浅谈石墨炉原子吸收法在环境监测中的应用

柏云

摘  要：石墨炉原子吸收光谱法具有低检出限、灵敏度高、使用方便等优点，广泛应用于环境监测痕量分析。本文探讨了石墨炉原子吸收法的检测与分析原理，对分析方法、质量控制和应用进行了讨论。

关键词：石墨炉原子吸收法;环境监测;应用

石墨炉原子吸收法是一种分析被测元素原子的蒸气（原子化）吸收共振波长光的方法。实现原子化的方法有火焰法和非火焰法两种，石墨炉原子吸收法属于非火焰法。火焰分析溶液浓度一般为mg/L级 （ppm），石墨炉分析溶液浓度一般为ug/L级（ppb）。石墨炉原子吸收法还有灵敏度高（检测限低）、用量少样品利用率高、可直接分析样品、减少化学干扰、原子化效率高等优点。石墨炉原子吸收法用于测定痕量金属元素，在性能上优于其他许多方法，因而其应用领域十分广泛。

1 石墨炉原子吸收法的原理

1.1 检测分析原理

石墨炉原子吸收法在环境监测中主要用于样品中铜、铅、镉的测定。样品经过前处理后注入石墨炉中，预先设定的干燥、灰化、原子化、清炉的升温程序使共存基体成分蒸发除去，同时在原子化阶段的高温下铜、铅、镉化合物离解为基态原子蒸汽，经过并对空心阴极灯或者连续光源发射的特征谱线产生选择性吸收。在选择的最佳测定条件下，通过扣除背景，测定水样中铜、铅、镉的吸光度。铜、铅、镉的检出限分别为0.001mg/L、0.002mg/L、0.0001mg/L，测定下限分别为0.004mg/L、0.008 mg/L、0.0004mg/L。

1.2一般操作过程

石墨炉原子吸收分光光度法的操作以仪器型号ICE3500为例，包括开启石墨炉电源，开启循环冷却水机，打开氩气，输出压力为：0.1～0.2兆帕;编辑分析方法，每个方法都包括7项，分别是：概述、序列、光谱仪、石墨炉、校正、进样、QC;概述选项的编辑技术和自动进样器都选择石墨炉其余项默认;序列选项的编辑动作下面左击校正下方任意空白处可以插入动作，可以编辑试样空白，根据做样数量编辑样品数量，编辑完成后可以点击ASLG查看样品排列情况;光谱仪选项的编辑重复测样次数：1～3次，背景校正：选择氘灯;石墨炉选项的编辑石墨管是什么类型就选相对应的选项，可以是普通、涂层、ELC等;石墨炉原子吸收光度法分析过程有干燥、灰化、原子化和清炉四个阶段。

（1）干燥阶段：蒸发除处去试样的溶剂，如水分或各种酸溶液;温度100℃，一般默认软件设置的温度。

（2）灰化阶段：主要是基体和干扰物的灰化清除，保留待测元素;温度要自己做实验得知。

（3）原子化阶段：将待测元素转化为基态原子，供吸收测定;温度也要自己做实验得知。

（4）清炉阶段：此阶段是消除石墨管记忆效应，除去残留的;一般默认软件给的温度。

通过大量实验得知石墨炉型号ICE3500，做Pb时干燥温度是100℃，灰化温度是500℃，原子化温度是1300℃，清炉温度是2500℃;做Cd时干燥温度是100℃，灰化温度是300℃，原子化温度是1000℃，清炉温度是2500℃;做Cu时干燥温度是100℃，灰化温度是800℃，原子化温度是2100℃，清炉温度是2500℃。

校正选项的编辑方法选择线性最小二乘法拟合，浓度单位ug/L，主标准浓度根据你配制的浓度填写，曲线浓度设置根据设置的曲线点数和主标准浓度填写;进样选项的编辑进样准备智能稀释，工作体积大多数选择20UL，标准制备固定体积;QC选项的编辑一般默认即可。

2 石墨炉原子吸收法的分析与质控方法

2.1实验条件选择

给空心阴极灯加上适当的灯电流，预热灯。空心阴极灯一般要经过10～20分钟预热，才能保证电流输出稳定。仪器光路对光后，选择适宜的惰性气体、流量及石墨管类型。选择适宜的干燥、灰化、原子化、清炉温度与时间。

2.2干扰因素与消除

2.2.1基体干扰。加入易于分解挥发除尽，对石墨材料没有腐蚀作用的“超纯的”基质改性剂，它通过和试样基体、分析元素和石墨炉体三者相互作用，扩大基体和分析元素间的差异，减少基体干扰，避免分析元素灰化损失，最终提高分析的灵敏度和准确度。例如金属盐类化合物这种热稳定型的基体改进剂，它既可以与基体形成热稳定化合物，使之与分析元素分离，减少干扰，也可以与分析元素形成热稳定化合物，减少灰化损失。

2.2.2背景吸收。背景校正可选择氘灯校正或塞曼校正。氘灯扣背景：窄范围，宽线性;塞曼扣背景：宽范围，窄线性。

2.2.3谱线干扰。谱线干扰是指单色器光谱通带内除了元素吸收线外，还进入了发射线的邻近线或其它吸收线，从而导致分析方法的灵敏度和准确度下降。可采用降低灯电流、选择无干扰的其它吸收线、选用高纯度单元素的空心阴极灯、分离共存的干扰元素等方法抑制光谱干扰。

2.3质量控制方法

做实验方法的全程序空白，全程序空白的浓度测定值不能大于方法检出限;分析10个样品，应分析一次校准曲线中间浓度点，其测定结果与实际浓度值相对偏差应10%以内;每批样本，要有10%的试样进行平行双样和基体加标回收率的测定。平行样其相对标准偏差应在20%以内，加标回收率在80%-120%之间。

3 石墨炉原子吸收法在环境监测中的应用

石墨炉的检测限低，其检测精度虽然比火焰法高，但重复性不如火焰法， 设备复杂成本高但安全性能高。石墨炉样品用量少样品利用率高，可直接分析固体样品（不常用）和液体样品，减少化学干扰，原子化效率高， 石墨炉原子吸收法用于测定痕量金属元素，在性能上优于其他许多方法，因而其应用领域十分广泛。

4 结束语

总结起来，石墨炉法在环境监测中有如下几个特点：

（1）樣品具有较高的雾化效率，检测精度比火焰法高。

（2） 石墨炉法的选择性比火焰法好， 抗干扰的能力强。

（3）石墨炉法样品用量少，一般为1～100μL，也能直接用固体样品来测定。

（4）雾化温度可自由调节，因此可根据元件的雾化温度选择温度。

综上所述，石墨炉法的主要优点是其检测限极低，并且很容易分析干净的样品。由于这种方法的敏感性，干扰是一个实际的问题。但选择最佳的消解方法、加热时间和温度，以及基体改性剂的组合，可以解决不同基体成分的试样问题。

参考文献

[1]冯玉红.现代仪器分析实用教程[M].北京：北京大学出版社，2008：210-230.

[2]邢军.石墨炉原子吸收法在农业环境监测中的应用[J].光谱实验室，2012，29（3）：1544-1550.

[3]唐信英，郑有飞，吴荣军，等.石墨炉原子吸收法测定降水中重金属[J].环境监测管理与技术，2008，20（2）：32-34.