原子吸收的发展展望

原子吸收光谱仪器与技术的发展与展望何华焜1邓勃3何嘉耀1,2（1中国广州分析测试中心 2广东省化学危害应急监测技术重点实验室广州 510070）（3清华大学化学系北京 100084）E-mail:hkhe2@摘 要对AAS仪器的关键部件光源、分光系统与光电检测器件以及实验室研发的CS-AAS仪器装置，近年来取得的进步进行了评述，结合2004年由德国Analytik jena AG 公司在世界上首次推出ContrAA 300型顺序扫描连续光源火焰原子吸收光谱商品仪器，对CS-AAS仪器装置的发展现状与未来作了分析讨论。

此外，还对二极管激光器光源进入AAS领域后引起的变化和各种小型、微型原子化器的出现所兴起小型专用AAS实验仪器装置，以及一次测量背景校正技术的商品化等等作了介绍。

关键词连续光源；半导体图像检测器件；二极管激光器；微型原子化器；连续光源－原子吸收光谱仪；一次测量(同时测量)背景校正技术中图分类号 TH74Development and Prospect of Atomic Absorption Spectrometer and TechniquesHe Huakun1, Deng Bo3, He Jiayao1,2(1Guangzhou National Analytical center, 2Guangdong Key Laboratory of Chemical Emergency Test, Guangzhou 510070, China) (3Department of Chemistry,Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract The recent advances of the key parts such as sources,spectrometers and photoelectric detectors as well as continuum source- atomic absorption spectrometer(CS-AAS) have been reviewed in this paper.The present and future of commercial CS-AAS was discussed combined with sequential scanning flame atomic absorption spectrometer type ContrAA 300 manufactured by Analytik jena AG company of Germary.The changes as a result from the introduction of diode laser source, micro-atomizer and one measurement technique of background correction into atomic absorption spectrometer as well as the appearance mini and micro atomic absorption spectrometer for special purpose were introduced.Key words Continuum source; semiconductor image detector; diode laser; micro-atomizer; CS-AAS; one measurement technique of background correction1 引 言自从1960年世界上第一台AAS仪器推向市场以来，随着科学技术的发展，原子吸收光谱（AAS）仪器也经历了突飞猛进、一日千里的发展变革过程，经历了由旋钮人工操作的仪器，发展为高度自动化的现代水平的AAS仪器；由晶体管分离元件到IC元件大规模集成电路的演变过程，AAS仪器分析功能日臻完善。

2004年德国Analytik jena AG 公司在世界上首次推出了ContrAA 300型顺序扫描连续光源火焰原子吸收光谱商品仪器，标志着新型AAS仪器时代已经正在向我们走来！ 30多年来，对光源、分光系统与光电检测元件三大系统[2]，多元素同时测定CS-AAS仪器装置的实验室研究取得了丰硕成果。

随着ICP-AES和ICP-MS的问世，一向以分析灵敏度高、干扰少、操作简便与价格低廉著称的AAS仪器面临新的挑战。

分析速度慢，一次只能分析一个元素的固有缺陷正在为更多的分析工作者所关注。

1989年著名原子光谱学者Hiefjtji预言：“AAS面对强有力竞争者，为了保持其顽强的生命力，必须发展新颖AAS 分析技术。

”AAS仪器不断引进其他学科的先进技术，形成了自己新的特色。

纵观AAS前沿的研究开发成果与仪器的进步，今天AAS仪器已孕育出又一次新发展。

下面将从AAS的光源、分光系统与光电检测元件三个重要部件的发展， AAS仪器的技术进步的分析入手，进而讨论了AAS仪器的发展前景。

2 AAS仪器光源的发展2.1 二极管激光器光源二极管激光器（DL，下面简称DL）的优良特性，从各个不同方面大幅度改进了AAS仪器的分析性能[3-7]。

DL辐射光的高单色性，可省去分光单色器，大大简化仪器结构。

这为研发小型专用AAS仪，多元素同时测定AAS仪器提供了重要的技术基础。

也为选择性收稿日期：2006-06-05作者简介：何华焜（1935-），研究员，长期从事原子光谱分析技术和光谱分析仪器的研究工作。

分别分析轻、重元素如Li与Pb或U的同位素提供了可能。

对于中等质量的元素，如Sr和Ca，用窄谱带DL进行两级激发能，分析同位素的选择能力可高达104-106。

在DL的辐射谱线窄的宽度范围内通过温度或电流连续调制，即在两个不同波长位置准确重复调制，调制频率可高至GHz，波长的调制过程如图1 所示。

在选用的Δλ＝0.0X nm范围调制，能用于AAS分析中的背景校正。

由于两次测量时间差很小，辐射光强度大，具有优良的背景校正性能。

用高调制频率进行吸收检测可大幅度减少或降低基线的低频噪声（闪粒噪声），改善检出限。

图1D L辐射波长的调制特性示意对相同的吸收谱线，用高亮度DL-AAS DL测量低吸光度值，比常规HCL-AAS改善了10－1000倍（由DL的功率大小而定）。

使用低mW范围功率DL光源，在最佳实验条件下，热噪声基本上得到限制，AAS分析法能测定的最低吸收值（吸收系数k与吸收长度L 的乘积kL），可以小到10-6－10-8。

DL辐射光的方向性强，亮度高和DL空间相干性好，使得其辐射光在较长的距离内都能保持为较窄的光束，不发生明显的发散，便于调节光束横截面空间轮廓。

因此，可以选用内径小而较长的原子化器，如选用内径约为1mm有低压等离子体的微型石英毛细管原子化器，从而增加了原子蒸气与辐射光束相互作用时间。

微型原子化器的开发，拓宽了AAS分析技术应用的视野和范围，如发展HPLC-AAS形态分析技术，在火焰AAS中，应用多次通过增强吸收信号技术。

还有，DL准直激光束的小直径能强化空间分信号的筛选，只需在光电检测元件前面放置一个光阑与透镜，即可消除杂散光和原子化器产生的热辐射干扰，而透过的辐射激光束又无任何损失。

在光源闪粒噪声几乎完全得到控制的条件下进行AAS测量，如果采用最灵敏吸收谱线，可获得非常低的元素检出限(~1 ppt )。

使用GaN-型二极管激光器，采用光学非线性介质对DL的幅射光进行倍频处理，可将光谱范围扩展至蓝光和近紫外区域，测量低至200 nm 的吸收谱线。

进一步研究开发短波长的二极管激光器是极为重要的工作。

商用单模DL有：功率30－150 mW，光谱范围730－1000 nm；功率5－50 mW，光谱范围630－690 nm；功率5－30 mW，光谱范围375－470 nm。

用LiIO3、KnNbO3或BBO等非线性晶体产生二次谐波的紫外辐射DL，功率0.1μW，光谱范围335－410 nm；功率1－3 μW，光谱范围410－430 nm。

今天商用的高功率单模DL，辐射波长为200－235 nm时，其功率只有nW数量级。

无论在什么情况下，都必需要求DL的输出功率要比最好商品HCL至少高一个数量级或更高。

2.2 高压短弧氙灯连续光源(CS，以下简称CS)的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，如高压短弧氙灯的辐射光谱范围为200－1500nm[8]。

将CS作为AAS的光源，最为明显的优点是用一个光源就可以分析全部的元素。

不仅大大减少光源的数目，经济上划算，还使仪器光源座结构简化，省去繁琐的调节操作。

另一个优点，就是用一个CS光源能进行AAS的多元素同时测定。

而这种光源带根本性的缺点是，宽带辐射和弧光的不稳定性。

AAS分析对连续光源的唯一要求是，在每一个分析波长处与空心阴极灯有同样光辐射强度和稳定性。

T.C.O’Haver与 J.M.Harnly曾对高压短弧氙灯与空心阴极灯的辐射功率作了比较系统的研究[9]，实验结果表明经过改进后的 Eimac VIX－UV型300W高压短弧氙灯，在As193.7nm到Na 589.0nm之间的28个元素的分析线处，用光电倍增管的阳极电流测量结果的比率表示的光源面辐射强度，连续光源短弧氙灯高于空心阴极灯；而以在分光系统出射狭缝处的相对辐射功率比较，波长<300nm部分，空心阴极灯高于高压短弧氙灯；波长>300nm则情况相反。

事隔十年后，AAS用的短弧氙灯在原子吸收光谱线这样窄的宽度范围内，对大部分元素其辐射光强度要比HCL、EDL和高强度HCL至少高1－2个数量级。

AAS的噪声与光源辐射光强度的平方根成反比，经过后来的改进，相应的测量精度与检出限都有了大的改善[10]。

表1列出了用高分辨CS-火焰AAS实验装置，以空气－乙炔火焰进行单元素分析的22个元素检出限。

信噪比( S/N )与检出限( DL )改善程度直接由光源辐射强度所决定，而粗略的说CS辐射强度在AAS所需光谱范围内大致相同。

表1所给出的DL数据要比一般文献报道数据要好得多。

这是因为文献选用了相对较弱的分析谱线。

线光源HCL的辐射光强度随波长不同有很大的差异，如Pb HCL的217.0 nm 比283.3 nm的分析灵敏度要好两倍或更多些；但283.3 nm的谱线强度大，S/N好。

对于CS来说就没有这个问题了，这是CS-AAS的另一个优点。

案。

由于分析技术等多方面的原因，SIMAA6000型AAS 仪器未能得到市场的认可，但确为将高分辨中阶梯光栅双色散分光系统引入AAS 仪器开了先河。