素只能吸收光源发出的窄带光；背景吸收特异性稍差，可以在很宽的波长范围内观察到。消除背景吸收的最常见的方法是使用背景扣除仪，它使用了一个连续的光源（在紫外区域我们使用氘电弧灯，在可见光区域我们使用的是碘钨灯）。连续光源可以在很宽的波长范围内发光，而不只是发出特定波长的光。扣除背景之后，在测量原子吸收的相同的波长处得到了相似的补偿。使用这个系统，来自主光源和连续光源的光分别通过火焰。待测定的元素只能有效的吸收来自主光源的光，而背景吸收则会同时影响两束光。因此，当我们用电子仪器测量两束光的比例时，就可以消除背景吸收而得到真正的原子吸收信号。后面的图中显示了如何使用连续光源背景扣除仪将背景吸收从测量得到的信号中自动扣除。在这个例子中，分别显示了在未扣除背景（A）和扣除背景（B）的情况下对铅的测量。两个测量的条件均为：Pb 283.3nm 波长，15刻度展宽，10秒积分时间。对于火焰原子吸收分析，我们通常使用连续光源技术来进行背景扣除。而其它技术，例如塞曼效应背景扣除，同样被应用到石墨炉原子吸收分析中。燃烧系统描述燃烧系统描述 燃烧系统设计：燃烧系统设计：原子光谱中使用的燃烧系统是用作预混研究的。测量溶液以气雾剂的形式被风力雾化器喷射到喷雾室里。这种气雾剂和燃烧器燃料以及氧化气在喷雾室内充分预混和。接着混合气通过燃烧器狭缝进入到火焰中。燃烧器系统被安放在一个支架上面，我们可以通过软件来控制这个支架进出原子化室门。在这种情况下，你可以在几秒内实现火焰原子化和电热原子化之间进行切换。燃烧系统包含下面的几个主要部件（参见下面的图解）：（1）原子化器（2）喷雾室，附带有燃烧器堵头，扰流器和撞击球（3）燃烧器头（4）排水系统（没有显示）（5）气体控制系统（与光谱结合在一起）燃烧系统工作原理燃烧系统工作原理 燃烧器是一个“双选项系统”，这意味着无论有没有扰流器，它都可以使用。这个燃烧系统是为空气乙炔火焰和氮氧化物乙炔火焰设计的。对于每一种火焰，我们提供了可交换的燃烧头；氮氧化物燃烧头的狭缝与空气乙炔燃烧头的狭缝相比，显得比较窄。我们使用气压雾化器将测量溶液（空白溶液，样品溶液，或标准溶液）抽取并且以气雾剂的形式喷射进喷雾室。在喷雾室内，气雾剂和燃烧器燃料以及氧化气充分混和在一起，其中燃料气是乙炔，而氧化气是氧气或氮氧化