原子吸收光譜儀的原理及維護(hù)課件

原子吸收光譜儀的原理及維護(hù)ICP儀器室Visenliu2013/11/14

日常培訓(xùn)原子吸收光譜儀的ICP儀器室Vise一、基本原理二、儀器組成三、分析方法及干擾四、儀器操作及維護(hù)五、常見(jiàn)故障及排除目錄一、基本原理目錄一、基本原理二、儀器組成三、分析方法及干擾四、儀器操作及維護(hù)五、常見(jiàn)故障及排除目錄一、基本原理目錄原理講解原子吸收光譜儀：AtomicAbsorptionSpectrometry簡(jiǎn)稱AAS，是一種通過(guò)測(cè)量氣態(tài)原子對(duì)光輻射的吸收從而測(cè)定微量物質(zhì)的方法。光源輻射出具有待測(cè)元素特征譜線的光，通過(guò)試樣蒸氣時(shí)被蒸氣中待測(cè)元素基態(tài)原子所吸收，由輻射特征譜線光被減弱的程度來(lái)測(cè)定試樣中待測(cè)元素的含量。原理講解原子吸收光譜儀：基本原理-火焰原子吸收光譜儀基本原理-火焰原子吸收光譜儀由于各元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子的排布不同，元素從基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)或更高能級(jí)態(tài)時(shí)吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收線具有不同的特征。定性依據(jù)由于各元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子的排布不同，元素從基態(tài)躍遷至第比耳－朗伯定律（Beer-Lambert）A=吸光度 a=吸收系數(shù)Io=初始光強(qiáng) b=樣品在光路中的強(qiáng)度It=透過(guò)光的強(qiáng)度 c=濃度定量依據(jù)比耳－朗伯定律（Beer-Lambert）A=實(shí)際理論曲線吸收值(ABS)濃度A=abcabcA火焰原子化分析曲線線性可達(dá)2個(gè)數(shù)量級(jí)而石墨爐則較窄，通常只有一個(gè)數(shù)量級(jí)。在高濃度、光譜譜線不純的情況下，曲線容易偏離理論直線。比耳-朗伯定律適用條件實(shí)際理論曲線吸收值(ABS)濃度A=abcabcA火焰原子吸收的基本原理可用以下幾點(diǎn)來(lái)說(shuō)明：所有原子均可對(duì)光產(chǎn)生吸收；被吸收光線的波長(zhǎng)只與特定元素相關(guān)。如樣品中含鎳、鉛、銅等元素，如將該樣品置于鎳的特征波長(zhǎng)中，那么只有鎳原子才會(huì)對(duì)該特征光線產(chǎn)生吸收.光程中該原子的數(shù)量越多，對(duì)其特征波長(zhǎng)的吸收就越大，與該原子的濃度成正比。原子吸收的基本原理可用以下幾點(diǎn)來(lái)說(shuō)明：AAS的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)靈敏度高：火焰原子法，ppm級(jí)，有時(shí)可達(dá)ppb級(jí)；石墨爐可達(dá)10-9—10-14（ppt級(jí)或更低）；準(zhǔn)確度高：FLAAS的RSD可達(dá)1~3％；干擾小，選擇性極好；測(cè)定范圍廣，可測(cè)70種元素。不足多元素同時(shí)測(cè)定有困難；對(duì)非金屬及難熔元素的測(cè)定尚有困難；對(duì)復(fù)雜樣品分析干擾也較嚴(yán)重。AAS的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)原子吸收技術(shù)能分析的元素原子吸收技術(shù)能分析的元素AAS與ICP-OES之比較相似之處產(chǎn)生光譜的對(duì)象都是原子；不同之處AAS是基于“基態(tài)原子”選擇性吸收光輻射能(h)，并使該光輻射強(qiáng)度降低而產(chǎn)生的光譜

OES是基態(tài)原子受到熱、電或光能的作用，原子態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，然后再返回到基態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的光譜AAS與ICP-OES之比較相似之處一、基本原理二、儀器組成三、分析方法及干擾四、儀器操作及維護(hù)五、常見(jiàn)故障及排除目錄一、基本原理目錄原子吸收光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖(火焰)原子吸收光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖(火焰)光源：產(chǎn)生含有被分析元素特征波長(zhǎng)的光線。常見(jiàn)的有空芯陰極燈（HCL）、無(wú)級(jí)放電燈（EDL）和超強(qiáng)度燈（UltrAALamp）。原子化器：將樣品中被分析元素成比例地轉(zhuǎn)化成自由原子。所需能量通常是加熱。最常用的方法是用空氣－乙炔、氧化亞氮－乙炔火焰以及電加熱。原子化的原子對(duì)光線產(chǎn)生吸收。光學(xué)系統(tǒng)：將光線導(dǎo)入原子蒸汽并將出射光導(dǎo)入單色器。單色器：將元素?zé)羲a(chǎn)生的特定被分析元素的特征波長(zhǎng)從其它非特征波長(zhǎng)中分離出來(lái)。檢測(cè)器：光敏檢測(cè)器（通常是光電倍增管）準(zhǔn)確地將光強(qiáng)測(cè)出，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電子線路：將檢測(cè)器的相應(yīng)值轉(zhuǎn)換成有用的分析測(cè)量值。原子吸收光譜儀最基本組成部分光源：產(chǎn)生含有被分析元素特征波長(zhǎng)的光線。常見(jiàn)的有空芯一、光源光源：空心陰極燈(HollowCathodeLamp,HCL)是一個(gè)內(nèi)度充有惰性氣體（氖氣或氬氣）的玻璃圓筒，在幾百帕的壓力下，陰極和陽(yáng)極直接燒結(jié)在圓筒內(nèi)。陰極一般是一個(gè)空心圓筒，它可以用待測(cè)元素的金屬制成或填充。陽(yáng)極是一根粗導(dǎo)線，通常是鎢或鎳。一、光源光源：空心陰極燈(HollowCathodeLaCutrAALaecmpSp底座GradedSeal石英玻璃窗密封的Pyrex玻璃陽(yáng)極陰極Getter燈安裝定位凸連接電源燈元素碼連接處空心陰極燈CutrAALaecmpSp底座GradedSeal石英玻組成陽(yáng)極（吸氣金屬）、空心圓筒形（使待測(cè)原子集中）陰極（W+待測(cè)元素）、低壓惰性氣體（譜線簡(jiǎn)單、背景?。９ぷ鬟^(guò)程高壓直流電（300V）---陰極電子---撞擊隋性原子---電離(二次電子維持放電)---正離子---轟擊陰擊---待測(cè)原子濺射----聚集空心陰極內(nèi)被激發(fā)----待測(cè)元素特征共振發(fā)射線。空心陰極燈空心陰極燈組成及工作原理組成空心陰極燈空心陰極燈組成及工作原理空心陰極陽(yáng)極原子原子e-放電Ne+

+e-濺射發(fā)射激發(fā)釋放光子類型與激發(fā)態(tài)原子相關(guān)EnEoEnEo空心陰極燈空心陰極陽(yáng)極原子原子e-放電Ne+空心陰極燈空心陰極燈填充氣主要是氬氣和氖氣，壓力一般為1/50個(gè)大氣壓。氖氣一般比氬氣靈敏，當(dāng)氖氣產(chǎn)生干擾線時(shí)，采用氬氣。空心陰極燈并不只發(fā)射被測(cè)元素的線光源，但在原子吸收儀器的應(yīng)用上，都被廣泛的接受Varian的燈在制造過(guò)程中，有一個(gè)步驟是在真空狀態(tài)下加熱處理陰極，保證陰極中所吸收的氣體全部被除去。這個(gè)處理進(jìn)程導(dǎo)致一些陰極材料沉積在燈的玻璃外殼的內(nèi)表面。沉積物的多少依元素?fù)]發(fā)不同而不同Varian燈的側(cè)面有黑斑：制造黑斑的目的是因?yàn)檠娱L(zhǎng)燈的壽命。該黑斑是特意用離子轟擊鋯陽(yáng)極產(chǎn)生的鋯膜，但它具有極強(qiáng)的電抗性，是清除氧氣和其它氣態(tài)分子極其有效的清道夫。陽(yáng)極附近有閃爍的輝光，是電流通過(guò)低壓氣體所致，對(duì)陰極外層的原子云無(wú)影響。好的燈，當(dāng)位置調(diào)整好后，應(yīng)具有較低的增益（依照元素的不同和儀器參數(shù)設(shè)置不同而不同）。當(dāng)該值很高，且燈發(fā)生信號(hào)上下波動(dòng)很大，則是個(gè)不祥的信息空心陰極燈填充氣主要是氬氣和氖氣，壓力一般為1/50個(gè)大氣壓。氖氣一光路中燈位置的調(diào)整，可以非常方便的通過(guò)手來(lái)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)燈電流采用制造商推薦的操作電流。略高于或低于該數(shù)值，一般將不會(huì)影響分析的靈敏度燈電流太小，則要求增大光電倍增管的放大倍數(shù)，從而提高了噪音燈電流太大，則會(huì)導(dǎo)致兩方面結(jié)果：銳線光源變寬，產(chǎn)生自吸，將導(dǎo)致

靈敏度降低，且線性彎曲。燈的壽命降低空心陰極燈空心陰極燈的操作光路中燈位置的調(diào)整，可以非常方便的通過(guò)手來(lái)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)空心陰燈電流吸收強(qiáng)度噪音燈電流的影響燈電流吸收強(qiáng)度噪音燈電流的影響用來(lái)得到高強(qiáng)度的紫外連續(xù)光源，進(jìn)行背景校正用氘填充到放電燈泡里，產(chǎn)生的連續(xù)波長(zhǎng)從190nm到425nm。大部分吸收線都在該區(qū)域，并且在這個(gè)區(qū)域里，背景吸收最為嚴(yán)重。氘燈一般由光譜儀自動(dòng)控制。操作者只要簡(jiǎn)單的設(shè)定背景打開(kāi)或關(guān)閉。氘燈用來(lái)得到高強(qiáng)度的紫外連續(xù)光源，進(jìn)行背景校正氘燈火焰原子化器：最常用的原子化器是火焰原子化器。其反應(yīng)機(jī)理是其他燃料（如乙炔）和氧化劑（如空氣和氧化亞氮）燃燒，樣品中的被測(cè)物在這種火焰下，分解產(chǎn)生出原子。測(cè)定的是平衡時(shí)通過(guò)光路吸收區(qū)平均基態(tài)原子數(shù)，其特征是原子蒸發(fā)特性不發(fā)生變化，即是可以連續(xù)重復(fù)測(cè)定結(jié)果，是已知簡(jiǎn)便、快速、穩(wěn)定的裝置，適用與廣泛元素的常規(guī)分析。二、原子化器-火焰火焰原子化器：二、原子化器-火焰霧化器霧化器火焰原子吸收樣品導(dǎo)入及原子化過(guò)程示意圖火焰原子化器：原子化過(guò)程火焰原子吸收樣品導(dǎo)入及原子化過(guò)程示意圖火焰原子化器：原子化優(yōu)點(diǎn)便于使用、可靠和受記憶效應(yīng)的影響小。燃燒器系統(tǒng)小巧、耐用、價(jià)格低廉?？色@得足夠的信噪比，精密度高，線性范圍較石墨爐寬。缺點(diǎn)樣品量需要較多。霧化效率低：一般5～10％。不能或難以直接分析固體或粘度高的液體樣品。靈敏度低，因?yàn)槿細(xì)夂椭細(xì)怏w將樣品大量稀釋，因而靈敏度受到限制。二、原子化器-火焰優(yōu)點(diǎn)二、原子化器-火焰霧化器和燃燒頭系統(tǒng)霧化器和燃燒頭系統(tǒng)霧化室系統(tǒng)撞擊球系統(tǒng)霧化室系統(tǒng)和撞擊球系統(tǒng)霧化室系統(tǒng)撞擊球系統(tǒng)霧化室系統(tǒng)和撞擊球系統(tǒng)撞擊球位置變化對(duì)吸光度的影響撞擊球位置變化對(duì)吸光度的影響改變提升速率對(duì)吸光度的影響改變提升速率對(duì)吸光度的影響一、基本原理二、儀器組成三、分析方法及干擾四、儀器操作及維護(hù)五、常見(jiàn)故障及排除目錄一、基本原理目錄1.標(biāo)準(zhǔn)曲線法：標(biāo)液配制注意事項(xiàng)：合適的濃度范圍；扣除空白；標(biāo)樣和試樣的測(cè)定條件相同2.標(biāo)準(zhǔn)加入法：主要是為了克服標(biāo)樣與試樣基體不一致所引起的誤差（基體效應(yīng)）注意事項(xiàng)：須線性良好；至少四個(gè)點(diǎn)（在線性范圍內(nèi)可用兩點(diǎn)直接計(jì)算）；只消除基體效應(yīng)，不消除分子和背景吸收；斜率小時(shí)誤差大。3.內(nèi)標(biāo)法優(yōu)點(diǎn)：消除氣體流量、進(jìn)樣量、火焰濕度、樣品霧化率、溶液粘度以及表面張力等的影響，適于雙波道和多波道的AAS。分析方法1.標(biāo)準(zhǔn)曲線法：標(biāo)液配制注意事項(xiàng)：合適的濃度范圍；扣除空白一、物理干擾來(lái)源：試樣粘度、表面張力的不同使其進(jìn)入火焰的速度或噴霧效率改變引起的干擾。消除：可通過(guò)配制與試樣具有相似組成的標(biāo)準(zhǔn)溶液或標(biāo)準(zhǔn)加入法來(lái)克服。

二、化學(xué)干擾來(lái)源：(Targetspecies)與共存元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成難揮發(fā)的化合物所引起的干擾，主要影響原子化效率，使待測(cè)元素的吸光度降低。消除：加入釋放劑加入保護(hù)劑（配合劑）加入緩沖劑或基體改進(jìn)劑化學(xué)分離：溶劑萃取、離子交換、沉淀分離等干擾及其消除（1）一、物理干擾干擾及其消除（1）三、電離干擾來(lái)源：高溫導(dǎo)致原子電離，從而使基態(tài)原子數(shù)減少吸光度下降。消除：加入消電離劑（主要為堿金屬元素化合物），產(chǎn)生大電子，從而抑制待測(cè)原子的電離。四、光譜干擾干擾及其消除（2）三、電離干擾干擾及其消除（2）一、基本原理二、儀器組成三、分析方法及干擾四、儀器操作及維護(hù)五、常見(jiàn)故障及排除目錄一、基本原理目錄確認(rèn)環(huán)境條件開(kāi)機(jī)點(diǎn)火燃燒頭預(yù)熱HCL燈、D2燈優(yōu)化操作和使用——開(kāi)機(jī)及預(yù)熱確認(rèn)環(huán)境條件操作和使用——開(kāi)機(jī)及預(yù)熱環(huán)境溫度10~35℃（最適宜溫度10~25℃）；濕度8~80%；確認(rèn)抽風(fēng)開(kāi)啟乙炔出口壓力60-100kPa（建議75KPa；空氣出口壓力245-455KPa（建議350kPa）操作和使用——環(huán)境條件儀器型號(hào)氣源溫度濕度抽風(fēng)循環(huán)冷卻水AAS乙炔純度>99%,到達(dá)儀器的出口壓力60-100kPa（建議75KPass；空氣出口壓力245-455KPass（建議350kPa）環(huán)境溫度10~35℃（最適宜溫度10~25℃）8~80%抽風(fēng)風(fēng)量要求是6立方/min無(wú)GFAAS高純氬氣，純度>99.996%,出口壓力140-200kPa環(huán)境溫度10~35℃（最適宜溫度10~25℃）8~80%抽風(fēng)風(fēng)量要求是6立方/min溫度為20±1℃，如室溫在20-25℃，溫度最好與室溫相同；壓力要求：175-200KPaICP-OES高純氬氣，純度>99.99%,出口壓力0.41-0.69MPa環(huán)境溫度10~35℃（最適宜溫度20~25℃）8~80%抽風(fēng)風(fēng)量要求是6立方/min溫度為20±1℃，如室溫在20-25℃，溫度最好與室溫相同；壓力要求：55-310KPa表：儀器使用的條件環(huán)境溫度10~35℃（最適宜溫度10~25℃）；濕度8~80乙炔氣使用的注意事項(xiàng)：當(dāng)鋼瓶氣壓力小于400KPa時(shí)，不能再使用；出口壓力不能高于100KPa一定不能使用黃銅管傳導(dǎo)乙炔（乙炔與銅作用生成的乙炔銅是一種引爆劑)。使用乙炔氣的專用減壓閥。氣體供應(yīng)乙炔氣使用的注意事項(xiàng)：氣體供應(yīng)乙炔氣出口壓力應(yīng)保持100kPa(15psig)以下，出口壓力大于105KPa，乙炔氣會(huì)不穩(wěn)定。乙炔氣壓力允許范圍是65至100kPa(9-15psig)，參見(jiàn)儀器后面板上的標(biāo)注。不要采用可能與乙炔氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的管子接乙炔氣。不要采用紫銅管接乙炔氣（銅含量不得超過(guò)65％）。不要使乙炔氣直接與銅材、銀材、液態(tài)汞、氯氣或油脂接觸，否則可能引起爆炸。僅使用采用丙酮法罐裝的乙炔氣鋼瓶，當(dāng)鋼瓶總壓力低于400Kpa（60psi）或燃燒速度每小時(shí)大于1/7鋼瓶總量時(shí)，鋼瓶中的丙酮可能會(huì)被帶出，進(jìn)入儀器。丙酮進(jìn)入儀器后可能損壞O型密封圈，降低分析性能或引起回火，因此應(yīng)及時(shí)更換鋼瓶。

乙炔氣乙炔氣出口壓力應(yīng)保持100kPa(15psig)以下防止丙酮溢出q鋼瓶壓力低于400kPa(60psi)時(shí)及時(shí)更換鋼瓶；q確認(rèn)乙炔消耗速度不超過(guò)規(guī)定量；如速度太快，可將幾個(gè)鋼瓶并聯(lián)使用。為消除火災(zāi)及爆炸的可能性：q經(jīng)常檢查是否有漏氣；q使用乙炔氣之前，開(kāi)少許壓力檢查是否有丙酮噴出，如有，將該氣退回供應(yīng)商。乙炔器的純度應(yīng)為99.0%以上。分析工作完成后應(yīng)將鋼瓶關(guān)閉。防止丙酮溢出q鋼瓶壓力低于400kPa(60psi)對(duì)那些容易原子化的元素（如銅、鉛、鉀和鈉），空氣－乙炔火焰是最為常用的火焰。對(duì)這些元素來(lái)說(shuō)，在空氣－乙炔火焰中已有較高比例的成分被轉(zhuǎn)化成原子基態(tài)（溫度大約在2300℃）。干擾可忽略，火焰中的化學(xué)環(huán)境（如氧化、燃燒比等）不是主要因素?？諝庖胰不鹧鎱s不足以將難熔元素分解。采用空氣——乙炔火焰進(jìn)行分析的元素對(duì)那些容易原子化的元素（如銅、鉛、鉀和鈉），空氣－乙炔火焰是火焰溫度并不是所要考慮的唯一元素－燃燒比也同樣重要?！氀妗泻胰擦枯^少，且均被氧化。這類火焰對(duì)那些受氧化作用影響較強(qiáng)的元素來(lái)說(shuō)，將不能產(chǎn)生足夠的自由基態(tài)原子。分析易解離、易電離的元素比較有利。但如果火焰中含乙炔量較多，即在‘富焰’中，因其中含較多的碳、氫，因而可打破被分析元素較強(qiáng)的氧化鏈，形成自由原子。適宜分析易形成單氧化物的元素難離解的元素。如：鉻等。一個(gè)較好的例子是鉻元素的測(cè)量，在空氣－乙炔火焰中，貧焰狀態(tài)下沒(méi)有吸光度，但富焰狀態(tài)下確有吸光度。這些元素的測(cè)量需綜合考慮火焰溫度及火焰的化學(xué)環(huán)境，可通過(guò)調(diào)節(jié)火焰的燃燒比來(lái)仔細(xì)調(diào)整之。燃燒比火焰溫度并不是所要考慮的唯一元素－燃燒比也同樣重要。燃燒比元素?zé)粢话愕碗娏鲿r(shí)，預(yù)熱約10分鐘高電流（>10mA)時(shí)，應(yīng)預(yù)熱30分鐘燃燒頭應(yīng)有約10分鐘的時(shí)間，以達(dá)到熱平衡元素?zé)艉腿紵^需要足夠的時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱元素?zé)粼責(zé)艉腿紵^需要足夠的時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱在未點(diǎn)火情況下：HCL優(yōu)化：按“Optimizelamp”調(diào)節(jié)HCL燈后面的校正螺絲及氘燈的調(diào)節(jié)螺桿，使光路信號(hào)最大（通光量最大）。當(dāng)信號(hào)超過(guò)1.100時(shí)，按Rescale鍵，繼續(xù)調(diào)節(jié)直至最大（EOP-001,2.2）；目標(biāo)：Gain值盡量低。D2燈優(yōu)化：被測(cè)元素的波長(zhǎng)在190-400nm，使用D2燈扣除系統(tǒng)誤差優(yōu)化一、HCL燈及D2燈的優(yōu)化在未點(diǎn)火情況下：優(yōu)化一、HCL燈及D2燈的優(yōu)化火焰原子化器的優(yōu)化燃燒頭位置調(diào)節(jié)撞擊球位置調(diào)節(jié)；進(jìn)樣量調(diào)節(jié)；要求：Pb：5.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，儀器調(diào)零后測(cè)試，要求吸光度：Pb283.3nm≥0.1000Abs火焰原子化器的優(yōu)化燃燒頭位置調(diào)節(jié)霧化器可以完全拆下并組裝可用0.5%左右的清洗劑進(jìn)行清洗檢查撞擊球是否被腐蝕、是否有裂痕，是否斷裂撞擊球應(yīng)正對(duì)文丘里管的出口霧化器可以完全拆下并組裝檢查撞擊球是否被腐蝕、是否有裂痕，是原子吸收光譜儀的原理及維護(hù)ppt課件每天維護(hù)每周維護(hù)必要維護(hù)定期維護(hù)儀器使用記錄儀器的維護(hù)與保養(yǎng)每天維護(hù)儀器的維護(hù)與保養(yǎng)原子吸收光譜儀的日常維護(hù)1、每日維護(hù)：開(kāi)機(jī)前：確認(rèn)氣體、環(huán)境、抽風(fēng)、電氣等條件，空壓機(jī)隔日排水；檢查氣體鋼瓶壓力和傳輸壓力，保證當(dāng)天使用有足夠的氣體量；保持燃燒頭和儀器本身的干凈。－用水或中性溶劑進(jìn)行清洗；如果燃燒頭有積碳，需用硬紙片清潔燃燒頭的狹縫和邊緣。人離燈滅，盡量減少空心陰極燈非工作原因開(kāi)啟時(shí)間2、每周維護(hù)：拆洗霧化室和液阱，檢查霧化器狀態(tài)—用清洗劑和去離子水清洗，保證無(wú)沉積顆粒物，不堵塞檢查O型圈是否老化；檢查泄壓閥是否結(jié)??；檢查撞擊球：是否腐蝕、是否有裂痕；檢查霧化器清洗燃燒頭—用潤(rùn)滑油進(jìn)行擦洗；用超聲波進(jìn)行清洗，可加0.5%的清洗劑進(jìn)行清洗3、