影響原子吸收分光光度計(jì)分析測(cè)試誤差的因素

  原子吸收分光光度計(jì)是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)四位一體的、技術(shù)密集的高科技產(chǎn)品。目前，原子吸收分光光度計(jì)儀器和應(yīng)用都發(fā)展很快，特別是應(yīng)用方面的發(fā)展更快，它已在無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)保、商檢、食品、水質(zhì)、地質(zhì)、冶金等領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)工作中得到非常廣泛的應(yīng)用，尤其是近幾年，在醫(yī)療、衛(wèi)生領(lǐng)域，AAS的應(yīng)用更加倍受重視，它已在醫(yī)療、衛(wèi)生領(lǐng)域中被用于人體組織和體液中的主量元素（Na、K、Ca、Mg）、必需的微量元素（Fe、Cu、Zn、Mn、Cr、Se、Co、Mo、V）的分析，醫(yī)療用非必需元素（Al、Au、Bi、Li、Po）和有毒有害微量元素（Pb、Cd、Ag、As、Ti、Hg）的分析。特別是對(duì)血液、頭發(fā)、尿液和組織中的微量元素（Se、Ge、As、Hg、Pb）的分析，國(guó)際上都普遍采用AAS。農(nóng)業(yè)環(huán)保中，近幾年普遍用AAS 來(lái)分析糧食、種子、蔬菜、茶葉、水果、土壤中的農(nóng)藥殘留物（As、Hg、Se、Sb）；商檢、食品中，AAS 的應(yīng)用也很普遍，如：對(duì)化妝品、金屬、肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、酒類(lèi)、口服液、奶類(lèi)、奶制品等中的As、Hg、Se、Pb、Ge 等的分析就是。冶金：金屬中的有害元素或雜質(zhì)的分析，如：As、Bi、Pb、Sb、Sn 的分析；特別是對(duì)As 的分析，更加普遍。因?yàn)锳s 的含量太高時(shí)，會(huì)使鋼鐵斷裂。水質(zhì)（飲用水）分析：水中重金屬元素檢測(cè)，如：Hg、As、Se、Pb、Cd 等的檢測(cè)就是。環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用：對(duì)土壤、水、空氣污染的調(diào)研，如：對(duì)As、Sb、Hg、Se、Sn、Ge 等的檢測(cè)。地質(zhì)找礦普查、詳查和異常評(píng)價(jià)，如對(duì)Hg、Se、Te、Pb、Sn、Ge、As、Sb、Bi 等的分析。

  由于近幾年來(lái)，生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)的大發(fā)展，筆者預(yù)計(jì)，在今后的幾年里，原子吸收分光光度計(jì)的應(yīng)用范圍將會(huì)以人們意想不到的速度擴(kuò)大。其覆蓋面的增加速度，將會(huì)以幾何級(jí)數(shù)遞增。原子吸收分光光度計(jì)將在上述領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)工作中起到人們意想不到的巨大作用。但是，要用好原子吸收分光光度計(jì)并不是一件容易的事。主要是因?yàn)橛绊?a target="_blank">原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的因素太多。本文將根據(jù)筆者的使用實(shí)踐，并結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，從最常用的火焰法和石墨爐法兩個(gè)方面來(lái)討論影響原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的主要因素和如何用好原子吸收分光光度計(jì)等問(wèn)題。影響火焰法原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的主要因素，歸納起來(lái)大約有36 個(gè)以上：1、火焰高度；2、吸收線（靈敏線和次靈敏線）；3、火焰溫度；4、火焰穩(wěn)定性；5、燃?xì)夂椭細(xì)獾馁|(zhì)量；6、助燃比；7、霧化率；8、氣體流量大??；9、氣體流量穩(wěn)定性；10、試樣的吸噴量；11、原子化效率；12、扣背景方式；13、扣背景水平；14、光源強(qiáng)度；15、光源的熱穩(wěn)定性；16、光源的電源穩(wěn)定性；17、燈電流大??；18、邊緣能量；19、波長(zhǎng)范圍；20、波長(zhǎng)準(zhǔn)確度；21、波長(zhǎng)重復(fù)性；22、雜散光；23、透鏡的色差；24、透鏡的透過(guò)率；25、光柵的閃耀波長(zhǎng)；26、光柵的反射率；27、單色器中反射鏡的反射率；28、光譜帶寬（SBW）；29、光電倍增管（PMT）；30、PMT高壓；31、放大器的噪聲；32、放大器的漂移；33、數(shù)據(jù)處理方法（計(jì)算方法）；34、環(huán)境（電、磁場(chǎng)）干擾；35、環(huán)境溫度；36、整機(jī)供電電源等。以上36個(gè)因素中，只要有一個(gè)不好，就不可能得到好的分析結(jié)果，就將嚴(yán)重影響分析測(cè)試結(jié)果的可靠性。這些因素都是研制者（或生產(chǎn)者）如何保證火焰AAS 儀器質(zhì)量、使用者如何選擇和用好火焰AAS 儀器時(shí)應(yīng)高度重視的問(wèn)題。

   石墨爐法AAS影響石墨爐法原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的主要因素，歸納起來(lái)大約有49 個(gè)以上：1、光源強(qiáng)度；2、吸收線（靈敏線和次靈敏線）；3、光源燈泡穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性）；4、光源電流穩(wěn)定性（紋波、漂移等）；5、石墨管結(jié)構(gòu)（平臺(tái)、普通）；6、石墨管加熱方式（縱向、橫向）；7、石墨管溫度穩(wěn)定性；8、原子化效率；9、扣背景方式（氘燈、自吸、塞曼）；10、扣背景能力；11、升溫速度；12、加溫方式；13、干燥溫度；14、干燥時(shí)間；15、灰化溫度；16、灰化時(shí)間；17、原子化溫度；18、原子化溫度保持時(shí)間；19、清洗溫度；20、清洗時(shí)間；21、邊緣能量；22、波長(zhǎng)范圍；23、波長(zhǎng)準(zhǔn)確度；24、波長(zhǎng)重復(fù)性；25、雜散光大小；26、透鏡的色差；27、透鏡的透過(guò)率；28、光柵的閃耀波長(zhǎng)；29、光柵的反射率；30、單色器中反射鏡的反射率；31、SBW；32、PMT（Id；Gan）；33、PMT 高壓（I0；SD；SR）；34、放大器增益；35、放大器漂移；36、電子學(xué)系統(tǒng)的噪聲；37、數(shù)據(jù)處理（計(jì)算方法）；38、進(jìn)樣技術(shù)（手動(dòng)）；39、環(huán)境中電、磁場(chǎng)干擾；40、環(huán)境溫度；41、環(huán)境中振動(dòng)源干擾；42、供電電源（電流；電壓）；43、保護(hù)氣種類(lèi)；44、保護(hù)氣質(zhì)量；45、保護(hù)氣流速；46、內(nèi)氣和外氣比例的選擇；47、計(jì)算公式（非線性擬合方程）；48、標(biāo)準(zhǔn)溶液是否標(biāo)準(zhǔn)（制備方法、濃度大小）；49、空白溶液的選擇（火焰時(shí)，空白溶液不能為0，否則不穩(wěn)；測(cè)量RSD 時(shí)，一般空白溶液為0.5% 的硝酸）等。以上49個(gè)因素中，只要有一個(gè)不好，就不可能得到好的分析結(jié)果，就將嚴(yán)重影響分析測(cè)試結(jié)果的可靠性。這些因素都是研制者（或生產(chǎn)者）如何保證石墨爐AAS 儀器質(zhì)量、使用者如何選擇和用好石墨爐AAS儀器時(shí)應(yīng)高度重視的問(wèn)題。綜上所述，影響原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的因素很多。那么，如何才能用好原子吸收分光光度計(jì)呢？或者說(shuō)，如何才能保證原子吸收分光光度計(jì)的分析誤差最小呢？筆者從實(shí)踐中深深體會(huì)到，要用好原子吸收分光光度計(jì)，要保證分析誤差最小，使用者必須要注意以下三個(gè)問(wèn)題：3.1 認(rèn)真選擇分析條件、保證儀器工作在最佳狀態(tài)：不管是火焰法還是石墨爐法，在分析工作中，對(duì)那么多影響原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的因素中，只要有一個(gè)因素選擇不當(dāng)，就會(huì)造成很大的分析誤差，甚至使分析測(cè)試得不出結(jié)果。有時(shí)，對(duì)同一個(gè)樣品，在同一臺(tái)儀器上，由于儀器條件選擇不同，分析誤差會(huì)有絕緣不同的結(jié)果。因此，筆者認(rèn)為：作原子吸收分析工作碰到問(wèn)題時(shí)，首先要仔細(xì)考慮你的儀器條件的選擇是否合適、樣品處理是否得當(dāng)。筆者經(jīng)常碰到一些科技工作者，在使用原子吸收分光光度計(jì)時(shí)，由于缺少經(jīng)驗(yàn)，一碰到問(wèn)題就懷疑是儀器有問(wèn)題，就急忙找生產(chǎn)廠?？墒牵瑥S家的工程師來(lái)檢查儀器后，告知儀器沒(méi)有問(wèn)題。筆者認(rèn)為，使用者碰到問(wèn)題應(yīng)該自己多動(dòng)腦子，首先應(yīng)從儀器條件的選擇方面多下功夫。同時(shí)，還要從樣品的處理、進(jìn)樣問(wèn)題等方面多加考慮。要反復(fù)試驗(yàn)、反復(fù)摸索。只有這樣，才能用好原子吸收分光光度計(jì)，才能提高自己的分析技術(shù)水平。筆者認(rèn)為：分析條件的選擇，是原子吸收分析工作者要解決的首要問(wèn)題。從以下例子，就能非常典型的說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題；曾經(jīng)有人對(duì)筆者講：某某原子吸收分光光度計(jì)的分析誤差很大。他說(shuō)他用石墨爐法作Cd分析時(shí)，相對(duì)誤差達(dá)到35% 以上。筆者問(wèn)他如何選擇分析條件時(shí)，他說(shuō)：選擇灰化溫度1000℃，斜坡升溫速率80℃/s，原子化溫度1500℃。筆者告訴他，他的分析誤差很大是因?yàn)閮x器條件沒(méi)有選擇好。因?yàn)?，灰化?/span>度是最重要的參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，選擇灰化溫度的原則有兩個(gè)方面：一是足夠高的溫度和足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以有利于灰化完全和降低背景的吸收；二是要盡可能低的灰化溫度和盡可能短的時(shí)間，以保證待測(cè)元素不被灰化。作Cd 的灰化溫度一般都在500℃左右（筆者經(jīng)常在不加添加劑的情況下，選擇500℃的灰化溫度作Cd 的分析，效果都很好）；若選擇灰化溫度為1000℃，本文所提出的影響原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的主要因素、用好原子吸收分光光度計(jì)必須注意的三個(gè)問(wèn)題，都只是筆者根據(jù)自己的使用實(shí)踐并綜合了部則樣品也被揮發(fā)掉一部分。這是分析誤差很大的原因之一。同時(shí)，他選擇的斜坡升溫速率80℃/s也不對(duì)。因為，升溫速度太快時(shí)，有可能樣品會(huì)突然冒煙，會(huì)使待測(cè)元素受到損失。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)復(fù)雜樣品的斜坡升溫速率都應(yīng)在25-50℃/s，即使是簡(jiǎn)單樣品，也應(yīng)低于50℃/s的斜坡升溫速率。他選擇斜坡升溫速率為80℃/s，當(dāng)然不行。這是他的分析誤差很大的原因之二。因此，他的分析誤差達(dá)到35% 以上是必然的。又如：某某大學(xué)的一位教授，在用石墨爐法作分析工作時(shí)，他發(fā)現(xiàn)石墨管經(jīng)常斷裂，有時(shí)做一個(gè)樣品就要斷一根石墨管。于是，他就認(rèn)為是石墨管的質(zhì)量問(wèn)題。其實(shí)，是他的干燥溫度沒(méi)有選擇好。因?yàn)?，他作的?/span>有機(jī)化合物的微量元素分析，他的樣品溶解在有機(jī)試劑中，他選擇原子化溫度為2300℃，但他選擇80℃的干燥溫度，當(dāng)然不行。因?yàn)楣P者的實(shí)踐證明：一般來(lái)說(shuō)，干燥溫度要稍高于溶劑的沸點(diǎn)，如：水溶液應(yīng)選100-120℃的干燥溫度為好；有機(jī)溶劑則應(yīng)選120-130℃才能將水份蒸發(fā)掉。他選80℃的干燥溫度，樣品中的有機(jī)溶劑蒸發(fā)不了。此時(shí)如果保護(hù)氣有點(diǎn)問(wèn)題，原子化時(shí)2300℃的高溫瞬時(shí)升上去，石墨管就有可能會(huì)斷裂。還有：吸收線的選擇也是很重要的。因?yàn)椋绻?/span>吸收線選擇不恰當(dāng)，當(dāng)分析線附近有其它非吸收線存在時(shí)，會(huì)使靈敏度降低、工作曲線彎曲，如Ni，在靈敏線232.0nm附近有231.98nm、232.14nm、231.6nm三根線，即使用很窄的光譜帶寬（SBW）也難以分開(kāi)；所以，有時(shí)寧愿犧牲靈敏度，而選擇吸收系數(shù)低的次靈敏線Ni 341.48nm作為吸收線。又如：用火焰法作K的分析時(shí)，我們一般都不用紅外區(qū)的靈敏度K766.5nm作為分析線，而用可見(jiàn)區(qū)的次靈敏線K404.4nm作為分析線；這樣可以降低干擾、可以提高分析結(jié)果的可靠性。綜上所述，原子吸收分光光計(jì)的使用者們，必須要認(rèn)真選擇分析條件。認(rèn)真搞清主要技術(shù)指標(biāo)的物理意義及其對(duì)分析誤差的影響筆者經(jīng)常碰到一種很怪的現(xiàn)象：許多分析工作者對(duì)自己所使用的原子吸收分光光度計(jì)儀器的主要技術(shù)指標(biāo)的物理意義以及這些技術(shù)指標(biāo)對(duì)分析測(cè)試誤差有多大的影響都不清楚，或者說(shuō)不大清楚；但他們又不去學(xué)習(xí)、不去研究。筆者認(rèn)為，這是影響我國(guó)分析測(cè)試水平提高的最重要的原因之一，如：檢出限，它的物理概念是能產(chǎn)生大于或等于2 σ（或3 σ）的信號(hào)的試樣濃度或試樣的量（σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差）；它與儀器的噪聲N、邊緣能量等多種因素有關(guān)，它直接影響分析結(jié)果的重復(fù)性。它是一項(xiàng)最重要、最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。它決定儀器的最大檢測(cè)能力。是衡量一臺(tái)原子吸收分光光度計(jì)儀器好壞的最重要的標(biāo)志之一。但我國(guó)許多原子吸收分光光度計(jì)儀器生產(chǎn)廠不給出檢出限這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。而用戶(hù)在AAS 儀器驗(yàn)收時(shí)，竟也同意通過(guò)儀器驗(yàn)收，同意在驗(yàn)收單上簽字。又如：邊緣能量，它的物理概念有兩層意思：一是在As、Cs兩條特征線時(shí)，儀器都能達(dá)到100%（即能調(diào)滿(mǎn)度）；二是在As、Cs 兩條特征線時(shí)，噪聲N都能達(dá)到±0.03Abs（國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程要求）。邊緣能量同樣也是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，它影響儀器的信噪比，直接影響儀器的檢出限，而有的使用者卻認(rèn)為它不重要。曾經(jīng)有人與筆者爭(zhēng)論：他認(rèn)為邊緣能量不重要，他認(rèn)為影響邊緣能量這個(gè)指標(biāo)的因素只是光電倍增管。其實(shí)不然，邊緣能量很重要。影響這個(gè)指標(biāo)的因素除光電倍增管外，還有光源、火焰、石墨爐、光柵、光學(xué)系統(tǒng)的有關(guān)光學(xué)組件、光譜帶寬、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件等等。筆者認(rèn)為，如果一個(gè)使用者對(duì)影響邊緣能量的因素也搞不清楚，他就不可能正確選擇和運(yùn)用好這個(gè)技術(shù)指標(biāo)。還有：特征濃度和特征量這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，也是一切原子吸收分光光度計(jì)使用者必須高度重視和需要特別注意的技術(shù)指標(biāo)，它們的定義非常明確。如：特征量，它的物理概念是指能產(chǎn)生1% 吸收時(shí)所對(duì)應(yīng)的樣品的量。其計(jì)算公式為Qc=CxHx0.0044/A(g)；但是，有許多使用者搞不清楚計(jì)算公式中的0.0044是怎么回事，甚至有的原子吸收分光光度計(jì)儀器設(shè)計(jì)者也搞不清楚這個(gè)問(wèn)題。有人把它說(shuō)成是一個(gè)系數(shù)，這是一個(gè)最基本的、概念上的錯(cuò)誤。其實(shí)，產(chǎn)生1% 吸收，就是透過(guò)率（T）為99%；根據(jù)比耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：A=-LOGT，所以，A=-LOGT=-LOG(99/100)=0.0044(Abs)。因此，0.0044 不是一個(gè)系數(shù)，而是表征1% 吸收所對(duì)應(yīng)的吸光度值。

   本文所提出的影響原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的主要因素、用好原子吸收分光光度計(jì)必須注意的三個(gè)問(wèn)題，都只是筆者根據(jù)自己的使用實(shí)踐并綜合了部分文獻(xiàn)后提出來(lái)的，可能不全面，甚至可能有錯(cuò)誤。但筆者希望拋磚引玉，通過(guò)本文引起廣大原子吸收分光光度計(jì)使用者們對(duì)研究、尋找原子吸收分析誤差產(chǎn)生原因的重視。對(duì)如何用好原子吸收分光光度計(jì)這個(gè)非常重要的問(wèn)題開(kāi)展討論和研究；筆者希望以此在我國(guó)的原子吸收分析工作者中引出一場(chǎng)爭(zhēng)鳴，希望進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)原子吸收分光光度計(jì)儀器水平的提高和原子吸收分析技術(shù)水平的提高。