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这种灯的强度比空心阴极灯大几个数量级,没有自吸,谱线更纯。
2.原子化器
原子化器的主要功能是提供能量,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。
实现原子化的方法,最常用的是火焰原子化器和非火焰原子化器。
2.1火焰原子化器
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,其结构如图3所示。
雾化器
雾化器是火焰原子化器中的重要部件(见图4),其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喷雾器。
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3火焰原子化器
图4雾化器的结构
2.1.2雾化室
雾化室的主要作用是除大雾滴,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。
一般的雾化装置的雾化效率为5~15%。
2.1.3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。
2.1.4火焰
火焰分焰心、内焰和外焰。
试样雾滴在火焰中,经蒸发,干燥,离解等过程产生大量基态原子。
焰心发射强的分子带和自由基,很少用于分析,内焰中基态原子最多,为分析区,外焰火焰内部生成的氧化物扩散至该区并进入环境。
火焰温度的选择要保证待测元素充分离解为基态原子的前提下,尽量采用低温火焰;
火焰温度越高,产生的热激发态原子越多;
火焰温度取决于燃气与助燃气类型,常用空气—乙炔最高温度2600K能测35种元素。
按火焰燃气和助燃气比例的不同,可将火焰分为三类:
化学计量火焰、富燃火焰和贫燃火焰。
化学计量火焰因燃气与助燃气之比与化学反应计量关系相近,又称其为中性火焰,此火焰温度高、稳定、干扰小、背景低。
富燃火焰的燃气大于化学计量的火焰,又称还原性火焰,火焰呈黄色,层次模糊,温度稍低,火焰的还原性较强,适合于易形成难离解氧化物元素的测定。
贫燃火焰又称氧化性火焰,即助燃比大于化学计量的火焰,氧化性较强,火焰呈蓝色,温度较低,适于易离解、易电离元素的原子化,如碱金属等。
2.2非火焰原子化器
非火焰原子化器常用的是石墨炉原子化器。
石墨炉原子化法的过程是将试样注入石墨管中间位置,用大电流通过石墨管以产生高达2000~3000℃的高温使试样经过干燥、蒸发和原子化,图5为管式石墨炉原子化器示意图。
图5管式石墨炉原子化器示意图
3.分光系统
原子吸收光谱仪的分光系统包括出射、入射狭缝、反射镜和色散原件(多用光栅),结构如图6所示。
其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。
色散元件是分光器的关键部件,光栅放置在原子化器之后,以阻止来自原子化器内的所有不需要的辐射进入检测器。
由于锐线光源的谱线简单,故对单色器的色散率要求不高(线色散率为10~30Å
/mm)。
3.1单光束系统
具有结构简单、维修方便、价格低、能量高等特点,有助于获得较高的测定灵敏度和较宽的线性范围,满足一般分析要求。
但不能消除光源波动所引起的基线漂移,背景无法进行精确校正。
使用时要使光源预热30min,并在测量过程中注意校正零点,补偿基线漂移。
3.2双光束系统
此系统把光源发射的光分为两束,一束不通过原子化器而直接照射在检测器上,称为参比光束,另一束通过原子化器后再到检测器上,称为样品光束。
最后指示出的是两路光信号的差,它可克服光源波动所引起的基线漂移,因此,此系统不需要预热光源。
双光束光路的特点是精密、价高、能较彻底消除背景的干扰,稳定性好,满足高精度分析要求,便于接石墨炉原子化或其它原子化器,灵活性好。
这种仪器的缺点是光能量损失大。
光能量的损失造成信噪比变坏,往往限制了检出限的进一步改善。
图6原子吸收光谱仪的分光系统
4.检测系统
原子吸收光谱仪的检测系统主要由检测器、放大器、对数变换器和显示记录装置组成。
原子吸收光谱仪中广泛使用的检测器是光电倍增管,一些仪器也采用CCD作为检测器。
元素灯发出的光谱线被待测元素的基态原子吸收后,经单色仪分选出特征的光谱线,送入光电倍增管中,将光信号转变为电信号,此信号经前置放大和交流放大后,进入解调器进行同步检波,得到一个和输入信号成正比的直流信号。
再把直流信号进行对数转换、标尺扩展,最后用读数器读数或记录。
原子吸收分光光度计的调校
原子吸收光谱仪属于精密专用设备,需要定期调试与保养。
本文按照操作规定和注意事项,结合实践经验论述原子吸收光谱仪在使用过程中对仪器调试、仪器维护和保养的几种方法,使仪器分析随时可达到最佳的效果。
原子吸收光谱法亦称原子吸收分光光度法,是基于蒸气相中待测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。
原子吸收光度是精密测定金属元素含量方法,其测量精度达级。
被基态原子吸收后的谱线,经分光系统分光后,由检测器接收,转换成为电信号,再经放大器放大,由显示系统显示出吸光度或光谱图。
而原子吸收光谱仪测定数据的影响因素较多,测试条件要求严格控制。
每一新设备或检修后的设备都需要严格调试后方能使用。
调试包括气路、波长、光强度、燃烧器高度等。
一、仪器检查调试方法
1.气路检查
气路是安全操作的关键。
原子吸收光谱仪所用的燃气为乙炔,它与空气混合点燃易发生爆炸。
如果出现泄漏,将威胁操作者的人身安全。
因此气密性的检查是首要任务。
每次使用之前要检查电路及气路的连接。
(1)绝大多数仪器的气路通常采用聚乙烯塑料管,时间长了非常容易老化(建议聚乙烯塑料管使用年限2~3年)。
因此要经常对气路进行检测、检漏,尤其是乙炔气渗漏可能造成事故。
严格禁止在乙炔气路管道中使用紫铜、黄铜及银制零配件,并要严禁使用油类物质,测试高浓度铜或银溶液时,应反复用去离子水中喷洗。
用棉签沾肥皂水涂抹气路各连接处(图一),遇有漏气现象要立即更换元件。
检测完毕后一定要将肥皂水擦拭干净。
当仪器测定完毕后,要首先关闭乙炔钢瓶输出阀门,其次等燃烧器上火焰熄灭后再关避仪器上的燃气阀,最后再关避空气压缩机的开关,以确保操作者的人身安全。
(2)检查废液管中部要有水封,避免回火现象发生。
同时废液管出口处不要插入废液桶液面下,避免形成双水封。
图一供气管路连接示意
2.光路与光强度调试与检查
光强度是测定灵敏度关键。
光强度达到越大,灵敏度越高。
调试仪器应选用波长大于250nm,辐射强度大,发光稳定,对火焰状态反应迟钝的元素灯作为光源,最好是铜灯,镁、镍等元素灯也可以。
(1)对光调整。
①光源对光调试:
空心阴极灯要在不点亮情况下进行安装;
灯的前后安装位置定位参考如下:
832.1nm空心阴极灯,其石英窗口距透镜筒约2cm,193.7nm空心阴极灯,其石英窗口碰到透镜筒,其余元素灯的安装即按波长确定其前后位置,波长值愈小愈靠前。
接通电源,点燃元素灯。
移动灯的位置分别调节灯的前后、升降、旋转(左右)旋钮,调单色器波长至该元素最灵敏线,使显示有信号输出,使接收器得到最大光强。
检查方法用一张白纸挡光检查,阴极光斑应聚焦成像(为正圆而不是椭圆)其成像位置在燃烧器缝隙中央或稍微靠近单色器一方(图二)。
图二元素灯架结构
②燃烧器对光调试:
将燃烧器缝隙位于光轴之下并平行于光轴,通过改变燃烧器前后、转角、水平位置来实现。
先调节能量显示为最大值,再将用牙签或火柴杆插在燃烧器缝隙中央,能量显示应从最大回到零。
然后将牙签或火柴杆垂直放置在缝隙两端,显示的透光度应降至30%左右,如达不到上述指标,应对燃烧器的位置再稍微调节,直到满足要求为止。
同时可以点燃火焰,喷雾该元素的标准溶液,调节燃烧器的位置,到出现最大吸光度为止。
(2)喷雾器调整。
喷雾器中的毛细管和节流嘴的相对位置和同心度是调节喷雾器的关键,毛细管口和节流嘴同心度愈高、雾滴愈细,雾化效率愈高。
一般可以通过观察喷雾状况来判断调整的效果,拆开喷雾器,用一张滤纸,将雾喷到滤纸上,滤纸稍湿且非常均匀则是恰到好处的位置。
有些仪器的喷雾器是可调的,在未点火时,先将喷雾器调节到反喷位置,即插入液面的毛细管出现气泡,然后点燃火焰喷雾标准液,按相反方向慢慢移动,得到最大吸光度便可固定下来。
(3)碰撞球的调节。
碰撞球位置以噪音低,灵敏度高为好。
第一将喷雾器卸下,第二把一根约200mm长的聚乙烯毛细管插进雾化器的金属毛细管中,吸喷蒸馏水,第三左右微动玻璃撞击球改变碰撞球位置,第四将燃烧室内的空气管道接在雾化器上,第五空气压缩机,以纯水喷雾作试验,当喷出的雾远而细,并慢慢转动前进时,使雾滴达到最佳状态,就是它的最佳位置(图三)。
将雾化器安装在预混室前边的接口上,重新试喷雾并调整。
这项调节有较大难度,必须由专业人员操作。
一般情况下使用出厂时的位置不再调节。
(4)试样提取量的调节。
试样提取量是指每分种吸取溶液的毫升数,表示为ml/分钟,溶液提取量与吸光度不成线性关系,在4~6ml/min有最佳吸收灵敏度,大于6ml/min灵敏度反而下降。
其调节方法:
通过改变喷雾气流速度和聚乙烯毛细管的内径及长度(多以改变聚乙烯毛细管的长度为主),实现调节试样提取量,以适应各种不同溶液的喷雾。
图三预混合型火焰原子化器
1—燃烧器;
2—预混室;
3—撞击球;
4—助燃气接嘴;
5—雾化器;
6—排液管
二、原子吸收光谱仪的维护与保养
仪器维护保养是精密测定的前提。
良好的保养不但提高仪器的使用寿命,同时也是准确测定的关键所在。
保养首要是规范操作者的责任心,其次要明确主要部件易出现的问题及解决办法。
1.原子化系统的维护与保养。
在每次样品测试分析完之后要进行要对雾化燃烧器系统清洗一次。
以保证狭缝不留残渣、确保火焰的稳定性。
包括喷雾器、雾室和燃烧器。
清洗方法:
①继续点燃火焰用去离子水(可用二次蒸馏水代替)喷蒸5分钟以上,目的是清除残留的微量样品。
若喷入有机样后,可先喷与样品互溶的有机溶液5分钟,再喷1%的硝酸5分钟,最后喷去离子水(可用二次蒸馏水代替)5分钟以上。
②溢出的溶液滴,特别是有机溶液滴应及时清除。
③废液管积液到达雾化桶下面后会使测量时极其不稳定(要避免形成双水封),所以要随时检查废液管是否畅通,定时倾倒废液。
问题与处理:
当喷雾器(毛细管)发生塞碍现象时,千万不能用细金属丝去通透,那样极易损坏玻璃零件。
取下四个螺钉及小弯角,卸下撞击球,用压缩空气反吹,疏通气路。
还可以将喷嘴的玻璃部分浸泡在酸中。
如果是有机溶剂造成的堵塞,可将前端插入重铬酸钾溶液中浸泡。
通气后,用去离子水(可用二次蒸馏水代替)喷蒸5分钟以上即可。
燃烧器的缝隙上方应是一片燃烧均匀呈带壮的兰色火焰。
若火焰呈齿形,说明燃烧头缝隙有污物需要清洗。
若是盐类结晶,可用滤纸插入缝口擦拭,也可以卸下燃烧器用1:
1乙醇-丙酮清洗;
如有熔珠出现可用金相砂纸打磨或刀片轻轻磨刮,不能将缝隙刮毛,严禁用酸浸泡。
此项工作需严谨、细致的人员在极小心的情况下完成。
2.光源的维护保养。
空心阴极灯及光学系统表面沾有灰尘可用洗耳球吹掉。
当表面沾有手印或油污,不能用镜头纸或脱脂棉干擦,只能用酒精和乙醚(按1∶3)混合液沾脱脂棉轻轻擦拭。
空心阴极灯使用寿命5ma灯电流在1000小时以上。
如果长期不用,则2~3个月让它通电点燃1~2小时。
灯的复活:
采用反接去气法。
将灯的两极与电源正负极反接,在最大工作电流状态下,点燃20~30分钟,使阴极红热,达到去气目的。
总之,无论是检查、调试、维护与保养的每一个步骤都需要严谨认真的工作态度;
每一个细节都不可以疏忽大意;
每一个工作节点都要求尽善尽美。
这样仪器才可以保持最佳状态,才可以测出准确有效的数据。
3.光学系统维护和保养。
外光路的光学元件必须经常保持清洁、干净,其清洗周期每年至少一次。
如果光学元件上有灰尘沉积、只需用擦镜纸擦试干净即可;
如果光学元件上沾有油污或溅上测定样品溶液时,将光学元件污染部分先浸在乙醇与乙醚的混合液(1∶1)中洗涤,然后并用干燥了的纱布去擦试干净,再后用蒸馏水冲洗,最后用洗耳球吹去水珠。
清洁过程中,严禁用手去擦试金属硬物或触及镜面。
原子吸收光谱仪的安装、验收和维护
第一节仪器的安装和调整
一、安装场地的要求
1.环境
实验时应设置在无强磁场和热辐射的地方,不宜建在会产生剧烈振动的设备和车间附近。
实验室内应保持清洁。
温度应保持在1030C,空气相对湿度应小于80%。
仪器应避免日光直射、烟尘、污浊气流及水蒸气的影响,防止腐蚀气体的干扰
2.实验台
应坚固稳定,台面平整。
为便于操作与维修,实验台四周应留出足够的空间。
3.排气罩
原子吸收分光光度计的上方必须准备一个通风罩,使燃烧器产生的燃烧气体能顺利排。
4.电源
各个品牌的原子吸收分光光度计以及其各种附件容许的电压范围和功率都有所不同,使用前务必按照说明书的要求进行配置。
一般要求为:
采用三相供电系统。
一相供主机、计算机和打印机。
电压为220V10%,最要接到一个大于1kVA的稳压电源。
另一相为石墨炉电源,电流一般为150300A,不必通过稳压电源,可直接供电。
第三相用于空气压缩机、空调和排风设备。
为保证仪器具有良好的稳定性和操作安全。
,仪器的地线最好接到一块直接埋入地下1m深处的金属板上。
5.冷却水
最好配备水循环设备,用水质较硬的自来水容易在石墨炉腔体内结水垢。
6.供气
供气钢瓶不应放在仪器房间内,要放在离主机最近、安全、通风良好的房间。
二、使用高压气体的注意事项
使用高压气体必须仔细,要遵守当地的相关的法规。
1.安装气瓶
(1)气瓶安装在室外通风处,不能让阳光直晒。
(2)注意气瓶的温度不能高于40℃,气瓶的2米之内不容许有火源。
(3)气瓶要放置牢固,不能翻倒。
液化气体的气瓶(乙炔,氧化亚氮,等。
)须垂直放置不容许倒下,也不能水平放置。
2.乙炔
(1)使用乙炔时,请使用乙炔专用的减压阀,不能直接让乙炔流入管道。
乙炔与铜,银,
汞及其合金会产生这些金属的乙炔化物,在震动等情况下引起"
分解爆炸"
,因此要避免接触这些金属。
(2)乙炔气瓶内有丙酮等溶剂。
如果初级压力低于0.5MPa,就应该换新瓶,避免溶剂流出。
3.空气
供应干燥空气。
如果使用含湿气的空气,水汽有可能附着在气体控制器的内部,影响正常操作。
最好在空气压缩机或空气钢瓶出口的管路中装一个除湿的气水分离器。
4.气体使用之后
气体使用之后,必须关掉截止阀和主阀。
5.压力表
定期检查压力表,使保持正常。
6.调压器
(1)使用合格的调压器和接头。
(2)当安装钢瓶的调压器时,要除去钢瓶出口处的尘土。
(3)不能用坏的漏气的接头安装调压器,否则会漏气。
不要过分用力地安装调压器,实在不好安装宁可换用新气瓶。
7.钢瓶的开/关
(1)打开钢瓶前,确认截止阀是关着的。
向左转动次级压力调节阀,用专用的手柄打开钢瓶。
即使主阀太紧打不开,不要用锤子和扳手敲击手柄或主阀。
在打开主阀后,用肥皂水检查调压器和接头处以及主阀的连接处是否漏气。
(2)氧化亚氮,氩气和氢气钢瓶的主阀要完全打开。
如果不完全打开,可能引起气体流量波动。
(3)乙炔钢瓶的主阀只能从完全关闭的状态下打开1圈或1.5圈。
为了防止丙酮从钢瓶流出,不要打开超过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。
三、仪器的安装和调整
1.开箱与安装
新购仪器应及时开箱,按清单逐一查对主机、附件、零配件和使用说明书等是否齐全,同时要检查仪器二表观是否有损伤。
如发现问题及时向生产户家提出,要注意保护现场,以便分析损伤原因。
在开箱后和安装前,必须仔细阅读仪器使用说明书,熟悉仪器原理、结构和使用方
法,了解仪器对实验,室环境条件和装置条件的要求1完善条件和做好安装前的各项准备工作o
将主机、计算机、打印机、空压机、循环冷却水装置、石墨炉及其电源装置小心从包装箱中取出,按说明书要求整体布局。
主机和附件放在工作台上以后,调整其底脚使之平稳、受力均匀。
逐一检查主机的外光路,主机和配件电器及机械部分的表观状况。
然后按照说明书中的要求连接好仪器的电路、气路和水路。
2.空心阴极灯位置的调整
通过调整空心阴夜灯的位置,使其发光阴极位于单色器的主光轴上。
操作方法是:
调节灯座的前后高低左右位置,使接收器得到最大光强,即读数最大(透射比挡或能量挡)或数字显示读数最小(吸光度挡)。
调整时不必点火。
如今许多仪器(如HITACHIZ-5000、THEMOM6等)都带有自动微调功能,由计算机自动完成空心阴极灯位置的调节。
3.燃烧器位置的调整
调整燃烧器位置的目的在于使其缝口平行于外光路的光轴并位于正下方,以保证空心阴极灯的光束完全通过火焰并会聚于火焰中心而获得较高的灵敏度。
燃烧器的调整是在静态下进行的。
常以铜灯(324.1nm)作光源,按前述调整好灯的位置,调节负高压,使透射比为1:
100%,然后用仪器附带的透光检验工具或一根火柴棒插入燃烧器缝口里。
当对光棒直立在燃烧器缝口的正中心时,透射比应接近0%,否则仍需对燃烧器位置作前后调整,然后拍对光棒垂直置于缝口两端,其透射比应降至30%,否则应改变燃烧器转角直至达到要求为止。
当静态调整完毕之后,若有必要,可在点火的情况下,吸喷铜标准溶液,调整燃烧器的前后转角及其高度,测量不同位置时的吸光度。
对应予最大吸光度的位置为最佳位置,但燃烧器不应挡光。
由于不同元素的最佳燃烧器高度是不同的,使用时应根据不同的元素重新调节燃烧器高度。
4.雾化器的调整
雾化器是原子化系统的核心部件,分析的灵敏度和精密度很大程度上取决于雾化器的质量。
质量良好的喷雾器,应是雾滴小、雾量大、雾滴匀、喷雾稳,这取决于吸液毛细管喷口和节流嘴端面的相对位置和同心度。
毛细管和节流嘴端面相对位置和同心度,应在放大镜下精心调节。
每次调整效果可通过观察雾化状况来判断。
正常情况下,雾滴离开喷嘴后应沿毛细管线方向,向前成一锥形,上下左右对称地散射开。
也可通过吸喷标
准溶液测定吸光度来判断,直至出现最大吸光度时,即将位置固定下来。
需要指出的是,任何时候绝对禁止在氧化亚氮一乙烘火焰中调节喷雾器,否则会发生回火。
碰撞球的作用是进一步细化雾滴和提高雾化效率。
碰撞球与喷嘴的相对位置,直接影响雾漓的细化效果。
一般来说,碰撞球靠近喷嘴电细化效果好而噪声大。
在实际工作中,应从成细化和稳定两个方面综合考虑,通过吸喷标准溶液,观测吸光度及稳定性来调定碰撞球的最佳位置。
5.石墨炉原子化器的调整
石墨管吸收池和光源间的对光二调整即"
定位"
要比燃烧器高度的调节困难些。
正确的定位程序是,先将元素灯对光调整好,再对光调整氘灯,使其光斑与元素灯光斑重合,然后调节石墨炉位置,使光束减弱程度至最小。
两个光斑的错位往往使背景校正不足或过度。
值得指出的是,上述的调整往往在生产车间已经完成,如果运输中没有问题,只需将各部件连接好就可达到最佳要求。
第二节仪器检定和验收
仪器出厂前需经质检部门按专业标准或企业标准检定。
实验室中的仪器也需经计量部门按检定规程定期检定后方可使用,了解和掌握仪器的检定验收技术尤为重要。
本节介绍有关仪器主要技术指标的测试和检定方法。
一、波长示值误差与重复性
谱线的理论波长与仪器波长机构读数的差值称为波长示值误差。
目前,原子吸收分光光度计大多以正弦机构调节波长。
商品仪器经过长途运输的振动,波长示值可能超差。
按波长顺序如果始终是正误差或负误差,但差值不等,可以通过调整正弦机构来校正;
若差值大致相等,则可调节波长鼓轮或数码轮来校正;
若差值随波长变化而正负波动,则需重新调节光学系统。
专业标准和检定规程要求,波长示值误差应不大于0.5nm,波长重复性应优于0.3nm。
以求空心阴极灯作光源,光谱通带为0.2nm,选取五条谱线,逐一做三次单向(短波向长波)测量,以给出最大能量时的波长示值为测量值,然后按下式计算波长示值误差(λ)和重复性(λ):
13
λ=irλ=maxmin31
式中:
r为汞(氖)谱线的波长理论值;
λi为求(氖)
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- 原子 吸收 光谱仪 结构 精选 文档