影响原子吸收分光光度计分析测试误差的因素

  原子吸收分光光度计是集光、机、电、计算机四位一体的、技术密集的高科技产品。目前，原子吸收分光光度计仪器和应用都发展很快，特别是应用方面的发展更快，它已在无机化学、有机化学、医疗卫生、农业科学、材料科学、生命科学、环保、商检、食品、水质、地质、冶金等领域的科研、生产工作中得到非常广泛的应用，尤其是近几年，在医疗、卫生领域，AAS的应用更加倍受重视，它已在医疗、卫生领域中被用于人体组织和体液中的主量元素（Na、K、Ca、Mg）、必需的微量元素（Fe、Cu、Zn、Mn、Cr、Se、Co、Mo、V）的分析，医疗用非必需元素（Al、Au、Bi、Li、Po）和有毒有害微量元素（Pb、Cd、Ag、As、Ti、Hg）的分析。特别是对血液、头发、尿液和组织中的微量元素（Se、Ge、As、Hg、Pb）的分析，国际上都普遍采用AAS。农业环保中，近几年普遍用AAS 来分析粮食、种子、蔬菜、茶叶、水果、土壤中的农药残留物（As、Hg、Se、Sb）；商检、食品中，AAS 的应用也很普遍，如：对化妆品、金属、肉类、鱼类、酒类、口服液、奶类、奶制品等中的As、Hg、Se、Pb、Ge 等的分析就是。冶金：金属中的有害元素或杂质的分析，如：As、Bi、Pb、Sb、Sn 的分析；特别是对As 的分析，更加普遍。因为As 的含量太高时，会使钢铁断裂。水质（饮用水）分析：水中重金属元素检测，如：Hg、As、Se、Pb、Cd 等的检测就是。环境监测中的应用：对土壤、水、空气污染的调研，如：对As、Sb、Hg、Se、Sn、Ge 等的检测。地质找矿普查、详查和异常评价，如对Hg、Se、Te、Pb、Sn、Ge、As、Sb、Bi 等的分析。

  由于近几年来，生命科学、材料科学、环境科学的大发展，笔者预计，在今后的几年里，原子吸收分光光度计的应用范围将会以人们意想不到的速度扩大。其覆盖面的增加速度，将会以几何级数递增。原子吸收分光光度计将在上述领域的科研、生产工作中起到人们意想不到的巨大作用。但是，要用好原子吸收分光光度计并不是一件容易的事。主要是因为影响原子吸收分光光度计分析误差的因素太多。本文将根据笔者的使用实践，并结合有关文献，从最常用的火焰法和石墨炉法两个方面来讨论影响原子吸收分光光度计分析误差的主要因素和如何用好原子吸收分光光度计等问题。影响火焰法原子吸收分光光度计分析误差的主要因素，归纳起来大约有36 个以上：1、火焰高度；2、吸收线（灵敏线和次灵敏线）；3、火焰温度；4、火焰稳定性；5、燃气和助燃气的质量；6、助燃比；7、雾化率；8、气体流量大小；9、气体流量稳定性；10、试样的吸喷量；11、原子化效率；12、扣背景方式；13、扣背景水平；14、光源强度；15、光源的热稳定性；16、光源的电源稳定性；17、灯电流大小；18、边缘能量；19、波长范围；20、波长准确度；21、波长重复性；22、杂散光；23、透镜的色差；24、透镜的透过率；25、光栅的闪耀波长；26、光栅的反射率；27、单色器中反射镜的反射率；28、光谱带宽（SBW）；29、光电倍增管（PMT）；30、PMT高压；31、放大器的噪声；32、放大器的漂移；33、数据处理方法（计算方法）；34、环境（电、磁场）干扰；35、环境温度；36、整机供电电源等。以上36个因素中，只要有一个不好，就不可能得到好的分析结果，就将严重影响分析测试结果的可靠性。这些因素都是研制者（或生产者）如何保证火焰AAS 仪器质量、使用者如何选择和用好火焰AAS 仪器时应高度重视的问题。

   石墨炉法AAS影响石墨炉法原子吸收分光光度计分析误差的主要因素，归纳起来大约有49 个以上：1、光源强度；2、吸收线（灵敏线和次灵敏线）；3、光源灯泡稳定性（热稳定性）；4、光源电流稳定性（纹波、漂移等）；5、石墨管结构（平台、普通）；6、石墨管加热方式（纵向、横向）；7、石墨管温度稳定性；8、原子化效率；9、扣背景方式（氘灯、自吸、塞曼）；10、扣背景能力；11、升温速度；12、加温方式；13、干燥温度；14、干燥时间；15、灰化温度；16、灰化时间；17、原子化温度；18、原子化温度保持时间；19、清洗温度；20、清洗时间；21、边缘能量；22、波长范围；23、波长准确度；24、波长重复性；25、杂散光大小；26、透镜的色差；27、透镜的透过率；28、光栅的闪耀波长；29、光栅的反射率；30、单色器中反射镜的反射率；31、SBW；32、PMT（Id；Gan）；33、PMT 高压（I0；SD；SR）；34、放大器增益；35、放大器漂移；36、电子学系统的噪声；37、数据处理（计算方法）；38、进样技术（手动）；39、环境中电、磁场干扰；40、环境温度；41、环境中振动源干扰；42、供电电源（电流；电压）；43、保护气种类；44、保护气质量；45、保护气流速；46、内气和外气比例的选择；47、计算公式（非线性拟合方程）；48、标准溶液是否标准（制备方法、浓度大小）；49、空白溶液的选择（火焰时，空白溶液不能为0，否则不稳；测量RSD 时，一般空白溶液为0.5% 的硝酸）等。以上49个因素中，只要有一个不好，就不可能得到好的分析结果，就将严重影响分析测试结果的可靠性。这些因素都是研制者（或生产者）如何保证石墨炉AAS 仪器质量、使用者如何选择和用好石墨炉AAS仪器时应高度重视的问题。综上所述，影响原子吸收分光光度计分析误差的因素很多。那么，如何才能用好原子吸收分光光度计呢？或者说，如何才能保证原子吸收分光光度计的分析误差最小呢？笔者从实践中深深体会到，要用好原子吸收分光光度计，要保证分析误差最小，使用者必须要注意以下三个问题：3.1 认真选择分析条件、保证仪器工作在最佳状态：不管是火焰法还是石墨炉法，在分析工作中，对那么多影响原子吸收分光光度计分析误差的因素中，只要有一个因素选择不当，就会造成很大的分析误差，甚至使分析测试得不出结果。有时，对同一个样品，在同一台仪器上，由于仪器条件选择不同，分析误差会有绝缘不同的结果。因此，笔者认为：作原子吸收分析工作碰到问题时，首先要仔细考虑你的仪器条件的选择是否合适、样品处理是否得当。笔者经常碰到一些科技工作者，在使用原子吸收分光光度计时，由于缺少经验，一碰到问题就怀疑是仪器有问题，就急忙找生产厂。可是，厂家的工程师来检查仪器后，告知仪器没有问题。笔者认为，使用者碰到问题应该自己多动脑子，首先应从仪器条件的选择方面多下功夫。同时，还要从样品的处理、进样问题等方面多加考虑。要反复试验、反复摸索。只有这样，才能用好原子吸收分光光度计，才能提高自己的分析技术水平。笔者认为：分析条件的选择，是原子吸收分析工作者要解决的首要问题。从以下例子，就能非常典型的说明这个问题；曾经有人对笔者讲：某某原子吸收分光光度计的分析误差很大。他说他用石墨炉法作Cd分析时，相对误差达到35% 以上。笔者问他如何选择分析条件时，他说：选择灰化温度1000℃，斜坡升温速率80℃/s，原子化温度1500℃。笔者告诉他，他的分析误差很大是因为仪器条件没有选择好。因为，灰化温度是最重要的参数。一般来说，选择灰化温度的原则有两个方面：一是足够高的温度和足够长的时间，以有利于灰化完全和降低背景的吸收；二是要尽可能低的灰化温度和尽可能短的时间，以保证待测元素不被灰化。作Cd 的灰化温度一般都在500℃左右（笔者经常在不加添加剂的情况下，选择500℃的灰化温度作Cd 的分析，效果都很好）；若选择灰化温度为1000℃，本文所提出的影响原子吸收分光光度计分析误差的主要因素、用好原子吸收分光光度计必须注意的三个问题，都只是笔者根据自己的使用实践并综合了部则样品也被挥发掉一部分。这是分析误差很大的原因之一。同时，他选择的斜坡升温速率80℃/s也不对。因为，升温速度太快时，有可能样品会突然冒烟，会使待测元素受到损失。一般来说，对复杂样品的斜坡升温速率都应在25-50℃/s，即使是简单样品，也应低于50℃/s的斜坡升温速率。他选择斜坡升温速率为80℃/s，当然不行。这是他的分析误差很大的原因之二。因此，他的分析误差达到35% 以上是必然的。又如：某某大学的一位教授，在用石墨炉法作分析工作时，他发现石墨管经常断裂，有时做一个样品就要断一根石墨管。于是，他就认为是石墨管的质量问题。其实，是他的干燥温度没有选择好。因为，他作的是有机化合物的微量元素分析，他的样品溶解在有机试剂中，他选择原子化温度为2300℃，但他选择80℃的干燥温度，当然不行。因为笔者的实践证明：一般来说，干燥温度要稍高于溶剂的沸点，如：水溶液应选100-120℃的干燥温度为好；有机溶剂则应选120-130℃才能将水份蒸发掉。他选80℃的干燥温度，样品中的有机溶剂蒸发不了。此时如果保护气有点问题，原子化时2300℃的高温瞬时升上去，石墨管就有可能会断裂。还有：吸收线的选择也是很重要的。因为，如果吸收线选择不恰当，当分析线附近有其它非吸收线存在时，会使灵敏度降低、工作曲线弯曲，如Ni，在灵敏线232.0nm附近有231.98nm、232.14nm、231.6nm三根线，即使用很窄的光谱带宽（SBW）也难以分开；所以，有时宁愿牺牲灵敏度，而选择吸收系数低的次灵敏线Ni 341.48nm作为吸收线。又如：用火焰法作K的分析时，我们一般都不用红外区的灵敏度K766.5nm作为分析线，而用可见区的次灵敏线K404.4nm作为分析线；这样可以降低干扰、可以提高分析结果的可靠性。综上所述，原子吸收分光光计的使用者们，必须要认真选择分析条件。认真搞清主要技术指标的物理意义及其对分析误差的影响笔者经常碰到一种很怪的现象：许多分析工作者对自己所使用的原子吸收分光光度计仪器的主要技术指标的物理意义以及这些技术指标对分析测试误差有多大的影响都不清楚，或者说不大清楚；但他们又不去学习、不去研究。笔者认为，这是影响我国分析测试水平提高的最重要的原因之一，如：检出限，它的物理概念是能产生大于或等于2 σ（或3 σ）的信号的试样浓度或试样的量（σ为标准偏差）；它与仪器的噪声N、边缘能量等多种因素有关，它直接影响分析结果的重复性。它是一项最重要、最关键的技术指标。它决定仪器的最大检测能力。是衡量一台原子吸收分光光度计仪器好坏的最重要的标志之一。但我国许多原子吸收分光光度计仪器生产厂不给出检出限这项技术指标。而用户在AAS 仪器验收时，竟也同意通过仪器验收，同意在验收单上签字。又如：边缘能量，它的物理概念有两层意思：一是在As、Cs两条特征线时，仪器都能达到100%（即能调满度）；二是在As、Cs 两条特征线时，噪声N都能达到±0.03Abs（国家计量检定规程要求）。边缘能量同样也是一项非常重要的技术指标，它影响仪器的信噪比，直接影响仪器的检出限，而有的使用者却认为它不重要。曾经有人与笔者争论：他认为边缘能量不重要，他认为影响边缘能量这个指标的因素只是光电倍增管。其实不然，边缘能量很重要。影响这个指标的因素除光电倍增管外，还有光源、火焰、石墨炉、光栅、光学系统的有关光学组件、光谱带宽、电子学、计算机硬件、计算机软件等等。笔者认为，如果一个使用者对影响边缘能量的因素也搞不清楚，他就不可能正确选择和运用好这个技术指标。还有：特征浓度和特征量这两项技术指标，也是一切原子吸收分光光度计使用者必须高度重视和需要特别注意的技术指标，它们的定义非常明确。如：特征量，它的物理概念是指能产生1% 吸收时所对应的样品的量。其计算公式为Qc=CxHx0.0044/A(g)；但是，有许多使用者搞不清楚计算公式中的0.0044是怎么回事，甚至有的原子吸收分光光度计仪器设计者也搞不清楚这个问题。有人把它说成是一个系数，这是一个最基本的、概念上的错误。其实，产生1% 吸收，就是透过率（T）为99%；根据比耳定律的数学表达式：A=-LOGT，所以，A=-LOGT=-LOG(99/100)=0.0044(Abs)。因此，0.0044 不是一个系数，而是表征1% 吸收所对应的吸光度值。

   本文所提出的影响原子吸收分光光度计分析误差的主要因素、用好原子吸收分光光度计必须注意的三个问题，都只是笔者根据自己的使用实践并综合了部分文献后提出来的，可能不全面，甚至可能有错误。但笔者希望抛砖引玉，通过本文引起广大原子吸收分光光度计使用者们对研究、寻找原子吸收分析误差产生原因的重视。对如何用好原子吸收分光光度计这个非常重要的问题开展讨论和研究；笔者希望以此在我国的原子吸收分析工作者中引出一场争鸣，希望进一步促进我国原子吸收分光光度计仪器水平的提高和原子吸收分析技术水平的提高。