论文部分内容阅读
摘 要:石墨炉原子吸收光谱法具有低检出限、灵敏度高、使用方便等优点,广泛应用于环境监测痕量分析。本文探讨了石墨炉原子吸收法的检测与分析原理,对分析方法、质量控制和应用进行了讨论。
关键词:石墨炉原子吸收法;环境监测;应用
石墨炉原子吸收法是一种分析被测元素原子的蒸气(原子化)吸收共振波长光的方法。实现原子化的方法有火焰法和非火焰法两种,石墨炉原子吸收法属于非火焰法。火焰分析溶液浓度一般为mg/L级 (ppm),石墨炉分析溶液浓度一般为ug/L级(ppb)。石墨炉原子吸收法还有灵敏度高(检测限低)、用量少样品利用率高、可直接分析样品、减少化学干扰、原子化效率高等优点。石墨炉原子吸收法用于测定痕量金属元素,在性能上优于其他许多方法,因而其应用领域十分广泛。
1 石墨炉原子吸收法的原理
1.1 检测分析原理
石墨炉原子吸收法在环境监测中主要用于样品中铜、铅、镉的测定。样品经过前处理后注入石墨炉中,预先设定的干燥、灰化、原子化、清炉的升温程序使共存基体成分蒸发除去,同时在原子化阶段的高温下铜、铅、镉化合物离解为基态原子蒸汽,经过并对空心阴极灯或者连续光源发射的特征谱线产生选择性吸收。在选择的最佳测定条件下,通过扣除背景,测定水样中铜、铅、镉的吸光度。铜、铅、镉的检出限分别为0.001mg/L、0.002mg/L、0.0001mg/L,测定下限分别为0.004mg/L、0.008 mg/L、0.0004mg/L。
1.2一般操作过程
石墨炉原子吸收分光光度法的操作以仪器型号ICE3500为例,包括开启石墨炉电源,开启循环冷却水机,打开氩气,输出压力为:0.1~0.2兆帕;编辑分析方法,每个方法都包括7项,分别是:概述、序列、光谱仪、石墨炉、校正、进样、QC;概述选项的编辑技术和自动进样器都选择石墨炉其余项默认;序列选项的编辑动作下面左击校正下方任意空白处可以插入动作,可以编辑试样空白,根据做样数量编辑样品数量,编辑完成后可以点击ASLG查看样品排列情况;光谱仪选项的编辑重复测样次数:1~3次,背景校正:选择氘灯;石墨炉选项的编辑石墨管是什么类型就选相对应的选项,可以是普通、涂层、ELC等;石墨炉原子吸收光度法分析过程有干燥、灰化、原子化和清炉四个阶段。
(1)干燥阶段:蒸发除处去试样的溶剂,如水分或各种酸溶液;温度100℃,一般默认软件设置的温度。
(2)灰化阶段:主要是基体和干扰物的灰化清除,保留待测元素;温度要自己做实验得知。
(3)原子化阶段:将待测元素转化为基态原子,供吸收测定;温度也要自己做实验得知。
(4)清炉阶段:此阶段是消除石墨管记忆效应,除去残留的;一般默认软件给的温度。
通过大量实验得知石墨炉型号ICE3500,做Pb时干燥温度是100℃,灰化温度是500℃,原子化温度是1300℃,清炉温度是2500℃;做Cd时干燥温度是100℃,灰化温度是300℃,原子化温度是1000℃,清炉温度是2500℃;做Cu时干燥温度是100℃,灰化温度是800℃,原子化温度是2100℃,清炉温度是2500℃。
校正选项的编辑方法选择线性最小二乘法拟合,浓度单位ug/L,主标准浓度根据你配制的浓度填写,曲线浓度设置根据设置的曲线点数和主标准浓度填写;进样选项的编辑进样准备智能稀释,工作体积大多数选择20UL,标准制备固定体积;QC选项的编辑一般默认即可。
2 石墨炉原子吸收法的分析与质控方法
2.1实验条件选择
给空心阴极灯加上适当的灯电流,预热灯。空心阴极灯一般要经过10~20分钟预热,才能保证电流输出稳定。仪器光路对光后,选择适宜的惰性气体、流量及石墨管类型。选择适宜的干燥、灰化、原子化、清炉温度与时间。
2.2干扰因素与消除
2.2.1基体干扰。加入易于分解挥发除尽,对石墨材料没有腐蚀作用的“超纯的”基质改性剂,它通过和试样基体、分析元素和石墨炉体三者相互作用,扩大基体和分析元素间的差异,减少基体干扰,避免分析元素灰化损失,最终提高分析的灵敏度和准确度。例如金属盐类化合物这种热稳定型的基体改进剂,它既可以与基体形成热稳定化合物,使之与分析元素分离,减少干扰,也可以与分析元素形成热稳定化合物,减少灰化损失。
2.2.2背景吸收。背景校正可选择氘灯校正或塞曼校正。氘灯扣背景:窄范围,宽线性;塞曼扣背景:宽范围,窄线性。
2.2.3谱线干扰。谱线干扰是指单色器光谱通带内除了元素吸收线外,还进入了发射线的邻近线或其它吸收线,从而导致分析方法的灵敏度和准确度下降。可采用降低灯电流、选择无干扰的其它吸收线、选用高纯度单元素的空心阴极灯、分离共存的干扰元素等方法抑制光谱干扰。
2.3质量控制方法
做实验方法的全程序空白,全程序空白的浓度测定值不能大于方法检出限;分析10个样品,应分析一次校准曲線中间浓度点,其测定结果与实际浓度值相对偏差应10%以内;每批样本,要有10%的试样进行平行双样和基体加标回收率的测定。平行样其相对标准偏差应在20%以内,加标回收率在80%-120%之间。
3 石墨炉原子吸收法在环境监测中的应用
石墨炉的检测限低,其检测精度虽然比火焰法高,但重复性不如火焰法, 设备复杂成本高但安全性能高。石墨炉样品用量少样品利用率高,可直接分析固体样品(不常用)和液体样品,减少化学干扰,原子化效率高, 石墨炉原子吸收法用于测定痕量金属元素,在性能上优于其他许多方法,因而其应用领域十分广泛。
4 结束语
总结起来,石墨炉法在环境监测中有如下几个特点:
(1)样品具有较高的雾化效率,检测精度比火焰法高。
(2) 石墨炉法的选择性比火焰法好, 抗干扰的能力强。
(3)石墨炉法样品用量少,一般为1~100μL,也能直接用固体样品来测定。
(4)雾化温度可自由调节,因此可根据元件的雾化温度选择温度。
综上所述,石墨炉法的主要优点是其检测限极低,并且很容易分析干净的样品。由于这种方法的敏感性,干扰是一个实际的问题。但选择最佳的消解方法、加热时间和温度,以及基体改性剂的组合,可以解决不同基体成分的试样问题。
参考文献
[1]冯玉红.现代仪器分析实用教程[M].北京:北京大学出版社,2008:210-230.
[2]邢军.石墨炉原子吸收法在农业环境监测中的应用[J].光谱实验室,2012,29(3):1544-1550.
[3]唐信英,郑有飞,吴荣军,等.石墨炉原子吸收法测定降水中重金属[J].环境监测管理与技术,2008,20(2):32-34.
关键词:石墨炉原子吸收法;环境监测;应用
石墨炉原子吸收法是一种分析被测元素原子的蒸气(原子化)吸收共振波长光的方法。实现原子化的方法有火焰法和非火焰法两种,石墨炉原子吸收法属于非火焰法。火焰分析溶液浓度一般为mg/L级 (ppm),石墨炉分析溶液浓度一般为ug/L级(ppb)。石墨炉原子吸收法还有灵敏度高(检测限低)、用量少样品利用率高、可直接分析样品、减少化学干扰、原子化效率高等优点。石墨炉原子吸收法用于测定痕量金属元素,在性能上优于其他许多方法,因而其应用领域十分广泛。
1 石墨炉原子吸收法的原理
1.1 检测分析原理
石墨炉原子吸收法在环境监测中主要用于样品中铜、铅、镉的测定。样品经过前处理后注入石墨炉中,预先设定的干燥、灰化、原子化、清炉的升温程序使共存基体成分蒸发除去,同时在原子化阶段的高温下铜、铅、镉化合物离解为基态原子蒸汽,经过并对空心阴极灯或者连续光源发射的特征谱线产生选择性吸收。在选择的最佳测定条件下,通过扣除背景,测定水样中铜、铅、镉的吸光度。铜、铅、镉的检出限分别为0.001mg/L、0.002mg/L、0.0001mg/L,测定下限分别为0.004mg/L、0.008 mg/L、0.0004mg/L。
1.2一般操作过程
石墨炉原子吸收分光光度法的操作以仪器型号ICE3500为例,包括开启石墨炉电源,开启循环冷却水机,打开氩气,输出压力为:0.1~0.2兆帕;编辑分析方法,每个方法都包括7项,分别是:概述、序列、光谱仪、石墨炉、校正、进样、QC;概述选项的编辑技术和自动进样器都选择石墨炉其余项默认;序列选项的编辑动作下面左击校正下方任意空白处可以插入动作,可以编辑试样空白,根据做样数量编辑样品数量,编辑完成后可以点击ASLG查看样品排列情况;光谱仪选项的编辑重复测样次数:1~3次,背景校正:选择氘灯;石墨炉选项的编辑石墨管是什么类型就选相对应的选项,可以是普通、涂层、ELC等;石墨炉原子吸收光度法分析过程有干燥、灰化、原子化和清炉四个阶段。
(1)干燥阶段:蒸发除处去试样的溶剂,如水分或各种酸溶液;温度100℃,一般默认软件设置的温度。
(2)灰化阶段:主要是基体和干扰物的灰化清除,保留待测元素;温度要自己做实验得知。
(3)原子化阶段:将待测元素转化为基态原子,供吸收测定;温度也要自己做实验得知。
(4)清炉阶段:此阶段是消除石墨管记忆效应,除去残留的;一般默认软件给的温度。
通过大量实验得知石墨炉型号ICE3500,做Pb时干燥温度是100℃,灰化温度是500℃,原子化温度是1300℃,清炉温度是2500℃;做Cd时干燥温度是100℃,灰化温度是300℃,原子化温度是1000℃,清炉温度是2500℃;做Cu时干燥温度是100℃,灰化温度是800℃,原子化温度是2100℃,清炉温度是2500℃。
校正选项的编辑方法选择线性最小二乘法拟合,浓度单位ug/L,主标准浓度根据你配制的浓度填写,曲线浓度设置根据设置的曲线点数和主标准浓度填写;进样选项的编辑进样准备智能稀释,工作体积大多数选择20UL,标准制备固定体积;QC选项的编辑一般默认即可。
2 石墨炉原子吸收法的分析与质控方法
2.1实验条件选择
给空心阴极灯加上适当的灯电流,预热灯。空心阴极灯一般要经过10~20分钟预热,才能保证电流输出稳定。仪器光路对光后,选择适宜的惰性气体、流量及石墨管类型。选择适宜的干燥、灰化、原子化、清炉温度与时间。
2.2干扰因素与消除
2.2.1基体干扰。加入易于分解挥发除尽,对石墨材料没有腐蚀作用的“超纯的”基质改性剂,它通过和试样基体、分析元素和石墨炉体三者相互作用,扩大基体和分析元素间的差异,减少基体干扰,避免分析元素灰化损失,最终提高分析的灵敏度和准确度。例如金属盐类化合物这种热稳定型的基体改进剂,它既可以与基体形成热稳定化合物,使之与分析元素分离,减少干扰,也可以与分析元素形成热稳定化合物,减少灰化损失。
2.2.2背景吸收。背景校正可选择氘灯校正或塞曼校正。氘灯扣背景:窄范围,宽线性;塞曼扣背景:宽范围,窄线性。
2.2.3谱线干扰。谱线干扰是指单色器光谱通带内除了元素吸收线外,还进入了发射线的邻近线或其它吸收线,从而导致分析方法的灵敏度和准确度下降。可采用降低灯电流、选择无干扰的其它吸收线、选用高纯度单元素的空心阴极灯、分离共存的干扰元素等方法抑制光谱干扰。
2.3质量控制方法
做实验方法的全程序空白,全程序空白的浓度测定值不能大于方法检出限;分析10个样品,应分析一次校准曲線中间浓度点,其测定结果与实际浓度值相对偏差应10%以内;每批样本,要有10%的试样进行平行双样和基体加标回收率的测定。平行样其相对标准偏差应在20%以内,加标回收率在80%-120%之间。
3 石墨炉原子吸收法在环境监测中的应用
石墨炉的检测限低,其检测精度虽然比火焰法高,但重复性不如火焰法, 设备复杂成本高但安全性能高。石墨炉样品用量少样品利用率高,可直接分析固体样品(不常用)和液体样品,减少化学干扰,原子化效率高, 石墨炉原子吸收法用于测定痕量金属元素,在性能上优于其他许多方法,因而其应用领域十分广泛。
4 结束语
总结起来,石墨炉法在环境监测中有如下几个特点:
(1)样品具有较高的雾化效率,检测精度比火焰法高。
(2) 石墨炉法的选择性比火焰法好, 抗干扰的能力强。
(3)石墨炉法样品用量少,一般为1~100μL,也能直接用固体样品来测定。
(4)雾化温度可自由调节,因此可根据元件的雾化温度选择温度。
综上所述,石墨炉法的主要优点是其检测限极低,并且很容易分析干净的样品。由于这种方法的敏感性,干扰是一个实际的问题。但选择最佳的消解方法、加热时间和温度,以及基体改性剂的组合,可以解决不同基体成分的试样问题。
参考文献
[1]冯玉红.现代仪器分析实用教程[M].北京:北京大学出版社,2008:210-230.
[2]邢军.石墨炉原子吸收法在农业环境监测中的应用[J].光谱实验室,2012,29(3):1544-1550.
[3]唐信英,郑有飞,吴荣军,等.石墨炉原子吸收法测定降水中重金属[J].环境监测管理与技术,2008,20(2):32-34.