影響原子吸收分光光度計分析測試誤差的因素

  原子吸收分光光度計是集光、機、電、計算機四位一體的、技術(shù)密集的高科技產(chǎn)品。目前，原子吸收分光光度計儀器和應用都發(fā)展很快，特別是應用方面的發(fā)展更快，它已在無(wú)機化學(xué)、有機化學(xué)、醫療衛生、農業(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用，尤其是近幾年，在醫療、衛生領(lǐng)域，AAS的應用更加倍受重視，它已在醫療、衛生領(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，國際上都普遍采用AAS。農業(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、土壤中的農藥殘留物（As、Hg、Se、Sb）；商檢、食品中，AAS 的應用也很普遍，如：對化妝品、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As 的分析，更加普遍。因為As 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，如：Hg、As、Se、Pb、Cd 等的檢測就是。環(huán)境監測中的應用：對土壤、水、空氣污染的調研，如：對As、Sb、Hg、Se、Sn、Ge 等的檢測。地質(zhì)找礦普查、詳查和異常評價(jià)，如對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，筆者預計，在今后的幾年里，原子吸收分光光度計的應用范圍將會(huì )以人們意想不到的速度擴大。其覆蓋面的增加速度，將會(huì )以幾何級數遞增。原子吸收分光光度計將在上述領(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并不是一件容易的事。主要是因為影響原子吸收分光光度計分析誤差的因素太多。本文將根據筆者的使用實(shí)踐，并結合有關(guān)文獻，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分析誤差的主要因素和如何用好原子吸收分光光度計等問(wèn)題。影響火焰法原子吸收分光光度計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(xiàn)（靈敏線(xiàn)和次靈敏線(xiàn)）；3、火焰溫度；4、火焰穩定性；5、燃氣和助燃氣的質(zhì)量；6、助燃比；7、霧化率；8、氣體流量大??；9、氣體流量穩定性；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、光源強度；15、光源的熱穩定性；16、光源的電源穩定性；17、燈電流大??；18、邊緣能量；19、波長(cháng)范圍；20、波長(cháng)準確度；21、波長(cháng)重復性；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(cháng)；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、數據處理方法（計算方法）；34、環(huán)境（電、磁場(chǎng)）干擾；35、環(huán)境溫度；36、整機供電電源等。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果，就將嚴重影響分析測試結果的可靠性。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、光源強度；2、吸收線(xiàn)（靈敏線(xiàn)和次靈敏線(xiàn)）；3、光源燈泡穩定性（熱穩定性）；4、光源電流穩定性（紋波、漂移等）；5、石墨管結構（平臺、普通）；6、石墨管加熱方式（縱向、橫向）；7、石墨管溫度穩定性；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(cháng)范圍；23、波長(cháng)準確度；24、波長(cháng)重復性；25、雜散光大??；26、透鏡的色差；27、透鏡的透過(guò)率；28、光柵的閃耀波長(cháng)；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)系統的噪聲；37、數據處理（計算方法）；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、保護氣種類(lèi)；44、保護氣質(zhì)量；45、保護氣流速；46、內氣和外氣比例的選擇；47、計算公式（非線(xiàn)性擬合方程）；48、標準溶液是否標準（制備方法、濃度大?。?；49、空白溶液的選擇（火焰時(shí)，空白溶液不能為0，否則不穩；測量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果，就將嚴重影響分析測試結果的可靠性。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)應高度重視的問(wèn)題。綜上所述，影響原子吸收分光光度計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呢？或者說(shuō)，如何才能保證原子吸收分光光度計的分析誤差最小呢？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，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，對那么多影響原子吸收分光光度計分析誤差的因素中，只要有一個(gè)因素選擇不當，就會(huì )造成很大的分析誤差，甚至使分析測試得不出結果。有時(shí)，對同一個(gè)樣品，在同一臺儀器上，由于儀器條件選擇不同，分析誤差會(huì )有絕緣不同的結果。因此，筆者認為：作原子吸收分析工作碰到問(wèn)題時(shí)，首先要仔細考慮你的儀器條件的選擇是否合適、樣品處理是否得當。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時(shí)，由于缺少經(jīng)驗，一碰到問(wèn)題就懷疑是儀器有問(wèn)題，就急忙找生產(chǎn)廠(chǎng)?？墒?，廠(chǎng)家的工程師來(lái)檢查儀器后，告知儀器沒(méi)有問(wèn)題。筆者認為，使用者碰到問(wèn)題應該自己多動(dòng)腦子，首先應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。要反復試驗、反復摸索。只有這樣，才能用好原子吸收分光光度計，才能提高自己的分析技術(shù)水平。筆者認為：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)有人對筆者講：某某原子吸收分光光度計的分析誤差很大。他說(shuō)他用石墨爐法作Cd分析時(shí)，相對誤差達到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為儀器條件沒(méi)有選擇好。因為，灰化溫度是最重要的參數。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(cháng)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分析誤差的主要因素、用好原子吸收分光光度計必須注意的三個(gè)問(wèn)題，都只是筆者根據自己的使用實(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。因為，升溫速度太快時(shí)，有可能樣品會(huì )突然冒煙，會(huì )使待測元素受到損失。一般來(lái)說(shuō)，對復雜樣品的斜坡升溫速率都應在25-50℃/s，即使是簡(jiǎn)單樣品，也應低于50℃/s的斜坡升溫速率。他選擇斜坡升溫速率為80℃/s，當然不行。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。因為，他作的是有機化合物的微量元素分析，他的樣品溶解在有機試劑中，他選擇原子化溫度為2300℃，但他選擇80℃的干燥溫度，當然不行。因為筆者的實(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：水溶液應選100-120℃的干燥溫度為好；有機溶劑則應選120-130℃才能將水份蒸發(fā)掉。他選80℃的干燥溫度，樣品中的有機溶劑蒸發(fā)不了。此時(shí)如果保護氣有點(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(xiàn)的選擇也是很重要的。因為，如果吸收線(xiàn)選擇不恰當，當分析線(xiàn)附近有其它非吸收線(xiàn)存在時(shí)，會(huì )使靈敏度降低、工作曲線(xiàn)彎曲，如Ni，在靈敏線(xiàn)232.0nm附近有231.98nm、232.14nm、231.6nm三根線(xiàn)，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，而選擇吸收系數低的次靈敏線(xiàn)Ni 341.48nm作為吸收線(xiàn)。又如：用火焰法作K的分析時(shí)，我們一般都不用紅外區的靈敏度K766.5nm作為分析線(xiàn)，而用可見(jiàn)區的次靈敏線(xiàn)K404.4nm作為分析線(xiàn)；這樣可以降低干擾、可以提高分析結果的可靠性。綜上所述，原子吸收分光光計的使用者們，必須要認真選擇分析條件。認真搞清主要技術(shù)指標的物理意義及其對分析誤差的影響筆者經(jīng)常碰到一種很怪的現象：許多分析工作者對自己所使用的原子吸收分光光度計儀器的主要技術(shù)指標的物理意義以及這些技術(shù)指標對分析測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、不去研究。筆者認為，這是影響我國分析測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）的信號的試樣濃度或試樣的量（σ為標準偏差）；它與儀器的噪聲N、邊緣能量等多種因素有關(guān)，它直接影響分析結果的重復性。它是一項最重要、最關(guān)鍵的技術(shù)指標。它決定儀器的最大檢測能力。是衡量一臺原子吸收分光光度計儀器好壞的最重要的標志之一。但我國許多原子吸收分光光度計儀器生產(chǎn)廠(chǎng)不給出檢出限這項技術(shù)指標。而用戶(hù)在A(yíng)AS 儀器驗收時(shí)，竟也同意通過(guò)儀器驗收，同意在驗收單上簽字。又如：邊緣能量，它的物理概念有兩層意思：一是在A(yíng)s、Cs兩條特征線(xiàn)時(shí)，儀器都能達到100%（即能調滿(mǎn)度）；二是在A(yíng)s、Cs 兩條特征線(xiàn)時(shí)，噪聲N都能達到±0.03Abs（國家計量檢定規程要求）。邊緣能量同樣也是一項非常重要的技術(shù)指標，它影響儀器的信噪比，直接影響儀器的檢出限，而有的使用者卻認為它不重要。曾經(jīng)有人與筆者爭論：他認為邊緣能量不重要，他認為影響邊緣能量這個(gè)指標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)系統的有關(guān)光學(xué)組件、光譜帶寬、電子學(xué)、計算機硬件、計算機軟件等等。筆者認為，如果一個(gè)使用者對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用好這個(gè)技術(shù)指標。還有：特征濃度和特征量這兩項技術(shù)指標，也是一切原子吸收分光光度計使用者必須高度重視和需要特別注意的技術(shù)指標，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)所對應的樣品的量。其計算公式為Qc=CxHx0.0044/A(g)；但是，有許多使用者搞不清楚計算公式中的0.0044是怎么回事，甚至有的原子吸收分光光度計儀器設計者也搞不清楚這個(gè)問(wèn)題。有人把它說(shuō)成是一個(gè)系數，這是一個(gè)最基本的、概念上的錯誤。其實(shí)，產(chǎn)生1% 吸收，就是透過(guò)率（T）為99%；根據比耳定律的數學(xué)表達式：A=-LOGT，所以，A=-LOGT=-LOG(99/100)=0.0044(Abs)。因此，0.0044 不是一個(gè)系數，而是表征1% 吸收所對應的吸光度值。

   本文所提出的影響原子吸收分光光度計分析誤差的主要因素、用好原子吸收分光光度計必須注意的三個(gè)問(wèn)題，都只是筆者根據自己的使用實(shí)踐并綜合了部分文獻后提出來(lái)的，可能不全面，甚至可能有錯誤。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使用者們對研究、尋找原子吸收分析誤差產(chǎn)生原因的重視。對如何用好原子吸收分光光度計這個(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的原子吸收分析工作者中引出一場(chǎng)爭鳴，希望進(jìn)一步促進(jìn)我國原子吸收分光光度計儀器水平的提高和原子吸收分析技術(shù)水平的提高。