原子吸收光谱法概述
1.1 含义
原子吸收光谱技术是20世纪中叶发展起来的一项新的仪器分析技术。按原子化原理，又可将其分类为火焰原子吸收法和石墨炉原子吸收法[1]。原子吸收光谱法（AAS）以其准确度好、精密度高、选择性好、重现性好、分析快速、成本较低等优点，在近半个世纪以来一直在元素分析中被广泛使用。在地质、冶金、材料、石化、轻工、农林、食品、生物医药、环境和水质等方面，都有广泛的应用前景。该方法在不同领域的应用中，会遇到仪器灵敏度无法满足测定需求、基质干扰太强无法有效去除、样品前处理太耗时且消解效果不理想等情况。笔者查阅和收集国内外相关文献和资料，比较和总结了多种优化方法的优缺点及应用范围，供原子吸收光谱仪的操作者在遇到类似问题时快速、有效地找到合适的参考方法。
1.2 特点
(1）灵敏度高。AAS的检测限通常很低，能检测到浓度非常低的元素。这是因为该方法基于元素原子对特定波长光的吸收，使AAS成为痕量分析的有效手段。（2）选择性好。每种元素都有其特定的原子吸收线（即特征谱线），因此AAS可以高度选择性地测定样品中的特定元素，而不受其他元素的干扰。（3）操作方便、快速。AAS仪器的操作相对简单，自动化程度高，可以迅速完成样品的测量。此外，样品的前处理也相对简单，通常只需将样品溶解在适当的溶剂中即可进行分析。（4）抗干扰能力强。AAS通过特定的实验设计和仪器设置，能有效抑制或消除多种物理和化学干扰。（5）精密度好。由于AAS仪器的高度稳定性和重复性，以及严格的实验条件控制，使测定结果具有很高的精密度。（6）测定元素多。AAS几乎可以测定所有的金属元素和部分非金属元素（如砷、硒等）。这是因为大多数元素都能以气态原子的形式存在，并在特定波长下产生特征吸收。（7）分析范围广。AAS的线性范围宽，可以从痕量（ng/mL或更低）到常量（mg/mL或更高）的浓度范围内进行测定。这使AAS在多种分析需求中都能发挥重要作用，如环境水质监测、食品安全、地质勘探、生物医药等领域。
2 原子吸收光谱分析仪器的组成
2.1 光源
光源是原子吸收光谱仪最基本的组成部分，它的主要功能就是发出被测元素的特征谐振辐射，它的性能对待测物的特征谱线展现有直接影响，而这些谱线则构成了进行原子吸收光谱研究的核心基础。为了确保准确测量，该光源需要满足如下基本条件：其产生的谐振光的半宽要远小于待测元件的吸收谱线的宽度；本底强度应小于特性谐振强度的1%；其稳定性良好，使用过程中的漂移需在30 min内控制在1%以下，噪声水平应小于0.1%；而且光源的使用寿命应超过5A·h。在众多光源中，空心阴极放电灯是现代光谱仪中最理想且应用最广泛的锐线光源，它能有效满足上述要求。此外，无极灯也是AAS中较为常用的光源类型。
2.2 原子化器
原子化器在原子吸收光谱分析中发挥着至关重要的作用，它能提供充足的能量，从而确保待测物质中的元素得以有效分离，并进入光源照射区域，使原子吸收光谱的测量得以顺利进行。原子吸收光谱技术依赖于原子状态的气体对特定谐振谱线的吸收来分析元素成分。在探测时，必须保证化学分子被还原成原子态，而这就是原子化装置的工作。
原子化器必须同时具备良好的抗扰性和稳定性，当前主要采用的是原子化器、石墨炉原子化器。在这些装置中，使用最为广泛的是火焰原子化装置。喷雾器是将试样溶液转变为高浓度的弥散型喷雾，雾化室使燃气、助燃气与试样细雾在雾化室内充分混合均匀，燃烧头的作用是形成火焰。石墨炉原子化器主要由加热电源、保护气体控制、石墨管式炉三部分构成。当它在高温石墨炉中工作时，它自身就会变成一个充满正负两个电极的环境，在400～500 V的高压下，石墨管中的元素会被蒸发，然后被分解，最终实现原子化。石墨炉操作简单，只需用很少的试样，就能达到很高的原子化率，因此得到了广泛的应用。然而，石墨炉原子化器也有其缺点，测量精密度相比火焰原子吸收法较低，操作也不如火焰原子吸收法简便。在实际工作中，原子化器的选择及应用显得尤为重要。
2.3 分光器
分光器是一种重要的光学设备，它包括入射狭缝、出射狭缝、反射镜、色散单元等，其主要作用就是把一些特殊的共振吸收谱线从样品中分离出来，从而得到精确的光谱数据。分光光度计的核心元件是色散元件，但目前分光光度计中广泛使用的是光栅。对分光光度计的分辨力没有特别高的要求，目前的标准是能分辨出锰的谱线，即Mn 279.5 nm和Mn 279.8 nm双线。光栅通常被安置在原子化器之后，其作用主要是过滤掉原子化器内部发出的所有不必要的辐射，从而有效地保护检测器，只允许需要的波长通过。随着科技的发展，新的分光技术不断涌现，带来了更高效、精确的分析手段，使其在科学研究和工业应用中发挥着越来越重要的作用。
2.4 检测系统
检测系统的主要功能是进行光电变换，并对信号放大电路进行控制。单色器将光源发出的复合光分解为单色光，并从中选出特定波长的光，以供后续分析或实验使用。该检测系统所采用的固体探测仪器的性能比较稳定，灵敏度也比较高，可快速辨识并转换被检测到的光讯号，并将光讯号转换为电讯号，经由前置放大器及对数放大器的放大作用，经调整运算等处理后，将结果显示于显示屏。原子吸收光谱仪中广泛使用的检测器是光电倍增管，也有部分仪器采用电荷耦合器件作为检测器。
3 检验方法
3.1 火焰原子吸收光谱法
所谓的火焰原子吸收，其实就是处于气态的自由原子能吸收与其能级跃迁相匹配的特定波长的光。空气-乙炔火焰是火焰原子吸收中常用的火焰类型之一，而基态原子的数量与气体流速、火焰温度等因素有关，因此，火焰流速对吸收率有直接的影响，这与水体中金属元素的浓度有直接的关系。该方法能直接测出水中金属的光谱吸收值，然后通过相应曲线来确定水中的重金属含量，以此判断水质的安全性[2]。火焰原子吸收光谱法是目前常用的一种测量方法，由于其快速、准确的特点，受到了人们的普遍欢迎，在今后的研究中还会有更大的发展空间。
3.2 石墨炉原子吸收光谱法
这项技术的问世，极大地提高了原子化的效率，将原子化过程转化为石墨，然后通过电流加热来实现。与火焰原子吸收光谱法相比，该方法可以自由地调整原子化温度，且样品用量小。检出限更低，可以进行痕量分析。这种方法还具有结构简单、操作简便、安全可靠等优点。
3.3 色谱分离原子吸收光谱法
色谱分离是一种利用固定相与流动相间分配系数的差别进行分离的技术，常见的层析方法有气相色谱法（GC）和液相色谱法（LC）。GC适用于挥发性或可转化为挥发性化合物的分析，而LC则适用于非挥发性或热不稳定化合物的分析。通过选择合适的色谱柱、流动相和温度等条件，可以实现样品中各组分的有效分离。
4 AAS在水质检验中的应用
4.1 应用火焰原子吸收法
水体污染最主要的原因之一就是重金属，喝了含重金属的水，就会沉积在体内。人体中的重金属含量会逐渐增多，超过一定的限度，就会引起重金属中毒，危及生命。火焰原子吸收法用于水中重金属的测定，在实践中多采用乙炔火焰。通过火焰原子吸收技术，可以获得水中重金属的光谱吸收值，通过一系列计算，就可以确定水中的重金属的浓度，以此判断水体的污染程度。
4.2 应用石墨炉原子吸收法
在水环境监测领域，石墨炉原子吸收法被广泛应用，成为一种非常重要的分析手段。这种技术的优势在于它能高效、灵敏地检测水中铅和镉的浓度。这不仅对于掌握水质状况至关重要，还能有效防止铅和镉等重金属元素对生态环境造成严重污染。石墨炉原子吸收法的主要原理是利用高温将样品中的元素转化为气态，通过光谱技术进行定量分析。这种精确的方法能在极低的浓度下检测污染物，有助于及时发现水体污染问题，采取相应的治理措施，以保障水源的安全性和饮用水的质量。此外，随着技术的发展，石墨炉原子吸收法也得到了持续的改进，提高了其检测灵敏度和分析效率，使其在环境监测中的应用愈加广泛。
4.3 利用AAS测定聚氰化铝
聚氰化铝是一种具有广泛用途的水处理材料，在水处理中具有很大的作用。污水的净化效果与聚氰化铝的含量有关[3]。目前，对于聚氰化铝的分析，一般采用AAS。在实际操作中，需先将聚氰酸铝溶出，将溶出的试样中的重金属分离出来，再分别测定其含量。为准确测定聚氰铝中的镉和铅，必须使用二乙基-二硫胺。采用火焰原子吸收法，对4-甲基-2-戊酮进行了测定。在测定聚氰铝中六价铬的过程中，主要工作是将被测物中的三价铬和三价铝离子所形成的羟基自由基加热，脱去沉淀，再用石墨炉原子吸收法来测定。水处理材料中，重金属采用AAS进行分析，可以有效地提高水处理产品的安全性能，而且这种技术必将得到广泛的应用。
4.4 应用直接测定法
通过水质指标的检测法，研究人员能实时获取水样中的污染物浓度、微生物含量以及其他化学成分的信息。相比传统的间接测定法，直接测定法不仅提高了测量的准确性，还大幅缩短了分析时间。例如，在检测水中重金属污染时，直接测定法能迅速分析出铅、汞等有害物质的含量，为及时治理水污染提供了科学依据。
5 改进AAS的优化对策
5.1 改进仪器设备
一开始使用AAS时，需要测试者自己对样本进行处理，但这样的人工处理方法会对测试结果产生一定的影响。后来，德国和日本开始试行自动化采样，这种方法可以通过设定仪器的自清洗标准值，实现对样本的清洗和稀释。通过对实验数据的分析可以发现，通过对实验装置的改造，测量结果更准确，而且能对原子、离子的状态进行独立检测。
5.2 落实样品预处理工作
在接收到要检验的试样之后，必须预先对水样中的重金属进行测定，以避免其他因素的干扰。对于试样的处理，通常有两种方法，一种是消解处理法，另一种是过滤与分离法。消解处理法是将水样中的重金属元素从复杂的基体中释放出来，并转化为可测定的形式；而过滤与分离法是去除水样中的悬浮物、颗粒物等杂质，以减少对重金属测定的干扰。至于化学加工，一般是先向水样中加入高浓度的盐酸，反应40 min，并在保证试样组成不变的前提下，采用各种方法减少其损耗。
5.3 开展共存成分干扰和抑制工作
在对物质进行加工的过程中，某些离子会产生化学反应，产生更为稳定的物质，使物质发生质变。这些现象的出现对测量结果有一定的影响，为了避免这种情况的出现，一般都是在溶液里面添加一定的物质来抑制或阻止化学反应发生，此些物质称为“保护剂”或“抑制剂”。通过调节反应的外界条件，提高反应温度，有利于离子的分离。
6 结束语
总而言之，原子吸收光谱技术在水体中的应用日益显著，该技术可对水中重金属、水处理材料中的重金属等进行检测，并对其进行定量检测，以明确水环境中或样品中的污染物水平，并据此制订相应的治理对策。在实际操作中，要严格控制仪器和试剂的品质、试样的浓度、试样与试剂的反应时间等，才能保证测定结果的准确性。原子吸收光谱技术的优点是快速和准确，已被广泛地应用于各个领域，其未来的发展前景也将更广阔。
发布时间：2025-11-09 
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