连续光源原子吸收光谱仪

———划时代的技术革命

( ) [3 ]

原子吸收光谱仪经过半个世纪的发展已成为微量和痕 L SAA S 锐线光源原子吸收光谱

进行了比较 ,发现单个

( )

量分析的重要常规设备 ,其在理化分析实验室的普及程度 元素分析在紫外波段 A s 193. 7 nm～

Cr 357. 9 nm 21 个元

居于原子光谱分析仪器的首位。 素的检出限CSAA S 获得的结果优于L SAA S ,

原子吸收光谱分析要求光源必须提供具有频率窄、稳 定性好并有一定强度的共振线。1955 年 ,世界原子吸收光 谱分析法的奠基人澳大利亚物理学家 Walsh 先生在提出原

子吸收光谱法在化学分析中应用和建立原子吸收光谱分析

实验室装置时,提出使用锐线光源 ,并一直沿用至今[ 1]

过去的几十年中,原子吸收使用的光源主要是空心阴极灯。

空心阴极灯有着众所周知的诸多优点,但因每分析一个元

素就要更换一个元素灯 ,再加上灯工作电流、波长等参数的

选择和调节 ,使原子吸收光谱分析的速度、信息量和使用的

方便性等方面受到了限制。分析速度慢和依赖空心阴极灯

的固有特性成了原子吸收光谱的致命弱点。

多元素同时测定是提高分析速度的最有效的方法 ,连 续光源则是多元素同时测定的最佳选择。自 1968 年

Walsh 先生在第十三届国际光谱学术会上作了“多元素同 时分析原子吸收光谱法”的演讲[2 ] 后 ,原子吸收仪器工作者 一直在致力于用一个光源代替73 种元素灯 ,连续光源原子 吸收的研究坚持不懈地进行了几十年。由于它将从根本上

在准确度、

工作曲线分析浓度范围、背景校正性能

以及获得更多光谱

信息等方面都优于L SAA S 。Harnly 先

生在其文献[3 ] 中提

出,如果今天才发展原子吸收光谱分析仪

器的话 ,肯定首选

连续光源作为光源。 表 1 中列出了德国耶拿公司contrAA

连续光源原子吸

收仪常用代表元素检出限与锐线光源原子吸收光

谱仪检出限的对比情况。

表 1 CSAA S 与L SAA S 的检出限对比 (μ - 1)

Element wavelength L D/ g ·L

SDCSAAS imp rovement

(nm) L SAA S CSAA S blank factor

Cd 228. 802 1. 2 0 . 4 0 . 000 089 3 Cu 324 . 754 3. 0 0 . 4 0 . 000 042

8

Cr 357. 869 5. 0 0 . 9 0 . 000

052 6

Fe 248. 327 4 . 0 0 . 9 0 . 000 052 4 Ni 232 . 003 4 . 0 1. 2 0 . 000 162 3 Pb 216. 999 13 5. 0 0 . 000

123 3

Tl 276. 791 55 18 0 .

000 065 3

Zn 213. 856 1. 4 0 . 7 0 . 000

270 2

。在

改变原子吸收光谱法一个个元素测定的现状 ,是原子吸收

光谱仪向前发展的突破点。因此 ,提高分析速度驱动着当

contrAA 采用高聚焦短弧氙灯作为连

续光源 ,与传统

今原子吸收光谱分析测试技术的研究,并成为各仪器制造

的原子吸收光谱仪相比,最大的不同在于

采用一个连续光

厂商关注的热点。

源取代了传统的空心阴极灯 ,一只氙

(

2004 年 ,德国耶拿分析仪器股份公司 Analytik J ena

A G 成功地设计和生产出连续光源原子吸收光谱仪contr

AA ,世界第一台商品化连续光源原子吸收诞生了。它是德

国耶拿公司投入十几年时间的研制成果,是原子光谱仪划

时代的革命性产品,是当今原子吸收技术的顶级技术 ,它标

志着德国耶拿已经走在了原子光谱技术的最前沿。

连续光源的一个显著优点是辐射的波长范围宽,能覆

盖从远紫外到近红外的全波段;又一重要特点是能扩展工

作曲线范围,并且没有空心阴极灯会产生自吸收的问题。

在过去的研究中,多年从事连续光源研究 ,并取得出色成绩

的 Harnly 先生等对 CSAA S 连续光源原子吸收光谱 与

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子光谱的机理提供了分析仪器的保证 ,开创性地实现了无

需锐线光源的多元素原子吸收光谱分析。

连续光源一直难以在原子吸收光谱仪上得到应用 ,主

灯即可满足全波长

( 189～900 nm) 所有元素的测定需求。

该高聚焦短弧氙灯

是一个气体放电光源 ,灯内充有高压氙气 ,

在高频高压电压

激发下形成高聚焦弧光放电,辐射出从

紫外线到近红外的

强连续光谱。能量比一般氙灯大 10～

100 倍 ,电极距离< 1

μ

mm ,发光点只有 200 m ,发光点温度

10 000 KT 。这样的

设计 ,仪器提供的光谱信息非常丰富,改

善了分析结果准确

性和测量精度。其在启动后即能达到

最大光输出,这是该

型原子吸收光谱仪不需要预热 ,开机后

即可测量的主要原

因。多元素顺序测定时,可测量元素周期

表中60 余个金属

元素 ,还可以测量更多的元素 如放

射性元素 ,并为研究原

0. 002 nm ,解决了连续

光源的单色性问题。

③ 高灵敏度 CCD 检测器 ,一根

谱线由多个像素组

成。

要原因在于连续光源须在每一个分析波长处与空心阴极灯 ④ 波长校正技术。采用

Ne 线作动态波长校正 ,达到

有同样的光辐射强度、稳定性和谱线宽度 ,这一技术对于仪 波长稳定性 ,省却了以

往严格恒温单色器的问题。

器的分光系统和检测系统有着极高的要求。原子吸收谱线 ⑤ 背景校正技术。分析

时,同时记录所有背景信息,

的宽度约为0. 00x nm ,耶拿公司的contrAA 采用了石英棱 可以事后将各种背景都扣除干净。

镜和高分辨率的大面积中阶梯光栅组成双单色器 ,解决了

0. 002 nm 谱线宽度的问题 ,使连续光源在近似单色光的条

件下测量原子吸收。高灵敏度 CCD 线阵检测器的使用增 加了量子效率 ,读数速度比以往光谱仪 CCD 提高一个数量 级,分辨率达到< 2 pm ,并能同时测定特征吸收和背景信号, 以及观察范围内的所有精细光谱信息,得到时间 波长 信号

的三维信息,将所有背景信号同时扣除,降低噪声,提高信噪 比,使检出限优于普通原子吸收光谱仪。对快速多元素分 析,达到 10～20 个元素/ 分钟,分析速度已达到或超过普通 ICP ;从可获得的分析信息量而言,contrAA 也已可以和 ICP 光谱仪媲美了。 连续光源、中阶梯光栅、CCD 检测器的结合 , 同时检测

分析信号和背景信号,使样品光束和参考光束的测量同时

获得 ,没有时间差异 ,具有实时双光束的功能,且能显示观 察范围内的所有光谱干扰信息,因此 ,contrAA 是精确地校

正背景和观察研究谱线特性和干扰的理想仪器。

总之 ,contrAA 连续光源原子吸收采用了一系列高尖

端技术 ,这是划时代的技术革命:

① 采用 300 W 高聚焦短弧氙灯作连续光源 ,波长覆

盖了原子吸收全部波长范围。可任意选用任何一

条谱线进行测定。

② 高分辨率的中阶梯光栅双单色器 ,分辨率达到

现在原子吸收

仪器上的氘灯背景装置、

各种 Zeeman 效应的背景

装置、S. H 法背景装置都不

需要了。

⑥ 分析结果准确、测量精

度高 ,检出限优于普通锐线

光源原子吸收。

另外 ,contrAA 还拥有原子化器与

普通原子吸收相同

的优点,所有测量方法均适用;仪

器维护和消耗成本低于普

通火焰原子吸收光谱仪;可配自动

进样器 ,可配氢化物发生

器;低运行成本等。

contrAA 连续光源火焰原子吸收

光谱仪在市场的面

世 ,必将会对现有的传统原子吸收光谱仪

及等离子体光谱

仪器市场产生重要的影响,多元素同时测定原子吸收光

谱

分析仪器走向实际应用的时间已经

到来了。