原子吸收光谱法检测技术研究综述

许文艳 ，李晓蓉 ，郭 斌

（1.甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，甘肃 兰州 730070）

原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）自1955年作为一种分析方法问世以来，先后经历了初始的序幕期、爆发性的成长期、相对稳定期和智能化飞跃期，并得以迅速的发展与普及，如今已成为一种倍受人们青睐的定量分析方法。原子吸收光谱法以其检测速度快、灵敏度高、检测元素多、前处理简单等特有的优势，已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法［1］。在农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等检测中发挥着重要的作用。

1 检测原理

原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。

2 原子吸收光谱仪结构

2006年，何华焜等综述了原子吸收光谱仪的光源、原子化器、光学系统、检测系统和显示装置等关键部件［2］。

2.1 光源

光源的功能是发射被测元素的特征共振辐射。空心阴极灯是能满足各项要求的理想的锐线光源，应用最广。现在有部分厂家把二极管激光器光源引进AAS领域，使得各种小型、微型的专用AAS实验仪器装置得到了广泛的应用。

2.2 原子化器

原子化器提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。在原子吸收光谱分析中，试样中被测元素的原子化是整个分析过程的关键环节。实现原子化的方法，最常用的有2种，一是火焰原子化法，它是原子光谱分析中最早使用的原子化方法，至今仍在广泛地被应用；二是非火焰原子化法，其中应用最广的为石墨炉原子化法。

2.3 光学系统

光学系统由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。分光器的关键部件是色散元件，商品仪器均为光栅。光栅放置在原子化器之后，阻止来自原子化器内的所有不需要的辐射进入检测器。2005年，李昌厚等从信噪比、性价比等方面评述了原子吸收光谱仪中采用1 200条/mm的平面光栅优于采用1 800条/mm的平面光栅［3］。

2.4 检测系统

原子吸收光谱仪中广泛使用的检测器是光电倍增管，一些仪器也采用CCD作为检测器。

2.5 显示装置

近代的原子吸收光谱仪普遍采用了多位数字显示装置，这样能对信号稳定性处理的更快、更好［4］。

3 原子化法分类

3.1 火焰原子化法

适用于测定易原子化的元素，是原子吸收光谱法应用最为普遍的一种，有较高的灵敏度和检测极限，且重现性好，易于操作。通过火焰的燃烧作用，使试样原子化。试液与燃气在雾化室充分混合后进入火焰燃烧，按试样在火焰中的行为，火焰内大致可以分为干燥区和蒸发区、原子化区和电离区。试样在火焰中的原子化程度与温度有关，过低的温度不利于被测元素分解成基态原子，过高能引起基态原子电离，降低灵敏度［5-10］。

3.2 石墨炉原子化法

火焰原子化虽好，但缺点在于仅有10%的试液被原子化，而90%由废液管排出，这样低的原子化效率成为提高灵敏度的主要障碍，而石墨炉原子化装置可提高原子化效率，使灵敏度提高10～200倍。而且其检测限很低，对许多元素测定比火焰法低2～3个数量级。试样用量少，每次测定仅需5～100 uL，能直接对粘度很大的样液、悬浮液和固体样品进行分析［11-14］。

3.3 氢化物原子化法

氢化物原子化法是低温原子化的一种。由于某些易形成氢化物的元素，如Sb、As、Bi、Pb、Se、Te、Hg和Sn用火焰原子化法测定时灵敏度很低，而这些元素在酸性介质与强还原剂硼氢化钠（或钾）反应得到气态氢化物，这种气态氢化物可将待测元素分离并富集，因此可减轻甚至完全消除干扰。可将检测限降低至ng/mL级的浓度［15-20］。

3.4 冷原子吸收法

将试液中汞离子用SnCl2或盐酸羟胺还原为金属汞，然后用空气流将汞蒸气带入具有石英窗的气体吸收管中进行原子吸收测量。灵敏度和准确度都较高（可检出0.01 ug的汞），是测定痕量汞较好的方法［21-26］。

3.5 其余原子化法

溅射原子化法，适用于易生成难溶化合物的元素和放射性元素。电极放电原子化法，适用于难熔氧化物的金属Al、Ti、Mo、W的测定。等离子体原子化法，适用于难熔金属Al、Y、Ti、V、Nb、Re。激光原子化法，适用于任何形式的固体材料，如测定石墨中的 Ca、Ag、Cu、Li［27-30］。

4 原子吸收光谱法的优缺点

2006年，何祥来等对原子吸收光谱法的一系列优点进行了综述［28］，认为AAS具有很大的优越性，具有选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能力强、精密度高等优点，这也是它迅速发展的内在原因。但是原子吸收光谱法也存在一定的缺点。2009年，李琳琳等对AAS的缺陷进行了评述［29］，原子吸收光谱法一方面不能多元素同时分析，还不能测定共振线处于真空紫外区域的元素如P、S等；另一方面标准工作曲线的线性范围比较窄。因此，充分认识到原子吸收光谱法的优点和缺点，更有利于分析检测工作的进行。

5 原子吸收光谱法的应用

原子吸收光谱法凭借其本身的特点，现已广泛的应用于工业、农业、生化制药、地质、冶金、食品检验和环保等领域，并且该法已成为金属元素分析的最有力手段之一，通过使用原子吸收光谱仪利用间接法也可以对多种有机物进行测定，如 8- 羟基喹啉（Cu）、醇类（Cr）、酯类（Fe）、氨基酸（Cu）、维生素C（Ni）、含卤素的有机物（Ag）等多种有机物，都可通过与相应的金属元素之间的化学计量反应而间接测定［30-34］。

6 展望

原子吸收光谱法测定样品中的重金属具有灵敏、高效、准确等优点。根据待测金属种类和浓度的不同，实验中需要选择石墨炉、火焰和氢化物发生等原子吸收光谱，并结合适当的预处理手段，其中消化设备、改进剂、消解试剂和消解温度等均直接影响测定结果的准确性［35-40］。但是，由于样品种类繁多，相关标准和法规的制定需要借助更大量的检测实验和更先进的检测手段。为了更准确和快速地测定样品中的金属元素，原子吸收光谱还经常与其他检测手段联用，比如原子吸收光谱与高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳等联用。可以预测，原子吸收光谱法的应用、完善和创新必将带动农产品质量安全的监管以及相关检测标准的完善［41］。

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