原子吸收光譜基本原理和實驗準備第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

光譜學概念

光譜學是光學的一個分支學科，研究各種物質的光譜的產生及其同物質之間相互作用。光譜是電磁輻射按照波長的有序排列。根據實驗條件的不同，各個輻射波長都具有各自的特征強度。通過光譜的研究，人們可以得到原子、分子等的能級結構、能級壽命、電子的組態、分子的幾何形狀、化學鍵的性質、反應動力學等多方面物質結構的知識。在化學分析中它提供了重要的定性與定量的分析方法。

第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

光譜學分類

根據研究光譜方法的不同，習慣上把光譜學區分為發射光譜學、吸收光譜學與散射光譜學。這些不同種類的光譜學從不同方面提供物質微觀結構知識及不同的化學分析方法。發射光譜可以區分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生于原子，帶狀光譜主要產生于分子，連續光譜則主要產生于氣體放電。

吸收光譜當一束具有連續波長的光通過一種物質時，光束中的某些成分便會有所減弱，當經過物質被吸收的光束由光譜儀展成光譜時，就得到該物質的吸收光譜。幾乎所有物質都有其獨特的吸收光譜。

第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

散射光譜當光通過物質時，除了光的透射和光的吸收外，還觀測到光的散射。在散射光中除了包括原來的入射光的頻率外(RayleighscatteringandTyndallJohn)，還包括一些新的頻率。這種產生新頻率的散射稱為喇曼散射，其光譜稱為喇曼光譜。喇曼效應起源于分子振動(和點陣振動)與轉動，因此從喇曼光譜中可以得到分子振動能級(點陣振動能級)與轉動能級結構。

束箔光譜學是最近十幾年國際上發展起來的一門新興學科。主要內容是，用被加速的離子撞擊不同元素的薄箔的方法研究基礎原子物理學、測量電子能級的平均壽命。束箔技術主要成員應用于天體物理問題上，可以對日冕的性質以及銀河系中元素的豐度得到很好的理解。

第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

光聲光譜學以光聲效應為基礎的一種新型光譜分析檢測技術。用一束強度可調制的單色光照射到密封于光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，并以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質按光的調制頻率產生周期性加熱，從而導致介質產生周期性壓力波動，這種壓力波動可用靈敏的微音器或壓電陶瓷傳聲器檢測，并通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應。若入射單色光波長可變，則可測到隨波長而變的光聲信號圖譜，這就是光聲光譜。由于光聲光譜測量的是樣品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等對測量干擾很小，故光聲光譜適于測量高散射樣品、不透光樣品、吸收光強與入射光強比值很小的弱吸收樣品和低濃度樣品等，而且樣品無論是晶體、粉末、膠體等均可測量，這是普通光譜做不到的。利用光聲技術已出現適用于氣體分析的二氧化碳激光光源紅外光聲光譜儀，適用于固體和液體分析的氙燈紫外-可見光聲光譜儀，以及傅里葉變換光聲光譜儀。光熱偏轉光譜法、光聲拉曼光譜法、光聲顯微鏡、激光熱透鏡法及熱波成像技術都在迅速發展。光聲光譜技術在物理、化學、生物學、醫學、地質學和材料科學等方面得到廣泛應用。第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

原子吸收分光光度計概述第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

原子吸收光譜原理

原子吸收光譜法(AtomicAbsorptionSpectrometry)是基于從光源發射的待測元素的特征輻射通過樣品蒸氣時,被蒸氣中待測元素的基態原子所吸收,根據輻射強度的減弱程度以求得樣品中待測元素的含量。通常情況下，原子處于基態。當相當于原子中的電子由基態躍遷到激發態所需要的輻射頻率通過原子蒸氣，原子就能從入射輻射中吸收能量，產生共振吸收，從而產生吸收光譜。原子吸收分析就是利用基態原子對特征輻射的吸收程度的，常使用最強吸收線作為分析線。第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五原子吸收光譜儀構成

原子吸收光譜儀由以下四部分組成1光源系統:空心陰極燈2原子化系統:火焰原子化器;石墨爐原子化器或氫化物發生器。3分光系統：單色器4檢測系統：光電倍增管等第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

光源系統

原子吸收光源應滿足以下條件1能輻射出半寬度比吸收線半寬度還窄的譜線，并且發射線的中心頻率應與吸收線的中心頻率相同。2輻射的強度應足夠大。3輻射光的強度要穩定，且背景小。

空心陰極燈則可滿足原子吸收上述三點要求，它是利用空心陰極效應而制成的一種特殊輝光放點管。第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五空心陰極燈發光機理

空心陰極燈為直流供電，當在正負電極上施加適當電壓（一般為300～500伏）時，在正負電極之間便開始放電，這時，電子從陰極內壁射出，經電場加速后向陽極運動。電子在由陰極射向陽極過程中與載氣（惰性氣體）原子碰撞使其電離成為陽離子，帶正電荷的惰性氣體離子在電場加速下，以很快的速度轟擊陰極表面，使陰極內壁的待測元素的原子濺射出來，與其它粒子相互碰撞而被激發，處于激發態的原子很不穩定，大多會自動回到基態，同時釋放能量，發出共振發射線。第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

銳線光源定義：光源發射線的中心頻率與吸收線的中心頻率一致，而且發射線的半寬度比吸收線的半寬度小得多時，則發射線光源叫做銳線光源。光源能量能被原子充分吸收，測定的靈敏度就高。如果用連續光源，則吸收光的強度只占入射光強度的極少部分，使測定的靈敏度極差。第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五連續光源AAS構造原理圖石墨爐

中階梯光柵火焰

短弧氙燈高分辨單色器第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五中階梯光柵-雙單色器分光系統第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五譜線分離26543121：入射狹縫（固定式）2，離軸拋物鏡3，棱鏡4:中間狹縫（可變式）5:中階梯光柵6:線陣CCD檢測器中階梯光柵

–

雙單色器分光系統9/2004InnovationMadeinGermany第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

原子化器系統原子化器是將樣品中的待測組份轉化為基態原子的裝置。1火焰原子化器火焰原子化法是利用氣體燃燒形成的火焰來進行原子化的，實際上就是一個噴霧燃燒器，由三部分組成，即噴霧器（nebulizer）、霧化室（spraychamber）和燃燒器（bumer）。噴霧器:將試樣溶液轉為霧狀。霧化室：內裝撞擊球和擾流器（去除大霧滴并使氣溶膠均勻）。燃燒器：產生火焰并使試樣蒸發和原子化。

第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

2無火焰原子化器

常用無火焰原子化器包括石墨爐原子化器和氫化物原子化器。石墨爐原子化法是利用低壓、大電流來使石墨管升溫，最高溫度可升至3000℃，這一升溫過程可使石墨管中的試樣完成干燥、灰化、原子化和凈化等測定。干燥去除溶劑，防止樣品濺射。灰化使基體和有機物盡量揮發出去。原子化待測化合物分解為基態原子,此時停止通Ar氣,延長原子停留時間,提高靈敏度度。。凈化樣品測定完成，高溫去殘渣，凈化石墨管第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

石墨爐原子化器與火焰原子化器比較

1原子化效率高，可達到90%以上，而火焰法僅只有10%多一點。

2絕對靈敏度高（可達到10-12～10-14),試樣用量少，適合于低含量及痕量組份的測定。

3溫度高，在惰性氣氛中進行且有還原性碳的存在，有利于易形成難離解氧化物元素的離解和原子化。第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

原子吸收光譜實驗測試準備第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

分析方法標準化及質量控制

生物樣品中微量元素的有關實驗分析技術的研究,重點是分析方法的標準化,生物標準參比樣品的建立及微量元素分析的質量控制。

1.分析方法標準化

分析方法包括從樣品采集、儲存、樣品預處理、樣品測定、結果計算及報告的全過程。每個環節的失誤,都會影響到整個分析的成敗。目前尚沒有一套完整的微量元素分析方法,樣品的預處理是由分析者自行確定或由各分析單位協同確立,所以分析前必須對上述各環節進行認真嚴格的設計。

第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

譬如頭發的采集,不同發段中微量元素含量是有一定差異的,現在國內外大部分文獻作者,主張從距頭皮1cm處采集近期生長的2~4cm發段,采樣部位一般為枕部和顳部.組織取樣也應相對固定同一部位,譬如肝臟不同部位血管分布不同,元素含量也不同,一般采取右葉前上方富于纖維的部分,以減少分析偏差。組織樣品取后不能用自來水沖洗以免污染,而應用無離子水沖洗.也不能象病理學研究那樣用甲醛浸泡,因為甲醛固定液中也含有微量元素的污染,而是應該冷凍或干燥后備用。血樣分析大多采集靜脈血,如需測全血加入抗凝劑時,要首先檢測抗凝劑中待測元素的含量,選用本底值低的抗凝劑。第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

2.生物標準參比樣品的建立及微量元素分析的質量控制

由于生物樣品基本組成復雜,待測元素含量較低,使得準確測定存在很大困難,致使測定值與文獻值相差懸殊,這個問題可以通過標準參比樣品的使用來克服。一些國際機構如國際原子能委員會(IAEA)及國家機構如美國國家標準局(NBS)等,已研制出一些生物樣品標準參比物質,如標準牛血清、牛肝、全血、人發、尿等等,這對保證數據的準確性和可比性,起了很大作用.目前我國這方面工作也取得不少進展。如中國預防醫學科學院環境衛生監測所研制的牛血清、商業部研制的豬肝標樣。上海原子核所研制的頭發標樣等都相繼問世。第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

在每批樣品分析中,選用1~2個與被測樣品性質組成相似的標準參比樣品進行質控,以增加分析結果的可靠性、可信性。在分析工作中常受到偶然因素的影響,使結果產生誤差,而實驗室質控的作用,就是當分析工作中出現誤差時,能及時發現問題,以便采取措施,保證獲得最佳分析結果。在這里需特別指出的是控制污染是保證檢測結果可靠性的首要條件,由于生物樣品中微量元素的含量極低,一般在百萬分之一~億萬分之一,而我們周圍環境中某些元素又廣泛存在著,因此,在微量元素研究中,采樣工具、器皿、試劑、甚至空氣等都可能是污染源。第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

以血清鉻的分析值為例,檢測結果在20世紀50年代為185ng/ml,60年代為70ng/ml,70年代為1~10ng/ml,現在仍有下降的趨勢。30年中血清鉻數值下降了3個數量級。造成血鉻值偏高的污染因素很多,原因之一是由于采血時沒有注意到不銹鋼針頭溶出鉻的問題。臨床上大量使用的橡皮膏、乳膠管往往會對鋅的測定造成污染。微量元素分析的各種試劑如酸類等,盡可能使用高純度的,此外,空氣中的灰塵、煙霧等也會給測試結果帶來影響有條件的實驗室應在超凈工作間處理樣品。分析人員也應注意自身污染情況,如手上的皮屑,表皮污垢,汗和皮脂等污染源。第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

3樣品前處理技術

(1)標準溶液及其配制原則在原子吸收光譜分析中,水是最普遍使用的溶劑,對其純度要求較高,通常采用去離子交換水或去離子重蒸溜水,應用無焰法進行ppb或ppt級的微量元素分析,則要用高純度的水,現多采用石英亞沸點高純水蒸餾器制取高純水。無機酸也是常用的溶劑,其中常含有少量金屬元素,使用前應嚴格檢查.在日常分析中,一般可用優級純的酸,在條件可能情況下,最好用超純酸。對選用的試劑,以不玷污待測元素為原則。在實踐中,如果在儀器靈敏度范圍內,檢測不出待測元素的吸收信號,就可認為所選試劑沒玷污待測元素。第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

配制標準溶液時,應使標準溶液的組分要盡可能與試樣溶液相似。溶液中總含鹽量是影響霧化和原子化效率的主要因素之一,其影響大小與鹽類性質、含量、火焰溫度、霧珠大小有關。如果試樣中總含鹽量在1%以上時,在標準溶液中就應加入等量的同一鹽類,以期在霧化時和在火焰中所發生的過程相似。應用無火焰法保持標準與基體一致更具實際意義。原子吸收分析用的標準溶液(儲備溶液)濃度一般為1mg/ml,有些元素的標準溶液需加入少量無機酸以利儲存,濃度<1ug/ml的標準溶液要現用現配。用來制作標準曲線的標準系列溶液的濃度范圍,原則上根據標準曲線范圍和試樣中待測元素的濃度確定,整套標準溶液的濃度應把試樣溶液的濃度包括在其范圍內。不同元素其靈敏度不同,標準系列溶液的濃度范圍也不相同,對于常規分析,從測量精度來看,最佳的濃度范圍的吸光值為0.1~0.6,而微量元素的測定,濃度下限的吸光值<0.1。第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

(2)生物材料樣品的采集生物臨床分析樣品,按其制備的難易程度可分為五種類型：1)全血、血清、血漿、紅血球、白血球；2)尿;3)毛發、指甲；4)肝、腎等軟組織；5)骨骼、牙齒。血清、血漿、全血、尿以及人發中常量元素和微量元素的含量及分布,是新陳代謝失調的最可靠的信息。血液的采集部位和采樣體積取決于人的年齡、分析元素的性質及含量,也取決于樣品處理方法和最終測定方法.末梢血液可以從耳垂穿刺或手指采取,若需血樣量較大,則最好從靜脈采血。1%肝素鈉水溶液、檸檬酸或檸檬酸銨可作為血液的抗凝劑。尿的臨床分析,以早晨首次排出的尿最為合適,它是夜間積存在膀胱內的,是24h內最濃縮的尿,也是各日間性質上差別最小的尿樣。毛發中元素的含量與取樣部位及離發根的距離有關,現多從后頸部采取發樣。第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

(3)樣品的預處理

測定生物樣品中的元素,一般均需首先破壞樣品中的有機物質。選用何種方法,在某種程度上取決于分析元素和被測樣品及基體性質。目前主要有以下幾種破壞有機物的方法用于原子吸收分析。1)高溫干灰化法為破壞樣品中有機物基體,常將樣品在450~500℃進行干灰化,灰化溫度若高于500℃會引起一些元素的損失.