教你如何選購(gòu)原子吸收光譜儀

　　原子吸收光譜分析法在無(wú)機(jī)元素微量和痕量分析中占有極為重要的地位，也是光譜分析中中最主要的分析儀器，其應(yīng)用在地礦、冶金、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療、商檢等行業(yè)及大專(zhuān)院校和科研院所里得到極為廣泛的應(yīng)用。目前各大生產(chǎn)原子吸收的廠家在技術(shù)上各有優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)火焰法分析精度也可以與國(guó)外儀器抗衡，但總體來(lái)說(shuō)國(guó)外廠商在儀器自動(dòng)化、背景校正技術(shù)、石墨爐原子化、火焰原子原子化改進(jìn)(原子捕集)、連續(xù)光源及儀器革新技術(shù)方面的發(fā)展比國(guó)內(nèi)的勢(shì)頭要好，當(dāng)然了不同的層次有不同的用戶(hù)，不同的用戶(hù)有不同的選擇，只要物盡其能，人盡其力，我覺(jué)得就不錯(cuò)了，這是我的觀點(diǎn)。

　　對(duì)于原子吸收的選購(gòu)，個(gè)人認(rèn)為首先應(yīng)該明白下面幾個(gè)問(wèn)題：

　　你是用原子吸收做普通分析還是做研究(考慮機(jī)子的檔次)?

　　做什么行業(yè)的樣品(考慮測(cè)定的基體)?

　　要分析樣品里的什么元素(考慮AAS測(cè)定的方式)?

　　樣品里的被測(cè)定元素含量范圍是多少(考慮測(cè)定的準(zhǔn)確性和選擇)?

　　領(lǐng)導(dǎo)給你準(zhǔn)備了多少money(考慮機(jī)子的范圍)?

　　下面著重談?wù)動(dòng)脩?hù)關(guān)于普通用戶(hù)選購(gòu)原子吸收光譜儀時(shí)本人認(rèn)為需要注意的幾個(gè)方面：

　　注：下面所描述的僅是單方面的性能，而一臺(tái)完善的原子吸收需要來(lái)看其整體性能的設(shè)計(jì)的是否平衡，應(yīng)用人員的知識(shí)層次。由于水平有限，錯(cuò)誤紕漏之處難免，希望同行的朋友不吝指教。

　　1.光路系統(tǒng)：光路系統(tǒng)應(yīng)主要了解系統(tǒng)的光源和光源分布、單色器結(jié)構(gòu)、色散元件的性能、波長(zhǎng)掃描及性能、光譜帶寬、檢測(cè)器性能。

　　1.1光源和光源分布：

　　原子吸收光源主要是空心陰極燈、無(wú)極放電燈、連續(xù)光源，制造空心陰極燈的技術(shù)比較成熟，沒(méi)有什么太大問(wèn)題，而無(wú)極放電燈目前只有砷、鉍、鎘、銫、銣、鍺、汞、磷、鉛、鈣、銻、碲、硒、鈦、鋅幾種元素的，相對(duì)于各元素對(duì)應(yīng)的空心陰極燈具有背景小、發(fā)射強(qiáng)度大、光源干擾少的優(yōu)點(diǎn)，但其成本也高，至于連續(xù)光源是最新發(fā)展的技術(shù)，要配合其他部件才能發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。總體來(lái)說(shuō)做為光源要求高強(qiáng)度，高穩(wěn)定性，干擾少。選購(gòu)需要注意的是測(cè)定砷、汞、鉍、銻等用空心陰極燈測(cè)定時(shí)靈敏度低的元素最好選用無(wú)極放電燈。光源分布簡(jiǎn)單的說(shuō)就是空心陰極燈架(連續(xù)光源不考慮這個(gè)問(wèn)題)的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在一般的原子吸收光譜儀都具備了至少兩個(gè)燈架，有的多達(dá)8個(gè)，燈多，一次予燃，可以減少測(cè)定過(guò)程中等待空心陰極燈預(yù)熱的時(shí)間，其實(shí)就這么點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)VARIANAA280FS采用了快速序列技術(shù)，據(jù)說(shuō)可以達(dá)到單道掃描ICP的分析速度。在設(shè)計(jì)中有的采用固定燈架，有的采用可移動(dòng)的燈架。需要說(shuō)明的是個(gè)人覺(jué)得采用燈架固定的比較好，因?yàn)榈腿埸c(diǎn)元素的燈在預(yù)熱的情況下來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)可能損壞空心陰極燈，還要注意選用對(duì)燈的調(diào)節(jié)要比較方便好使的，當(dāng)然了如果能有軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)最佳位置和設(shè)置參數(shù)的更好，這個(gè)主要是考慮資金和使用者自己的情況來(lái)確定，另外對(duì)分析需要無(wú)極放電燈用戶(hù)，要考慮有無(wú)極放電燈的燈架。BCC:G8

　　1.2單色器結(jié)構(gòu)：

　　主要有Ebert型(如熱電S系列、GBC等)，C-T型(應(yīng)該是Ebert型的一種改進(jìn))，Littrow型(如PE6/7/800的等)，Echelle型(以大色散為著稱(chēng)，如JENAContrAA、PE的SIMAA6000、熱電M系列等)。其中C-T型即水平對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)的，比較多，由于準(zhǔn)直鏡的象差被成像物鏡抵消，因此可以消除象差影響;Ebert型的象差也比較小;Littrow型的，光學(xué)元件少，結(jié)構(gòu)緊湊，不過(guò)有較大的象差;Echelle型以較大的衍射角和較高級(jí)次的譜線工作，并與其他棱鏡等低色散的光學(xué)器件連用作成高色散中階梯光柵單色器，其和面陣檢測(cè)器結(jié)合，可以同時(shí)接受整個(gè)工作波長(zhǎng)范圍的光譜信息，因此如果光源和通道具備條件的話(huà)可以進(jìn)行多元素同時(shí)分析的。我們?cè)诜止庀到y(tǒng)選擇中盡量考慮比較少光程和內(nèi)部材料(鍍膜的、全反射)對(duì)光的吸收比較少的，以免影響分析過(guò)程中光的能量損失和不穩(wěn)定，還有一個(gè)考慮就是最好分光系統(tǒng)能夠密封，防塵，放腐蝕，同時(shí)盡量減少其他雜散光的影響，至于雙光束的設(shè)計(jì)，各廠家針對(duì)自己的總體設(shè)計(jì)都有自己的特色，我們的要求就是只要能消除光源不穩(wěn)定對(duì)測(cè)定的影響就OK了。對(duì)于其實(shí)際使用分辨率的要求只要在光譜帶寬為0.2nm可以分辨開(kāi)Mn279.5nm和Mn279.8nm即可。

　　1.3色散元件：

　　目前的一般都采用光柵做為分光器件，是光路系統(tǒng)的核心器件，作用嗎?很簡(jiǎn)單就是把元素發(fā)射的共振線和其他發(fā)射線分開(kāi)。由于空心陰極燈本身發(fā)射銳線輻射，因此在普通原子吸收中，只要求光柵具有中等分辨能力即可(對(duì)于連續(xù)光源原子吸收的要求可就高了，需要大色散的中階梯光柵或高分辨的單色器)，線刻槽密度要不小于1200條/mm(中階梯光柵除外，我看現(xiàn)在各廠家的最不好的都是1200條/mm的，大部分都高于這個(gè)的)，線色散率倒數(shù)范圍大約在1.5-3.0nm/mm(看了不少儀器樣本，基本上都不大于1.6nm/mm)，中階梯的在0.xnm/mm，例如：熱電的M系列的是0.5nm/mm,PE的SIMAA6000為0.1nm/mm(在200nm,113級(jí)),0.4nm/mm(在800nm,28級(jí))，這個(gè)量小表明色散率大，即光柵的色散性能好哦，理論上線槽密度越大(光柵常數(shù)越小)、焦距越長(zhǎng)，其色散性能越好，對(duì)于具有閃耀特性的光柵，其衍射光能量主要集中在以閃耀波長(zhǎng)為中心的一定波長(zhǎng)范圍(這個(gè)計(jì)算需要的朋友可以參考相關(guān)手冊(cè)來(lái)計(jì)算相關(guān)的波長(zhǎng)范圍)內(nèi)，相對(duì)于以前的普通光柵而言，具有很高的集光效率，可以把80%的能量集中到所需的波長(zhǎng)范圍，對(duì)于雙閃耀波長(zhǎng)的，在更廣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有較高的光通量，而光柵面積的大小反應(yīng)了光柵波長(zhǎng)選擇器的輸出功率：即光學(xué)系統(tǒng)在光路中分出譜線時(shí)，以盡可能小的強(qiáng)度損失提供有用輻射光束的能力的大小，在光柵的倒線色散率一定的情況下，光柵波長(zhǎng)選擇器的輸出功率與光柵面積成正比，對(duì)于光柵波長(zhǎng)選擇器性能而言，在不考慮透射、反射損失的前提下，理論上面積越大越好。

　　1.4波長(zhǎng)掃描及性能：

　　最好是在有自動(dòng)的前提下，也可以手動(dòng)掃描，便于儀器檢定和進(jìn)行臨近線扣背景，一般的機(jī)子都具備這個(gè)功能的，其波長(zhǎng)重復(fù)性方面要求其不大于0.3nm，示值誤差不大于0.5nm就可以了。

　　1.5光譜帶寬：

　　光譜帶寬是通過(guò)單色器出射狹縫后的光束波長(zhǎng)區(qū)間的寬度(nm),與光柵的倒線色散率和出射狹縫有關(guān)，而對(duì)于特定的儀器倒線色散率一定，所以只與出射狹縫成正比。如果做的樣品復(fù)雜的話(huà)，考慮有比較多的可調(diào)控制，便于消除分析過(guò)程中的鄰近線干擾和調(diào)節(jié)測(cè)定的靈敏度，如：Ni的232.0nm、231.0nm、231.6nm要是在光譜帶寬為1nm時(shí)，沒(méi)辦法分開(kāi)這3條譜線，使測(cè)定靈敏度降低，要是將光譜帶寬變成0.2nm，就可以分開(kāi)了，測(cè)定靈敏度將明顯提高，一般可調(diào)選擇范圍在0.1-2.6nm，這個(gè)大部分的儀器都具備此功能，看到有的儀器不但可以調(diào)節(jié)狹縫寬度，還可以調(diào)節(jié)高度，這個(gè)可以在采購(gòu)時(shí)測(cè)試一下，看是否對(duì)測(cè)定真的有影響，按理由于光通量變化了應(yīng)該是有影響的，我的沒(méi)有，在此不便多言。

　　1.6檢測(cè)器：

　　現(xiàn)在原子吸收的檢測(cè)器主要是以普通的不同規(guī)格的PMT檢測(cè)器為主，也有的以CCD(PE6/7/800、JENA的部分機(jī)型等)為檢測(cè)器的。做為原子吸收的檢測(cè)器應(yīng)在190-900nm范圍內(nèi)有光譜響應(yīng)，這個(gè)可以用As193.7nm和Cs852.1nm做邊緣能量檢測(cè)，要求瞬時(shí)噪聲小于0.03A，其基線穩(wěn)定性(靜態(tài)、點(diǎn)火)用銅燈30min內(nèi)應(yīng)不超出±0.0044A。PMT檢測(cè)器通過(guò)光電轉(zhuǎn)化來(lái)檢測(cè)接受到的信號(hào)的，其光譜響應(yīng)范圍受光敏材料的限制，存在漂移和暗電流(暗電流至少要小于10-10A，暗電流越小PMT的質(zhì)量越好)，讀出噪聲相對(duì)較大，不能同時(shí)獲得連續(xù)光譜的信息，但是做為常用主要檢測(cè)器，他以增益高、靈敏度高、響應(yīng)快、成本低在原子吸收光譜儀發(fā)展中有過(guò)光輝的歷程，并且其技術(shù)現(xiàn)在也在不斷的發(fā)展更新中。而CCD檢測(cè)器是通過(guò)電子的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移來(lái)檢測(cè)信號(hào)的，其量子效率高，基于對(duì)檢測(cè)信號(hào)的測(cè)量方式的不同，他相對(duì)PMT來(lái)說(shuō)在配備連續(xù)光源和大色散的中階梯光柵時(shí)可以提高測(cè)定的線形范圍5-6個(gè)數(shù)量級(jí)，也可以同時(shí)進(jìn)行多元素分析。CCD檢測(cè)器在整個(gè)光譜分析區(qū)范圍內(nèi)有比較高的靈敏度，更適合微弱光的檢測(cè)，但他對(duì)弱光的檢測(cè)是基于長(zhǎng)時(shí)間積分的基礎(chǔ)上的，因?yàn)樗�是一種積分型檢測(cè)器，由于其具有最底的分布電容，因此其讀出噪聲較低，暗電流(受溫度影響，需要制冷恒溫環(huán)境)也明顯比PMT的低。不論從光子效率、暗電流、讀出噪聲、多元素同時(shí)分析、線形范圍等各方面來(lái)說(shuō)其性能都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是以后原子吸收光譜儀發(fā)展的一種必然局勢(shì)

　　2.原子化系統(tǒng)：普通的分析中主要使用火焰和石墨爐原子化器。

　　2.1火焰原子化系統(tǒng)：

　　使用火焰原子化器其吸噴量應(yīng)在3-6ml/min，霧化效率應(yīng)不小于8%，測(cè)定銅的檢出限應(yīng)不大于0.008ug/ml,測(cè)定5ppm的銅的RSD要小于0.5%。

　　火焰原子化器主要包括霧化室、霧化器、撞擊球、擾流器、燃燒頭、液封盒、氣體控制系統(tǒng)，這些器件也是測(cè)定時(shí)條件優(yōu)化主要對(duì)象。霧化室一般都是用有機(jī)樹(shù)脂材料構(gòu)成，有聚四氟乙烯、聚丙烯等耐腐蝕材料構(gòu)成，在采購(gòu)這個(gè)時(shí)的考慮主要是其設(shè)計(jì)是否合理(一般的是沒(méi)問(wèn)題的，要是有問(wèn)題他的測(cè)定精度和準(zhǔn)確度就達(dá)不到)，不過(guò)應(yīng)該注意一點(diǎn)。至于霧化器當(dāng)然要選擇高效率霧化和可調(diào)(包括可以調(diào)節(jié)撞擊球)的最好了，根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，撞擊球最好是樹(shù)脂類(lèi)的材料，玻璃、陶瓷的消耗比較大(太脆了，一不小心就調(diào)節(jié)斷了)，擾流器主要是用于過(guò)濾大霧滴，增強(qiáng)火焰測(cè)定的穩(wěn)定性，燃燒頭應(yīng)該可以前后上下可調(diào)的，其制作材料主要有鈦的、滲鈮的、不銹鋼的、銦-鈧合金等，口徑也有0.5mm*50mm(氧化亞氮-乙炔火焰)、0.5*100mm(空氣-乙炔火焰)的，最好選擇熱穩(wěn)定性要好、耐腐蝕、耐高鹽樣品、不宜堵塞的，需要注意一點(diǎn)，就是如果測(cè)定的元素要用氧化亞氮-乙炔火焰的，需要選擇專(zhuān)用的燃燒頭，切不可混用，以防發(fā)生危險(xiǎn)。氣體控制系統(tǒng)最好能夠計(jì)算機(jī)全程控制，空壓機(jī)要有過(guò)濾裝置。由于乙炔屬于易燃?xì)怏w，因此在采購(gòu)時(shí)最好能夠考慮一系列的安全連鎖裝置及提示信息，防患于未然。

　　2.2石墨爐原子化器

　　使用石墨爐原子化器測(cè)定鎘的檢出限、特征質(zhì)量和精密度應(yīng)不大于2pg、1pg、5%

　　石墨爐原子化器相對(duì)與火焰原子化具有體積小、檢出限低(越3個(gè)數(shù)量級(jí))、用樣量少、分析時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，石墨爐原子化的缺點(diǎn)主要是基體蒸發(fā)時(shí)可能造成較大的分子吸收，爐管本身的氧化也產(chǎn)生分子吸收，背景吸收較大，一些固體微粒引起光散射造成假吸收，因此使用石墨爐原子化器必須要選擇背景校正裝置，并且對(duì)于比較復(fù)雜基體的推薦在塞曼校正模式下進(jìn)行分析。其主要包括爐體、電源、冷卻水、氣路系統(tǒng)，商品儀器爐體又分為橫向加熱和縱向加熱的，縱向加熱的由于要在石墨管兩端的電極上進(jìn)行水冷，造成沿光路方向上存在溫度梯度，使整個(gè)石墨管內(nèi)具有不等溫性，導(dǎo)致基體干擾嚴(yán)重，影響原子化過(guò)程，針對(duì)上述問(wèn)題，商品產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多次的改進(jìn)，又發(fā)展了平臺(tái)原子化(是比較重點(diǎn)的一個(gè)方面，在改善縱向石墨爐加熱方面有很大的貢獻(xiàn))、探針原子化、電容放電強(qiáng)脈沖加熱石墨爐，這在一定程度上或多或少的彌補(bǔ)了縱向的缺點(diǎn)，但還是沒(méi)有解決根本問(wèn)題。