原子吸收光谱在冶金方面的应用.docx

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原子吸收光谱在冶金方面的应用

原子吸收光谱应用综述

孟铁宏

（贵州大学理学院贵州贵阳550025）

摘要：

原子吸收光谱分析又称原子吸收分光光度分析，它是本世纪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，这种方法根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量。

它在冶金、环境保护、食品、农业、化工、生物医药、轻工、材料科学等各个领域有广泛的应用。

本论文综述国内原子吸收光谱近几年在冶金、环境、食品和材料科学方面的应用与发展，并对原子吸收光谱法的未来应用与发展做出了展望。

关键词:

原子吸收光谱、冶金、环境、食品、材料、综述。

Atomabsorptionspectrumapplication

TiehongMeng

（CollegeofScience,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025,China）

Summary

TheAtomicabsorptionspectrometrywhichhasanothernamecalledatomicabsorptionspectrophotometricanalysis.Itisamethodcomeintobeinginthemid-1950sandgraduallydevelopedanewtypeofinstrumentanalysismethods.ThismethodmeasuredisAccordingtothevaporphaseelementsofthegroundstateatomicradiationonatomicresonanceabsorptionintensityofthesampletestedelementcontentithaveawiderangeofapplicationsinmetallurgy,environmentalprotection,food,agriculture,chemical,biologicalmedicine,lightindustry,materialsscienceandotherfields.Thisthesissummarizedtheapplicationanddevelopmentofthedomesticatomicabsorptionspectrometryinthemetallurgical,environmental,foodandmaterialsscienceinrecentyears,AndgiveaforecastforthefutureoftheAASapplicationandthedirectionofdevelopment

Keywords:

atomicabsorptionspectrometry,metallurgy,environmental,food,materials,Summary.

1原子吸收光谱的发现和发展

1.1国外的主要发现发展情况

1802年伍朗斯顿（W.H.Wolluston）在研究太阳连续光谱时，发现太阳的连续光谱中出现“暗线”。

1817年福劳霍费（J.Fraunhofer）在再次发现太阳连续光谱的“暗线”，由于当时和清楚产生的原因，就将这些“暗线”称为福劳霍费线。

860年本生（R.Buson）等在研究碱金属和碱土金属时，发现拿蒸汽发出的光通过温度较低的钠蒸汽时会发生钠光的吸收，指出原子气体能吸收特征波长的光线也能发射同样波长的光线，从原理上建立了原子吸收和原子发射分析法1898年Tyndal制作了原子吸收光谱的雉行，在相当的一段时间内应用于天体物理上。

1955年澳大利亚物理学家Walsh提出用空心阴极灯的锐线光源，使原子吸收分析法迅速推广，1958年第一台商品型火焰原子吸收仪问世，1961年苏联科学家里沃夫（B.V.Lvov）发表了非火焰原子吸收法的研究工作，此法的绝对灵敏度可达到10-10～10-14，使原子吸收法向前飞跃发展。

20世纪60年代～80年代，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期，1976年日本的日立公司开发出第一台170－70商品型横向塞曼原子吸收仪，1990年PE公司又推出了世界上第一台纵向塞曼原子吸收仪。

1.2国内的主要进展情况

1963年黄本立教授将国外的原子吸收仪器和分析方法介绍给国内读者，引起国内分析者的关注和重视。

1965年作为研究工作，北京金属研究院组装了我国第一台原子吸收仪。

1970年北京科学仪器厂生产了国内第一台商品Y2型原子吸收仪。

1990年北二光厂生产出自吸扣背景的1F2B型原子吸收仪。

1991年广西化工研究院研制国内第一台纵向塞曼ALZ型原子吸收仪。

2原子吸收光谱原理与特点

2.1原子吸收光谱原理

原子吸收光谱基于样品中的基态原子对该元素的特征谱线的吸收程度来测定待测元素的含量。

原子在两个能态之间跃迁伴随着能量的发射和吸收，一般情况下原子都是处于基态的，当特征辐射通过原子蒸气时，基态原子从辐射中吸收能量，原子对光的吸收程度取决于光程内基态原子的浓度。

在通常情况下，可以近似的认为所有的原子都是处于基态。

因此，根据光线被吸收后的减弱程度就可以判断样品中待测元素的含量。

吸光度（A）与样品中该元素的浓度（C）成正比。

即A=KC式中，K为常数。

据此，通过测量标准溶液及未知溶液的吸光度，又巳知标准溶液浓度，可作标准曲线，求得未知液中待测元素浓度。

2.2原子吸收光谱法特点

2.2.1原子吸收光谱法的有点

原子吸收光谱法和其他的仪器分析相比，有以下的优点：

（1）选择性好。

由于原子吸收谱线仅发生在主线系，而且谱线很窄（0.00Xnm），线重叠几率较发射光谱小的多，且容易克服，在大多数情况下，共存元素不对原子吸收光谱分析产生干涉，所以光谱干涉较小选择性强，分析准确、快速。

（2）检出限低，灵敏度高。

原子吸收光谱分析是目前最灵敏的方法之一，火焰原子吸收的相对灵敏度为µg/ml～ng/ml；非火焰原子吸收的绝对灵敏度在可达到10-10～10-14g之间。

如果采用预富集，可进一步提高灵敏度。

（3）应用范围广。

目前应用原子吸收法可测定的元素超过70个；就含量而言，可测定低含量和主量元素，也可测定微量、痕量元素；就元素的性质而言，不仅可以测定金属元素，类金属元素，也可以用间接原子吸收法测定非金属元素和有机化合物。

（4）分析精度好。

火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可小于1%，其准确度已接近于经典化学方法。

无火焰原子吸收法的精密度可控制在15％之内。

若采用自动进样技术，还可提高其精密度。

（5）仪器比较简单，操作方便。

2.2.2原子吸收光谱法的不足

原子吸收光谱分析的不足之处在于它每测一种元素就要使用一种元素灯而使操作繁琐，它在多元素同时测定尚有困难；对于某些基体复杂的样品分析，尚存在某些干扰问题需要解决，如何进一步提高灵敏度降低干扰，仍是当今和以后原子吸收分析工作者研究的重要问题。

3干扰及其消除方法

3.1火焰法的干扰及其消除

3.1.1物理干扰及其消除

试样溶液的粘度、毛细管的内径与长度、测量液面的相对高度、空气流量的波动、燃烧器缝口的堵塞（试液含盐量高）及有机溶剂效应等均属物理干扰，它们的变化影响到测定的准确性。

其消除方法：

根据情况可采用配制与基体相类似的标准溶液；采用标准加入法；稀释法和内标法。

3.1.2光谱干扰及其消除

光谱干扰包括邻近线干扰、非吸收线干扰和吸收线重叠干扰。

消除方法：

减少狭缝、改选吸收线、利用塞曼效应或自吸收效应扣除背景、预分离干扰元素。

3.1.3电离干扰及其消除

某些易电离的元素，如碱金属和碱土金属元素，在火焰中基态原子数减少，导致吸光度下降，而且使工作曲线随浓度的增加而纵向变化。

消除方法：

加入消电离剂（消电离剂的电离电位越低越好）；采用温度较低的火焰降低电离度，消除电离干扰；利用富燃火焰及增加吸喷量；标准加入法在一定程度上也可以消除某些电离干扰

3.1.4化学干扰及其消除

化学干扰是指试液在转化为自由基态原子的过程中，待测元素和其他组分之间的化学作用而引起的干扰效应，化学干扰是火焰原子吸收干扰的主要来源。

消除方法：

（1）加入释放剂，如在用原子吸收测Mg时，Al和Mg生成难熔的化合物MgAl2O4，在Mg－Al试液中，加入一种能与Al生成比Mg－Al更稳定的物质，将Mg从Al中释放出来。

（2）加入保护剂。

（3）加入助熔剂。

（4）预分离，干扰严重时，可考虑采用萃取、沉淀、离子交换等手段，分离除去干扰物质后，再进行测定。

3.2石墨炉法的干扰及其消除

由于石墨炉原子化器中的自由原子的浓度高，停留时间长，同时基体成分的浓度也高，停留时间也长，因此石墨炉法的主要干扰是石墨炉原子化器中的基体干扰和背景吸收干扰。

3.2.1基体干扰和基体改进

无火焰原子吸收需经干燥－灰化－原子化三个阶段的逐渐由低温到高温的升温过程。

在这过程中由于基体的存在会使分析元素的信号降低或升高，这种现象通常称为基体效应或基体干扰。

所谓基体改进技术，就是往石墨炉中加入一种或几种化学物质，使基体形成易挥化的化合物在原子化前除去，从而避免待测元素的挥化；或降低待测元素的挥化行以防止挥化过程中的损失。

自1974年Edige提出集体改进剂以来已有改进剂50多种，包括无机、有机、活性气体改进剂三种类型。

这些基体改进剂在控制和消除背景吸收、灰化损失、分析物释放不完全、物释放速率的变化。

难解离气相化合物的形成、电离分析物排放等方面均有重要的作用。

目前对基体改进剂的机理研究尚不多。

分析元素

基体改进剂

分析元素

基体改进剂

分析元素

基体改进剂

钙

硝酸

钴

抗坏血酸

铜

抗坏血酸

铬

磷酸

锰

硝酸铵

EDTA

锂

硫酸

EDTA

硫酸铵

磷酸

硫脲

磷酸铵

锌

硝酸铵

铋

镍

硝酸铵

EDTA

EDTA，O2

蔗糖

柠檬酸

钯

硫脲

硫化铵

镉

镍

铅

硝酸铵

磷酸铵

镧，EDTA

磷酸二氢铵

氟化铵

柠檬酸

磷酸

铂

组铵酸

镧

汞

银

乳酸

铂

砷

镍

硝酸

铂

镁

硝酸铵

钯

钯

磷酸二氢铵

抗坏血酸

磷

镧

磷酸铵

EDTA

3.2.2石墨炉原子吸收中背景吸收干扰及其消除方法

4原子吸收分析方法

4.1标准曲线法

这是原子吸收分析中最常用的一种方法，其原理是根据比耳定律A=KC，配制一系列的标准溶液，逐一测定其吸光度，然后绘制吸光度－浓度曲线图，在同样的条件下，测定样品的吸光度，再从标准曲线上查出待测元素的浓度。

该方法快速。

简便，但是只能适用于比较简单的基体试样。

4.2标准加入法

标准加入法又叫标准增量法、直接外推法。

当难于配制与待测试样基体相匹配的标准溶液时，或为了消除某些化学干扰时常用。

该方法也常用来检验分析结果的可靠性。

其方法操作是在若干相同体积的试液中分别加入不同量的标准溶液（留一份不加），稀释到一定体积后，分别测量其吸光度，绘制吸光度－浓度曲线，将此直线延伸与横坐标相交，则交点与原点的距离即为试样中待测元素的浓度。

4.3浓度直读法

在标准曲线为直线范围内，应用仪器的标尺放大，或用仪器的数字浓度直读装置测量，吸喷标准溶液通过调节标尺扩展把吸收值调整到相应的浓度值，再测样品溶液，所得值即是样品溶液的能对。

此法免去了绘制标准曲线的手续，加快了分析过程。

带微机的仪器都具有该功能。

4.4示差法

所谓示差法，即把已知浓度的某一标准溶液的吸收值作为零点，再配制几个高于零点浓度的标准溶液，