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1、原子吸收光谱法应用研究概述摘要：原子吸收光谱法是本世纪50 年代中期出现并在以后逐渐发展起来的一种新型的仪器分析方法，它在地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等各个领域有广泛的应用。本文综述了原子吸收光谱法的原理、测定技术、特点、联用、进展及其在各个领域中的应用。关键词： 原子吸收；光谱法；原子化；电热原子吸收光谱法0 引言原子吸收光谱法自1955 年作为一种分析方法问世以来，先后经历了初始的序幕期、爆发性的成长期、相对的稳定期和智能化飞跃期这4 个不同的发展时期，由此原子吸收光谱法得以迅速的发展与普及，如今已成为一种倍受人们青睐的定量分析方法。针对其原理、测
2、定技术、特点、联用、应用及其进展进行综述。1原子吸收光谱法的原理原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS) ，即原子吸收光谱法，是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。它是是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量
3、的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。2 原子吸收光谱法的特点2.1 选择性强这是因为原子吸收带宽很窄的缘故。因此，测定比较快速简便，并有条件实现自动化操作。在发射光谱分析中，当共存元素的辐射线或分子辐射线不能和待测元素的辐射线相分离时，会引起表观强度的变化。而对原子吸收光谱分析来说：谱线干扰的几率小，由于谱线仅发生在主线系，而且谱线很窄，线重叠几率较发射光谱要小得多，所以光谱干扰较小。即便是和邻近线分离得不完全，由于空心阴极灯不发射那种波长的辐射线，所以辐射线干扰少，容易克服。在大多数情况下，共存元素不对原子吸收光谱分析产生干扰。在石墨炉原子吸收法中，有时甚至可以用
4、纯标准溶液制作的校正曲线来分析不同试样。2.2 灵敏度高原子吸收光谱分析法是目前最灵敏的方法之一。火焰原子吸收法的灵敏度是ppm 到 ppb 级，石墨炉原子吸收法绝对灵敏度可达到10-1010-14 克。常规分析中大多数元素均能达到ppm 数量级。如果采用特殊手段，例如预富集，还可进行ppb 数量级浓度范围测定。由于该方法的灵敏度高，使分析手续简化可直接测定，缩短分析周期加快测量进程；由于灵敏度高，需要进样量少。无火焰原子吸收分析的试样用量仅需试液5100?l。固体直接进样石墨炉原子吸收法仅需0.0530mg，这对于试样来源困难的分析是极为有利的。譬如，测定小儿血清中的铅，取样只需10?l 即
5、可。2.3 分析范围广发射光谱分析和元素的激发能有关，故对发射谱线处在短波区域的元素难以进行测定。另外，火焰发射光度分析仅能对元素的一部分加以测定。例如，钠只有1左右的原子被激发，其余的原子则以非激发态存在。在原子吸收光谱分析中，只要使化合物离解成原子就行了，不必激发，所以测定的是大部分原子。目前应用原子吸收光谱法可测定的元素达73 种。就含量而言，既可测定低含量和主量元素，又可测定微量、痕量甚至超痕量元素；就元素的性质而言，既可测定金属元素、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
6、- 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 类金属元素，又可间接测定某些非金属元素，也可间接测定有机物；就样品的状态而言，既可测定液态样品，也可测定气态样品，甚至可以直接测定某些固态样品，这是其他分析技术所不能及的。2.4 抗干扰能力强第三组分的存在，等离子体温度的变动，对原子发射谱线强度影响比较严重。而原子吸收谱线的强度受温度影响相对说来要小得多。和发射光谱法不同，不是测定相对于背景的信号强度，所以背景影响小。在原子吸收光谱分析中，待测元素只需从它的化合物中离解出来，而不必激发，故化学干扰也比发射光谱法少得多。2.5 精密度高火焰原子吸收法的精密度较好。在日常的一般低含量
7、测定中，精密度为13。如果仪器性能好，采用高精度测量方法，精密度为1。无火焰原子吸收法较火焰法的精密度低，目前一般可控制在 15%之内。若采用自动进样技术，则可改善测定的精密度。火焰法：RSD 1% ，石墨炉35%。原子吸收光谱有以下一些不足：原则上讲，不能多元素同时分析。测定元素不同，必须更换光源灯，这是它的不便之处。原子吸收光谱法测定难熔元素的灵敏度还不怎么令人满意。在可以进行测定的七十多个元素中，比较常用的仅三十多个。当采用将试样溶液喷雾到火焰的方法实现原子化时，会产生一些变化因素，因此精密度比分光光度法差。现在还不能测定共振线处于真空紫外区域的元素，如磷、硫等。3 原子吸收光谱法的测定
8、技术原子吸收光谱仪的操作十分简便，对于不同的元素都已有特定的阴极灯、波长范围、 狭缝宽度、灯电流值等配合测定。若想测定达到较高的数量级或提高检测质量，其关键还在于样品的预处理和进样技术。3.1 样品预处理样品预处理的恰当与否直接决定了测量的灵敏度，它主要包括样品的溶解，分离及富集两步。对于液体样品的溶解，无机样可直接用水稀释至合适的浓度范围，有机样可用甲基异丁酮或石油醚稀释降低其粘度；对于固体样品通常采用酸溶法，极少的情况也用碱溶法，但其溶速较慢，且常会引入无机离子污染。样品的分离与富集主要分为萃取法、螯合萃取、离子缔合物萃取和离子交换法4。另外，值得一提的是，目前在环境、生物、食品研究中广泛
9、应用的预处理方法有：干法灰化、常压湿法消化、微波消解和脉冲悬浮法，其中微波消解技术方便快捷、节约试剂、污染少、样品溶解完全，故最为常用。3.2 进样技术原子吸收光谱法中样品的导入技术主要有3 种： 1.脉冲进样，适用于取样量少的样品分析和高盐分样品分析，如测定小鼠血清中的锌含量5；2.原子捕集技术，可提高原子吸收光谱法的灵敏度，因为其可使待测元素在火焰中停留时间较长，如无铅汽油中铅含量的测定6、 中草药中Cu 的测定7；3.流动注射，该技术在保持精密度的前提下，提高分析速度，通过对流动注射系统的分散度的控制和连续富集可改变其分析灵敏度，如测定痕量铜8、测药物制剂中长托普利9、测定微量Hg10。
10、4原子吸收光谱法的应用原子吸收分光光度计是所有光谱仪器大类中问世最晚的产品系列之一。但是，四十年来，它却一直以其他光谱仪器所无法比拟的速度发展着。目前，原子吸收光谱分析已经成为一种使用面很广，需要量很大的分析大类，广泛应用在各个分析领域。4.1 在理论研究中的应用原子吸收可作为物理和物理化学的一种实验手段，对物质的一些基本性能进行测定和研究，电热原子化器容易做到控制蒸发过程和原子化过程，所以采用它测定一些基本参数有很多优点，用电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，
11、共 5 页 - - - - - - - - - 热原子化器所测定一些参数有元素离开机体的活化能、气态原子扩散系数、解离能、振子强度、光谱线轮廓的变宽、溶解度、蒸汽压等。4.2 在元素分析中的应用这是原子吸收在分析技术中最直接、最常见的应用， 由于其灵敏度高、干扰少， 分析简便快捷，现已广泛应用于国防、公安、环境保护、机械制造、电子、航空、航海、冶金、地质、卫生防疫、农林渔牧、建材、食品、饮料、水质分析、临床化验、医药、日用化工、生物学、营养学、劳动卫生及其它各有关部门的科研、教学和质量控制，在这些行业和学科的发展中发挥了巨大的作用。特别是近几年来，原子吸收分光光度计在微量元素与人体健康关系的研
12、究中发挥了重要作用，许多与人体健康有关的行业也越来越普遍地应用原子吸收光谱分析技术。利用间接原子吸收法尚可测定某些非金属元素。4.3 在有机物分析中的应用利用间接法可以测定多种有机物。如 8-经基哇琳 (Cu),醇类 (Cr),醛类 (Ag)、 酉旨类(Fe)、 酚类 (Fe)、联乙酞 (Ni), 酞酸 (Cu)、脂肪胺 (Co),氨基酸 (Cu)、维生素 C (Ni), 氨茵酸(Co)、雷米封 (Cu)、甲酸奎宁(Zn)、有机酸醉 (Fe)、苯甲基青霉素 (Cu),葡萄糖 (Ca)、环氧化物水解酶(Pb)、含卤素的有机化合物(Ag)等多种有机物，均通过与相应的金属元素之间的化学计量反应而间接
13、测定。使用原子吸收光谱仪利用间接法可以测定多种有机物，如 8-羟基喹啉 (Cu)、醇类 (Cr)、酯类 (Fe)、氨基酸 (Cu)、维生素 C(Ni) 、含卤素的有机物(Ag) 等多种有机物，都可通过与相应的金属元素之间的化学计量反应而间接测定。4.4 在金属化学形态分析中的应用通过气相色谱和液相色谱分离后以原子吸收光谱加以测定，可以分析同种金属元素的不同有机化合物。例如汽油中5 种烷基铅，大气中的5 种烷基铅、烷基硒、烷基肿、烷基锡、水体中的烷基肿、烷基铅、烷基硒、烷基汞、有机铬，生物中的烷基铅、烷基汞、有机锌、有机铜等多种金属有机化合物，均可通过不同类型的色谱原子吸收联用方式加以鉴别和测定
14、。4.5 在环境监测方面的应用环境直接关系每一个人的生活,保护环境是经济持续发展的必要条件,近年来受到世界各国的高度重视。环境监测数据是进行环境科学研究和制定环境战略、政策和规范的基础资料与依据。环境研究中感兴趣的一些元素正是原子吸收光谱分析法所擅长测定的元素。因此 ,它在环境监测方面获得了相当广泛的应用。4.6 医学卫生方面的应用无机微量元素在人体内参与生命活动过程和其它营养素如蛋白质、碳水化合物、某些维生素的合成与代谢 ,一定浓度水平的微量元素是维持生物体正常功能所必须的,缺乏或过量都会引起不良的生理后果。因此,微量元素的监测结果是辅助医疗诊断的重要资料。5原子吸收光谱法的联用分析化学中常
15、采用不同分析手段的结合或联用技术，来提高分析灵敏度和检出限，若电化学与火焰原子吸收法联用11特征浓度大为降低，测定的灵敏度提高了2 个数量级以上，又如电沉积技术与原子吸收光谱法联用被广泛应用于重金属的检测12。火焰原子吸收联用也已成为有机金属化合物形态分析的重要方法，它可同时对原子和离子检测，实现了痕量有机金属化合物及其共存有机化合物的高灵敏同步测定13。殷学峰等人14采用因子分析法和氢化物发生原子吸收法对砷的4 种化学形态进行研究，由于As()，As()，一甲基砷，二甲基砷在环境水样中毒性不同，以前用色谱分离和原子光谱法联机测定，受制于色谱分离时的稀释作用，检测下限较高，在实用中受到限制，而
16、本法操作简便，无需前处理，灵密度高，有较好的定性和定量能力。近些年，国外的科研人员仍在不断地尝试将一些特殊的分离与富集方法和进样方法与原子吸收光谱法联用，从而解决了许多研究上的难题。比如，有人将不同类型的等离子体与光谱学的发热放电相结合用于化学计量学的研究和基础研究，同时，对于物种形成过程的研究也有了明显的增多；有人利用微柱预富集原子吸收光谱法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 测定痕量元素和矩阵元素；Gaspar，
17、Attila15等人提出用低压喷射样品柱注射火焰原子吸收光谱法测定银镉汞铅硒和锌六种元素，所得结果相对偏差极小，可作为水质标准和污染度量的元素分析方法；有人将电热原子吸收光谱法(ETAAS) 直接原子化固体样品用于测定钢铁中的痕量元素；有人在溶液反萃取的萃取过程中利用电热原子吸收光谱法以自动连续注射法测定镉，其检出限达到2.7ng/L，相对偏差也由直接萃取的3.2%降至 1.8%；有人用湿法微波消解 流动注射原子吸收光谱法测海鲜中的汞含量；有人用萃取预富集 电热原子吸收光谱法测定酒中的铊元素。以上这些实例都体现了原子吸收光谱法与其他不同方法联用后的实用与高效。6原子吸收光谱法的发展趋势近年来国
18、内外都有人致力于研究激光在原子吸收分析方面的应用，主要如下两方面：一是用可调谐激光代替空心阴极灯光源。二是用激光使样品原子化。它将为微区和薄膜分析提供新手段、为难熔元素的原子化提供了新方法。塞曼效应的应用， 使得能在很高的背景下也能顺利地实现测定。连续光源、中阶梯光栅单色器、波长调制原子吸收法（简称CEWM AA 法）是70 年代后期发展起来的一种背景校正新技术。它的主要优点是仅用一个连续光源能在紫外区到可见区全波段工作，具有二维空间色散能力的高分辨本领的中阶梯光栅单色器将光谱线在二维空间色散，不仅能扣除散射光和分子吸收光谱带背景，而且还能校正与分折线直接重叠的其他原子吸收线的干扰。使用电视型
19、光电器件做多元素分析鉴定器，结合中阶梯光栅单色器和可调谐激光器代替元素空心阴极灯光源，设计出用电子计算机控制的测定多元素的原子吸收分光光度计，将为解决同时测定多元素问题开辟新的途径。高效分离技术气相色谱、液相色谱的引入，实现分离仪器和测定仪器联用，将会使原子吸收分光光度法的面貌发生重大变化，微量进样技术和固体直接原子吸收分析受到了人们的注意。固体直接原子吸收分析的显著优点是：省去了分解试样步骤，不加试剂，不经任何分离、富集手续，减少了污染和损失的可能性，这对生物、医药、环境、化学等这类只有少量样品供分析的领域将是特别有意义的。所有这些新的发展动向，都很值得引起我们的重视。近年来，微型电子计算机
20、应用到原子吸收分光光度计后，使仪器的整机性能和自动化程度达到一个新的阶段。目前原子吸收法已广泛应用于各个领域，对工业、农业、医药卫生、教学科研等发展起着积极的作用。参考文献 : 1 李立，胡勇平 . 石墨炉原子吸收光谱法测定人体指甲中的痕量镉J.理化检验， 2002，38(5) ：234. 2 王新省，龙志成，等. 钨丝探针电解预富集石墨炉原子吸收法测定罐头中的痕量锡J.分析化学，2002， 30(10) ：1214. 3 韩国斌 . 氢化物原子吸收光谱法测定电解铅中锑J.理化检验， 2002，38(2) ：96. 4 叶世源 .DDTC-Cd萃取分离火焰原子吸收光谱法测定电镉中微量铅J.理化
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22、吸收法测定药物制剂中长托普利J.分析化学， 2002， 30(2) ：165. 10 谢文兵，王畅，等. 流动注射石英管原子吸收法测定微量总汞J.分析化学， 2001，30(12) ：1466. 11 刘文涵，唐浩东，等. 电化学 - 火焰原子吸收光谱法联用测定铜J.分析化学， 2000，28(5) ：649. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 12 陈进生，马光正 . 电沉积技术 - 原子吸收光谱法测定重金属J.
23、分析化学， 1982，10(11) ：646. 13 阎正，崔新玲，陈进成 . 毛细管气相色谱/ 原子吸收联用技术中卧管式微火焰原子化离子化同步检测性能的改进和自动控温零死体积传输线的研制J.分析化学， 2002，30(12) ：1521. 14 殷学峰，徐光明，谷雪，等. 因子分析 - 氢化物发生原子吸收光谱法分析砷的形态分析化学J.1999，27(7) ：798. 15 Gaspar Attila,Berndt Harald.Beam-injection flame-furnaceatomic-absorption spectrometry(BIFF-AAS) with low-pressure sample-jet generationJ.Analytical and Bioanalyti-cal Chemistry,2002,372(5-6);695-699.名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -