原子吸收光譜或 AAS 是一種測量不同材料中金屬元素濃度的技術。

作為一種分析技術，它使用來自光源的電磁波長。

不同的元素會以不同的方式吸收這些波長。它給出了正在測試的任何材料或液體中特定元素的濃度的圖片。

在這里，我們將了解 AAS 作為一種分析技術所涉及的內容、它可以測量的內容、它為何有用以及執行它所涉及的儀器。

什么是原子吸收光譜？

光譜學是研究輻射能量和材料如何相互作用的研究。物質吸收能量，這將在其狀態中產生某種變化。

原子部分是指材料中的原子，它將吸收來自光源的輻射能量。

這些原子在吸收能量方面各有特點，因為每種元素都有獨特的電子結構。

因此，使用 AAS，您可以根據在定義波長處吸收的光量來測量材料中的特定元素，該波長對應于您正在測試的元素的已知特性。

AAS 測量的元素的典型校準曲線

注意： AAS 也稱為原子吸收光譜法。光譜學和光譜測量法之間的區別在于，光譜學是研究能量和材料如何相互作用，而光譜測量法是指如何將其作為一種測量技術應用。出于實際目的，您使用哪個術語并沒有真正的區別。

原子吸收光譜是什么時候首次使用的？

作為一種現象，原子吸收光譜法于 1802 年首次被發現，當時英國科學家威廉·海德·沃拉斯頓（William Hyde Wollaston）觀察并描述了太陽光譜中的暗線。

1817 年，德國物理學家約瑟夫·馮·弗勞恩霍夫 (Josef von Fraunhofer) 仔細繪制了這些光譜吸收線，現在以他的名字命名。

1860 年，科學家古斯塔夫·基爾霍夫 (Gustav Kirchhoff) 和羅伯特·本生 (Robert Bunsen) 的工作發展了光譜化學分析理論。

基爾霍夫和本生開發了分光鏡，將光分成波長。

直到 1930 年代，這種技術才得到更廣泛的應用。

然而，原子吸收光譜作為一種現代化學分析技術可以追溯到 1955 年，當時出生于蘭開夏郡的科學家Alan Walsh在澳大利亞墨爾本發表了關于 AAS 潛力的重要論文。

Walsh 的突破來自于他意識到他需要測量光的吸收而不是發射。

這導致了 AAS 新技術的發展。第一個商用儀器出現在 1960 年代。

從那時起，隨著 AAS 的發展，隨著包括自動化和計算機在內的新技術的不斷應用，它已成為一種極其可靠的分析技術。

它快速、靈敏、具體且用戶友好。

為什么要使用原子吸收光譜法？

AAS 提供了高度的準確性。

通常結果的準確度在 0.5% 到 5% 的范圍內，但這可能會進一步提高，具體取決于為測試和分析設定的標準。

它是一種高度靈敏的分析方法。

在給定的材料中，它可以測量十億分之一克。

在醫學和制藥等應用中，AAS 幫助徹底改變了實踐，檢測微量毒素等物質。

在某些領域，這種方法已經能夠檢測出人們以前不知道存在于某些材料中的元素，例如土壤中的鈷和鉬。

這種技術非常適合到達其他人跡罕至的地方，例如礦山，以測試巖石是否值得開采。

現代 AAS 系統是一種相對便宜的準確檢測特定元素的方法。

什么時候應該使用原子吸收光譜法？

原子吸收光譜在工業、臨床和研究環境中具有不同的實驗室和測試應用，是各種過程中的關鍵組成部分。

這些過程包括：

• 質量控制

• 毒理學

• 環境測試

作為一種方法，AAS 可以分析各種材料中某些金屬的含量。

• 在環境檢測中，可以測量河流、飲用水和海水中各種元素的濃度。

• 在食品和飲料行業，它可以測量葡萄酒、啤酒和果汁飲料中各種元素的濃度，并測試食品中的污染類型。

• 對于制藥公司，AAS 可以確定用于藥物制造和其他雜質的微量催化劑材料。

• 在工業中，有不同的原材料需要檢驗和分析，以檢查它們是否含有足夠量的某些主要元素，并且沒有太多的雜質，其中一些可能是有毒的。

• 在采礦中，AAS 可以在挖掘作業之前測試有價值材料的濃度。

• AAS 用于農業，分析植物和土壤的礦物質含量。

• 金屬和其他物質會對石油和天然氣產生不良影響，這就是石化行業使用 AAS 的原因。

• 該技術還支持核工業中的關鍵測試，其中廢物和水的輸出中可能存在潛在的危險元素。

為什么原子吸收光譜很重要？

金屬自然存在于我們周圍的世界中，地球上大約四分之三的化學元素是金屬。

有時材料中的金屬含量是可取的，但金屬也可能是污染物。因此，測量金屬含量是許多不同過程的關鍵部分。

盡管原子吸收光譜多年來一直是分析金屬元素材料的成熟方法，但它仍然是一種基準技術。

這是因為它比其他方法具有更高的靈敏度，并且限制更少。

對于一些液體樣品，它可以提供直接分析。

它還可以在非常小的樣本量下準確地工作，使其成為一種快速、高效和經濟的測試方法。

各個行業和部門都依賴這種形式的測試，以確保他們的產品或他們正在加工的材料充分不受污染，或含有適當程度的某些金屬元素以支持其內在價值。

在臨床分析中，AAS 可以檢測全血、血漿、尿液、唾液、大腦和肌肉組織、肝臟和頭發中的金屬。

原子吸收光譜可以提供寶貴支持的一個例子是測量魚類中的汞含量。汞對人類有毒，但它作為金屬元素存在于環境中。這對食物鏈構成了潛在的危害。

汞可能是各種過程中產生的污染物，例如發電廠、金屬加工和水泥生產。這種汞空氣污染隨后會進入河流、湖泊和海洋。

一種稱為生物放大的過程會在金槍魚、旗魚和鯊魚等掠食性魚類中增加甲基汞水平。它也可以存在于某些貝類中。甲基汞對人體有毒。

利用原子吸收光譜的先進功能，可以快速準確地測試魚樣品。

AAS 是全球公認的分析方法，也是科學研究的重要工具。

原子吸收光譜如何工作？

元素存在于電磁波譜中，它們的原子會吸收與其特定特性相關的光波長。

在原子吸收光譜分析過程中，這些原子會吸收特定波長的電磁輻射。這會產生一個可測量的信號。

通過查看這些信號，可以確定被測材料中特定金屬的百萬分之幾或 ppm 水平。

是什么產生了這些信號？

在一個原子內，有不同能級的電子。在光譜過程中，能量的吸收將電子移動到更高能級。

電子吸收的輻射能與此過程中發生的躍遷直接相關。原子在激發態吸收光。原子吸收測量共振波長的光量，它穿過原子云并被它們吸收。

一旦激發的電子再次開始弛豫，它們就會以光子的形式發射能量。

每個元素都有自己獨特的電子結構。因此，吸收的輻射代表了每個元素的獨特屬性。

原子吸收光譜測量什么？

通過測量光譜過程中吸收的光量和發射的能量來確定材料中特定元素的含量。

這些光波長在吸收前后的變化將在讀數中顯示為能量吸收峰。

這是原子吸收光譜，用于測量材料和液體中的金屬濃度。

原子吸收光譜可以測量哪些元素？

原子將通過其自身特定的波長模式吸收能量，因為它具有獨特的電子配置。

原子吸收光譜可以基于這些獨特的配置測量材料中的已知元素。

這些元素都是金屬的。在元素周期表中，它們是具有某些共同性質的元素：

• 金屬往往是熱和電的良導體

• 大多數金屬的密度很高，但可以分解成片狀

• 如果暴露在海水或空氣中，大多數金屬都會腐蝕

• 它們可以有光澤且有延展性，這意味著您可以將它們制成金屬絲

• 它們在室溫下呈固態，但汞除外

• 大多數金屬在反應時會失去電子

與非金屬（如氧和氯）相比，金屬元素更多。

以下是原子吸收光譜可以測量的金屬元素列表，其元素周期表符號顯示在括號中：

• 鋁 (Al)

• 銻 (Sb)

• 鋇 (Ba)

• 砷（As）

• 鈹 (Be)

• 鎘 (Cd)

• 鈣 (Ca)

• 鉻 (Cr)

• 鈷 (Co)

• 銅 (Cu)

• 鎵 (Gu)

• 鉿 (Hf)

• 銦 (In)

• 鐵 (Fe)

• 鉛 (Pb)

• 鋰 (Li)

• 鎂 (Mg)

• 錳 (Mn)

• 汞 (Hg)

• 鉬 (Mo)

• 鎳 (Ni)

• 鈮 (Nb)

• 鋨 (Os)

• 鉀 (K)

• 釕 (Ru)

• 銀（銀）

• 鈉 (Na)

• 鍶 (Sr)

• 鉈 (Tl)

• 錫 (Sn)

• 鎢 (W)

• 釩 (V)

• 鋅 (Zn)

• 鋯 (Zr)

為什么原子吸收光譜僅限于金屬？

盡管眾所周知 AAS 可以作為一些半金屬（例如硼和硅）的測量技術，但金屬效果最好。

一個主要原因是金屬元素中的原子更容易閱讀。

為了使 AAS 有效，材料中的原子必須是隔離的，并且沒有可能的分子污染線。

金屬通常具有狹窄、單一的發射和吸收線，形成明亮清晰。

這允許進行原子吸收光譜所需的選擇性檢測。

原子吸收光譜是否具有破壞性？

原子吸收光譜中涉及的過程意味著它最終對樣品具有破壞性。

必須首先將樣品轉化為原子氣體，然后使用 AAS 對其進行分析。

• 對于液體樣品，這涉及蒸發

• 蒸發固體樣品

• 然后任何化合物都必須分解成自由原子，這個過程就是原子化

然而，AAS 只需要很小的樣本量就可以工作。

這可以低至 10 毫克，通常在移除時幾乎不會造成損壞。

您如何進行原子吸收光譜法？

要進行原子吸收光譜法，您需要三個主要組件：

• 一個光源

• 您正在采樣的單元格

• 一種測量樣品將吸收的光的方法。

一旦轉化為蒸汽，樣品就會被霧化。然后一束電磁束穿過它。樣品會吸收一些這種輻射。

AAS 測量與被測元素的原子數成正比的光吸收量。

有兩種霧化樣品的方法：

• 火焰抽吸涉及將溶液吸入火焰中，其中大部分溶液被蒸發。

• 電熱霧化，將樣品放置在中空管中，一旦加熱，就會完全蒸發。

汽化后，樣品準備好進行測量。

樣品的制備需要稱重，然后將其稀釋成溶液。

在大多數情況下，汽化將樣品轉化為自由原子，無論其原始化學成分如何。

AAS 過程還需要校準曲線，這將有助于根據之前在已知濃度下的測量結果確定您正在測試的元素的濃度。

測量儀器，稱為光譜儀，針對特定元素進行校準。這種校準可以重新調整，具體取決于樣品的濃度。

一旦樣品被送入儀器，它將顯示在儀器的校準曲線上。

AAS 中使用的普通光源是空心陰極燈。這種類型的燈包含一個由被分析元素制成的空心陰極和一個陽極電極。

兩者都密封在一個充滿惰性氣體的空心管中。

氣態離子轟擊陰極，噴射出金屬離子。陰極將這些發射的大部分離子集中成束，該束穿過石英窗。

通常，原子吸收光譜儀會針對不同的元素配備幾種不同的燈。

對于某些元素，有必要采取預防措施，以防止其他原子或分子在 AAS 過程中吸收背景中的一些光源而污染讀數。

一種方法是使用兩個光源，一個陰極燈和一個氘燈，它們產生寬帶輻射，但不產生特定的光譜線。

通過在兩個燈之間交替測量，操作員可以從總讀數中減去背景吸收量，只留下分析所需的數字。

該光譜儀還包含一個單色儀。這是一種選擇和傳輸特定波長或光譜線的光學設備。

它從陰極燈中選擇適合元素的特定光，并將其引導到檢測器上。

這會產生與光強度成比例的電信號。

作為一種控制形式，雙光束光譜儀將分束光束。一束光僅供參考，吸光度設置為零，另一束穿過原子池。

通過不斷監測光源和參考光束，您可以確保光譜不會失去靈敏度，因為光源的強度可能并不總是保持不變。

什么設備用于執行原子吸收光譜？

執行原子吸收光譜法需要各種基本設備：

• 霧化器

• 光源

• 光譜儀

• 探測器

實際上，光譜儀是一個包含所有這些元素的系統。

它通常包括：

• 爐子和火焰

• 霧化室

• 鏡子

• 陰極燈和燈轉盤

• 氘 (D 2 ) 燈

• 光束選擇器

• 光子探測器

還有各種附件來補充核心 AAS 設備，例如用于樣品制備的自動稀釋器系統和連續流動蒸汽發生系統。

因為要分析的原子必須處于氣相狀態，所以加熱對于該過程至關重要。

AAS 中使用的爐子由石墨制成。它是石墨管的形式。這會產生熱能來破壞樣品的化學鍵，從而產生用于分析的自由原子。

此過程分為三個步驟：

• 干燥，從樣品中去除溶劑

• 灰化，去除任何有機和無機材料

• 原子化，產生自由原子。

AAS 光譜儀的光路由一個光源組成，該光源以適合分析元素的波長發射。該光將被樣品以與分析物濃度等比例吸收。剩余的光被檢測器接收。吸收的光強度越多，樣品中分析物的濃度就越高火焰，通常是槽式燃燒器，用于分析流體。它使它們蒸發以產生氣體。

霧化室將樣品吸入火焰，然后以液滴形式施加。

鏡子引導來自陰極燈和D 2燈的光束，光束選擇器將光束分成分量波長。

光子探測器以光子計數光。光子是基本粒子，是電磁場中最小的光粒子。

除了執行 AAS 的設備外，該系統還需要合適的支持軟件。

該軟件可實現精確的儀器控制，以及采集、操作和解釋過程生成的數據。

原子吸收光譜有什么好處？

火焰和石墨爐 AAS 與 ICP-OES 和 ICP-MS 的比較靈敏度范圍和檢測限比較作為一種分析技術，AAS 有幾個明顯的好處：

• 它是準確的，通常會產生 0.5% 到 5% 范圍內的結果

• 作為一種檢測方法，它非常靈敏，測量單位為百萬分之幾 (ppm)

• 它可以分析特定元素，因為它們的原子具有獨特的吸光特性

• AAS 可以確定超過 65 種元素的濃度。

• 這是一個相對簡單的過程，借鑒了有據可查的協議

• AAS 允許高通量樣品

• 與其他分析技術相比，它價格低廉。

• AAS 支持廣泛的行業和部門，包括環境、化學、石化、食品和飲料以及制藥。