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原子吸收用高精度石墨炉分析系统

来源：哗拓教育

二○○五年・第六期

仪器评介

原子吸收用高精度石墨炉分析系统

牛映斗

(北京东西分析仪器有限公司　北京　102308)

摘　要　一个带石墨炉分析系统的原子吸收分光光度计其性能的评价标准应以石墨炉性

能的优劣来评定。对北京东西电子技术研究所生产的AA7000系列带石墨炉原子吸收分光光度计以5元素(Cd、As、Cs、Al和Mo)实测获得的数据评价精密度、灵敏度、线性度、仪器的边缘元素能量及高温元素的分析灵敏度等重要参数,结论为该系列石墨炉分析系统是当前国内少数性能优秀的石墨炉之一,堪与国外同类仪器媲美。关键词　石墨炉　精密度　灵敏度　线性度　边缘能量

　　石墨炉分析方法属超微量级分析,其检测的特

征量高达10～14g,检测物溶液浓度常为mg/L水平。如此极低含量的检测水平正是当前科学和社会发展的要求,要满足此检测水平就必然要对原子吸收石墨炉系统的性能提出更高要求。如今对原子吸收分光光度计的性能评价人们也基本取得共识,即带石墨炉系统的原子吸收分光光度计性能主要以石墨炉系统的性能作为整机评价标准。

石墨炉分析系统最重要指标是分析数据的重复性,超微量级分析对分析数据的精密度在不同含量水平上有不同的要求,各行业有明确地规定,合格的石墨炉分析系统必须满足这一重要指标。此外还有准确的温度控制、性能优异的石墨管、快速升温电路、信号快速检测电路以及优秀的石墨炉分析操作软件等辅助手段保证分析数据的精密度。

我国已有近10多种带石墨炉原子吸收分光光度计上市,其中北京东西电子仪器公司生产的AA-7000系列原子吸收分光光度计石墨炉系统性能优

图1　As的线性和精密度图

灯电流8mA,带宽:014nm,负高压:310V;线性相关系数:0199958;y=0100189x+0104717

秀。以下对这一高精度石墨炉分析系统予以介绍。

1　边缘波长元素的高精度分析

处于原子吸收分析波长边缘区的代表元素是

As(19317nm)和Cs(85211nm),它们的分析线能量低,处在仪器单色器光栅的低端和高端,因而将这两元素的分析性能用作仪器光学性能的评估。以下是这两元素的石墨炉分析结果(见图1,2)。

从As、Cs的石墨炉分析数据可看出,即使最低端波长和最高端波长能量很低的元素其灵敏度、线性关系以及不超过350V的负高压(这意味着仪器的高光学能量!)都表现得十分优秀。

应用5mg/L的Cs溶液20mL连续7次手工进样获得的精密度2195%和应用30mg/L的As溶液20mL

图2　Cs的线性和精密度图

灯电流:10mA,带宽:012nm,负高压:280V;线性相关系数:0199947;y=0103739x+0105588

连续7次手工进样获得的精密度2175%均达到石

墨炉分析的优秀水平。

2　Cd、Mo、Al的高精度分析

　　Cd元素在石墨炉分析中具有极高的灵敏度,因而在国家标准(JJG694-90)中作为石墨炉分析性能的鉴定元素1。Mo和Al是一个在石墨炉中典型的易生成碳化物的高温元素,因而它的石墨炉分析数据往往反映石墨炉系统的高温性能、石墨管的品质和高温元素的灵敏度。

现代仪器(www.moderninstrs.org.cn)

Mo、Al元素的测试均使用热解涂层石墨管,Al

二○○五年・第六期

值可看出该石墨炉系统具有很高的灵敏度和整机稳定性,即使像Mo这种高温低灵敏的元素也具有十

分令人满意地灵敏度。Al的灵敏度和精密度表明AA7000系统的石墨炉对Al的分析效果甚佳。

做涂层处理。从Mo的结果看,良好的热解涂层能

)的经受数10次(至少60多次,原子化温度2700℃

程序升温不会有明显的记忆效应,灵敏度也不会有大的降低。Al使用锆处理的热解涂层石墨管获得良好的灵敏度和精密度2(见图3～5)。

3　优秀的背景校正能力

AA7000系列原子吸收分光光度计具有连续光源(D2)背景校正系统和自吸收背景校正系统,能够

校正高达115A的背景干扰。优良的校正背景能力源自优秀的光路设计和高速采样电路,仪器采样频率高达400Hz,如是大大提高数据准确度和精密度,而且在测定光和校正光之间仅有014ms的延迟时间,实现真正意义上的“超频”,从而保证在空间和时间上对背景信号的精密测量和准确扣除。由于具有优秀的高光通量的光学系统使得在190～400nm光谱范围内D2灯均能很好的和元素灯匹配,而在190～900nm光谱范围内均可使用自吸收法扣除背景。

图3　Cd的线性和精密度图

灯电流:3mA,带宽:012nm,负高压:300V;线性相关系数:0199968;y=0112988x+0101307

4　优秀的石墨管设计

石墨管是石墨炉分析的核心部件。除石墨材质

的良好品质外,优秀的石墨管机械设计是形成等温和类等温状态的关键因素(见图6)。

图4　Mo的线性和精密度图

灯电流:3mA,带宽:012nm,负高压:254V;线性相关系数:0199930;y=0100403x+0101094

图6　优秀的石墨管设计

　　为取得原子化区的等温条件,在石墨管中部加

入两个小内径的环,同时加薄两环间的管壁从而增大电流密度保证在8mm、170mm3容积内形成几近等

图5　Al的线性和精密度图

灯电流:3mA,带宽:012nm,负高压:248V;线性相关系数:0199894;y=0101461x+0100885

　　应用1mg/LCd溶液(国标使用3mg/L浓度)20mL连续七次手工进样获得的精密度0195%和应

温的原子化条件,有利于提高灵敏度、降低干扰并提高测量精度。经测定证实在这8mm长的区域内呈现出等温分布。石墨炉温度采用最大功率加热方式,其测温和控温由光导纤维传输的光电控温方式执行,实现原子化时真正意义上的快速升温和原子化温度的维持3。石墨管的这种设计容许注入高达70mL的溶液进而扩大分析范围和使用方便性,而弧

(下转第63页)

用40mg/LMo溶液20mL连续7次手工进样获得的精密度1149%以及10mg/LAl连续11次10mL进样精密度3119%均达到非常满意的精度。

从3元素的线性关系和不大于300V的负高压58

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仪器管理

表达,同时也在某种程度对检测机构进行责任保护。

测量不确定度的来源主要包括标准物质(标准试样)、使用方法、仪器设备、环境条件、被测样品状态和操作者等诸多因素。为保证设备元素能够提供良好的测量不确定度,在仪器设备的基础管理上建议做以下改进:

1.设备采购控制

图1　一组接近正态分布的“随机”值

用于测试的设备及软件必须达到要求的量程范

围和准确度,并符合检测相应的规范要求,对设备生产厂家的生产能力、资质证明加以确认,对测试结果有影响的每一设备及其软件,如可能,均进行唯一性

图2　正态分布的示意图

确认。在实际工作中,在设备验收工作程序中增加

设备系统软件的确认、标准物质的确认和大型仪器设备接地系统的技术参数确认,使设备管理更加规范化、科学化。

2.设备过程控制实验设备的实验状态、实验环境、分析测试采用的标准、实验仪器的操作技巧和方法等都会对实验结果产生影响。测量中的影响因素可能是可预见的,也可能是未知的。实验仪器经过一段时间的操作,可能存在数值的偏移,主要由仪器老化、磨损或其他因素引起,也可能出现读数不清晰。噪声(对电子仪器)以及其他许多问题。为保证设备能够提供所需的测量不确定度,在设备的日常管理中,应健全设备的安全处置、运输、储存、使用维护等管理程序,进行设备使用前和使用后的校准、核查,建立可疑数

图3　一组接近矩形分布的“随机”值

图4　矩形分布的示意图

家实验室认可委员会(CNAL)认可的实验室已愈千

家。唐钢分析测试中心在2004年5月顺利通过现场评审并获得认可证书。在ISO/IEC17025:1999标准中规定在测试实验室,当客户有要求或进行方法确认时,设备使用部门应进行不确定度的评估,并且标准要求质量体系中需要建立评定不确定度的方法,不确定度给出是对检测数据的比较科学完善的

(上接第58页)

据确认和设备错误操作、出现过载等附加程序,尤应增加仪器设备和标准物质的期间核查,保证校准状态的可信度,保证良好的测量溯源性。

测量不确定度的认可和采信,是科学的进步,是设备国际标准化管理的一大飞跃。

参考文献

1　GB/T1548122000,检测和校准实验室能力的通用要求

220V),更有利于在实验室中配置,可称为成熟的石墨

形等温平台管能保证注入多达40mL的样品并实现

平台等温原子化。

从上述4方面以实测结果可看出AA7000系列原子吸收分光光度计的石墨炉分析系统具有优秀的测定准确度和精密度,是国内带石墨炉原子吸收分光光度计中少见的高精度石墨炉分析系统,是体现Slavin恒温平台石墨炉(STPF)理念的石墨炉原子吸收光谱仪4。加之它是一个低功耗的小型石墨炉(最大4kW,

炉分析系统,可与国外先进石墨炉相媲美。

参考文献

1　中华人民共和国质量监督检验总局1原子吸收分光光度计技术标准,JJG694-902　李述信主编1原子吸收光谱分析中的干扰及消除方法1北京大学出版社,19873　邓勃,何华　编著1原子吸收光谱分析,北京:化学工业出版社,20044　SlavinWetal:SpectrochimActa,1989,29(B):271

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