王青麗，南君芳，張恩華，蘇晨曦，孫利寧

（國投金城冶金有限責任公司，河南靈寶 472500）

眾所周知，自從原子吸收光譜儀問世以來，最早的原子化器就是火焰原子化器，到目前為止，該類型原子化器仍然被廣泛地應(yīng)用于冶金、環(huán)境保護、地質(zhì)、醫(yī)學、化工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，是使用時間最長、技術(shù)上最成熟、應(yīng)用范圍最廣的原子化方法［1］?；鹧嬖游展庾V法中，原子化器條件的選擇與調(diào)節(jié)會對測定結(jié)果的準確度、靈敏度產(chǎn)生很大的影響，而在實際操作中，很多分析人員往往忽視原子化器條件的優(yōu)化，僅僅采用儀器廠家最開始提供的參數(shù)，造成檢測結(jié)果的準確度不好。作者在長期操作原子吸收光譜儀器過程中，積累了豐富的經(jīng)驗，文章從火焰原子化器的組成結(jié)構(gòu)及性能、影響火焰原子化效率的因素、火焰原子化條件的優(yōu)化三個方面進行了闡述，總結(jié)了火焰原子化器條件優(yōu)化的方法，僅供讀者參考。

1 火焰原子化器的組成結(jié)構(gòu)及性能

原子化器的作用是將試樣中的待測元素轉(zhuǎn)化成原子蒸汽?；鹧嬖踊饔蓢婌F器、霧化室和燃燒器三部分組成。

1.噴霧器。噴霧器的作用是將試液吸入并將其高速噴出形成霧滴。試液沿毛細管吸入再噴出，被快速通入的助燃氣分散成氣體膠體，形成約10μm的霧滴。霧滴越細其越易干燥、熔化，氣化生成自由原子蒸汽就越多，測定靈敏度也就越高。

2.霧化室。霧化室的作用是使氣、液混合均勻。燃氣（C2H2）在霧化室內(nèi)與試液的細小霧滴混合，霧化室內(nèi)部安裝的擾氣葉輪，既可使氣、液混合均勻，也可使大的霧滴凝聚后從帶有水封的廢液排出口排出（水封可防止C2H2、Air逸出）。霧化室的記憶效應(yīng)要小，廢液排出要快。

3.燃燒器。燃燒器的作用是使樣品原子化。被霧化的試液進入燃燒器，在燃燒的火焰中蒸發(fā)、干燥形成氣固態(tài)-氣溶膠霧粒，再經(jīng)熔化、受熱離解成基態(tài)自由原子蒸氣，原子化效率約為10%。

2 影響火焰原子化效率的因素

影響火焰原子化效率的因素較多，主要考慮以下幾點：火焰類型、樣品提升量、霧化效率、燃燒器位置。

3 火焰原子化條件的優(yōu)化

3.1 火焰類型

選擇合適火焰不僅能提高測定的靈敏度和穩(wěn)定性，還可減少干擾。選擇的一般原則是：對易電離、易揮發(fā)的元素及易與硫化合的元素可使用低溫火焰，對難揮發(fā)和易生成氧化物的元素可使用高溫火焰，對其余絕大多數(shù)元素多采用Air-C2H2火焰［2，3］。為獲得火焰的合適溫度，應(yīng)控制助燃氣和燃氣的正常比例，通常二者體積比為Air∶C2H2＝3∶1，燃氣和助燃氣最佳流量配比也可通過繪制吸光度（A）-流量（v）曲線來確定。

3.2 樣品提升量

3.2.1 樣品提升量的定義

樣品提升量的物理意義即每分鐘噴霧器可以吸入多少毫升的樣品。樣品提升量的大小是直接影響火焰吸光值高低的重要因素之一。大多數(shù)操作者平時是不太注意這個量值的，只有到了明顯感到靈敏度下降時，才會想起來檢測樣品的提升量。

試液提升量受吸液毛細管的內(nèi)徑與長度、通入壓縮空氣的壓強、試液的黏度等因素的影響。進樣量過小，產(chǎn)生自由原子的濃度低，自然會降低測定靈敏度。若進樣量太大時，消耗的總熱量多，若火焰產(chǎn)生的熱量小于原子化所消耗的熱量，則分析物不能有效地原子化。原子化效率降低，大量試液成為廢液排出。且隨著進樣量增加，較大粒徑的氣溶膠量增多，在氣溶膠經(jīng)過火焰的短時間內(nèi)，不能獲得足夠的能量完成原子化，對原子吸收信號沒有貢獻，卻又消耗大量的熱量。

由此可見，在一定范圍內(nèi)，增加進樣量可以提高測定的靈敏度，而過大的進樣量，對火焰產(chǎn)生強烈的冷卻效應(yīng)，不僅不能提高測定的靈敏度，反而降低測定的靈敏度。合適的進樣量應(yīng)通過試驗進行選擇，以獲得最佳吸光度值作為選取進樣量的評定指標。進樣量一般取5～8 mL／min為最佳。

3.2.2 樣品提升量的測試方法

樣品提升量檢測步驟：燃燒器點火后將進樣毛細管插入一只盛滿10 mL去離子水的量筒，并開始計時。1 min到時后，馬上撤出毛細管并記下剩余液面的刻度，用10 mL初始體積量減去剩余的液量體積量就是樣品提升量。值得注意的是：不同的儀器的樣品提升量是不同的。這個提升量的范圍一般在儀器使用手冊中均會給出。如果沒有給出，則要在正常的儀器上實際測試后記錄備案，以作為今后檢查樣品提升量的參考依據(jù)。

3.2.3 影響樣品提升量的主要因素

1.助燃氣的流量是否滿足儀器的設(shè)計要求。

2.噴霧器的狀態(tài)是否正常，如果噴霧器的毛細管或者出氣環(huán)被異物堵塞，即便助燃氣的供給正常也會降低提升量。

3.3 霧化效率

3.3.1 霧化效率的定義

所謂的霧化效率，簡單地講就是已經(jīng)轉(zhuǎn)換為氣溶膠的樣品量與噴霧器吸入的樣品量之間的百分比值。這個比值越大，說明霧化效率越高。

3.3.2 霧化效率的測試方法

燃燒器點火后吸入10 mL的去離子水（不限時，吸凈為止），同時用另一個量筒置于燃燒器的廢液排放口處來承接排出的廢液。最后用總的吸入量減去排出的廢液量后再除以吸入量則為霧化效率。其計算公式為：

ε＝（吸入量-廢液量）／吸入量×100%

3.3.3 影響霧化效率的因素

有些操作者則往往將樣品提升量和霧化效率混為一談。霧化效率的高低取決于最終進入到火焰中的樣品氣溶膠顆?？倲?shù)的多少，而影響氣溶膠顆粒多少的因素有：

1.樣品提升量的多少。對于同一臺儀器而言，在相同的單位時間內(nèi)，吸入的樣品越多，有可能形成氣溶膠的顆粒也就會越多，這是一個不爭的事實。

2.噴霧器毛細管的出口與撞擊球的垂直對位切點是否為撞擊球直徑的一端。目前絕大部分儀器的霧化器已經(jīng)采用噴霧器與撞擊球二者一體化的結(jié)構(gòu)了，所不同的是撞擊球和噴霧器的材質(zhì)不同而已。嚴格地講，這種玻璃材質(zhì)一體化的霧化器的撞擊球還可以通過轉(zhuǎn)動微調(diào)來達到最佳的位置。也有噴霧器與撞擊球雖然是固定對位的但是二者也可隨意分離的霧化器，這樣設(shè)計的優(yōu)點是便于清洗和單獨購買二者其一被損壞的配件。

3.當噴霧器毛細管出口破損時，所噴出的液霧則會偏離毛細管與撞擊球的垂直切點，從而減少了氣溶膠顆粒的總數(shù)，自然也就影響到了霧化效率。

4.撞擊球表面不光潔或者受到污染，造成產(chǎn)生氣溶膠顆?？倲?shù)的減少，不會得到較高的霧化效率。

5.由于霧化室內(nèi)壁的不潔凈致使已經(jīng)形成的氣溶膠在噴向燃燒頭的過程中產(chǎn)生“掛壁”現(xiàn)象，而轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟮蔚囊褐槌蔀閺U液，降低了霧化效率。

6.不潔的燃燒縫造成氣溶膠不能完全進入火焰中變?yōu)榛鶓B(tài)原子。如果燃燒縫因樣品堵塞而造成總長度變短或者寬度變窄的話，其霧化效率也會變差。

3.4 燃燒器

3.4.1 燃燒器前后位置的調(diào)整

1.燃燒器前后位置對靈敏度的影響。燃燒器的前后位置與光源射出的光束的偏離程度影響著測量的靈敏度。即便燃燒器的霧化效率再高，產(chǎn)生的基態(tài)原子個數(shù)再多，如果陰極燈的光軸（光）偏離了與燃燒縫的垂直對位關(guān)系，也就是說陰極燈的光束沒有完全進入到原子蒸汽中去，就不會產(chǎn)生很高的吸光度，測量的靈敏度就不會高。

2.燃燒器前后位置的調(diào)整方法。對于如何判斷陰極燈光軸與燃燒縫是否對位，有的儀器會隨機附帶一個光軸與燃燒縫對位檢查的量具，測量時將量具的定位銷子插入到燃燒頭的燃燒縫中，通過觀察陰極燈的光斑與透光孔是否能形成同心圓來判定光軸是否與燃燒縫處于相互垂直的狀態(tài)。如果儀器沒有附帶類似的這種量具，則可以自制一條白紙條并且在白紙條中心位置畫出一條垂直線，將紙條的垂直線對位于燃燒縫上，然后觀察陰極燈光斑的中心線是否與紙條的垂直線吻合。

但是上述方法僅僅是一種靜態(tài)的判斷方法并且還有很大的不確定性，燃燒器前后最佳位置的調(diào)節(jié)還是要采用動態(tài)方法來完成。就是燃燒器點火后，吸噴一個待測元素的標準溶液，然后利用燃燒器前后調(diào)整旋鈕調(diào)節(jié)到吸光值最大即可。為了簡化燃燒器前后調(diào)節(jié)的繁瑣步驟，目前有些儀器廠家已經(jīng)將前后可調(diào)式燃燒器改為前后固定型的了，僅僅保留高低調(diào)整功能。

3.4.2 燃燒器高度的調(diào)整

1.燃燒器高度對靈敏度的影響。燃燒器的高度就是燃燒縫的水平面與光軸的垂直距離。燃燒器的火焰在不同的區(qū)域的溫度是不同的，而不同的元素由于解離能的不同，因而在火焰里不同的區(qū)域的密度也是不同的。要想得到最大的吸收信號，就必須讓待測元素陰極燈的發(fā)射譜線通過火焰中待測元素的基態(tài)原子最密集的區(qū)域才成。由于陰極燈的光軸是固定不變的，為此只能改變?nèi)紵髋c光軸的相對高度才能達到最佳的吸收值。

2.燃燒器高度的調(diào)整方法。通常的做法是一邊吸入一個待測元素的標準溶液，一邊緩緩上下試著調(diào)整燃燒器的高度，同時觀察信號值和背景值的變化。燃燒器高度調(diào)整到最佳狀態(tài)的原則是樣品信號為最大，而背景信號為最小。

4 結(jié) 語

原子化器是原子吸收光譜儀器最重要和最關(guān)鍵的部件，是直接決定儀器分析靈敏度的關(guān)鍵因素，火焰原子化器條件的選擇與調(diào)節(jié)會對測定結(jié)果的準確度、靈敏度產(chǎn)生很大的影響。在實際工作中，只有事無巨細，全盤考慮，重視每個環(huán)節(jié)和每種影響因素，才能保證測量結(jié)果的準確性。