5.2　儀器結構與原理

原子吸收光譜儀也稱原子吸收分光光度計，主要由光源、原子化器、分光系統、檢測系統、數據顯示與記錄系統五部分組成，基本結構如圖5-1所示。

5.2.1　光源

光源的作用是輻射能被待測元素吸收的原子譜線。對光源的基本要求是穩定性好、背景低、輻射強度大及壽命長。最常用的光源是空心陰極燈。

原子吸收分析需要使用銳線光源，光源發射的共振輻射的半寬度明顯小于被測元素吸收線的半寬度。一般采用空心陰極燈，其結構如圖5-2所示，一般用純金屬作為陰極材料，陽極材料為金屬鎳、鎢或鈦等。內充惰性氣體氖氣或氬氣，當施加工作電壓時，惰性氣體部分電離產生正離子，在電場作用下，轟擊陰極表面，使陰極上的原子被濺射出來，并與電子碰撞后激發，激發態回到基點，輻射出該元素的特征譜線。

5.2.2　原子化器

原子化器的作用是提供能量，使樣品中的待測元素轉化為氣態原子。常用的有火焰原子化器、石墨爐原子化器和石英管原子化器。

（1）火焰原子化器

火焰原子化器包括霧化器和燃燒器兩部分。常用的燃燒器為預混合型，如圖5-3 所示。霧化器將試液霧化，噴出的霧滴碰在撞擊球上，進一步分散成細霧。試液經霧化后，進入預混合室，與燃氣混合，較大的霧滴凝聚后經廢液管排出，較細的霧滴進入燃燒器。這種原子化器火焰噪聲小，穩定性好，易于操作。缺點是試樣利用率大約只有10%，大部分試液由廢液管排出。

霧化器效率除與霧化器的結構有關以外，還取決于溶液的表面張力、黏度、助燃器的壓力、流速和溫度。

常用的縫式燃燒器，縫長100～110nm，縫寬0.5～0.6nm，適用于空氣-乙炔火焰。另一種縫長50mm，縫寬0.46nm，適用于氧化亞氮-乙炔火焰。

氣路系統是火焰離子化器的供氣部分。氣路系統中，用壓力表、流量計及調節閥門控制、測量氣流量。

（2）石墨爐原子化器

與火焰原子化器相比，石墨爐原子化器分析檢測限低，耗樣量少。利用石墨爐中高溫碳蒸氣還原氣氛顯著提高原子化效率，同時原子在管內的停留時間較長，達秒級，因此，石墨爐法具有較好的分析靈敏度。石墨爐法還可以直接分析懸浮液樣、乳濁樣、生物材料和有機樣品，試樣在灰化階段直接處理，避免了消解過程引起的玷污和損失。石墨管溫度不均勻將引起測定的精度較差、基體干擾比較嚴重、校準曲線易于變動。采用石墨爐平臺技術和橫向加熱石墨爐技術，可以有效地消除石墨爐的不等溫問題，減少基體干擾。石墨爐原子化器示意圖如圖5-4所示。

一般石墨管長20～60mm，外徑6～9mm，內徑4～8mm，管中央開一小孔，用于加樣和使保護氣體流通。外電源加于石墨管兩端，供給原子化器能量，電流通過石墨管可在1～2s內產生高達3000℃的溫度。原子化器的外氣路中的氬氣沿石墨管外壁流動，以保護石墨管，內氣路中的氬氣由管兩端流向管中心，從管中心孔流出，用于除去干燥和灰化過程中產生的基體蒸氣，同時保護已原子化的試樣不被氧化。

（3）石英管原子化器

一些元素如砷、硒、碲、錫等通過化學反應可發生還原反應生成共價型氫化物，其產物具有沸點低、易分解的特點。同時這些元素靈敏線的波長一般較短，使用烴類火焰時光譜干擾較嚴重。石英管外繞電熱絲的電熱石英管原子化器常用于氫化物的原子化，它具有光程長、管內原子化溫度和氣流流速可以調控等優點，可以有效地提高氫化物的原子化效率和分析靈敏度。

5.2.3　分光系統

分光系統由入射狹縫、出射狹縫、反射鏡、聚光鏡和色散元件組成。色散元件主要是光柵，其作用是把待測元素的分析線與其他譜線分開，以便進行測定。

5.2.4　檢測系統

檢測系統包括檢測器及信號處理系統和顯示記錄器件。檢測器通常是光電倍增管，其結構如圖5-5所示，它是一種利用二次電子發射放大光電流來將微弱的光信號轉變為電信號的器件。由一個光電發射陰極、一個陽極以及若干個電子倍增極所組成。當輻射光子撞擊光電發射陰極時發射光電子，該光電子被電場加速落在第一倍增極上，產生更多的二次電子，依次類推，陽極最后收集到的電子數將是陰極發出的電子數的10⁵～10⁸倍。